تصور کنید یک کشتی عظیم در حال عبور از میان امواج است و با سهولت در اقیانوس وسیع حرکت می‌کند. چه چیزی چنین حرکت قدرتمندی را به وجود می‌آورد؟ پاسخ در ملخ کشتی، که به ظاهر ساده اما از نظر فناوری پیشرفته است، نهفته است. ملخ‌ها، فراتر از قلب یک کشتی، سنگ بنای پیشرانش دریایی هستند و تکامل حمل و نقل جهانی را هدایت می‌کنند. این مقاله به بررسی دنیای ملخ‌های کشتی، از مفاهیم اساسی گرفته تا اصطلاحات تخصصی و بهینه‌سازی عملکرد می‌پردازد.

ملخ‌ها: بنیاد پیشرانش دریایی

این دستگاه‌ها که معمولاً به عنوان ملخ‌های دریایی شناخته می‌شوند، معمولاً از نوع ملخ‌های پیچی هستند. به دلیل سادگی و راندمان بالا، به طور گسترده در سیستم‌های پیشرانش مختلف کشتی استفاده می‌شوند و عموماً «ملخ» نامیده می‌شوند.

ملخ‌ها در درجه اول به ملخ‌های گام ثابت (FPP) و ملخ‌های گام قابل کنترل (CPP) طبقه‌بندی می‌شوند. این مقاله بر روی ملخ‌های گام ثابت متمرکز است. فراتر از ملخ‌ها، سیستم‌های پیشرانش دریایی شامل پیشرانه‌های آزیموت، چرخ‌های پارویی و سیستم‌های جت آبی نیز می‌شوند.

2.1 اصطلاحات کلیدی ملخ توضیح داده شده است

برای درک عمیق ملخ‌ها، درک اصطلاحات فنی کلیدی ضروری است. در زیر، تجزیه و تحلیلی از اجزای و پارامترهای مهم ملخ ارائه شده است.

1) قطر ملخ

قطر ملخ دایره‌ای است که نوک پره‌ها در طی یک چرخش کامل ترسیم می‌کنند. این مقدار با اندازه‌گیری فاصله (R) از مرکز پره تا دورترین لبه آن و دو برابر کردن آن (D = 2R) محاسبه می‌شود.

2) گام ملخ

گام به فاصله نظری‌ای اشاره دارد که یک ملخ در یک دور چرخش به جلو می‌رود، مشابه نخ یک پیچ. اگرچه حرکت آب مشاهده مستقیم را پیچیده می‌کند، اما این مفهوم برای طراحی حیاتی است. توزیع گام در امتداد شعاع پره می‌تواند به صورت زیر باشد:

• گام ثابت: از ریشه تا نوک یکنواخت است.
• کاهش گام: به تدریج به سمت نوک کاهش می‌یابد.
• افزایش گام: به تدریج به سمت نوک افزایش می‌یابد.

برای ملخ‌های با گام غیر ثابت، گام در 0.7R (70٪ از شعاع) اغلب مقدار مرجع است.

3) نسبت گام

نسبت گام به قطر، یک پارامتر بدون بعد که برای مشخصه هندسی حیاتی است.

4) توپی ملخ

جزء مرکزی که ملخ را به شفت متصل می‌کند. برای طرح‌های FPP و CPP، پره‌ها معمولاً به توپی پیچ می‌شوند که اغلب با گریس پر می‌شود تا از خوردگی جلوگیری شود.

5) قطر توپی

قطر توپی که پره‌ها روی آن نصب می‌شوند.

6) نسبت توپی

نسبت قطر توپی به قطر ملخ. نسبت‌های کمتر (0.16–0.20) عموماً راندمان را بهبود می‌بخشند.

7) پره‌های ملخ

اجزای اصلی تولید کننده رانش. پروفیل پره‌ها بسته به نوع کشتی متفاوت است:

• پیاز دماغه: در کشتی‌های باری، تانکرها رایج است.
• پره‌های دایره‌ای: در شناورهای پرسرعت استفاده می‌شود.
• پره‌های نوع کاپلان: در یدک‌کش‌های کانالی یافت می‌شود.

طرح‌های مدرن مانند ملخ‌های با انحنای زیاد، لرزش بدنه را کاهش می‌دهند.

8) هندسه پره

ویژگی‌های کلیدی پره عبارتند از:

• نوک/ریشه: لبه‌های بیرونی و متصل به توپی.
• لبه‌های پیشرو/پسرو: لبه‌های جلو و عقب نسبت به چرخش.
• رو/پشت: سطوح فشار در هنگام رانش به جلو/عقب.

9) مقاطع و ابعاد پره

مقاطع پره بسته به الزامات سرعت متفاوت است. معیارهای مهم:

• طول وتر: عرض یک مقطع پره باز نشده.
• ضخامت: از ریشه تا نوک باریک می‌شود، برای قدرت و تنش بهینه شده است.
• نسبت ضخامت: ضخامت مجازی در محور تقسیم بر قطر.

10) معیارهای مساحت

سه تعریف کلیدی مساحت:

• مساحت دیسک: کل مساحت جاروب شده (πD²/4).
• مساحت تصویر شده: سایه پره عمود بر محور.
• مساحت باز شده/توسعه یافته: سطح پره باز نشده (تقریباً یکسان).

نسبت‌های مساحت (تصویر شده/توسعه یافته/باز شده به مساحت دیسک) پوشش پره را تعیین می‌کنند.

11) عرض متوسط پره

به عنوان مساحت توسعه یافته تقسیم بر طول پره محاسبه می‌شود که با قطر به عنوان نسبت عرض نرمال می‌شود.

12) جهت‌گیری پره

پارامترهای زاویه‌ای کلیدی:

• شیب: کج شدن (معمولاً 5°–12° به سمت عقب) که بر فاصله نوک تأثیر می‌گذارد.
• زاویه انحراف: انحراف خط مرکزی پره (≥25° در طرح‌های با انحراف زیاد).
• شستشو: انحنای لبه‌های پره به سمت بالا از خط پایه.

13) درپوش ملخ

یک پوشش محافظ روی مهره ملخ که اغلب با گریس ضد خوردگی پر می‌شود. در ملخ‌های کوچک، ممکن است به عنوان خود مهره عمل کند.