Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Для воздушных винтов см. Пропеллер (воздухоплавание) . Для использования в других целях, см Пропеллер (значения) .
Правосторонний гребной винт на торговом судне, который (если смотреть с кормы) вращается по часовой стрелке, чтобы продвинуть судно вперед. Рука мужчины лежит на задней кромке лезвия .
Винт компании Pratt & Whitney Canada PW100 установлен на Bombardier Q400 .

Пропеллера представляет собой устройство с вращающейся ступицей и излучающими лезвиями, которые установлены с шагом , чтобы сформировать спиральную спираль, что при вращении выполняет действие , которое похоже на винт Архимеда . Он преобразует вращательную силу в линейную тягу, воздействуя на рабочую жидкость, такую ​​как вода или воздух. [1] вращательное движение лопастей преобразуются в тягу , создавая разность давлений между двумя поверхностями. Заданная масса рабочего тела ускоряется в одном направлении, а аппарат движется в противоположном направлении. Динамику винта, как и крыльев самолета , можно смоделировать с помощью принципа Бернулли и третьего закона Ньютона.. [2] Большинство морских гребных винтов представляют собой гребные винты со спиральными лопастями, вращающимися на гребном валу с приблизительно горизонтальной осью. [3]

История [ править ]

Ранние разработки [ править ]

Принцип, используемый при использовании гребного винта, основан на парной гребле . В парной гребле одиночная лопасть перемещается по дуге из стороны в сторону, стараясь держать лопасть к воде под эффективным углом. Инновация, представленная в гребном винте, заключалась в расширении этой дуги более чем на 360 ° путем прикрепления лопасти к вращающемуся валу. Пропеллеры могут иметь одну лопасть , но на практике их почти всегда больше одной, чтобы уравновесить задействованные силы.

Винт архимеда

Происхождение винтового пропеллера начинается с Архимеда , который использовал винт для подъема воды для ирригационных и спасательных лодок, настолько знаменитых, что он стал известен как винт Архимеда . Вероятно, это было применение спирального движения в пространстве (спирали были предметом особого исследования Архимеда ) к полому сегментированному водяному колесу, которое египтяне веками использовали для орошения . Леонардо да Винчи использовал этот принцип для управления своим теоретическим вертолетом, эскизы которого включали в себя большой холщовый винт над головой.

В 1661 году Toogood и Hays предложили использовать винты для гидроабразивного двигателя, но не в качестве пропеллера. [4] Роберт Гук в 1681 году сконструировал горизонтальную водяную мельницу, которая была удивительно похожа на пропеллер с вертикальной осью Кирстен-Боинг, сконструированный почти два с половиной века спустя в 1928 году; два года спустя Гук изменил конструкцию, чтобы двигать корабли через воду. [5] В 1693 году француз по имени Дю Куэ изобрел винтовой пропеллер, который был опробован в 1693 году, но позже от него отказались. [6] [7] В 1752 году Академия наукв Париже вручил Бурнелли приз за конструкцию пропеллера. Примерно в то же время французский математик Алексис-Жан-Пьер Поктон предложил водную двигательную установку на основе архимедова винта. [5] В 1771 году изобретатель паровой машины Джеймс Ватт в частном письме предложил использовать «спиральные весла» для приведения в движение лодок, хотя он не использовал их в своих паровых машинах и никогда не реализовал эту идею. [8]

Одно из первых практических и прикладных применений гребного винта было на подводной лодке, получившей название Turtle, которая была спроектирована в Нью-Хейвене, Коннектикут, в 1775 году студентом и изобретателем Йельского университета Дэвидом Бушнеллом с помощью часовщика, гравера и литейщика латуни Исаака. Дулиттл , а также брат Бушнелла Эзра Бушнелл и корабельный плотник и часовщик Финеас Пратт строят корпус в Сэйбруке, штат Коннектикут. [9] [10] Ночью 6 сентября 1776 года сержант Эзра Ли пилотировал « Черепаха» во время атаки на HMS Eagle в гавани Нью-Йорка. [11] [12] Черепахатакже имеет честь быть первой подводной лодкой, использованной в бою. Позже Бушнелл описал гребной винт в письме Томасу Джефферсону в октябре 1787 года: «Весло, образованное по принципу винта, было закреплено в носовой части судна, его ось входила в судно и, повернувшись в одну сторону, гребла вперед, но при повороте иначе грести его назад. Его можно было повернуть рукой или ногой ". [13] Медный пропеллер, как и все латунные и движущиеся части Turtle , был создан «гениальным механиком» Иссаком Дулитлом из Нью-Хейвена. [14]

В 1785 году Джозеф Брама из Англии предложил пропеллерную штангу, проходящую через подводную корму лодки, прикрепленную к гребному винту с лопастями, хотя он так и не построил его. [15]

В феврале 1800 года Эдвард Шортер из Лондона предложил использовать аналогичный гребной винт, прикрепленный к наклонной вниз штанге, временно развернутой с палубы над ватерлинией и, следовательно, не требующий гидрозатвора и предназначенный только для помощи парусным судам, находящимся в штиле. Он испытал его на транспортном корабле Doncaster в Гибралтаре и на Мальте, достигнув скорости 1,5 мили в час (2,4 км / ч). [16]

В 1802 году американский юрист и изобретатель Джон Стивенс построил 25-футовую (7,6 м) лодку с роторным паровым двигателем, соединенным с четырехлопастным винтом. Корабль достиг скорости 4 мили в час (6,4 км / ч), но Стивенс отказался от гребных винтов из-за присущей опасности использования паровых двигателей высокого давления. Его последующими судами были гребные лодки. [16]

К 1827 году чешско-австрийский изобретатель Йозеф Рессель изобрел винтовой пропеллер, у которого на конической основе было закреплено несколько лопастей. Он испытал свой гребной винт в феврале 1826 года на небольшом корабле с ручным приводом. Ему удалось использовать свой бронзовый гребной винт на адаптированном пароходе (1829 г.). Его судно, Civetta, 48 регистровых тонн., достиг скорости около 6 узлов (11 км / ч). Это был первый корабль, который успешно управлялся винтом типа «Архимед». После аварии с новым паровым двигателем (треснувший сварной шов трубы) его эксперименты были запрещены австро-венгерской полицией как опасные. Йозеф Рессель в то время работал инспектором лесного хозяйства Австрийской империи. Но перед этим он получил австро-венгерский патент (лицензию) на свой винт (1827 г.). Он умер в 1857 году. Этот новый метод движения был усовершенствован по сравнению с гребным колесом, поскольку на него не так влияли ни движения корабля, ни изменения в осадке, как судно сжигало уголь. [17]

Джон Патч , моряк из Ярмута, Новая Шотландия, в 1832 году разработал веерообразный гребной винт с двумя лопастями и публично продемонстрировал его в 1833 году, переправив гребную лодку через гавань Ярмута и небольшую прибрежную шхуну в Сент-Джоне, Нью-Брансуик , но его заявка на патент в Соединенных Штатах была отклонена до 1849 года, потому что он не был гражданином США. [18] Его эффективный дизайн получил похвалу в американских научных кругах [19], но к тому времени существовало несколько конкурирующих версий морского гребного винта.

Винтовые пропеллеры [ править ]

Хотя до 1830-х годов проводилось много экспериментов с винтовыми двигателями, лишь немногие из этих изобретений были доведены до стадии испытаний, а те, которые оказались неудовлетворительными по тем или иным причинам. [20]

Гребных RMS  Olympic , с сестрой корабля к RMS  Titanic и HMHS  Британника
Оригинальный патент Смита 1836 года на винтовой пропеллер с двумя полными оборотами. Позже он пересмотрел патент, уменьшив длину до одного витка.

В 1835 году два британских изобретателя, Джон Эрикссон и Фрэнсис Петтит Смит , начали отдельно работать над этой проблемой. Смит первым получил патент на винтовой пропеллер 31 мая, в то время как Эрикссон, талантливый шведский инженер, работавший в то время в Великобритании, подал патент через шесть недель. [21] Смит быстро построил небольшую модель лодки, чтобы проверить свое изобретение, которое было продемонстрировано сначала на пруду на его ферме в Хендоне , а затем в Королевской галерее практических наук в Аделаиде в Лондоне , где его увидел министр военно-морского флота. , Сэр Уильям Барроу. Заручившись покровительством лондонского банкира по имени Райт, Смит построил 30-футовый (9,1 м) 6- сильный двигатель.(4,5 кВт) канальная лодка весом шесть тонн под названием Francis Smith , которая была оснащена деревянным гребным винтом его собственной конструкции и демонстрировалась на канале Паддингтон с ноября 1836 года по сентябрь 1837 года. Поврежденный во время плавания в феврале 1837 года, и, к удивлению Смита, сломанный гребной винт, который теперь состоял только из одного оборота, увеличил скорость лодки вдвое, с четырех миль в час до восьми. [21] Смит впоследствии подал бы пересмотренный патент в соответствии с этим случайным открытием.

Тем временем Эрикссон построил в 1837 году 45-футовый (14 м) винтовой пароход « Фрэнсис Б. Огден» и продемонстрировал свою лодку на Темзе высокопоставленным членам британского адмиралтейства , включая инспектора военно-морского флота сэра Уильяма Симондса. . Несмотря на то, что лодка развивала скорость 10 миль в час, сравнимую со скоростью существующих гребных пароходов , Саймондса и его окружение это не впечатлило. Адмиралтейство придерживалось точки зрения, что винтовые двигательные установки будут неэффективны для морских перевозок, в то время как сам Саймондс считал, что винтовые суда не могут эффективно управляться. [22] После этого отказа Эрикссон построил вторую, более крупную винтовую лодку,Роберта Ф. Стоктона , и в 1839 году он отправил ее в Соединенные Штаты, где вскоре получил известность как конструктор первого военно -винтового корабля ВМС США , USS  Princeton . [23]

Винтовой пропеллер СС  Архимед

Видимо, зная о мнении Королевского флота о том, что винтовые гребные винты не подходят для морской службы, Смит решил доказать, что это предположение неверно. В сентябре 1837 года он взял свое небольшое судно (теперь оснащенное железным винтом с одним оборотом) в море, следуя паром из Блэкуолла, Лондон, в Хайт, Кент , с остановками в Рамсгейте , Дувре и Фолкстоне . На обратном пути в Лондон 25-го числа офицеры Королевского военно-морского флота наблюдали, как корабль Смита продвигается в бурном море. Интерес Адмиралтейства к технологии возродился, и Смиту было предложено построить полноразмерный корабль, чтобы более убедительно продемонстрировать эффективность технологии. [24]

Реплика первого винта SS  Великобритании . Модель с четырьмя лопастями пришла на смену оригиналу в 1845 году. Корабль был спроектирован с лопастями, но планы изменились после того, как винтовые винты оказались намного более эффективными.

SS  Archimedes был построен в 1838 году Генри Вимшерстом из Лондона как первый в мире пароход [25], приводимый в движение винтом . [26] [27] [28] [29]

Архимед оказал значительное влияние на развитие кораблей, способствуя внедрению винтовых двигателей Королевским флотом в дополнение к своему влиянию на коммерческие суда. Испытания с « Архимедом» Смита привели к знаменитому соревнованию по перетягиванию каната в 1845 году между винтовой HMS  Rattler и гребным пароходом HMS  Alecto ; первый тянет второй назад со скоростью 2,5 узла (4,6 км / ч).

Она также оказала непосредственное влияние на дизайн другого новаторского судна, Isambard Kingdom Brunel 's SS  Great Britain в 1843 году, в то время самого большого корабля в мире и первого винтового парохода, пересекшего Атлантический океан в августе 1845 года.

HMS  Terror и HMS  Erebus были сильно модифицированы, чтобы стать первыми кораблями Королевского флота, имеющими паровые двигатели и винтовые винты. Оба участвовали в затерянной экспедиции Франклина , которую европейцы в последний раз видели в июле 1845 года возле Баффинова залива .

Конструкция винтового пропеллера стабилизировалась в 1880-х годах.

Безвальные пропеллеры [ править ]

Винты без центрального вала состоят из лопастей гребного винта, прикрепленных к кольцу, которое является частью электродвигателя круглой формы. Эта конструкция известна как подруливающее устройство с приводом от обода и использовалась на некоторых небольших самоуправляемых роботизированных кораблях. Лодка с таким гребным винтом известна как надводное судно без винта. [ необходима цитата ]

Воздушные винты [ править ]

Винт ATR 72 в полете
Основная статья: Пропеллер (воздухоплавание)

Витая аэродинамическая форма современных авиационных пропеллеров была впервые в братьях Райт . В то время как некоторые более ранние инженеры пытались смоделировать воздушные винты на морских гребных винтах, Райт осознал, что воздушный винт (также известный как винт), по сути, такой же, как крыло , и смогли использовать данные своих более ранних экспериментов в аэродинамической трубе на крыльях. . Также ввели изгиб по длине лопастей. Это было необходимо для того, чтобы угол атаки лопастей оставался относительно постоянным по всей их длине. [30] Их оригинальные лопасти пропеллера были лишь примерно на 5% менее эффективными, чем их современный эквивалент, примерно 100 лет спустя. [31] Понимание аэродинамики низкоскоростного винта было достаточно полным к 1920-м годам, но более поздние требования к большей мощности при меньшем диаметре усложнили проблему.

Альберто Сантос Дюмон , еще один пионер, применил знания, полученные им из опыта работы с дирижаблями, для создания гребного винта со стальным валом и алюминиевыми лопастями для своего биплана 14 бис . В некоторых из его конструкций для лопастей использовался изогнутый алюминиевый лист, создавая таким образом форму крыла. Они были сильно недокачены , и это плюс отсутствие продольного скручивания делало их менее эффективными, чем пропеллеры Райта. Тем не менее, это было, пожалуй, первое использование алюминия в конструкции винта.

Теория пропеллера [ править ]

Основная статья: теория пропеллера

В девятнадцатом веке было предложено несколько теорий, касающихся гребных винтов. Теория импульса или теория дискового привода - теория, описывающая математическую модель идеального винта - была разработана У. Дж. М. Рэнкином (1865 г.), А. Г. Гринхиллом (1888 г.) и Р. Э. Фроудом (1889 г.). Пропеллер моделируется как бесконечно тонкий диск, создающий постоянную скорость вдоль оси вращения. и создавая обтекание винта.

Винт, проходящий через твердое тело, будет иметь нулевое «скольжение»; но поскольку пропеллерный винт работает в жидкости (воздухе или воде), будут некоторые потери. Наиболее эффективными гребными винтами являются медленно вращающиеся винты большого диаметра, как на больших кораблях; Наименее эффективными опорами являются быстровращающиеся опоры малого диаметра (например, на подвесном моторе). Используя Ньютона законы движения, можно с пользой думать вперед воткнуть пропеллера как быть реакция пропорциональна объему пересылаемых жидкости назад; таким образом, большой винт выбрасывает больший и тяжелый цилиндр с жидкостью, чем маленький винт. (Можно было бы рассмотреть эффективность огромного турбовентиляторного двигателя современного самолета по сравнению с турбореактивным двигателем малого диаметра ранних авиалайнеров ). [32]

Геометрия винта [ править ]

Геометрия морского гребного винта основана на геликоидальной поверхности. Это может образовывать поверхность лезвия, или поверхность лезвия может быть описана смещениями от этой поверхности. Задняя часть лопасти описывается смещениями от поверхности геликоида так же, как и крыло.может быть описан смещением от линии хорды. Поверхность наклона может быть истинным геликоидом или иметь перекос, чтобы обеспечить лучшее соответствие угла атаки скорости следа по лопастям. Искаженная геликоида описывается указав форму радиальной опорной линии и угол наклона с точки зрения радиального расстояния. Традиционный чертеж гребного винта включает четыре части: вид сбоку, который определяет грабли, изменение толщины лопасти от основания к вершине, продольный разрез ступицы и спроецированный контур лопасти на продольную осевую плоскость. На развернутом виде лопасти показаны формы сечения с различными радиусами, при этом их наклонные грани нарисованы параллельно базовой линии, а толщина - параллельна оси.Контур, обозначенный линией, соединяющей передний и задний концы секций, изображает расширенный контур лезвия. Диаграмма шага показывает изменение шага в зависимости от радиуса от корня до кончика. На поперечном виде показаны поперечная проекция клинка и развернутый контур клинка.[33]

Эти ножи являются раздел пластины из фольги , которые развивают тягу , когда гребной винт поворочиваются ступицами являются центральной частью воздушного винта, который соединяет лопатку вместе и фиксирует винт на вал.Грабли - это угол между лезвием и радиусом, перпендикулярным валу.Наклон - тангенциальное смещение линии максимальной толщины на радиус.

Характеристики воздушного винта обычно выражаются в виде безразмерных соотношений: [33]

  • Отношение шага PR = шаг гребного винта / диаметр гребного винта, или P / D
  • Диск область А 0 = πD 2 /4
  • Отношение расширенной площади = A E / A 0 , где расширенная область A E = расширенная площадь всех лопастей за пределами ступицы.
  • Отношение развернутой площади = A D / A 0 , где развернутая площадь A D = развернутая площадь всех лопастей за пределами ступицы
  • Отношение площади проекции = A P / A 0 , где площадь проекции A P = Площадь проекции всех лопастей за пределами ступицы
  • Отношение средней ширины = (Площадь одной лопасти вне ступицы / длина лопасти вне ступицы) / Диаметр
  • Соотношение ширины лезвия = максимальная ширина лезвия / диаметр
  • Доля толщины лезвия = Толщина лезвия, произведенного относительно оси вала / Диаметр

Кавитация [ править ]

Основная статья: Кавитация
Кавитирующий винт в эксперименте с водным туннелем
Кавитационное повреждение гребного винта гидроцикла.

Кавитация - это образование пузырьков пара в воде возле движущейся лопасти гребного винта в областях с низким давлением из-за принципа Бернулли . Это может произойти, если предпринята попытка передать слишком большую мощность через винт или если гребной винт работает на очень высокой скорости. С другой стороны, следует отметить, что есть много способов уменьшить кавитацию. Интересно, что недавнее исследование показало, что даже естественные поселения организмов-обрастателей на морских гребных винтах могут уменьшить и уменьшить кавитацию. [34] Кавитация может привести к потере мощности, возникновению вибрации и износа, а также к повреждению гребного винта. На гребном винте это может происходить разными способами. Двумя наиболее распространенными типами кавитации гребного винта являются поверхностная кавитация на стороне всасывания и кавитация вихря на наконечнике.

Кавитация на поверхности всасывания образуется, когда гребной винт работает с высокими скоростями вращения или под большой нагрузкой (высокий коэффициент подъема лопастей ). Давление на передней поверхности лопасти («сторона всасывания») может упасть ниже давления пара.воды, в результате чего образуется паровой карман. В таких условиях изменение давления между выходной поверхностью лопасти («сторона нагнетания») и стороной всасывания ограничивается и, в конечном итоге, уменьшается по мере увеличения степени кавитации. Когда большая часть поверхности лопасти покрыта кавитацией, разница давлений между стороной нагнетания и стороной всасывания лопасти значительно уменьшается, как и тяга, создаваемая гребным винтом. Это состояние называется «пробой тяги». Работа гребного винта в этих условиях приводит к потере энергии, вызывает значительный шум, а когда пузырьки пара схлопываются, они быстро разрушают поверхность винта из-за локальных ударных волн на поверхности лопасти.

Кавитация вихря на наконечнике вызывается чрезвычайно низким давлением, формируемым в центре вихря на наконечнике. Вихрь на наконечнике возникает из-за наматывания жидкости на наконечник гребного винта; со стороны нагнетания на сторону всасывания. Это видео демонстрирует вихревую кавитацию на наконечнике. Вихревая кавитация наконечника обычно возникает перед поверхностной кавитацией на стороне всасывания и меньше повреждает лопасть, поскольку этот тип кавитации разрушается не на лопатке, а на некотором расстоянии ниже по потоку.

Типы морских гребных винтов [ править ]

Винт регулируемого шага [ править ]

Винт регулируемого шага
Винт изменяемого шага на рыболовном судне.

Гребные винты с регулируемым шагом (также известные как гребные винты с регулируемым шагом ) имеют значительные преимущества по сравнению с гребными винтами с фиксированным шагом. Преимущества включают:

  • возможность выбора наиболее эффективного угла наклона лопастей для любой заданной скорости
  • при моторном парусном спорте - возможность увеличения угла наклона лопастей для достижения оптимального хода от ветра и двигателей.
  • способность двигаться назад (задним ходом) намного более эффективно (фиксированные винты плохо работают на корме)
  • способность "сгибать" лопасти, чтобы оказывать наименьшее сопротивление, когда они не используются (например, при плавании)

Пропеллер с перекосом [ править ]

Усовершенствованный тип гребного винта, используемый на немецких подводных лодках Тип 212, называется наклонным гребным винтом . Как и в лопастях сабли, используемых на некоторых самолетах, кончики лопастей пропеллера с перекосом смещены назад против направления вращения. Кроме того, лопасти наклонены назад по продольной оси, что придает винту в целом чашеобразный вид. Такая конструкция сохраняет эффективность тяги при уменьшении кавитации и, таким образом, обеспечивает тихую и незаметную конструкцию. [35] [36]

На небольшом количестве кораблей используются гребные винты с винглетами, подобные тем, что используются на некоторых самолетах, что уменьшает вихри на концах и повышает эффективность. [37] [38] [39] [40] [41]

См. Также: кормовой двигатель

Модульный пропеллер [ править ]

Модульный пропеллер обеспечивает больший контроль над производительностью лодки. Нет необходимости менять всю стойку, когда есть возможность изменить только шаг или поврежденные лопасти. Возможность регулировки шага позволит яхтсменам лучше работать на разных высотах, заниматься водными видами спорта и / или путешествовать. [42]

Винт Voith Schneider [ править ]

В гребных винтах Voith Schneider используются четыре нескрученных прямых лопасти, вращающихся вокруг вертикальной оси, вместо винтовых, и они могут обеспечивать тягу в любом направлении в любое время за счет более высокой механической сложности.

Устройства для защиты двигателей от повреждений после ударов винта или обрастания каната [ править ]

Защита вала

Неисправная резиновая втулка гребного винта подвесного двигателя.

Для двигателей меньшего размера, таких как подвесные, где винт подвергается риску столкновения с тяжелыми предметами, гребной винт часто включает в себя устройство, которое рассчитано на отказ при перегрузке; устройство или весь винт приносится в жертву, чтобы не повредить более дорогую трансмиссию и двигатель.

Обычно в двигателях меньшей мощности (менее 10 л.с. или 7,5 кВт) и более старых двигателях узкий срезной штифт через приводной вал и ступицу гребного винта передает мощность двигателя при нормальной нагрузке. Штифт предназначен для срезания, когда винт подвергается нагрузке, которая может повредить двигатель. После того, как штифт срезан, двигатель не может обеспечить движущую силу лодке, пока не будет установлен новый срезной штифт. [43]

В более крупных и современных двигателях резиновая втулка передает крутящий момент приводного вала на ступицу гребного винта. При повреждающей нагрузке трение втулки в ступице преодолевается, и вращающийся гребной винт скользит по валу, предотвращая перегрузку узлов двигателя. [44] В таком случае резиновую втулку можно повредить. Если это так, он может продолжать передавать уменьшенную мощность на низких оборотах, но может не обеспечивать мощность из-за снижения трения на высоких оборотах. Кроме того, резиновая втулка может со временем разрушиться, что приведет к ее выходу из строя при нагрузках ниже расчетной разрушающей нагрузки.

Возможность замены или ремонта резиновой втулки зависит от гребного винта; некоторые не могут. Некоторые могут, но требуют специального оборудования для установки втулки увеличенного размера для посадки с натягом.. Остальные можно легко заменить. «Спецтехника» обычно состоит из воронки, пресса и резиновой смазки (мыла). Если нет доступа к токарному станку, можно сделать самодельную воронку из стальной трубы и наполнителя кузова; поскольку наполнитель подвержен только сжимающим силам, он может хорошо выполнять свою работу. Часто втулку можно установить на место с помощью пары гаек, шайб и стержня с резьбой. Более серьезная проблема с этим типом гребного винта - это «примерзшая» шлицевая втулка, которая делает невозможным снятие гребного винта. В таких случаях гребной винт необходимо нагреть, чтобы намеренно разрушить резиновую вставку. После снятия гребного винта шлицевую трубу можно отрезать болгаркой, и тогда потребуется новая шлицевая втулка. Чтобы предотвратить повторение проблемы,шлицы можно покрыть противозадирным антикоррозийным составом.

В некоторых современных пропеллерах, жесткий вкладыш полимера называется приводная втулка заменяет резиновую втулку. Шлицевый или другие некруглое поперечное сечение втулки , вставленной между валом и ступицей пропеллера передает крутящий момент двигателя на гребной винт, а не трение. Полимер слабее компонентов гребного винта и двигателя, поэтому он выходит из строя раньше, чем они выходят из строя при перегрузке гребного винта. [45] Он полностью выходит из строя при чрезмерной нагрузке, но его легко заменить.

Люки для сорняков и канаторезы

Бронзовый пропеллер и канаторез из нержавеющей стали

В то время как гребной винт на большом корабле будет погружен в глубокую воду и свободен от препятствий и обломков , яхты , баржи и речные лодки часто страдают от загрязнения гребного винта мусором, таким как водоросли, канаты, тросы, сети и пластмассы. У британских узких лодок над винтом неизменно есть люк от водорослей , и как только узкая лодка стоит на месте, люк можно открыть, чтобы получить доступ к гребному винту, что позволит очистить от мусора. Яхты и речные лодки редко имеют люки для водорослей; вместо этого они могут использовать канаторезкоторый надевается на карданный вал и вращается вместе с гребным винтом. Эти резаки очищают от мусора и избавляют дайверов от необходимости вручную устранять обрастания. Канаторезы бывают четырех видов: [46] [47]

  • (1) простой диск с острыми краями, режущий как бритва; [48]
  • (2) Ротор с двумя или более выступающими лезвиями, которые режут по неподвижному лезвию и режут ножницами; [49] [50] [51]
  • (3) Зубчатый ротор со сложной режущей кромкой, состоящей из острых кромок и выступов. [52]
  • (4) QuickKutter, усовершенствованный резак типа 2, является более простой и надежной альтернативой. Не имея ротора, он вместо этого использует лопасти гребного винта для наматывания троса (или мусора) вперед на композитную катушку перед ступицей гребного винта и ею, после чего трос перерезается прочным неподвижным лезвием. [53]

Варианты пропеллера [ править ]

Тесак [ править ]

Кливер - это тип гребного винта, который особенно используется в гонках на лодках. Его передняя кромка сформирована круглой, а задняя кромка обрезана прямо. Он обеспечивает небольшой подъем носа, поэтому его можно использовать на лодках, которым не нужен большой подъем носа, например, на гидросамолетах , которые, естественно, имеют достаточный гидродинамический подъем носа. Чтобы компенсировать отсутствие подъемной силы носа, на нижнем блоке может быть установлено судно на подводных крыльях . Подводные крылья уменьшают подъемную силу носа и помогают вывести лодку из ямы на самолет.

См. Также [ править ]

  • Винтовое транспортное средство  - Транспортное средство, приводимое в движение несущими вращающимися винтообразными фланцами.

Характеристики винта [ править ]

  • Advance ratio  - отношение скорости набегающего потока к скорости кончика
  • Конструкция осевого вентилятора

Явления пропеллера [ править ]

  • Пропеллер ходьба  - Склонность пропеллера рыскания судна во время ускорения
  • Кавитация  - образование заполненных паром пустот низкого давления в жидкости.

Другое [ править ]

  • Азимутальное подруливающее устройство  - управляемая двигательная установка под гидроциклом
    • Азипод  - Азимутальное подруливающее устройство с электроприводом
  • Носовое / кормовое подруливающее устройство  - Поперечное или управляемое движительное устройство на гидроцикле.
  • Винт регулируемого шага
  • Воздушный винт с воздуховодом  - морской гребной винт с невращающимся соплом
    • Насос-реактивный  - Морская силовая установка
  • Складной пропеллер  - пропеллер с лопастями, которые открываются при вращении
  • Helix  - Тип гладкой пространственной кривой
  • Рабочее колесо  - Ротор, используемый для увеличения (или уменьшения в случае турбин) давления и потока жидкости или газа.
  • Кухонный руль  - Тип направленной двигательной установки для судов
  • Модульный пропеллер
  • Лопастной пароход  - пароход, приводимый в движение гребными колесами.
  • Руль Pleuger  - судовой руль с подруливающим устройством
  • Пропульсор  - механическое устройство для приведения в движение судна.
  • Суперкавитационный гребной винт  - морской гребной винт, предназначенный для работы с полным кавитационным пузырем.
  • Гребной  винт с изменяемым шагом - гребной винт с лопастями, которые можно вращать, чтобы контролировать их шаг во время использования.
  • Винт Voith-Schneider  - Морская силовая установка с перпендикулярной осью
  • Канал выравнивания следа  - Приспособление корпуса судна для изменения притока гребного винта

Материалы и производство [ править ]

Внешнее видео
значок видео Строительство деревянных пропеллеров 1 2 3 , НАСА Лэнгли
  • Балансировочная машина
  • Композитные материалы

Заметки [ править ]

  1. ^ "Пропеллер" . Британская энциклопедия . Проверено 4 декабря 2019 .
  2. ^ "Статья на сайте НАСА - Пропеллерная установка" . 5 мая 2015 года.
  3. ^ Примечание: на многих лодках гребной вал не горизонтален, а наклонен к корме. Хотя конструкторы часто вынуждены делать это из-за формы корпуса, это дает небольшое преимущество, помогая противодействовать любому эффекту приседания .
  4. Перейти ↑ Carlton, John, Marine Propellers and Propulsion Butterworth-Heinemann, 2012, p. 363
  5. ^ a b Карлтон, стр. 1
  6. ↑ Борн, Джон (10 апреля 1855 г.). «Трактат о гребном винте: с различными предложениями по улучшению» . Лонгман, Браун, Грин и Лонгманс - через Google Книги.
  7. ^ "Патенты на изобретения: Сокращения спецификаций: Класс ..." Патентное ведомство. 10 апреля 1857 г. - через Google Книги.
  8. ^ Мерихед, Джеймс Патрик, Жизнь Джеймса Ватта, с выдержками из его переписки ... С портретами и гравюрами на дереве , Лондон: Джон Мюррей, 1858, стр. 208
  9. ^ Штейн, Стивен К. Море в мировой истории: исследования, путешествия и торговля [2 тома] , редактор Стивен К. Штейн, ABC-CLIO, 2017, том 1, стр. 600
  10. ^ Манстан, Рой Р .; Фрезе, Фредерик Дж., Черепаха: революционный сосуд Дэвида Бушнелла , Ярдли, Пенсильвания: издательство Westholme. ISBN 978-1-59416-105-6 . OCLC 369779489, 2010, стр. Xiii, 52, 53 
  11. ↑ Такер, Спенсер, Альманах американской военной истории , ABC-CLIO, 2013, том 1, стр. 305
  12. ^ Mansten стр. XIII, XIV
  13. ^ Николсон, Уильям, Журнал естественной философии, химии и искусств , том 4, GG и Дж. Робинсон, 1801, стр. 221
  14. ^ Manstan, с.150
  15. Перейти ↑ Carlton, pp. 1-2
  16. ^ a b Карлтон, стр.2
  17. ^ Поль Огюстен Норманд, La Genèse de l'Hélice Propulsive (Происхождение винтового движителя) . Париж: Морская академия, 1962, стр. 31–50.
  18. ^ Марио Theriault, Большое Морское Изобретение Гуз Lane Publishing (2001)стр. 58-59
  19. ^ " " Пропеллер Патча ", Scientific America , Vol. 4, No. 5 (10 октября 1848 г.) стр. 33, представленный на веб-сайте The Archimedes Screw, полученный 31 января 2010 г." . Архивировано из оригинала 8 июля 2011 года.
  20. ^ Смит, Эдгар С. (1905). Краткая история военно-морской и морской техники . University Press, Кембридж. С. 66–67.
  21. ^ a b Борн, стр. 84.
  22. ↑ В случае с Фрэнсисом Б. Огденом Саймондс был прав. Эрикссон совершил ошибку, разместив руль направления впереди гребных винтов, что сделало руль направления неэффективным. Саймондс полагал, что Эрикссон пытался замаскировать проблему, буксируя баржу во время испытаний.
  23. ↑ Bourne, pp. 87–89.
  24. Перейти ↑ Bourne, p. 85.
  25. ^ Акцент здесь делается на корабле . До Архимеда было несколько успешных винтовых судов, включая Фрэнсиса Смита Смита и Фрэнсиса Б. Огдена и Роберта Ф. Стоктона Эрикссона. Однако эти суда были лодками, предназначенными для работы на внутренних водных путях, в отличие от судов , построенных для морских перевозок.
  26. ^ «Тип гребного винта, который сейчас приводит в движение подавляющее большинство лодок и кораблей, был запатентован в 1836 году сначала британским инженером Фрэнсисом Петтитом Смитом, а затем шведским инженером Джоном Эриксоном. Смит использовал эту конструкцию в первой успешной винтовой передаче. пароход « Архимед» , спущенный на воду в 1839 г. ». Маршалл Кавендиш, стр. 1335.
  27. ^ «Винт был изобретен в 1836 году Фрэнсисом Петтитом Смитом в Великобритании и Джоном Эрикссоном в Соединенных Штатах. Впервые он приводил в действие морское судно, соответственно названное Архимедом , в 1839 году». Macauley and Ardley, p. 378.
  28. ^ «В 1839 году господа Ренни сконструировали двигатели, механизмы и пропеллер для прославленного Архимеда , от которого можно сказать, что до настоящего времени была введена винтовая система движения ...». Журнал «Механика» , стр. 220.
  29. ^ "Только в 1839 году принцип движения пароходов с помощью винтовой лопасти был справедливо представлен миру, и этим мы обязаны, как помнит почти каждый взрослый, мистеру Ф. П. Смиту из Лондона. Он был человеком который первым сделал винтовой пропеллер практически полезным. С помощью энергичных капиталистов он построил большой пароход, названный «Архимед», и результаты, полученные от него, сразу же привлекли внимание общественности ». Макфарлейн, стр. 109.
  30. ^ Справочник пилота по аэронавигационным знаниям . Оклахома-Сити: Федеральное управление гражданской авиации США. 2008. С. 2–7. FAA-8083-25A.
  31. ^ Эш, Роберт Л., Колин П. Бритчер и Кеннет В. Хайд. «Райтс: Как два брата из Дейтона добавили новый поворот к движению самолета». Машиностроение: 100 лет полета , 3 июля 2007 г.
  32. ^ Как работают гребные винты - https://www.deepblueyachtsupply.com/boat-propeller-theory
  33. ^ а б Тодд, FH (1967). «VII: Сопротивление и движение». В Комстоке, Джон П. (ред.). Принципы военно-морской архитектуры (пересмотренная ред.). Общество корабельных архитекторов и морских инженеров. С. 397–462.
  34. ^ Сезен, Савас; Узун, Доганкан; Озюрт, Рефик; Туран, Осман; Атлар, Мехмет (февраль 2021 г.). «Влияние неровностей биообрастания на характеристики морского гребного винта, включая кавитацию и подводный излучаемый шум (URN)» . Прикладные исследования океана . 107 : 102491. DOI : 10.1016 / j.apor.2020.102491 .
  35. ^ "БЕСШУМНЫЕ пропеллеры" . www.francehelices.fr . JMCWebCreation и Ко 2009. Архивировано из оригинального 26 сентября 2007 года . Проверено 21 июля 2017 года .
  36. ^ О пропеллерах http://www.gsitek-props.co.uk/about_propellers.htm
  37. ^ Годске, Бьёрн. « Энергосберегающий пропеллер » (на датском ) Ingeniøren , 23 апреля 2012 г. Дата обращения : 15 марта 2014 г. Перевод на английский язык
  38. ^ Годске, Бьёрн. « Винты Kappel прокладывают путь к успеху в MAN » (на датском языке ) Ingeniøren , 15 марта 2014 г. Дата обращения : 15 марта 2014 г. Перевод на английский язык
  39. ^ « Соглашение Каппеля обеспечивает доступ к основным рынкам » 30 августа 2013 г.
  40. ^ « KAPRICCIO проекта архивации 2014-03-15 в Wayback Machine » Европейского Союза . Доступ: 15 марта 2014 г.
  41. ^ « Промышленность отдает дань победителям награды за инновации » Морская ссылка , 3 октября 2002 г. Дата обращения: 15 марта 2014 г. Цитата: «Победитель: концепция энергосберегающего гребного винта Kappel из финансируемого Европейской комиссией исследовательского проекта силовой установки Kapriccio. Лопасти изогнуты в сторону насадки на стороне всасывания снижают потери энергии, расход топлива, шум и вибрацию »
  42. ^ Smrcka, Карел (18 марта 2005). «Новый старт для морских гребных винтов» . Технические новости . Проверено 21 июля 2017 года .
  43. ^ Гетчелл, Дэвид (1994), Справочник лодочника , ISBN 9780070230538
  44. ^ Министерство обороны (военно-морской флот), Великобритания (1995), Адмиралтейское руководство по морскому делу , ISBN 9780117726963
  45. ^ США , "Втулка и переходник привода винта, скручивающиеся на кручение", опубликовано 8 марта 1994 г., выпущено 16 января 1996 г. 
  46. ^ Сравнение типов канаторезов - http://www.h4marine.com/Types.htm
  47. ^ Испытание канаторезки Yachting World https://www.yachtingmonthly.com/gear/propeller-rope-cutter-test-30012
  48. ^ Простые дисковые ножницы https://www.asap-supplies.com/propeller-drivetrain/rope-cutters
  49. ^ Ножничные канаторезы Spurs https://www.spursmarine.com/shaft-cutters/
  50. ^ Стриппер с ножничным механизмом для резки каната мимо: //ropestripper.com/strippers.php
  51. ^ Канаторез с цилиндрическим механизмом Gator http://www.propprotect.com
  52. ^ Изображения канаторезов. https://www.bing.com/images/search?q=yacht+rope+cutter&id=9A2642834983B967EF5261F4A95842DA499E0528&form=IQFRBA&first=1&scenario=ImageBasicHover
  53. ^ QuickKutter http://www.h4marine.com/QuicKutter01.htm

Внешние ссылки [ править ]

  • Пропеллеры Титаника
  • Теория расчета гребных винтов и крыльев : подробная статья с программным приложением теории лопастных элементов
  • «Что вам следует знать о пропеллерах наших боевых самолетов», ноябрь 1943 г., научно-популярная чрезвычайно подробная статья с многочисленными рисунками и иллюстрациями в разрезе.
  • История винта Архимеда : История морских движителей
  • история гребных винтов : История гребных винтов
  • Движители и шестерни : гребные винты Wartsila Marine
  • Падение пропеллера : - Измеряется толщиномером