Φανταστείτε ένα τεράστιο πλοίο να διασχίζει τα κύματα, διαπλέοντας τον απέραντο ωκεανό με ευκολία. Τι δίνει κίνηση σε μια τόσο τρομερή κίνηση; Η απάντηση βρίσκεται στην φαινομενικά απλή αλλά τεχνολογικά προηγμένη προπέλα του πλοίου. Περισσότερο από την καρδιά ενός πλοίου, οι προπέλες είναι ο ακρογωνιαίος λίθος της θαλάσσιας πρόωσης, οδηγώντας την εξέλιξη της παγκόσμιας ναυτιλίας. Αυτό το άρθρο εμβαθύνει στον κόσμο των προπελών πλοίων, από τις βασικές έννοιες έως την εξειδικευμένη ορολογία και τη βελτιστοποίηση της απόδοσης.

Προπέλες: Το θεμέλιο της θαλάσσιας πρόωσης

Συνήθως αναφέρονται ως θαλάσσιες προπέλες, αυτές οι συσκευές είναι τυπικά προπέλες τύπου κοχλία. Λόγω της απλότητας και της υψηλής απόδοσής τους, χρησιμοποιούνται ευρέως σε διάφορα συστήματα πρόωσης πλοίων και γενικά ονομάζονται «προπέλες».

Οι προπέλες κατηγοριοποιούνται κυρίως σε προπέλες σταθερού βήματος (FPP) και προπέλες ελεγχόμενου βήματος (CPP). Αυτό το άρθρο επικεντρώνεται στις προπέλες σταθερού βήματος. Πέρα από τις προπέλες, τα συστήματα θαλάσσιας πρόωσης περιλαμβάνουν επίσης προωστήρες αζιμουθίου, πηδάλια και συστήματα waterjet.

2.1 Επεξήγηση Βασικής Ορολογίας Προπέλας

Για να κατανοήσετε σε βάθος τις προπέλες, είναι απαραίτητο να κατανοήσετε βασικούς τεχνικούς όρους. Ακολουθεί μια ανάλυση των κρίσιμων εξαρτημάτων και παραμέτρων της προπέλας.

1) Διάμετρος Προπέλας

Η διάμετρος της προπέλας είναι ο κύκλος που χαράσσεται από τις άκρες των πτερυγίων κατά τη διάρκεια μιας πλήρους περιστροφής. Υπολογίζεται μετρώντας την απόσταση (R) από το κέντρο του πτερυγίου στην πιο μακρινή του άκρη και διπλασιάζοντάς την (D = 2R).

2) Βήμα Προπέλας

Το βήμα αναφέρεται στη θεωρητική απόσταση που θα προχωρούσε μια προπέλα σε μία περιστροφή, ανάλογα με το σπείρωμα ενός κοχλία. Αν και η κίνηση του νερού περιπλέκει την άμεση παρατήρηση, η έννοια παραμένει ζωτικής σημασίας για το σχεδιασμό. Η κατανομή του βήματος κατά μήκος της ακτίνας του πτερυγίου μπορεί να είναι:

• Σταθερό βήμα: Ομοιόμορφο από τη ρίζα έως την άκρη.
• Μειούμενο βήμα: Μειώνεται σταδιακά προς την άκρη.
• Αυξανόμενο βήμα: Αυξάνεται σταδιακά προς την άκρη.

Για προπέλες μη σταθερού βήματος, το βήμα στο 0,7R (70% της ακτίνας) είναι συχνά η τιμή αναφοράς.

3) Λόγος Βήματος

Ο λόγος του βήματος προς τη διάμετρο, μια αδιάστατη παράμετρος κρίσιμη για τη γεωμετρική χαρακτηριστική.

4) Κέντρο Προπέλας

Το κεντρικό εξάρτημα που συνδέει την προπέλα με τον άξονα. Για τα σχέδια FPP και CPP, τα πτερύγια είναι τυπικά βιδωμένα στο κέντρο, το οποίο συχνά γεμίζεται με γράσο για την αποφυγή διάβρωσης.

5) Διάμετρος Κέντρου

Η διάμετρος του κέντρου όπου είναι τοποθετημένα τα πτερύγια.

6) Λόγος Κέντρου

Ο λόγος της διαμέτρου του κέντρου προς τη διάμετρο της προπέλας. Οι χαμηλότεροι λόγοι (0,16–0,20) γενικά βελτιώνουν την απόδοση.

7) Πτερύγια Προπέλας

Τα κύρια εξαρτήματα που παράγουν ώθηση. Τα προφίλ των πτερυγίων ποικίλλουν ανάλογα με τον τύπο του σκάφους:

• Βολβοειδή τόξα: Συνήθη σε φορτηγά πλοία, δεξαμενόπλοια.
• Κυκλικά πτερύγια: Χρησιμοποιούνται σε σκάφη υψηλής ταχύτητας.
• Πτερύγια τύπου Kaplan: Βρίσκονται σε αγωγούς ρυμουλκών.

Τα σύγχρονα σχέδια όπως οι εξαιρετικά στρεβλωμένες προπέλες μειώνουν τους κραδασμούς του κύτους.

8) Γεωμετρία Πτερυγίων

Τα βασικά χαρακτηριστικά των πτερυγίων περιλαμβάνουν:

• Άκρη/ρίζα: Εξωτερικές και συνδεδεμένες με το κέντρο άκρες.
• Εμπρόσθιες/οπίσθιες άκρες: Εμπρόσθιες και οπίσθιες άκρες σε σχέση με την περιστροφή.
• Επιφάνεια/πλάτη: Επιφάνειες πίεσης κατά την εμπρόσθια/αντίστροφη ώθηση.

9) Τομές και Διαστάσεις Πτερυγίων

Οι διατομές των πτερυγίων ποικίλλουν ανάλογα με τις απαιτήσεις ταχύτητας. Κρίσιμες μετρήσεις:

• Μήκος χορδής: Πλάτος μιας ξετυλιγμένης τομής πτερυγίου.
• Πάχος: Στενεύει από τη ρίζα προς την άκρη, βελτιστοποιημένο για ισχύ και καταπόνηση.
• Λόγος πάχους: Εικονικό πάχος στον άξονα διαιρούμενο με τη διάμετρο.

10) Μετρικές Περιοχής

Τρεις βασικοί ορισμοί περιοχής:

• Περιοχή δίσκου: Συνολική σαρωμένη περιοχή (πD²/4).
• Προβαλλόμενη περιοχή: Σκιά πτερυγίου κάθετη στον άξονα.
• Διευρυμένη/αναπτυγμένη περιοχή: Ξετυλιγμένη επιφάνεια πτερυγίου (σχεδόν πανομοιότυπη).

Οι λόγοι περιοχής (προβαλλόμενη/διευρυμένη/αναπτυγμένη προς περιοχή δίσκου) ποσοτικοποιούν την κάλυψη των πτερυγίων.

11) Μέσο Πλάτος Πτερυγίου

Υπολογίζεται ως αναπτυγμένη περιοχή διαιρούμενη με το μήκος του πτερυγίου, ομαλοποιημένη με τη διάμετρο ως λόγος πλάτους.

12) Προσανατολισμός Πτερυγίου

Βασικές γωνιακές παράμετροι:

• Κλίση: Κλίση (τυπικά 5°–12° προς τα πίσω) που επηρεάζει την απόσταση από την άκρη.
• Γωνία στρέβλωσης: Απόκλιση της κεντρικής γραμμής του πτερυγίου (≥25° σε σχέδια υψηλής στρέβλωσης).
• Washback: Καμπυλότητα των άκρων των πτερυγίων προς τα πάνω από τη βασική γραμμή.

13) Κάλυμμα Προπέλας

Ένα προστατευτικό κάλυμμα πάνω από το παξιμάδι της προπέλας, συχνά γεμισμένο με αντισκωριακό γράσο. Σε μικρές προπέλες, μπορεί να διπλασιάζεται ως το ίδιο το παξιμάδι.