Antriebe gleichzeitig mit dem Aufkommen neuer Schiffs- und Schiffstypen verbessert.

Paddel

Mit dem Aufkommen der ersten kleinen Boote erkannte der Mensch, dass er ein Mittel brauchte, um sein Schiff voranzutreiben. Zunächst handelte es sich dabei um Ruder, die durch Eintauchen ins Wasser und Bewegen den gewünschten Effekt erzeugten – das Boot bewegte sich. Das Bedürfnis nach Geschwindigkeit zwang die Schiffbauer der Antike dazu, die Anzahl der Ruder und Ruderer zu erhöhen. Ein markantes Beispiel hierfür ist eine bis zu 12 Meter lange Galeere mit bis zu sechs Ruderern aus der Gruppe der Sklaven oder Küstenschiffe an jedem der 96 Ruder.

Kochet

Ruder gibt es in Rollen-, Paar- und Doppelblattausführung. Sie werden auf Booten, Beibooten und anderen Wasserfahrzeugen als letztes Mittel zur Fortbewegung eingesetzt. Beim Rudern wird der mittlere Teil des Ruders in das Loch – den Kessel – eingeführt, wo er fixiert wird und einen Halt schafft.

AKTIVE MOTOREN

Segel

Wir wissen, dass Seefahrer jahrtausendelang eine andere Art von Antrieb kannten – das Segel. Es ist auch eine alte und beliebte Antriebsart, die Windkraft nutzt. Grundsätzlich gibt es zwei Arten von Segeln: gerade – trapezförmige, symmetrisch zum Mast angeordnete und schräge – dreieckige oder trapezförmige, die an einer Seite des Mastes befestigt sind.

Ein gerades Rigg ist ein Rigg mit geraden Hauptsegeln (Bark, Barquentin).

Schiffe mit schräger Takelage sind solche, deren Hauptsegel schräge Segel sind (Schoner, Iola, Ketsch usw.).

Yachten sind meist mit dreieckigen Segeln ausgestattet, die „Bermuda“-Segel genannt werden.

Yacht mit Bermudasegeln

Es gibt auch gemischte Segelausrüstungen, bei denen Segel aller oben genannten Arten verwendet werden.

Schiff mit gemischter Takelage

Ein anderer Segeltyp, der in unserer Zeit weit verbreitet ist, kann als Drachen angesehen werden. Im Wesentlichen handelt es sich hierbei ebenfalls um ein Segel, jedoch mit einer etwas anderen Form. Bei der Spedition Beluga-Projekte„Diese Antriebsart spart ihnen bereits Treibstoffkosten für kommerzielle Schiffe.

Frachtschiff der Firma Beluga Projects

Sie waren gezwungen, auf der Suche nach Wind ständig Gebiete des Ozeans mit entwickelten Sturmbedingungen aufzusuchen, und gerieten oft in schwere Stürme und Unwetter. Im Laufe der Zeit spielten technische Unvollkommenheiten eine Rolle und eine weitere Vergrößerung der Handelsschiffe konnte nicht mehr von Segelschiffen getragen werden – sie erreichten ihr Maximum. Sie wurden durch andere, technisch fortschrittlichere Schiffe ersetzt, die den Anforderungen der damaligen Zeit entsprachen, und zu Museumsschiffen.

JET-ANTRIEBE

Schaufelrad

Raddampfer, Vancouver, Kanada

Auf den ersten Dampfschiffen begannen die Schiffbauer, ein Schaufelrad als Hauptantriebsgerät zu verwenden. Aber das ist vielleicht der erfolgloseste aller Macher. Aufgrund der zahlreichen Mängel des Schaufelrads, zu denen häufige Ausfälle und ein geringer Wirkungsgrad durch „Herausspringen“ aus dem Wasser beim Rollen gehörten, erfüllten die Schaufelräder ihre Funktion nicht gewissenhaft und belegten unter anderen Antriebsarten den letzten Platz.

Aussehen des Propellers

Die Idee, ein perfektes und Universeller Antrieb, war wie immer nicht neu, man musste nur am richtigen Ort sein und richtige Zeit. Es stellte sich heraus, dass eine solche Person Isambard Brunel war, dem die Schiffbauer meiner Meinung nach bis heute verpflichtet sind. Trotz zahlreicher Meinungen von Skeptikern schuf er, nachdem er die Arbeit der Erfindung des antiken griechischen Wissenschaftlers Archimedes eingehend studiert hatte, einen Propeller, dessen Funktionsweise er auf einem Dampfschiff demonstrierte. SS Großbritannien».

Seitdem das Beweger erhielt die weiteste Verbreitung. Hergestellt aus Verschiedene Materialien Durch die Änderung der Anzahl und des Winkels der Blätter wurde der Propeller verbessert und nahm unter anderen Propellern eine führende Position ein.

Ein Antriebsgerät ist also ein Gerät, das die Leistung eines Motors (Energiequelle) in die Vorwärtsbewegung eines Schiffes oder Schiffs umwandelt.

KLASSIFIZIERUNG VON ANTRIEBEN FÜR SCHIFFE UND SCHIFFE

Unterscheiden aktive Antriebe: Segel, die die Bewegung des Schiffes aufgrund des direkten Einflusses der von der Energiequelle Wind erzeugten Kraft ermöglichen, und reaktiv, wodurch eine treibende Kraft erzeugt wird, indem Wassermassen entgegen der Bewegung des Schiffes geschleudert werden.

Letztere sind unterteilt in gelappt (mit Rädern, Schraube, Flosse, geflügelt) Und fließendes Wasser (Wasserstrahl und Hydrostrahl).).

BLATTMOTOREN

Typisch Propellerschraube besteht aus einer Nabe mit darauf befindlichen Schaufeln. Sein Betrieb basiert auf der hydrodynamischen Kraft, die durch den Druckunterschied an den Seiten der Schaufeln entsteht. Jeder konzentrische Abschnitt der Rotorblätter stellt ein Element des Hauptflügels des Flugzeugs dar. Wenn sich der Propeller dreht, entstehen daher auf jedes Element die gleichen Kräfte wie auf den Flügel.

Funktionsprinzip des Propellers

Die um die konvexe Seite der Schaufel (Saugseite) strömende Strömung wird leicht komprimiert und beschleunigt dadurch ihre Bewegung. Die Strömung, die um die konkave Seite der Schaufel (Austrittsseite) strömt und auf ihrem Weg auf ein Hindernis trifft, verlangsamt die Geschwindigkeit etwas. Gemäß dem Bernoulli-Gesetz sinkt auf der Saugseite der Schaufel der Strömungsdruck und es entsteht eine Verdünnungszone. Gleichzeitig entsteht auf der Austrittsseite der Schaufel hingegen eine Zone erhöhten Drucks. Durch den Druckunterschied an den Seiten der Schaufel wird eine hydrodynamische Kraft erzeugt. Als Ergebnis langjähriger Untersuchungen wurde festgestellt, dass der Hauptteil der hydrodynamischen Kraft, etwa 70 Prozent, durch das Vakuum auf der Saugseite der Propellerblätter entsteht und nur 30 Prozent durch den Druck auf der Auslassseite Seite der Klingen. Die Projektion der hydrodynamischen Kraft auf die Propellerachse ist der Propellerschub. Diese Kraft wird von den Rotorblättern wahrgenommen, die sie über die Nabe und die Propellerwelle auf das Schiff übertragen.

Da die Blätter eine spiralförmige Oberfläche haben, wird beim Drehen des Propellers Wasser nicht nur zurückgeschleudert, sondern auch in Drehrichtung der Blätter verdreht. Die Aufgabe des Propellers besteht lediglich darin, das Wasser wegzuwerfen, ohne es zu drehen, und so einen reaktiven Impuls zu erzeugen – die Zugkraft. Ein erheblicher Teil der ihm vom Motor zugeführten Leistung wird für die Verdrehung der Strömung und die Überwindung des Rotationswiderstands des Propellers im Wasser aufgewendet. Daher ist der Wirkungsgrad des Propellers, der dem Verhältnis der zur Erzeugung des Propellerschubs aufgewendeten Leistung (Nettoleistung) zur Gesamtleistung, die zum Drehen des Propellers aufgewendet wird, entspricht, immer kleiner als eins.

Effizienz Propeller schwankt im Bereich von 0,5 - 0,7. Die Obergrenze gilt als sehr hoch und bei langsam laufenden Propellern mit großem Durchmesser erreichbar. Bei schnelllaufenden Propellern mit kleinem Durchmesser liegt der Wirkungsgrad selten über 0,5.

Propellerschraube immer auf den Motor abgestimmt, sonst kommt es zu einem sinnlosen Leistungsverlust. Darüber hinaus gibt es nicht umkehrbare Motoren, die die Drehrichtung der Welle nicht ändern können. In solchen Fällen gibt es Verstellpropeller. Seine Nabe enthält einen Mechanismus, der die Klingen in einen bestimmten Winkel dreht und sie in dieser Position hält. Durch die Drehung der Blätter können Sie die Zugkraft bei konstanter Drehzahl der Propellerwelle ändern und umgekehrt, eine konstante Zugkraft bei unterschiedlichen Drehzahlen der Welle aufrechterhalten und im Allgemeinen auch die Schubrichtung (umgekehrt) ändern ) bei konstanter Drehrichtung der Propellerwelle.

Zur Übertragung hoher Leistungen werden häufig Zwei- und Dreiwellenanlagen eingesetzt, einige große Schiffe, beispielsweise Flugzeugträger, sind mit vier symmetrisch angeordneten Propellern ausgestattet. Teilweise kommen Leitdüsen zum Einsatz, die bei niedrigen Propellergeschwindigkeiten für eine Schubsteigerung von bis zu sechs Prozent sorgen.

a) - ein Propeller mit festen Blättern; b) - Schraube mit einstellbarer Steigung; c) - Propeller in der Düse; d) - koaxiale gegenläufige Propeller;

Azipod

Lenksäule

Um die Manövrierfähigkeit einiger Schiffe zu erhöhen, werden Universalantriebe, die sogenannten Aktivruder, eingesetzt. Azipod" Lenksäulentyp " Azipod„Enthält einen kleinen Propeller mit eigenem Elektromotor. Durch Drehen um ihre Achse erzeugt die Schraube einen Anschlag und erhöht dadurch das auf das Lenkrad wirkende Drehmoment.

Antriebsvorrichtung vom Typ „Azipod“.

Leider schränken die hohen Kosten des Designs den Anwendungsbereich ein Mover wie " Azipod“, aber sie sind das ausgegebene Geld wert. Sie werden auf Eisbrechern, modernen Kreuzfahrtschiffen, Ölbohrplattformen und anderen Schiffstypen eingesetzt.

Flossenantrieb

Flossenantrieb

Um die Stabilität eines Schiffes oder Wasserfahrzeugs aufrechtzuerhalten, statten Schiffbauer ihre „Kreationen“ mit kleinen kielförmigen Stabilisatoren aus, die an beiden Seiten des Schiffsrumpfs hervorstehen. In ihrem Bild und ihrer Ähnlichkeit ähneln sie den Flossen riesiger Wale, für die sie die entsprechende Klassifizierung erhielten. Jeder von ihnen hat eine stromlinienförmige Form, dank derer er durch die Wellen schneidet, ohne das Schiff zu verlangsamen. Das Funktionsprinzip ist sehr einfach: Schräg angebrachte Flossenantriebe erzeugen den gleichen Effekt wie die Flügel eines Flugzeugs – entweder tauchen sie ein Schiffsrumpf tiefer oder höher anheben. Wenn Wellen versuchen, das Schiff in die eine oder andere Richtung zu neigen, neigen die Kielstabilisatoren den Rumpf in die entgegengesetzte Richtung der Rollbewegung. Dies verleiht dem Schiff auch bei großem Wellengang Stabilität.

Flügelantriebe

Funktionsprinzip eines Flügelzellenantriebs

Flügelpropeller haben vor allem in Triebwerken Anwendung gefunden. Sie vereinen die Funktionen von Antrieb und Ruder und stellen einen Rotor dar, der auf gleicher Höhe mit dem Schiffsboden installiert ist und sich um eine vertikale Achse dreht, an dessen Umfang 3 bis 8 Blätter senkrecht zu seiner Oberfläche angebracht sind, die in Form von Flügel, sind in gleichen Winkelabständen angeordnet. Zusammen mit dem Rotor rotieren die Rotorblätter periodisch um ihre eigene Achse. Die Klingen werden so gedreht, dass an jeder Position eine Kraft auf sie ausgeübt wird, die den größten Vorsprung in der Bewegungsrichtung des Gefäßes hat. Dies wird erreicht, wenn sich die bedingten Senkrechten zu den Sehnen der Rotorblätter in einem Punkt schneiden, der das Kontrollzentrum ist. Durch Verschieben des Kontrollzentrums entlang einer Achse senkrecht zur Bewegungsrichtung des Schiffes werden Größe und Vorzeichen des Stopps geändert. Also geflügelt Mover haben die gleichen Eigenschaften wie ein Verstellpropeller. Durch beliebiges Verschieben des Kontrollzentrums in einer Ebene parallel zur Wasserlinienebene können Sie die Richtung des Stoppvektors im Bereich von 0 bis 360 Grad ändern. Um die Rotorblätter zu drehen und das Steuerzentrum zu bewegen, wird ein mechanischer Antrieb verwendet, der sich im Antriebsgehäuse befindet und von einem hydraulischen System gesteuert wird.

Flügelantrieb

In Bezug auf Effizienz sowie Komplexität und Gewichts- und Größenmerkmale geflügelt Beweger Propellern unterlegen und daher als wirksames Triebwerk eingesetzt.

Sie werden auf Schiffen eingesetzt, an deren Manövrierfähigkeit erhöhte Anforderungen gestellt werden (Schlepper, Fischereifahrzeuge, Minensuchboote usw.).

WASSERSTRÖMUNGSMOTOREN

Wasserstrahlantrieb

Wasserstrahlantrieb

Wasserstrahl Beweger(Wasserstrahl) ist ein Wasserpumpenlaufrad, das in einem Wasserströmungskanal angeordnet ist, durch den Wasser mit erhöhter Geschwindigkeit entlang der Propellerachse ausgestoßen wird. Zu den Hauptvorteilen solcher Antriebe zählen: guter Schutz vor mechanischer Beschädigung und Vermeidung von Kavitation, Schutz vor auf der Wasseroberfläche schwimmenden Gegenständen, geringerer hydrodynamischer Lärm im Vergleich zu Schraubenantrieben, was für U-Boote sehr wichtig ist. sich innerhalb oder außerhalb des Schiffsrumpfes befinden. Die Effizienz eines Wasserstrahlantriebssystems hängt von der Form der Wasserleitungen, der Lage und der Gestaltung der Wassereinlässe ab.

Sie werden üblicherweise auf Schiffen eingesetzt, die in seichten Gewässern verkehren, oder dienen als Triebwerke zur Verbesserung der Manövrierfähigkeit von Schiffen.

Pumpenantriebe

Pump-Jet-Antrieb

Im Allgemeinen begannen U-Boote, einen neuen Antriebstyp zu verwenden – Pump-Jet, was so viel wie Pumpenantrieb bedeutet. Es gibt zwei Arten davon:

-Beweger Pumpentyp mit Vorverdrehung – der Stator (Basis der Düse) befindet sich vor dem Rotor;

-Beweger Pumpentyp mit anschließendem Hochlauf, wenn sich der Rotor vor dem Stator befindet.

Arten von Pump-Jet-Antrieben

1) - Rotor; 2) - Düse; 3 - Stator; 4) - Basis der Düse; 5) - Statorbasis der Düse;

Die Eigenschaften beider Antriebsarten sind jedoch gleich Beweger Der Pumpentyp mit Vorverdrillung weist bessere Kavitationseigenschaften auf, ist jedoch konstruktiv komplexer.

Hydrojet-Antrieb

In einem Hydrojet-Antriebssystem wird die Energie von Druckluft oder Verbrennungsprodukten, die der Wasserleitung über eine Düse zugeführt werden, genutzt, um den Wasserfluss zu beschleunigen. Besonderheit solche Geräte - das Fehlen einer Wellenleitung und eines mechanischen Arbeitselements. Es gibt:

Thermal-- Direktfluss (Dampf-Wasser-Gemisch entsteht in einer Kammer, in die Dampf oder heißes Gas zugeführt wird, wodurch eine Antriebskraft entsteht);

pulsierend(Kolbentyp mit einer pulsierenden Gas-Wasser-Brennkammer, mit einem reaktiven Gas-Wasser-Rohr vom explosiven Typ usw.);

Auswurf und andere, die die Energie von kaltem Druckgas nutzen und so den Fluss des Wasser-Luft-Gemisches beschleunigen. Wird im zivilen Schiffbau verwendet.

WIE PROPELLER HERGESTELLT WERDEN

Am meisten große Propeller erreichen die Höhe eines dreistöckigen Gebäudes und ihre Herstellung erfordert einzigartige Fähigkeiten. Zur Zeit der Entstehung des Schraubendampfers“ SS Großbritannien„Die Herstellung der Propellerformen dauerte bis zu 10 Tage. Heute, dank der Verfügbarkeit Computertechnologie Ein automatisierter Manipulator erledigt dies in ein paar Stunden. Die Form des Propellers wird in den Computer eingegeben und ein Diamantbohrer am Ende des Manipulators schneidet aus riesigen Schaumstoffblöcken mit einer Genauigkeit von 1 mm eine perfekte Kopie des Blattes aus. Anschließend wird in das fertige Modell eine Mischung aus Sand und Zement eingebracht, um einen präzisen Abdruck zu erzeugen. Nachdem der Beton abgekühlt ist, wird die aus zwei Hälften bestehende Form zusammengefügt und auf 3000 Grad geschmolzenes Metall gegossen. Der Propeller kann aus nichts hergestellt werden. Der Propeller muss stark genug sein, um dem Druck von Tausenden Tonnen standzuhalten, ohne im salzigen Meerwasser zu korrodieren. Die gebräuchlichsten Propellermaterialien sind Stahl, Messing und Bronze. IN letzten Jahren Für den gleichen Zweck begann man, Kunststoffe zu verwenden.

Eine Legierung aus Nichteisenmetallen für Propeller, genannt „ Kunial" Es hat die Festigkeit von Stahl, ist jedoch wesentlich korrosionsbeständiger. Kunial kann jahrzehntelang im Wasser bleiben, ohne zu rosten. Um der Legierung höchste Präzision zu verleihen, müssen 5 % Nickel und 5 % Aluminium zu 80 % Kupfer sowie 10 % anderen Metallen hinzugefügt werden. Das Schmelzen erfolgt bei einer Temperatur von 3200 Grad.

Nach bestandener Qualitätskontrolle wird ein „Cocktail“ aus geschmolzenen Metallen in eine Form gegossen. Um zu verhindern, dass Luft in die Struktur gelangt, wird das Metall in einem gleichmäßigen Strahl gegossen. Nach zwei Tagen kühlt die Form ab. Anschließend werden die Klingen aus der Form gelöst.

Die Effizienz eines Propellers hängt von der glatten und stromlinienförmigen Form der Blätter ab. Die Oberfläche des aus der Form gegossenen Teils ist unvollständig und mit Gusskruste bedeckt. Zur Bestimmung der Schichtdicke wird ein Lasermessgerät eingesetzt. Anschließend wird die überschüssige Schicht mit einem Hartmetallschneider entfernt. Anschließend wird der Propeller auf eine vollkommen glatte Oberfläche poliert, bis er 1,6 Mikromm beträgt. Dadurch erhält die Oberfläche die Glätte von Glas.

Propellerschraube- Das Produkt ist rein individuell und muss für jedes moderne Schiff oder Schiff eine optimale Form haben, um unter Berücksichtigung der Betriebsbedingungen zu gleiten und die erforderliche Energiemenge aufzunehmen. Das Hauptproblem aller Propeller ist Hohlraumbildung. Die Sache ist, dass unter Wasser, wenn sie sich auf den Schaufeln drehen, ein Bereich mit niedrigem Druck entsteht, in dem Wasser selbst bei niedrigen Temperaturen buchstäblich zu kochen beginnt. Daher werden die Propeller auf speziellen Ständen getestet, wo die optimalen Propellerbetriebsparameter ausgewählt und der richtige Blattwinkel überprüft werden.

Egal wie traurig, aber unglaublich schön Propeller Verdammt zu harter Arbeit, verborgen vor den Augen der Menschen unter den Wellen des Meeres. Also von allen Arten von Existenz Mover spielt eine führende Rolle Propellerschraube, und es gibt noch keinen Grund zu der Annahme, dass in den kommenden Jahren ein wirksamerer Ersatz dafür gefunden wird.

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§ 13. Schiffsantriebe

Auf Schiffen werden folgende Propeller eingesetzt: Propeller, Flügelpropeller und Wasserstrahlantriebe. Auch Segel, Schaufelräder und andere Antriebsvorrichtungen kommen zum Einsatz.

Nach dem Funktionsprinzip werden Antriebe in aktive Antriebe unterteilt, zu denen Segel gehören, die Windenergie direkt in die Vorwärtsbewegung des Schiffes umwandeln, und reaktive Antriebe – alles andere, da der von ihnen erzeugte anhaltende Druck durch die erzeugte Kraft entsteht Reaktion von Wassermassen, die entgegen der Bewegung des Schiffes geschleudert werden.

Aufgrund ihrer einfachen Konstruktion und Bedienung, Kompaktheit, Betriebszuverlässigkeit und höchsten Effizienz sind Propeller am gebräuchlichsten. Je nach Ausführung werden sie in zwei Typen unterteilt: solide Schrauben(die Nabe mit den Schaufeln wird zusammen hergestellt) und Propeller mit abnehmbaren Blättern, verwendet auf Schiffen, die im Eis fahren. Solche Propeller werden als Festpropeller bezeichnet, während Propeller, die über Mechanismen verfügen, die die Blätter in der Nabe drehen und die Steigung des Propellers ändern, als Propeller mit kontrollierter Steigung bezeichnet werden.

Schritt für Schritt Die Länge einer Schraube ist der Weg in Richtung der Achse, der bei einer Umdrehung durch einen beliebigen Punkt auf der Oberfläche der Schraube verläuft.

Festpropeller- VFSh (Abb. 27) werden aus einem Stück (einem Stück) hergestellt, gegossen, geschweißt oder gestanzt und bestehen aus folgenden Hauptelementen: Hubs, eine Buchse, die auf den Konus des Propellerwellenhalses passt, und Klingen(von 3 bis 6), radial auf der Nabe angeordnet. Der untere Teil des Blattes, der es mit der Nabe verbindet, wird Blattwurzel genannt; der obere Teil ist die Spitze oder das Ende; Die dem Schiffsrumpf zugewandte Oberfläche des Blattes wird als Saugfläche bezeichnet, die Rückseite wird als Austrittsfläche bezeichnet, bei der es sich in den meisten Fällen um eine regelmäßige Spiralfläche handelt. Der Schnittpunkt dieser beiden Flächen bildet die Kanten der Schaufeln.

Reis. 27. Festpropeller (FPP) und Schema zur Erzeugung von Schubdruck durch die Elementarplattform des Propellerblatts.

Es werden Propeller mit Rechts- und Linkslauf verwendet, sie unterscheiden sich durch Allgemeine Regeln: Wenn die Schraube im Uhrzeigersinn eingedreht wird, spricht man von einer Rechtsdrehungsschraube, und wenn sie entgegen dem Uhrzeigersinn eingedreht wird, spricht man von einer Linksdrehungsschraube.

Wenn sich der Propeller dreht, schleudern seine Blätter Wassermassen zur Seite. Die Reaktion dieses Wassers wird von der Druckoberfläche des Blattes wahrgenommen, wodurch ein Schub für den Propeller entsteht, der über die Nabe und die Propellerwelle auf das Drucklager übertragen und in eine Kraft umgewandelt wird, die das Schiff bewegt.

Um zu verstehen, wie eine anhaltende Bewegung auftritt, wenn sich der Propeller dreht (Abb. 27), betrachten wir die Kräfte, die auf die Elementarfläche seines Blattes wirken und sich im Kreis mit einer Geschwindigkeit bewegen v 0 Und gleichzeitig mit dem Schiff mit a bewegen Geschwindigkeit v 1 . Der Winkel a, der zwischen der Resultierenden dieser Kräfte v und der Sehne der Elementarfläche der betrachteten Klinge gebildet wird, ist der darauf entstehende Anstellwinkel Aufzug R. Zerlegen wir diese Kraft in Komponenten, dann ist eine Komponente, die Kraft P, die in Bewegungsrichtung des Schiffes wirkt, die Schubkraft und die zweite, die Kraft T, die im Kreis in die entgegengesetzte Richtung wirkt Durch die Drehung des Propellers entsteht ein Moment relativ zu seiner Achse, das vom Schiffsmotor überwunden wird.

Reis. 28. Verstellpropeller (CPP) mit Drehkurbelmechanismus zur Änderung der Steigung. 1 - Propellerblätter; 2-Nabe; 3-Propellerwelle; 4 - Schieber mit Stange; 5 - Pleuelstift; 6 - Flügellager; 7 - Propellerverkleidung.

Der Einsatz von Verstellpropellern ermöglicht den Einsatz nicht umkehrbarer Hauptmaschinen auf Schiffen mit einem vereinfachten Wartungssystem, das den Verschleiß ihrer Zylinder um etwa 30-40 % reduziert (der bei umkehrbaren Maschinen durch häufige Änderungen der Betriebsart und -richtung entsteht). der Rotation) ermöglicht eine vollständigere Nutzung der Maschinenleistung und sorgt für einen hohen Propellerwirkungsgrad.

Reis. 29. Flügelpropeller: a - Konstruktionsdiagramm; b – Platzierung der Antriebsvorrichtung auf dem Schiff. 1 - Trägerscheibe; 2 - rotierende Klingen; 3 - angetriebenes Zahnrad, das die Scheibe dreht; 4 - hydraulische Vorrichtung zur Steuerung des Pendelhebels; 5 - Pendelhebel, der die Position der Klingen um seine Achse ändert; 6 - Propellerwelle mit Antriebskegelrad.

Flügelpropeller(Abb. 29) ist eine Strukturvorrichtung, die aus einem horizontal rotierenden Zylinder mit 6-8 schwertförmigen, stromlinienförmigen Schaufeln besteht, die vertikal darauf angeordnet sind und sich mit einem vom Steuerhaus aus gesteuerten Pendelhebel um ihre Achsen drehen.

Wenn sich die Scheibe wie bei einem Flügel auf den Rotorblättern dreht, entsteht eine Auftriebskraft, deren Komponente einen anhaltenden Druck erzeugt. Wenn die Blätter gedreht werden, ändern sich die Größe des Schubs und seine Richtung, was es ermöglicht, die Bewegungsrichtung des Schiffes ohne die Hilfe eines Ruders zu ändern (ein Ruder ist bei einem Schiff mit diesem Antrieb nicht installiert), wie z sowie die Schubkraft des Antriebs von „Voll vorwärts“ auf „Voll rückwärts“ oder zum Stoppen des Schiffes, ohne die Geschwindigkeit und Drehrichtung (ohne Rückwärtsgang) des Hauptantriebs zu ändern.

Der Wirkungsgrad eines Flügelpropellers entspricht fast dem Wirkungsgrad eines Propellers, ein Flügelpropeller ist jedoch wesentlich komplexer konstruiert. Hervorstehende Klingen brechen oft. Allerdings in In letzter Zeit Diese Antriebsvorrichtung wird immer häufiger eingesetzt und verleiht Schiffen eine gute Manövrierfähigkeit, sodass sie auf engstem Raum frei arbeiten können.

Wasserstrahlantrieb gehört zu einer Reihe wasserdurchströmter Antriebe. Moderne Wasserstrahlantriebe bestehen aus drei Typen: mit der Freisetzung eines Wasserstrahls ins Wasser, in die Atmosphäre und mit Freisetzung halb unter Wasser.

Der Propeller funktioniert wie eine Pumpe und saugt Wasser durch ein Rohr, das vor dem Propeller im Boden des Rumpfes verläuft, in einen Kanal. Zum Schutz vor dem Eindringen von Fremdkörpern in die Schnecke ist am Kanalanfang ein Schutzgitter verstärkt.

Um Verluste durch die Verdrehung der Wasserströmung durch den Propeller zu reduzieren und die Effizienz der Antriebseinheit zu erhöhen, ist hinter dem Propeller ein Gegenpropeller installiert. Die Fahrtrichtung des Schiffes wird durch Verschieben des Rückwärtsruders geändert.

Der Wirkungsgrad einer solchen Antriebsvorrichtung beträgt nur 35-45 %, und das Fehlen jeglicher hervorstehender Teile im Unterwasserteil des Schiffes sorgt für eine bessere Manövrierfähigkeit im flachen Wasser, in engen Gewässern und auf verstopften Fahrwassern. Für ein Schiff mit einem solchen Antrieb stellen selbst schwimmende Objekte, durch die es sich frei bewegt, kein Hindernis dar.

Die aufgeführten Vorteile des Wasserstrahlantriebs machten seinen Einsatz besonders praktisch auf Flussschiffen, vor allem auf der Holzflößerei.

In den letzten Jahren wird der Wasserstrahlantrieb zunehmend auch auf Hochgeschwindigkeitsschiffen wie Tragflügelbooten eingesetzt, die Geschwindigkeiten von bis zu 95 km/h erreichen.

Der Einsatz moderner Dampf- und Gasturbinen ermöglicht den erfolgreichen Einsatz des Wasserstrahlantriebs auf großen Seeschiffen, wo der Antriebswirkungsgrad laut Berechnungen etwa 83 % erreichen kann, was 11 % höher ist als der Antriebswirkungsgrad eines Propellers, der für dasselbe Schiff entwickelt wurde.

Zu den Nachteilen von Schiffen mit diesem Antrieb zählen der Verlust der Tragfähigkeit des Schiffes durch das Gewicht des gepumpten Wassers und der Volumenverlust Innenräume vom Kanal belegt.

Wie funktioniert ein Propeller? Der Propeller wandelt die Drehung der Motorwelle in Schub um – eine Kraft, die das Schiff vorwärts treibt. Wenn sich der Propeller dreht, entsteht auf den nach vorne gerichteten Oberflächen seiner Blätter ein Vakuum (Saugrichtung) und auf den nach hinten gerichteten Oberflächen (Pumpen) ein erhöhter Wasserdruck. Durch den Druckunterschied auf die Schaufeln entsteht eine Kraft Y (man nennt sie Heben). Indem wir die Kraft in Komponenten zerlegen – eine auf die Bewegung des Gefäßes gerichtet und die zweite senkrecht dazu, erhalten wir die Kraft P , die den Schub des Propellers erzeugt, und die Kraft T, die das Drehmoment erzeugt, das vom Motor überwunden wird.

Der Schub hängt maßgeblich vom Anstellwinkel a des Blattprofils ab. Der optimale Wert für schnelllaufende Bootspropeller liegt bei 4-8°. Wenn a größer als der optimale Wert ist, wird die Motorleistung unproduktiv für die Überwindung eines großen Drehmoments aufgewendet. Wenn der Anstellwinkel jedoch klein ist, sind die Auftriebskraft und damit der Schub P klein und die Motorleistung gering nicht ausreichend genutzt werden.

In einem Diagramm, das die Art der Wechselwirkung zwischen der Schaufel und dem Wasser veranschaulicht, kann a als der Winkel zwischen der Richtung des Geschwindigkeitsvektors der Strömung W, die auf die Schaufel strömt, und der Austrittsoberfläche dargestellt werden. Der Strömungsgeschwindigkeitsvektor W entsteht durch die geometrische Addition der Vektoren der translatorischen Bewegungsgeschwindigkeit Va des Propellers zusammen mit dem Schiff und der Rotationsgeschwindigkeit Vr, also der Bewegungsgeschwindigkeit des Blattes in einer Ebene senkrecht zur Propellerachse .

Spiralförmige Oberfläche der Klinge. Die Abbildung zeigt die Kräfte und Geschwindigkeiten, die in einem bestimmten Fall wirken Querschnitt Blatt, das sich in einem bestimmten Radius r des Propellers befindet. Die Umfangsgeschwindigkeit der Rotation V hängt vom Radius ab, in dem sich der Abschnitt befindet (Vr = 2× p × r× n, wobei n die Drehzahl des Propellers ist, U/s), während die Translationsgeschwindigkeit des Propellers abhängt Va bleibt für jeden Abschnitt der Klinge konstant. Je größer also r ist, d. h. je näher der betrachtete Abschnitt am Ende des Blattes liegt, desto größer ist die Umfangsgeschwindigkeit Vr und damit die Gesamtgeschwindigkeit W.

Da die Seite Va im betrachteten Geschwindigkeitsdreieck konstant bleibt, ist es bei der Bewegung des Blattabschnitts von der Mitte erforderlich, die Blätter in einem großen Winkel zur Propellerachse zu drehen, damit a seinen optimalen Wert beibehält, d. h. bleibt für alle Abschnitte gleich. Somit erhält man eine spiralförmige Oberfläche mit einer konstanten Steigung N. Erinnern wir uns daran, dass die Steigung des Propellers die Bewegung eines beliebigen Punktes des Blattes entlang der Achse bei einer vollen Umdrehung des Propellers ist.

Die Zeichnung hilft, die komplexe spiralförmige Oberfläche der Klinge zu visualisieren. Beim Betrieb des Propellers scheint das Blatt entlang von Führungsquadraten zu gleiten, die an jedem Radius eine unterschiedliche Basislänge, aber die gleiche Höhe – Steigung H – haben, und steigt bei einer Umdrehung um den Betrag H an. Das Produkt aus Steigung und … Die Rotationsfrequenz (Hn) ist die theoretische Bewegungsgeschwindigkeit des Propellers entlang der Achse.

Schiffsgeschwindigkeit, Propellergeschwindigkeit und Schlupf. Bei der Bewegung reißt der Schiffsrumpf Wasser mit sich und erzeugt so eine vorbeiziehende Strömung, so dass die tatsächliche Geschwindigkeit des auf das Wasser treffenden Propellers Va immer etwas geringer ist als die tatsächliche Geschwindigkeit des Schiffes V. Bei schnell gleitenden Motorbooten beträgt der Unterschied klein - nur 2 - 5 %, da ihr Rumpf auf dem Wasser gleitet und es fast nicht mitzieht. Bei Booten mit durchschnittlicher Geschwindigkeit beträgt dieser Unterschied 5–8 %, bei Booten mit geringer Geschwindigkeit und großem Tiefgang erreicht er 15–20 %. Vergleichen wir nun die theoretische Geschwindigkeit der Schnecke Hn mit der Geschwindigkeit ihrer tatsächlichen Bewegung Va relativ zum Wasserfluss.

Die Differenz Hn - Va, Schlupf genannt, bestimmt die Arbeit an der Mündung des Propellers bei einem Anstellwinkel a zur Wasserströmung mit einer Geschwindigkeit W. Das Verhältnis von Schlupf zur theoretischen Geschwindigkeit des Propellers in Prozent wird als relativ bezeichnet Unterhose:
s = (Hn-Va)/Hn.

Der Schlupf erreicht seinen Maximalwert (100 %), wenn der Propeller auf einem am Ufer vertäuten Schiff läuft. Die Propeller von leichten Rennmotorbooten haben bei voller Geschwindigkeit den geringsten Schlupf (8-15 %); Bei den Propellern gleitender Vergnügungsmotorboote und Schnellboote erreicht der Gleitwert 15–25 %, bei Booten mit großer Verdrängung 20–40 % und bei Segelyachten mit Hilfsmotor 50–70 %.

Leichter oder schwerer Propeller. Der Durchmesser und die Steigung des Propellers sind die wichtigsten Parameter, von denen der Nutzungsgrad der Motorleistung und damit die Möglichkeit der Erreichung abhängt höchste Geschwindigkeit Fortschritt des Schiffes.

Jeder Motor hat seine eigene sogenannte äußere Charakteristik – die Abhängigkeit der von der Welle entnommenen Leistung von der Kurbelwellendrehzahl bei vollständig geöffneter Vergaserdrossel. Eine solche Kennlinie ist beispielsweise für den Whirlwind-Außenbordmotor in der Abbildung (Kurve 1) dargestellt. Maximale Leistung von 21,5 l, s. Der Motor entwickelt sich bei 5000 U/min.

Die Leistung, die der Propeller eines bestimmten Bootes in Abhängigkeit von der Motordrehzahl aufnimmt, wird in derselben Abbildung nicht durch eine, sondern durch drei Kurven dargestellt – Schraubencharakteristik 2, 3 und 4, die jeweils einem bestimmten Propeller entsprechen , also ein Propeller mit einer bestimmten Steigung und einem bestimmten Durchmesser.

Wenn sowohl die Steigung als auch der Propellerdurchmesser über die optimalen Werte hinaus erhöht werden, bleiben die Blätter hängen und werden zu stark zurückgeschleudert. große Menge Wasser: Der Schub nimmt zu, aber gleichzeitig steigt auch das erforderliche Drehmoment an der Propellerwelle. Die Propellerkennlinie 2 eines solchen Propellers schneidet sich mit der äußeren Kennlinie des Motors 1 im Punkt A. Dies bedeutet, dass der Motor bereits die Grenze – den maximalen Drehmomentwert – erreicht hat und den Propeller nicht mit hoher Geschwindigkeit drehen kann, d.h. es entwickelt nicht die Nenndrehzahl und die entsprechende Nennleistung. In diesem Fall zeigt die Position von Punkt A, dass der Motor nur 12 PS leistet. Mit. Leistung statt 22 PS. Mit. Dieser Propeller heißt hydrodynamisch schwer.

Im Gegenteil, wenn die Steigung oder der Durchmesser der Schraube klein ist (Kurve 4), sind sowohl der Schub als auch das erforderliche Drehmoment geringer, sodass der Motor nicht nur leicht entwickelt, sondern auch die Nenndrehzahl der Kurbelwelle überschreitet. Sein Betriebsmodus wird durch Punkt C gekennzeichnet. In diesem Fall wird die Motorleistung nicht vollständig genutzt und der Betrieb bei zu hohen Drehzahlen ist mit gefährlich hohem Teileverschleiß verbunden. Es sollte betont werden, dass das Schiff aufgrund des geringen Propelleranschlags nicht die maximal mögliche Geschwindigkeit erreichen wird. Diese Schraube heißt hydrodynamisch leicht.

Als Propeller wird ein Propeller bezeichnet, der es einer bestimmten Kombination aus Schiff und Motor ermöglicht, die Leistung des letzteren voll auszunutzen vereinbart. Für das betrachtete Beispiel ist dies vereinbart Der Propeller hat die Charakteristik 3, die sich mit der äußeren Charakteristik des Motors im Punkt B schneidet, was seiner maximalen Leistung entspricht.

Wie wichtig es ist, den richtigen Propeller auszuwählen, verdeutlicht die Abbildung am Beispiel des Crimea-Motorboots mit dem Whirlwind-Außenbordmotor. Bei Verwendung eines Standard-Motorpropellers mit einer Steigung von 300 mm ergibt sich ein Motorboot mit 2 Personen. An Bord erreicht es eine Geschwindigkeit von 37 km/h. Bei voller Beladung mit 4 Personen reduziert sich die Geschwindigkeit des Bootes auf 22 km/h. Beim Austausch des Propellers gegen einen anderen mit einer Steigung von 264 mm erhöht sich die Geschwindigkeit bei Volllast auf 32 km/h. Die besten Ergebnisse werden mit einem Propeller mit einem Steigungsverhältnis H/D = 1,0 (Steigung und Durchmesser betragen 240 mm) erzielt: Die Höchstgeschwindigkeit steigt auf 40-42 km/h, die Geschwindigkeit bei Volllast beträgt bis zu 38 km/h . Über die erheblichen Kraftstoffeinsparungen, die mit einem Propeller mit reduzierter Steigung erzielt werden können, lässt sich leicht schließen: Wenn bei einem Standardpropeller mit einer Last von 400 kg pro zurückgelegtem Kilometer 400 g Kraftstoff verbraucht werden, dann beim Einbau eines Propellers mit a Bei einer Steigung von 240 mm beträgt der Kraftstoffverbrauch 237 g/km.

Es ist darauf hinzuweisen, dass vereinbart Es gibt eine endlose Vielfalt an Propellern für eine bestimmte Boots- und Motorkombination. Tatsächlich belastet ein Propeller mit etwas größerem Durchmesser, aber etwas kleinerer Steigung den Motor genauso stark wie ein Propeller mit kleinerem Durchmesser und größerer Steigung. Es gibt eine Regel: Wenn ein zum Rumpf und Motor passender Propeller durch einen anderen mit ähnlichen Werten von D und H ersetzt wird (die Abweichung darf nicht mehr als 10 % betragen), muss die Summe dieser Werte erreicht werden denn die alten und neuen Propeller sind gleich.

Allerdings aus diesem Set vereinbart Schrauben haben nur eine Schraube mit spezifischen Werten von D und H die größte Effizienz. Diese Schraube heißt optimal. Der Zweck der Berechnung eines Propellers besteht darin, ihn genau zu finden optimal Durchmesser- und Steigungswerte.

Effizienz. Der Wirkungsgrad eines Propellers wird anhand seines Wirkungsgrades beurteilt, also dem Verhältnis von Nutzleistung zur aufgewendeten Motorleistung.

Ohne auf Einzelheiten einzugehen, stellen wir fest, dass der Wirkungsgrad eines kavitationsfreien Propellers hauptsächlich vom relativen Schlupf des Propellers abhängt, der wiederum durch das Verhältnis von Leistung, Drehzahl, Durchmesser und Drehzahl bestimmt wird.

Der maximale Wirkungsgrad eines Propellers kann 70 bis 80 % erreichen, in der Praxis ist es jedoch ziemlich schwierig, die optimalen Werte der Hauptparameter zu wählen, von denen der Wirkungsgrad abhängt: Durchmesser und Rotationsgeschwindigkeit. Daher kann der Wirkungsgrad echter Propeller auf kleinen Schiffen viel geringer sein und nur 45 % betragen.

Der Propeller erreicht seinen maximalen Wirkungsgrad bei einem relativen Schlupf von 10 - 30 %. Mit zunehmendem Schlupf sinkt der Wirkungsgrad schnell: Wenn der Propeller im Festmachermodus läuft, geht er gegen Null. Ebenso sinkt der Wirkungsgrad auf Null, wenn aufgrund hoher Drehzahlen bei kleiner Steigung der Schneckenanschlag Null ist.

Allerdings ist auch die gegenseitige Beeinflussung von Gehäuse und Schraube zu berücksichtigen. Während des Betriebs fängt der Propeller erhebliche Wassermassen auf und schleudert sie in das Heck, wodurch die Geschwindigkeit der Strömung um den hinteren Teil des Rumpfes zunimmt und der Druck sinkt. Damit einher geht das Phänomen des Sogs, d. h. das Auftreten eines zusätzlichen Wasserwiderstands gegenüber der Bewegung des Schiffes im Vergleich zu dem, den es beim Schleppen erfährt. Folglich muss die Schraube eine Schubkraft entwickeln, die den Körperwiderstand um einen bestimmten Betrag Pe = R/(1-t) kg übersteigt. Hier ist t der Saugkoeffizient, dessen Wert von der Geschwindigkeit des Schiffes und den Konturen des Rumpfes im Bereich, in dem sich der Propeller befindet, abhängt. Bei Gleitbooten und Motorbooten, bei denen sich der Propeller unter einem relativ flachen Boden befindet und kein Achtersteven davor ist, beträgt bei Geschwindigkeiten über 30 km/h t = 0,02-0,03. Bei Booten und Motorbooten mit niedriger Geschwindigkeit (10–25 km/h), bei denen der Propeller hinter dem Achtersteven montiert ist, beträgt t = 0,06–0,15.

Der Schiffsrumpf wiederum verringert durch die Bildung einer vorbeiziehenden Strömung die Geschwindigkeit des auf den Propeller strömenden Wassers. Dabei wird der zugehörige Strömungskoeffizient w berücksichtigt: Va = V (1-w) m/s. Die Werte von w lassen sich leicht aus den oben angegebenen Daten ermitteln.

Die Gesamtantriebseffizienz des Schiffsmotor-Propeller-Komplexes wird nach folgender Formel berechnet:
h = h p h ((1-t)/(1-w)) h h m = h p h h k h h m Dabei ist h p der Wirkungsgrad der Schraube; h k - Körpereinflusskoeffizient; h m - Wirkungsgrad der Welle und des Rückwärtsganggetriebes.

Der Gehäuseeinflusskoeffizient ist oft größer als eins (1,1 – 1,15), und Verluste in der Welle werden auf 0,9 – 0,95 geschätzt.

Schraubendurchmesser und Steigung. Die Elemente eines Propellers für ein bestimmtes Schiff können nur berechnet werden, indem eine Kurve des Wasserwiderstands gegenüber der Bewegung eines bestimmten Schiffs, eine äußere Charakteristik des Motors und Konstruktionsdiagramme, die aus den Ergebnissen von Modellversuchen von Propellern mit bestimmten Parametern erhalten werden, vorliegen Klingenformen. Um den Durchmesser und die Steigung der Schraube vorab zu bestimmen, gibt es vereinfachte Formeln, deren Darstellung hier keinen Sinn macht, weil zur Verwendung empfohlen genauere Methoden zur Berechnung des optimalen Propellers. Diese Methoden basieren auf der Approximation (ungefähren Darstellung) grafischer Diagramme durch analytische Abhängigkeiten, was es ermöglicht, ziemlich genaue Berechnungen auf einem Computer und sogar auf Mikrorechnern durchzuführen.

Der Durchmesser der Propeller, der entweder durch eine Näherungsformel oder durch genaue Berechnungen ermittelt wird, wird normalerweise um etwa 5 % erhöht, um einen bewusst schweren Propeller zu erhalten und seine Übereinstimmung mit dem Motor bei späteren Tests des Schiffes sicherzustellen. Um die Schraube „leichter“ zu machen, wird der Durchmesser schrittweise verringert, bis die Nenndrehzahl des Motors die Auslegungsdrehzahl erreicht.

Bei Propellern kleiner Schiffe ist dies jedoch nicht erforderlich. Der Grund ist einfach: Die Belastung von Sportbooten variiert stark, und ein Propeller, der bei einer Verdrängung etwas „schwer“ oder „leicht“ ist, wird bei einer anderen Belastung gleichmäßig.

Kavitation und Merkmale der Geometrie von Propellern kleiner Schiffe. Die hohen Geschwindigkeiten von Motorbooten und Motorbooten sowie die Rotationsgeschwindigkeit der Propeller verursachen Kavitation – das Sieden von Wasser und die Bildung von Dampfblasen im Vakuumbereich auf der Saugseite des Blattes. Im Anfangsstadium der Kavitation sind diese Blasen klein und haben praktisch keinen Einfluss auf den Betrieb des Propellers. Wenn diese Blasen jedoch platzen, entstehen örtlich enorme Drücke, die dazu führen, dass die Oberfläche der Klinge abplatzt. Bei längerem Betrieb eines kavitierenden Propellers können solche Erosionsschäden so groß sein, dass der Wirkungsgrad des Propellers abnimmt.

Bei weiterer Geschwindigkeitssteigerung beginnt die zweite Stufe der Kavitation. Ein fester Hohlraum – eine Kaverne – umgibt die gesamte Klinge und kann sich sogar außerhalb davon schließen. Der vom Propeller entwickelte Schub nimmt aufgrund eines starken Anstiegs des Luftwiderstands und einer Verformung der Blattform ab.

Propellerkavitation lässt sich daran erkennen, dass die Geschwindigkeit des Bootes trotz weiterer Erhöhung der Drehzahl nicht mehr zunimmt. Der Propeller macht ein bestimmtes Geräusch, Vibrationen werden auf den Rumpf übertragen und das Boot bewegt sich unregelmäßig.

Der Zeitpunkt des Kavitationsbeginns hängt nicht nur von der Drehzahl, sondern auch von einer Reihe weiterer Parameter ab. Je kleiner also die Fläche der Blätter, je dicker ihr Profil ist und je näher sich der Propeller an der Wasserlinie befindet, desto geringer ist die Rotationsgeschwindigkeit, d. h. desto früher tritt Kavitation auf. Das Auftreten von Kavitation wird auch durch einen großen Neigungswinkel der Propellerwelle, Defekte in den Blättern - Biegung, schlechte Oberflächenqualität - begünstigt.

Der vom Propeller entwickelte Schub ist praktisch unabhängig von der Fläche der Blätter. Im Gegenteil, mit zunehmender Fläche nimmt die Reibung mit dem Wasser zu und es wird zusätzlich Motorleistung verbraucht, um diese Reibung zu überwinden. Andererseits muss berücksichtigt werden, dass bei gleicher Betonung bei breiten Lamellen der Unterdruck auf der Saugseite geringer ist als bei schmalen. Daher ist dort, wo Kavitation möglich ist (d. h. auf Hochgeschwindigkeitsbooten und bei hohen Propellerwellengeschwindigkeiten), ein Propeller mit breiten Flügeln erforderlich.

Als Merkmal des Propellers wird der Arbeits- oder Richtbereich der Flügel angesehen. Bei der Berechnung wird die Breite des Blattes herangezogen, gemessen an der Austrittsfläche entlang der Länge des Kreisbogens bei einem gegebenen Radius, der von der Mitte des Propellers aus gezogen wird. Die Eigenschaften eines Propellers geben normalerweise nicht die begradigte Fläche der Blätter A selbst an, sondern ihr Verhältnis zur Fläche Ad einer massiven Scheibe mit dem gleichen Durchmesser wie der Propeller, also A/Ad. Bei werkseitig hergestellten Schrauben ist der Wert des Scheibenverhältnisses auf der Nabe eingestanzt.

Für Propeller, die im Vorkavitationsmodus betrieben werden, liegt das Scheibenverhältnis im Bereich von 0,3 bis 0,6. Bei stark belasteten Propellern auf Hochgeschwindigkeitsbooten mit leistungsstarken Hochgeschwindigkeitsmotoren erhöht sich A/Ad auf 0,6 – 1,1. Ein großes Scheibenverhältnis ist auch bei der Herstellung von Schrauben aus Materialien mit geringer Festigkeit, beispielsweise Silumin oder Glasfaser, erforderlich. In diesem Fall ist es besser, die Klingen breiter zu machen als ihre Dicke zu erhöhen.

Da sich die Achse des Propellers bei einem Gleitboot relativ nahe an der Wasseroberfläche befindet, kommt es beim Wellenreiten häufig dazu, dass Luft in die Propellerblätter gesaugt wird (Oberflächenbelüftung) oder der gesamte Propeller freiliegt. In diesen Fällen sinkt der Propellerschub stark und die Motordrehzahl kann den maximal zulässigen Wert überschreiten. Um den Einfluss der Belüftung zu reduzieren, wird die Steigung des Propellers entlang des Radius variabel gestaltet – ausgehend vom Querschnitt des Blattes bei r = (0,63-0,7) R in Richtung Nabe verringert sich die Steigung um 15~20 %.

Bootspropeller haben normalerweise eine hohe Rotationsfrequenz, daher fließt Wasser aufgrund der hohen Zentrifugalgeschwindigkeiten in radialer Richtung entlang der Blätter, was sich negativ auf die Effizienz des Propellers auswirkt. Um diesen Effekt zu reduzieren, erhalten die Rotorblätter eine deutliche Neigung zum Heck – von 10 bis 15°.

In den meisten Fällen erhalten die Propellerblätter eine leichte Säbelform – die Linie der mittleren Blattabschnitte ist krummlinig mit einer Konvexität, die entlang der Drehrichtung des Propellers gerichtet ist. Aufgrund des sanfteren Eintritts der Blätter in das Wasser zeichnen sich solche Propeller durch weniger Vibrationen der Blätter aus, sind weniger anfällig für Kavitation und weisen eine erhöhte Festigkeit der Eintrittskanten auf.

Unter den Propellern kleiner Schiffe ist das segmentierte plankonvexe Profil am weitesten verbreitet. Die Propellerblätter von schnelllaufenden Motor- und Schnellbooten, die für Geschwindigkeiten über 40 km/h ausgelegt sind, müssen möglichst dünn sein, um Kavitation zu verhindern. Zur Steigerung der Effizienz bietet sich in diesen Fällen ein konvex-konkaves Profil („Loch“) an. Es wird davon ausgegangen, dass der Profilkonkavitätspfeil etwa 2 % der Profilsehne entspricht und die relative Dicke des Segmentprofils (das Verhältnis der Dicke t zur Profilsehne b beim Konstruktionsradius der Schraube gleich 0,6R) beträgt normalerweise im Bereich t/b = 0,04-0,10.

Ein Zweiblattpropeller hat einen höheren Wirkungsgrad als ein Dreiblattpropeller, bei einem großen Scheibenverhältnis ist es jedoch sehr schwierig, die erforderliche Festigkeit des Blattes eines solchen Propellers sicherzustellen. Daher sind Dreiblattpropeller auf kleinen Schiffen am weitesten verbreitet. Propeller mit zwei Blättern werden auf Rennschiffen eingesetzt, bei denen der Propeller leicht belastet ist, sowie auf Segel- und Motoryachten, bei denen der Motor eine Hilfsrolle spielt. Im letzteren Fall ist es wichtig, den Propeller in einer vertikalen Position im hydrodynamischen Kielwasser des Achterstevens einbauen zu können, um seinen Widerstand beim Segeln zu verringern.

Wir haben bereits die größten Schiffe der Welt gesehen und sogar auf die Bugfiguren der Schiffe geachtet. Aber es scheint, dass wir das vielleicht Wichtigste übersehen haben – die Schrauben.

Interessante Tatsache: Als Edward Lyon Berthon 1834 den Propeller erfand, wurde er abgelehnt und von der Admiralität als „ein süßes kleines Spielzeug, das niemals und niemals ein Schiff antreiben konnte“ angesehen.

Die größten Schiffspropeller der Welt

Einer der größten Schiffspropeller der Welt wurde von Hyundai Heavy Industries für ein Schiff der Hapag Lloyd mit einer Tragfähigkeit von 7.200 20-Fuß-Containern hergestellt. Die Höhe eines dreistöckigen Gebäudes, 9,1 Meter im Durchmesser, der Sechsblattpropeller wiegt 101,5 Tonnen. Das folgende Foto zeigt einen 72 Tonnen schweren Propeller, der auf dem Tanker Loannis Coloctronis installiert ist:

Auf der Emma Maersk – dem größten Containerschiff der Welt mit einer Tragfähigkeit von bis zu 14.770 Zwanzig-Fuß-Containern – ist der bisher größte Schiffspropeller mit einem Gewicht von 131 Tonnen, hergestellt in der Stadt Waren an der Müritz, installiert. Eine Länge von 397 m, eine Breite von mehr als 56 m und eine Höhe von 68 m. Mit einem leistungsstarken Motor ermöglicht der Propeller dem Ozeanriesen eine Geschwindigkeit von 27 Knoten (50 km/h).

Dies sind die massiven Propeller und Ruder des antarktischen Eisbrechers Palmer, eines Forschungsschiffs, das unter den härtesten Bedingungen der Erde arbeitet:

Auf dem Eurodam-Kreuzfahrtschiff installierte Propeller:

Diese riesigen Propeller gehörten zur Titanic, einem der berühmtesten Schiffe der Geschichte. Der Liner verfügte über drei Propeller, die jeweils von einem separaten Motor angetrieben wurden. Die beiden äußeren Propeller wogen 38 Tonnen und der mittlere 17 Tonnen:

Die Titanic war eines der besten Schiffe ihrer Zeit, aber die Oasis von die Meere" Königliches Unternehmen Die Caribbean ist fünfmal so groß wie das berühmte Linienschiff und derzeit das größte jemals gebaute Passagierschiff. Natürlich muss ein Luxusschiff über Propeller verfügen, die groß genug sind, um es von der Küste Finnlands zu seinem neuen Zuhause, der Oasis of the Seas, in Fort Lauderdale, Florida, zu bringen:

Die Elation von Carnival Cruise Lines wurde ebenfalls in Finnland gebaut und hat derzeit ihren Sitz in San Diego, Kalifornien. Neben den Schiffsschrauben wirken die Verantwortlichen für deren Konstruktion und Installation wie erbärmliche Zwerge:

Und dieser Propeller wird im Trockendock in San Francisco zusammengebaut:

Der nächste Propeller gehört einem anderen Kreuzfahrtschiff, der Norwegian Epic:

Ein weiteres Beispiel für den gigantischen Propeller, der benötigt wird, um riesige Kreuzfahrtschiffe wie die Celebrity Solstice anzutreiben:

Hier sind die Propeller der Queen Elizabeth 2, bekannt als QE2. Das Schiff gehört Cunard Line (einem britischen Unternehmen, das Transatlantik- und Ozeankreuzfahrtrouten betreibt), wurde 1969 vom Stapel gelassen und 2008 außer Dienst gestellt:

Queen Mary 2 löste 2004 QE2 als Flaggschiff von Cunard ab. Hier sind einige der QM2-Ersatzpropeller, die sich auf dem Vordeck des Bootes befinden:

Dies ist der Propeller eines anderen berühmten Schiffes der Geschichte. Das deutsche Schlachtschiff Bismark lief im Februar 1939, kurz vor Ausbruch des Zweiten Weltkriegs, vom Stapel und wurde im Mai 1941 von den Briten versenkt (Bild links). Das Foto rechts zeigt eine Fabriklandschaft und einen Propeller eines Öltankers während seines Baus im Jahr 1947:

Nicht so groß, aber nicht weniger interessant
Der Propeller japanischer Mini-U-Boote, die beim Angriff auf Pearl Harbor im Dezember 1941 amerikanische Flugzeugträger angriffen:

Steuerbordpropeller der USS Fiske, 1946:

Die Technologie verbessert sich natürlich, aber große Schiffe Es werden noch große Schrauben benötigt. Dieses Exemplar stammt von der SS Great Britain, entworfen von Isambard Kingdom Brunel für das größte Schiff der Welt (zum Zeitpunkt seines Stapellaufs im Jahr 1843). Das Schiff überquerte 1845 den Atlantik in nur 14 Tagen, was damals ein absoluter Rekord war.

Arbeitskräfte Werft Untersuchung eines der vier Messingpropeller des Flugzeugträgers USS George Washington. Jeder der Propeller wiegt etwa 66.000 Pfund und hat einen Durchmesser von 22 Fuß.

Geräte, die dazu bestimmt sind, einen anhaltenden Druck zu erzeugen, den das Schiff wahrnimmt und der die Grundlage seiner Bewegung bildet, werden als Antriebe bezeichnet. Es gibt Mover verschiedene Arten: Schaufelräder, Flügelpropeller, Propeller usw.

Der Flügelantrieb ist eine Scheibe, die mit drei bis vier vertikal rotierenden Flügeln ausgestattet ist und horizontal unter dem Heck des Schiffes auf einer vertikalen Welle angeordnet ist. Die Scheibe wird von einem Elektromotor über ein Kegelradgetriebe in Rotation versetzt. Der Einsatz von Flügelantrieben gewährleistet eine hohe Manövrierfähigkeit des Schiffes ohne Lenkvorrichtung und ermöglicht eine Rückwärtsfahrt ohne Umkehrung des Motors. Die bauliche Komplexität solcher Antriebe und ihre mit steigender Leistung des Schiffsantriebswerks zunehmenden Abmessungen erlauben jedoch einen Einsatz in großen Mengen nicht
Schiffe. Kürzlich wurden selbstfahrende Frachtkräne, einige kleine Schiffe und Triebwerke größerer Schiffe mit Flügelantrieben vom Voitschneider-Typ ausgestattet.

Der am weitesten verbreitete Propeller für Schiffe ist der Propeller. Die Hauptteile des Propellers (Abb. 81) sind: 1 Propellernabe mit einem konischen Loch im Inneren und 2 Flügeln, deren Anzahl zwischen zwei und sechs liegen kann. Propeller bestehen aus fest gegossenen, abnehmbaren und rotierenden Blättern.

Reis. 81. Propeller mit massiven Blättern.

Propeller mit massiv gegossenen Flügeln (Abb. 81) werden hauptsächlich auf Handelsschiffen eingesetzt. Solche Schrauben zeichnen sich durch ihr geringes Gewicht und ihre Nabengröße sowie eine höhere Festigkeit aus normale Bedingungen Betrieb.

Propeller mit abnehmbaren Blättern werden auf Schiffen der Arktisflotte installiert, wo aufgrund der Betriebsbedingungen der Austausch eines beschädigten Blattes als Ganzes bequemer ist als der Austausch des gesamten Propellers. Darüber hinaus werden solche Schrauben in Fällen verwendet, in denen der Schraubendurchmesser groß ist und das Gießen schwierig ist.

Propeller mit rotierenden Blättern, auch Controlable Pitch Propeller (CPP) genannt, unterscheiden sich von herkömmlichen Propellern dadurch, dass ihre Blätter beweglich in der Propellernabe befestigt sind und über einen speziellen Antrieb um einen bestimmten Winkel um ihre Achse gedreht werden können. Dieser Antrieb bzw. Variable-Pitch-Mechanismus (PVM) befindet sich üblicherweise innerhalb der Propellernabe, sodass die Nabe deutlich größer ist als bei herkömmlichen Propellern. Der Pitch-Änderungsmechanismus kann manuell, mechanisch, elektromechanisch, hydraulisch und elektrohydraulisch sein. Das MIS umfasst, mit Ausnahme des manuellen, Folgendes: einen Mechanismus zum Drehen der Blätter, der sich normalerweise in der Propellernabe befindet; ein Servomotor, der Kräfte zum Drehen der Blätter erzeugt und sich im Bereich zwischen der Propellerwelle und dem Hauptmotor befindet; Feedback oder Gerät, das den Betrag der neuen Propellersteigung anzeigt.

Der Blattrotationsmechanismus (Abb. 82) gibt es in zwei Ausführungen: Getriebe und Kurbel. Letztere ist zuverlässiger und wird bei allen beanspruchten Propellerkonstruktionen verwendet (hohe Leistung und Durchmesser, Hochgeschwindigkeits-Rotationspropeller mit kleinem Durchmesser usw.).

Reis. 82. Klingendrehmechanismus: a - Zahnrad; b - Kurbel.

Am gebräuchlichsten ist derzeit das hydraulische MIS (Abb. 83), das sich meist im Schachtstrang befindet. Um die Propellerblätter zu drehen, wird die Energie einer unter Druck stehenden Flüssigkeit (meist dünnflüssiges Öl) genutzt. Der hydraulische Antrieb des MISH zeichnet sich durch die relative Einfachheit des Geräts und die Fähigkeit aus, bei relativ geringen Abmessungen und Gewicht der Anlage erhebliche Arbeitskräfte zu erzeugen.

Reis. 83. Entwurf eines hydraulischen Antriebs.

In der Nabe 4 des Propellers befindet sich ein Mitnehmer 1 der Stange 5, der in der hohlen Propellerwelle 6 platziert ist. Der Mitnehmer 1, in dessen Nut sich der Finger 2 am Ende des Blattes befindet, dreht dieses um seine Achse. Um das Drehen zu erleichtern, sitzt das Messerende in der Nabenaufnahme auf zweireihigen Kegelrollenlagern 3. Am anderen Ende der Stange 5 ist ein Stellmotorkolben 7 angeschlossen Rückmeldung 8 mit einer beweglichen Kupplung 12 und einem Kolben der Verteilerspule 11. Öl wird der Verteilerspule 11 und dem Servomotor 7 über Rohre 10 von der Ölpumpe zugeführt. Die Steigungsänderung der Propellerblätter wird über den Hebel 9 gesteuert, dessen unteres Ende in der Nut der beweglichen Kupplung gleitet. Mit dem hydraulischen MIS können Sie die Propellersteigung über ein pneumatisches Fernsystem von der Kommandobrücke aus steuern.

Der Einsatz von Verstellpropellern ermöglichte es, die Steuerung des Schiffes erheblich zu vereinfachen, die Größe und das Gewicht der Hauptmotoren durch den Wegfall von Stufen und einem Rückwärtsgang zu reduzieren und das Rückwärtsfahren des Schiffes zu ermöglichen, ohne die Drehrichtung des Propellers zu ändern Welle. Darüber hinaus ermöglicht der Einsatz von Propellerpropellern auf Schiffen wie Schleppern, Tankschiffen und Holztransportern die Anpassung der Propellersteigung an jede beliebige Geschwindigkeit. Dies erhöht den Wirkungsgrad des Kraftwerks und ermöglicht eine bessere Ausnutzung der Leistung der Hauptmotoren in verschiedenen Betriebsarten.