A maioria dos barcos a motor de corrida, esporte e treinamento está equipada com um eixo de hélice. O objetivo do mecanismo é criar uma certa potência devido à energia recebida do motor. A força é direcionada para a projeção de pressão persistente, permitindo superar a resistência da água ao movimento do vaso.

História da criação

A criação do elemento em questão é atribuída a Arquimedes. Como hélice, um parafuso de elevação foi proposto para ser usado por Bernoulli em 1752. Apesar disso, o reconhecimento à unidade não ocorreu imediatamente. Somente em 1836, o inventor britânico F. Smith encurtou a espiral “arquimediana” para uma volta.

O projeto foi instalado no navio com um deslocamento de 6 toneladas. Os testes foram bem-sucedidos, após o qual Smith abriu uma empresa que construiu um navio com um deslocamento de 240 toneladas. O navio estava equipado com um par de máquinas em funcionamento (com uma capacidade total de 90 cavalos de potência). O único parafuso tinha dois metros de diâmetro.

Recursos de design

Um eixo de hélice é essencialmente um dispositivo de propulsão a jato que desenvolve uma ênfase direcionada às massas de água jogadas fora pelas pás na direção oposta ao movimento dos meios de natação.

O design do cubo inclui um cubo com pás do tipo hélice colocadas sobre ele. O compartimento de conexão é chamado de raiz da lâmina. A superfície voltada para o barco é de sucção, as costas estão forçando. O ponto de contato das duas superfícies indicadas é a borda da lâmina, passa ao longo de seu contorno. A parte que olha na direção do movimento da lâmina é chamada de borda de entrada, o oposto – de saída. As superfícies da hélice são elementos de configuração complexa.

Parâmetros geométricos básicos

A seguir, são apresentadas as características geométricas básicas das hélices de barco:

1. O diâmetro do elemento (o tamanho do círculo descrito pelas arestas das pás mais afastadas do eixo de rotação).
2. Etapa (distância do avanço provável do dispositivo em uma porca apertada, não na água).
3. O número e a largura das lâminas.
4. O lado da rotação.
5. Área da hélice.
6. A espessura e configuração das lâminas.
7. Tamanho do cubo de diâmetro.

Os eixos da hélice têm passo diferente em diferentes partes da lâmina. Nesse caso, o indicador principal é considerado o parâmetro médio, medido na área em que o raio é de cerca de 0,7 do tamanho total. O número de lâminas é de duas, três ou quatro peças. É importante notar que no sentido de rotação dos parafusos estão divididos em esquerdo e direito.

Outros tamanhos

As lâminas são medidas em largura a partir das arestas de entrada e saída no mesmo raio (geralmente no ponto em que o parâmetro é 0,7 do valor total). A característica final e a operação do eixo da hélice são determinadas pela relação do disco (a área de todas as pás helicoidais em relação a um plano perpendicular ao eixo de rotação).

As seções das pás podem ter uma configuração circular, o formato de uma asa de aviação ou um perfil em forma de cunha. Os projetos mais recentes são operados em embarcações de alta velocidade e de corrida, com motores rotativos. Para garantir a resistência exigida das lâminas, a maior espessura é feita na raiz, diminuindo no final até que seja afiada (de 0,2 a 0,05 mm). O tamanho do cubo em diâmetro está na faixa de 1,8-2,0 do diâmetro do parafuso.

Eficiência do eixo da hélice

O parafuso, criando uma ênfase, converte em uma direção útil apenas parte da energia recebida do motor. Isso se deve aos custos inúteis de:

• redemoinho de fluxo;
• força de atrito;
• voltas criadas nas bordas das lâminas e similares.

Como resultado, o parâmetro de potência no eixo da hélice sempre excede o mesmo indicador dado ao movimento dos meios flutuantes. A eficiência do parafuso em relação à potência do motor é o coeficiente de desempenho (COP). Mesmo com os melhores elementos, esse parâmetro não excede 1/3 da potência da unidade de potência.

Cálculo de potência

A eficiência da hélice do barco é influenciada principalmente pelo cálculo correto ao escolher as relações ideais entre a potência do motor, a velocidade da hélice, os parâmetros geométricos do elemento e as características de velocidade da embarcação.

O cálculo de tais proporções é bastante problemático. Isso se deve ao fato de que fatores subjetivos influenciam indicadores. Entre eles estão:

• resistência à água ao movimento de um meio de natação;
• características do casco do navio;
• a magnitude do fluxo correndo nas pás.

A organização ou construção de barcos com motores para fins esportivos e de corrida por atletas ou equipes individuais é realizada de acordo com cálculos simplificados. Isso se deve ao fato de ser quase impossível calcular independentemente as proporções ideais indicadas acima.

Volume de negócios

Nos barcos turísticos, cuja velocidade não excede 20 km / h, as hélices com velocidades de 600 a 1200 rotações por minuto apresentam bons resultados. Por conseguinte, quanto maior a velocidade e a potência dos meios de natação, maior será a velocidade das pás.

Embarcações esportivas de tamanho médio precisarão de um eixo de hélice maior. Com uma potência de barco de 30 a 75 hp e velocidades de até 50 km / h, o número ideal de hélices é considerado de 2 a 3 mil rotações por minuto. Ao mesmo tempo, a faixa de números favoráveis ​​de rotações diminui com uma diminuição no modo de velocidade e um aumento nos índices de potência. Para embarcações de regata de alta velocidade com velocidade superior a 70 km / h, serão necessários eixos de hélice com rolamentos com uma intensidade de rotação de 4-5 mil rotações por minuto.

Cavitação

As hélices giratórias dos barcos de corrida e os barcos mais rápidos operam sob condições especiais. Eles são caracterizados pela presença de água fervente na sucção frontal das pás. Este fenômeno é chamado de cavitação. Nesse caso, o líquido se afasta da superfície da hélice, formando uma espécie de vazios borbulhantes (cavernas). Eles pioram visivelmente a operação do parafuso, muitas vezes destroem as pás e levam ao desgaste erosivo da vedação do eixo da hélice. Para minimizar os efeitos negativos da cavitação, são utilizados elementos em forma de cunha.

Se assumirmos que o parafuso não funciona na água, mas como um parafuso na porca, seria lógico imaginar seu movimento por uma volta do parafuso em uma rotação. Na prática, as características do meio líquido fazem seus ajustes, proporcionando menos movimento (marcha).

Material de produção

Em barcos motorizados esportivos e barcos de baixa potência, bem como motores externos, os parafusos do eixo da hélice de alumínio são frequentemente montados. Nesse caso, a seção da raiz da lâmina é mais espessa do que a das contrapartes de latão. As modificações do alumínio são fáceis de fundir, fáceis de processar.

Parafusos de aço fundido em barcos a motor desse tipo não são utilizados devido à complexidade de sua fabricação. Às vezes, versões de aço soldado são usadas, cujos cubos são forjados. Os elementos da lâmina são cortados em chapa de aço, as bordas são afiadas, a peça é dobrada de acordo com padrões especiais. As peças resultantes são soldadas nos cubos, processadas e verificadas.

Para estabelecer as características do parafuso, verifique o passo das pás, elimine a folga do eixo da hélice e reconcilie outros parâmetros, é necessária a medição do elemento fabricado. Isso é feito da seguinte maneira:

1. O parafuso preparado é colocado em um plano plano (contraplacado ou prancheta) estritamente na horizontal.
2. O cubo deve coincidir claramente com o centro do círculo previamente desenhado no quadro, que tem um diâmetro de cerca de 0,7 partes do mesmo índice completo da hélice.
3. Usando quadrados, meça a altura das arestas estritamente acima do círculo desenhado.
4. Dois pontos são anotados lá, a partir dos quais as distâncias indicadas foram medidas.
   

Parafusos de inclinação ajustável (VRS)

Em barcos modernos com motor VRS, eles raramente são usados, embora haja indubitavelmente perspectivas de distribuição futura. Isso se deve ao fato de que a possibilidade de alterar a posição das lâminas permite avançar, reverter ou parar sem a necessidade de mecanismo de reversão. Ao mesmo tempo, a transformação do valor da etapa fornece condições ideais de operação para o parafuso, levando em consideração a carga, o modo de velocidade e outros fatores.

O design do SRS é bastante simples:

• um mecanismo para transmitir força do volante de controle para a unidade de controle;
• hub;
• lâminas;
• barra rotativa;
• eixo oco.

O design mais simples pode ser usado em veículos de natação de tamanho médio com motores com capacidade de 70 a 100 cavalos de potência, com um limite de velocidade de até 25 a 30 km / h.

O SRS aprimorado possui um acionamento hidráulico ou mecânico para girar as lâminas. O mecanismo da linha do eixo do navio é controlado por um motor elétrico ou pela tomada de força do eixo. Esses modelos podem ser usados ​​em todos os tipos de barcos e barcos, com exceção de embarcações de regata. No último caso, isso não faz sentido, uma vez que o tamanho aumentado do cubo reduz um pouco a eficiência em comparação com as versões convencionais projetadas para um modo de velocidade máxima.

Vantagens e desvantagens

O acionamento da hélice funciona como pretendido apenas com velocidade de rotação crescente ou contínua; em outros casos, ele executa a função de um freio ativo. Isso não é particularmente conveniente, especialmente em competições esportivas. A eficiência do parafuso apenas na teoria é de cerca de 75%. De fato, esse parâmetro não excede 35%. Para informação, no remo, um indicador semelhante chega a 60%.

Se você comparar a roda de pás e o parafuso, o último elemento em utilidade vence devido à sua compacidade e leveza. Ao mesmo tempo, o mecanismo da roda danificado pode ser facilmente reparado e, quando o parafuso for deformado, o eixo da hélice precisará ser substituído. Outra desvantagem é o alto perigo para a vida marinha, bem como a vulnerabilidade (em comparação com outros motores).

Ao mesmo tempo, os elementos das rodas garantem um maior parâmetro de tração de um local, o que é conveniente para rebocadores. Mas com forte entusiasmo, eles rapidamente expõem as peças de trabalho, o que contribui para a imersão desigual dos elementos (um deles está completamente na água e o segundo está ocioso). Essa situação sobrecarrega a unidade de tração. Isso torna a propulsão da roda inadequada para embarcações marítimas. Anteriormente, eles eram usados ​​apenas devido à falta de uma alternativa. A instalação do parafuso tem uma grande vantagem no arranjo dos navios de guerra. Isso se deve ao fato de o problema da colocação de armas de artilharia estar nivelado. A bateria pode ser instalada em toda a área da placa. Além disso, o alvo é mascarado para o inimigo, o parafuso está completamente debaixo d’água.

Em conclusão

Os maiores eixos de hélice com parafusos podem atingir a altura de uma casa de três andares; sua produção requer equipamentos especiais e habilidades relevantes. Por exemplo, durante a construção de navios a vapor do tipo Grã-Bretanha, demorou mais de uma semana para deixar um espaço em branco. A tecnologia moderna permite que você faça isso em algumas horas (sujeito ao uso de um manipulador robótico). A configuração do parafuso é inserida no programa de computador, após o qual a ferramenta de diamante no final do manipulador prepara uma cópia de espuma ideal. Em seguida, o modelo acabado é colocado em uma argamassa de cimento e areia para obter a impressão mais precisa. Quando o concreto esfria, as metades do molde são unidas e o metal fundido é derramado nelas.

A hélice deve ter um alto índice de resistência para suportar enormes pressões e cargas, além de suportar processos de corrosão na água do mar. Eixos de remo são feitos de bronze, latão, ligas de aço, kunial. Não faz muito tempo, polímeros pesados ​​começaram a ser utilizados para esses fins.