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Hélice de asa. dicas para modelista

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Em um porto marítimo moderno, você pode ver uma imagem que parece estranha à primeira vista: um navio se movendo na água ... de lado. Se a água estiver limpa e você puder olhar embaixo da popa, ficará ainda mais surpreso se não encontrar um leme no navio. No entanto, apesar disso, o navio está livre para manobrar.

Diante de você não há nada além de uma embarcação com hélices de palhetas, substituindo tanto a hélice quanto o leme.

A hélice de palhetas não é como outras hélices familiares para nós - uma hélice ou uma roda de pás. Suas lâminas lembram ligeiramente remos colocados verticalmente.

Figura.1

A hélice de palhetas (Fig. 1) consiste em várias pás verticais localizadas em distâncias iguais ao redor da circunferência do disco rotativo. Este disco é instalado nivelado com o chapeamento do navio em um orifício redondo no fundo do navio. Apenas as pás de propulsão se projetam além do casco do navio, criando uma força de impulso, e todas as partes auxiliares que acionam o disco com pás e o conectam ao casco do navio estão dentro do casco.

Em que princípio se baseia a operação de uma hélice de palhetas?

As pás da hélice de palhetas durante a rotação do disco fazem dois movimentos simultaneamente: elas giram junto com o disco em torno de seu eixo, e cada pá gira em torno de seu eixo vertical e depois para dentro. para um lado, depois para o outro, sem fazer uma volta completa. Devido a isso, quando o disco gira em torno de seu eixo, cada pá da hélice gira sua borda de ataque para fora na metade do círculo de rotação e para dentro - na segunda metade do círculo. Como a pá se move na água o tempo todo com o mesmo gume para frente, para criar maior força de empuxo e maior aerodinâmica, ela é feita em forma de asa de aviação. É por isso que o motor é chamado de alado.

Para que as pás se movam na água o tempo todo com a mesma borda para a frente, todas as pás do motor de palhetas são conectadas por um impulso a um ponto, o chamado ponto de controle N. Cada pá está sempre localizada perpendicularmente a a linha que liga o ponto N e o eixo da lâmina.

Para entender o princípio de operação das pás da hélice, basta dar o seguinte diagrama simplificado (Fig. 2).

Figura.2

Quando o disco de propulsão gira, a pá entra na água em algum ângulo em relação à tangente a um determinado ponto da circunferência do disco, e a água a pressiona com uma força R, que, de acordo com as regras do paralelogramo de forças, pode ser decomposto em dois componentes de força (Fig. 2, I): P é a força de impulso da pá para fora do centro do disco e W é a força de arrasto da pá. A direção do jato de água lançado pela hélice é oposta à força de parada. No ponto III (Fig. 2), uma posição semelhante será criada, apenas o ângulo de ataque da pá será negativo e, portanto, a força de parada será direcionada para o centro do motor O e será somada à parada força da primeira pá, criando uma parada total do motor, movimentando a embarcação e sempre direcionada perpendicularmente ao segmento ON. Nos pontos (Fig. 2, II e IV) os planos das pás serão paralelos à tangente à circunferência do disco e não criarão uma força de parada.

Com a ajuda de um dispositivo especial, o ponto de controle N pode ser colocado em qualquer posição em relação ao centro do disco de acionamento O, alterando assim a direção do jato de água lançado pelo motor e, consequentemente, a parada do motor. . Se você colocar um ponto N acima do centro do motor O (Fig. 3, 1), os planos de todas as pás serão paralelos às tangentes à circunferência do disco, desenhadas nos pontos onde os eixos do lâminas passam. A força de parada neste caso é igual a zero e, apesar do disco de acionamento girar, o navio não se moverá. Movendo o ponto N para a esquerda do centro O (Fig. 3, II), damos à embarcação um movimento para frente, movendo-se para a direita (Fig. 3, IV) - reverso, e movendo o ponto N para frente de o centro do motor, forçaremos a popa do navio a se mover para a direita ( fig. 3, III), etc. Graças a isso, uma embarcação com hélice de palhetas pode se mover para frente e para trás e mudar sua direção de movimento sem um leme, e se duas hélices forem colocadas na embarcação, ela pode até se mover para os lados.

Figura.3

Examinando cuidadosamente a Figura 3, você pode ver que a hélice gira o tempo todo na mesma direção e o navio se move em direções diferentes.

Usando essa propriedade do motor, é possível instalar motores mais simples em navios - não reversíveis, ou seja, não alterando o sentido de rotação. Esses motores são mais leves em comparação com os reversíveis, mais simples em design e manutenção e muito mais baratos que os reversíveis.

No entanto, as hélices de palhetas também apresentam desvantagens, sendo a principal delas a dificuldade de transferir a rotação do motor para a hélice, devido à qual motores de alta potência (acima de 5000 hp) não podem ser usados ​​com hélices de palhetas, o que limita o tamanho dos navios em quais tais hélices são usadas.

No entanto, as principais propriedades dos navios com hélices de palhetas - a capacidade de se mover lateralmente, virar no local, mudar rapidamente de direção - tornam esses navios indispensáveis ​​\uXNUMXb\uXNUMXbna navegação em "estreitos": em canais, rios e portos. As hélices de palhetas são usadas com sucesso em navios fluviais de passageiros, guindastes portuários e rebocadores; estão sendo realizados experimentos sobre o uso de hélices de palhetas em arrastões de pesca.

Nos navios, as hélices de palhetas são instaladas nos locais mais convenientes para um determinado tipo de embarcação. Nos navios de passageiros, as hélices são instaladas na popa, nos rebocadores - na popa ou na proa, nos guindastes portuários - no meio do casco.

Um rebocador com uma hélice instalada na proa da embarcação pode ser tomado como modelo de amostra de uma embarcação com hélice a remo. Tal rebocador (seu desenho teórico é mostrado na Fig. 4) tem 24,6 m de comprimento e 7,6 m de largura

Figura.4

tinha um calado de 3 m (com pás de hélice de 3,8 m) e desenvolvia uma velocidade de 10,3 nós (19,9 km / h) com uma potência de motor de 552 kW (750 cv) a partir de 320 rpm; o número de rotações da hélice era de 65 por minuto e seu diâmetro era de 3,66 m.

Figura.5

A revista GDR "Modelbau und Basteln" nº 10 de 1960 dá a seguinte descrição do modelo da hélice. No fundo da embarcação (Fig. 5) é fixado um invólucro redondo 1, dentro do qual existe um rotor da hélice 2 com os discos superior e inferior 3. Os eixos 3 passam pelos discos do rotor 4, aos quais estão fixadas as pás 5. Um eixo propulsor tubular 6 é passado através do disco superior do rotor, que é preso ao disco por baixo com a ajuda de um flange. Além disso, o eixo passa por uma tampa figurada 7 presa à carcaça 1. Sobre a tampa, um anel de ajuste 8 é colocado no eixo e pressionado contra o eixo, e uma polia de acionamento 9 é colocada e presa ao eixo sobre o anel de ajuste Uma correia de acionamento 10 é colocada na polia, vindo da polia de acionamento 11 assentada no eixo 12 do motor 13 (Fig. 6). A extremidade superior do eixo 12 gira em um mancal 14 preso ao tabuleiro do modelo.

Figura.6

Um eixo de direção 6 é passado através do eixo tubular da hélice 15, no qual um anel de ajuste 9a é colocado no topo da polia 8. Uma roda helicoidal 16 é montada na extremidade superior do eixo de direção, acionada por um acionamento helicoidal de um pequeno motor elétrico 17. A engrenagem helicoidal é selecionada de forma que a roda helicoidal 16 e, com ela, o eixo 15, possam fazer 8- 10 rpm. Então o modelo será capaz de mudar o curso de "totalmente para a frente" para "totalmente reverso" após 6-8 segundos. Um excêntrico 15 com um pino 18 é montado na extremidade inferior do eixo de direção 19. As pontas das hastes 20 que vão para as manivelas 21 girando as lâminas são colocadas no pino. No eixo 4 das lâminas 5, são colocadas as buchas 22, nas quais as manivelas são mantidas.

Com tal arranjo do excêntrico 18 (Fig. 7), o modelo se moverá para frente e girará na direção especificada. Alterar a velocidade do movimento e parar o navio só é possível alterando o número de rotações do motor ou parando-o.

Figura.7

Isso porque o valor de OA (neste caso, a distância do eixo 15 ao pino 19) permanece constante o tempo todo. É impossível alterar o valor da parada movendo o ponto N para mais perto do centro O ou bem no centro O e, assim, interromper o movimento da embarcação (Fig. 3, I). O valor ON neste modelo é obtido dentro de 1/6 - 1/3,5 do raio do disco de acionamento. Com uma excentricidade maior ou menor, o ângulo de ataque será muito grande ou muito pequeno, de modo que as pás não criarão a força de parada necessária.

As pás da hélice são feitas de metal fino (Fig. 8), e o rolo dianteiro, no qual o metal é dobrado, tem o dobro da espessura do eixo da pá.

Figura.8

Na descrição deste modelo, nenhuma recomendação é dada quanto ao número de pás, seu tamanho e forma, por isso é melhor consultar os cálculos de hélices reais.

Para simplificar o modelo, o número de pás é melhor considerado igual a 4, pois para hélices reais o número de pás varia de 4 a 8. O comprimento da pá é determinado pelo tamanho do diâmetro do disco da hélice (cerca de 0,7 deste diâmetro), e a largura da pá é tomada dentro de 0,3 de seu comprimento. Essa largura é tomada na parte superior da lâmina, pois a forma da lâmina é considerada como meia elipse com semi-eixos iguais ao comprimento da lâmina e metade de sua maior largura (largura na raiz).

O valor do ponto final das hélices T é expresso pela fórmula:

T=F*D²*n²,

onde: F é a área total das pás, D é o diâmetro do rotor da hélice, n é o número de revoluções da hélice

A partir disso, pode-se ver que é mais vantajoso obter o maior diâmetro possível do rotor, pois com seu aumento a área das pás também aumenta. Por exemplo, no rebocador mostrado na Figura 4, o diâmetro do rotor da hélice é quase metade da largura do rebocador. No círculo técnico, você poderá fazer modelos do motor com ajuste de controle total, semelhante ao usado em motores reais.

Figura.9

Em tal modelo (Fig. 9), para mover o pino 19 para uma posição acima do centro do motor (ou seja, para que as pás não parem e o navio pare) ou para mover para alguma posição intermediária entre o eixo extremo e central (para alterar os ângulos de ataque das pás e a magnitude da parada), o eixo de direção 15 também é tubular e um eixo de ajuste 23 é passado por ele, na extremidade superior do qual uma roda sem fim 24 é montado, acionado por um segundo pequeno motor elétrico 25 usando um sem-fim 26 (Fig. 10). Na extremidade inferior do eixo de ajuste 23, é fixado um suporte 28, no qual o pino excêntrico 19 se move com a ajuda do controle deslizante 29. O excêntrico 18 é composto. O eixo de direção 15 gira o excêntrico junto com o suporte 28, e quando o eixo de ajuste 23 é girado, o excêntrico 18a começa a girar e mover o controle deslizante 29 com o pino 19 ao longo do suporte 28, colocando-o na posição desejada (Fig. . 11, 1-4). Para simplificar, o excêntrico 18 pode ser feito não compósito, mas na forma de um garfo (Fig. 11, 5).

Figura.10

Figura.11

Devido ao fato de que o dedo 19 também deve se mover ao longo das hastes 20, essas hastes são feitas na forma de garfos (Fig. 12).

Figura.12

O modelo de uma embarcação com hélice de palhetas deve ter controle de software ou controle de rádio, caso contrário, será impossível identificar todas as qualidades de uma hélice de palhetas em movimento. Tente construir um modelo de um navio com uma hélice de palhetas em seu círculo e escreva para os editores o que você conseguiu com isso.

Autor: N.Grigoriev

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