La maggior parte delle barche a motore da competizione, sportive e da allenamento sono dotate di un albero di trasmissione. Lo scopo del meccanismo è quello di creare una certa potenza dovuta all’energia ricevuta dal motore. La forza è diretta alla proiezione di una pressione persistente, che consente di superare l’impermeabilità al movimento della nave.

Storia della creazione

La creazione dell’elemento in questione è attribuita ad Archimede. Come elica, una vite di sollevamento fu proposta per essere utilizzata da Bernoulli nel 1752. Nonostante ciò, il riconoscimento all’unità non è arrivato immediatamente. Solo nel 1836, l’inventore britannico F. Smith accorciò la spirale “Archimede” a un giro.

Il design è stato installato sulla nave con una cilindrata di 6 tonnellate. I test hanno avuto successo, dopo di che Smith ha aperto un’azienda che ha costruito una nave con una cilindrata di 240 tonnellate. La nave era dotata di un paio di macchine da corsa (con una capacità totale di 90 cavalli). L’unica vite era di due metri di diametro.

Caratteristiche del design

Un albero di trasmissione è essenzialmente un dispositivo di propulsione a getto che sviluppa un’enfasi diretta sulle masse d’acqua gettate via dalle pale nella direzione opposta al movimento dei mezzi di nuoto.

Il design del mozzo include un mozzo con pale ad elica posizionate su di esso. Il compartimento di collegamento è chiamato la radice della lama. La superficie rivolta verso la barca è aspirante, la parte posteriore sta forzando. Il punto di contatto delle due superfici indicate è il bordo della lama, che passa lungo il suo contorno. La parte che guarda nella direzione del movimento della lama è chiamata bordo in entrata, l’opposto – l’esterno. Le superfici dell’elica sono elementi di configurazione complessa.

Parametri geometrici di base

Di seguito sono riportate le caratteristiche geometriche di base delle eliche per barche:

1. Il diametro dell’elemento (la dimensione del cerchio descritta dai bordi delle pale più lontane dall’asse di rotazione).
2. Step (distanza del probabile avanzamento del dispositivo in un dado stretto, non in acqua).
3. Il numero e la larghezza delle pale.
4. Il lato della rotazione.
5. Area elica.
6. Lo spessore e la configurazione delle lame.
7. Dimensione del mozzo nel diametro.

Gli alberi dell’elica hanno un passo diverso nelle diverse parti della pala. In questo caso, l’indicatore principale è considerato il parametro medio, misurato nell’area in cui il raggio è circa 0,7 della dimensione totale. Il numero di lame è di due, tre o quattro pezzi. È importante notare che nella direzione di rotazione delle viti sono divise in sinistra e destra.

Altre dimensioni

Le lame vengono misurate in larghezza dai bordi in entrata e in uscita allo stesso raggio (molto spesso nel punto in cui il parametro è 0,7 del valore totale). La caratteristica e il funzionamento finali dell’albero dell’elica sono determinati dal rapporto del disco (l’area di tutte le pale elicoidali rispetto a un piano perpendicolare all’asse di rotazione).

Le sezioni delle pale possono avere una configurazione circolare, la forma di un’ala da aviazione o un profilo a cuneo. Gli ultimi modelli sono utilizzati su imbarcazioni particolarmente veloci e da competizione con motori rotanti. Al fine di garantire la resistenza richiesta delle lame, viene effettuato lo spessore maggiore alla radice, diminuendo verso l’estremità fino a quando non è completamente appuntito (da 0,2 a 0,05 mm). La dimensione del diametro del mozzo è compresa tra 1,8 e 2,0 del diametro della vite.

Efficienza dell’albero dell’elica

La vite, creando un accento, converte in una direzione utile solo una parte dell’energia ricevuta dal motore. Ciò è dovuto ai costi inutili di:

• flusso turbolenza;
• forza di attrito;
• giri creati sui bordi delle lame e simili.

Di conseguenza, il parametro di potenza sull’albero dell’elica supera sempre lo stesso indicatore dato al movimento dei mezzi flottanti. L’efficienza della vite in relazione alla potenza del motore è il coefficiente di prestazione (COP). Anche con i migliori elementi, questo parametro non supera 1/3 della potenza dell’unità di potenza.

Calcolo della potenza

L’efficienza dell’elica della barca è influenzata principalmente dal calcolo corretto quando si scelgono le relazioni ottimali tra la potenza del motore, la velocità dell’elica, i parametri geometrici dell’elemento e le caratteristiche di velocità della nave.

Il calcolo di tali rapporti è piuttosto problematico. Ciò è dovuto al fatto che i fattori soggettivi influenzano gli indicatori. Tra questi ci sono:

• resistenza all’acqua al movimento di un mezzo di nuoto;
• caratteristiche dello scafo della nave;
• l’entità del flusso che scorre sulle pale.

La disposizione o la costruzione di imbarcazioni con motori per scopi sportivi e di regata da parte di atleti o squadre individuali viene effettuata secondo calcoli semplificati. Ciò è dovuto al fatto che è quasi impossibile calcolare autonomamente i rapporti ottimali sopra indicati.

pieno di risorse

Sulle imbarcazioni da turismo, la cui velocità non supera i 20 km / h, le eliche con velocità comprese tra 600 e 1200 rotazioni al minuto mostrano buoni risultati. Di conseguenza, maggiore è la velocità e la potenza dei mezzi di nuoto, maggiore sarà la velocità delle pale.

Le imbarcazioni sportive di medie dimensioni avranno bisogno di un albero di trasmissione più grande. Con una potenza della barca di 30-75 CV e velocità fino a 50 km / h, il numero ottimale di eliche è considerato di 2-3 mila giri al minuto. Allo stesso tempo, l’intervallo di numeri favorevoli di rotazioni diminuisce con una diminuzione della modalità di velocità e un aumento degli indici di potenza. Per le imbarcazioni da competizione ad alta velocità con velocità superiore a 70 km / h, saranno necessari alberi di trasmissione con cuscinetti con un’intensità di rotazione di 4-5 mila giri al minuto.

cavitazione

Le eliche girevoli delle barche da regata e delle barche più veloci operano in condizioni speciali. Sono caratterizzati dalla presenza di acqua bollente sull’aspirazione frontale delle pale. Questo fenomeno si chiama cavitazione. In questo caso, il liquido si stacca dalla superficie dell’elica, formando una sorta di vuoti frizzanti (caverne). Peggiorano notevolmente il funzionamento della vite, spesso distruggono le pale e portano all’usura erosiva della tenuta dell’albero dell’elica. Per ridurre al minimo gli effetti negativi della cavitazione, vengono utilizzati elementi a forma di cuneo.

Se supponiamo che la vite non funzioni in acqua, ma come un bullone in un dado, sarebbe logico immaginare il suo movimento di un giro della vite in un giro. In pratica, le caratteristiche del mezzo liquido fanno le loro regolazioni, fornendo meno movimento (andatura).

Materiale di produzione

Sulle barche a motore sportive e sulle imbarcazioni a bassa potenza, nonché sui motori fuoribordo, vengono spesso montate viti dell’albero dell’elica in alluminio. In questo caso, la sezione della radice della lama è resa più spessa di quella delle controparti in ottone. Le modifiche in alluminio sono facili da fondere, facili da elaborare.

Le viti in acciaio fuso su imbarcazioni a motore di questo tipo non vengono utilizzate a causa della complessità della loro fabbricazione. A volte vengono utilizzate versioni in acciaio saldato, i cui mozzi sono forgiati. Gli elementi della lama sono tagliati in lamiera d’acciaio, i bordi sono affilati, la parte è piegata secondo schemi speciali. I pezzi risultanti vengono saldati ai mozzi, quindi elaborati e verificati.

Per stabilire le caratteristiche della vite, controllare il passo delle pale, eliminare il gioco dell’albero dell’elica e riconciliare altri parametri, è necessaria la misurazione dell’elemento prodotto. Questo viene fatto come segue:

1. La vite preparata viene posizionata su un piano uniforme (foglio di compensato o tavolo da disegno) rigorosamente in orizzontale.
2. Il mozzo deve coincidere chiaramente con il centro del cerchio precedentemente tracciato sul tabellone, che ha un diametro di circa 0,7 parti dello stesso indice completo dell’elica.
3. Utilizzando i quadrati misurare l’altezza dei bordi che si trovano rigorosamente sopra il cerchio disegnato.
4. Qui si notano due punti, da cui sono state misurate le distanze indicate.
   

Viti a passo regolabile (VRS)

Sulle barche moderne con un motore VRS, vengono utilizzate raramente, anche se ci sono senza dubbio prospettive per la loro ulteriore distribuzione. Ciò è dovuto al fatto che la possibilità di modificare la posizione delle pale consente di avanzare, invertire o arrestare senza la necessità di invertire il motore. In questo caso, la trasformazione del valore del passo fornisce condizioni operative ottimali per la vite, tenendo conto dell’entità del carico, della modalità di velocità e di altri fattori.

Il design di SRS è abbastanza semplice:

• un meccanismo per trasmettere la forza dal volano di controllo all’unità di controllo;
• mozzo;
• lame;
• barra rotante;
• albero cavo.

Il design più semplice può essere utilizzato su veicoli da bagno di medie dimensioni con motori con una capacità di 70-100 cavalli con una soglia di velocità fino a 25-30 km / h.

Gli SRS migliorati hanno una trasmissione idraulica o meccanica per girare le lame. Il meccanismo della linea dell’albero della nave è controllato da un motore elettrico o dalla presa di forza dall’albero. Tali modelli possono essere utilizzati su tutti i tipi di barche e imbarcazioni, ad eccezione delle imbarcazioni da regata. In quest’ultimo caso, ciò non ha senso, poiché la maggiore dimensione del mozzo riduce leggermente l’efficienza rispetto alle versioni convenzionali progettate per una modalità a velocità massima.

Vantaggi e svantaggi

L’azionamento dell’elica funziona come previsto solo con velocità di rotazione crescente o continua, in altri casi svolge la funzione di un freno attivo. Questo non è particolarmente conveniente, specialmente nelle competizioni sportive. L’efficienza della vite nella sola teoria è di circa il 75%. In realtà, questo parametro non supera il 35%. Per informazione, nel remo, un indicatore simile raggiunge il 60%.

Se si confrontano la ruota a pale e la vite, l’ultimo elemento dell’utilità vince per la sua compattezza e leggerezza. Allo stesso tempo, il meccanismo della ruota danneggiato può essere facilmente riparato e quando la vite viene deformata, l’albero dell’elica dovrà essere sostituito. Un altro svantaggio è l’elevato pericolo per la vita marina e la vulnerabilità (rispetto ad altri motori).

Allo stesso tempo, gli elementi delle ruote garantiscono un parametro di trazione maggiore da un punto, il che è conveniente per i rimorchiatori. Ma con forte eccitazione, espongono rapidamente le parti lavoranti, il che contribuisce all’immersione irregolare degli elementi (uno di essi è completamente nell’acqua e il secondo è inattivo). Questa situazione sovraccarica l’unità di trazione. Ciò rende la propulsione delle ruote inadatta alle navi marittime. In precedenza, venivano utilizzati solo a causa della mancanza di un’alternativa. L’installazione delle viti ha un grande vantaggio nella disposizione delle navi da guerra. Ciò è dovuto al fatto che il problema di posizionare le pistole di artiglieria è livellato. La batteria può essere installata su tutta l’area della scheda. Inoltre, il bersaglio è mascherato per il nemico, la vite è completamente sott’acqua.

In conclusione

I più grandi alberi di trasmissione con viti possono raggiungere l’altezza di una casa a tre piani; la loro produzione richiede attrezzature speciali e competenze pertinenti. Ad esempio, durante la costruzione di navi a vapore di tipo Gran Bretagna, ci sono voluti più di una settimana per fare uno spazio. La moderna tecnologia ti consente di farlo in poche ore (soggetto all’uso di un manipolatore robotico). La configurazione della vite viene inserita nel programma per computer, dopodiché lo strumento diamantato all’estremità del manipolatore prepara una copia di schiuma ideale. Quindi il modello finito viene inserito in una malta di cemento sabbia per ottenere l’impressione più accurata. Quando il calcestruzzo si raffredda, le metà dello stampo vengono unite e il metallo fuso viene versato in esse.

L’elica deve avere un indice di resistenza elevato per resistere a pressioni e carichi enormi, nonché a resistere a processi di corrosione nell’acqua di mare. I canottieri sono realizzati in bronzo, ottone, leghe di acciaio, kunial. Non molto tempo fa, i polimeri pesanti hanno iniziato a essere utilizzati per questi scopi.