ลองนึกภาพเรือขนาดใหญ่ที่แล่นผ่านคลื่น ท่องไปในมหาสมุทรอันกว้างใหญ่ได้อย่างง่ายดาย อะไรคือพลังขับเคลื่อนการเคลื่อนที่อันน่าเกรงขามเช่นนี้? คำตอบอยู่ที่ใบพัดเรือที่ดูเหมือนเรียบง่ายแต่ล้ำสมัย ใบพัดเรือเป็นมากกว่าหัวใจของเรือ แต่เป็นรากฐานสำคัญของการขับเคลื่อนทางทะเล ซึ่งเป็นแรงผลักดันวิวัฒนาการของการขนส่งสินค้าทั่วโลก บทความนี้จะเจาะลึกโลกของใบพัดเรือ ตั้งแต่แนวคิดพื้นฐานไปจนถึงคำศัพท์เฉพาะทางและการเพิ่มประสิทธิภาพในการทำงาน

ใบพัดเรือ: รากฐานของการขับเคลื่อนทางทะเล

โดยทั่วไปเรียกว่าใบพัดเรือ อุปกรณ์เหล่านี้มักจะเป็นใบพัดแบบสกรู เนื่องจากความเรียบง่ายและประสิทธิภาพสูง จึงมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในระบบขับเคลื่อนเรือต่างๆ และโดยทั่วไปเรียกว่า "ใบพัด"

ใบพัดส่วนใหญ่แบ่งออกเป็นใบพัดแบบคงที่ (FPP) และใบพัดแบบควบคุมได้ (CPP) บทความนี้เน้นที่ใบพัดแบบคงที่ นอกเหนือจากใบพัดแล้ว ระบบขับเคลื่อนทางทะเลยังรวมถึงตัวขับดันแบบอะซิมัท ล้อพาย และระบบวอเตอร์เจ็ท

2.1 คำศัพท์สำคัญเกี่ยวกับใบพัดอธิบาย

เพื่อให้เข้าใจใบพัดอย่างลึกซึ้ง สิ่งสำคัญคือต้องเข้าใจคำศัพท์ทางเทคนิคที่สำคัญ ด้านล่างนี้คือการวิเคราะห์ส่วนประกอบและพารามิเตอร์ที่สำคัญของใบพัด

1) เส้นผ่านศูนย์กลางใบพัด

เส้นผ่านศูนย์กลางใบพัดคือวงกลมที่เกิดจากการลากปลายใบมีดในระหว่างการหมุนหนึ่งรอบเต็ม คำนวณโดยการวัดระยะทาง (R) จากจุดศูนย์กลางใบมีดไปยังขอบที่ไกลที่สุด แล้วคูณด้วยสอง (D = 2R)

2) ระยะพิทช์ของใบพัด

ระยะพิทช์หมายถึงระยะทางตามทฤษฎีที่ใบพัดจะเคลื่อนที่ไปข้างหน้าในการปฏิวัติหนึ่งครั้ง ซึ่งคล้ายกับเกลียวของสกรู แม้ว่าการเคลื่อนที่ของน้ำจะทำให้การสังเกตโดยตรงซับซ้อนขึ้น แต่แนวคิดนี้ยังคงมีความสำคัญต่อการออกแบบ การกระจายระยะพิทช์ตามรัศมีใบมีดสามารถเป็นได้ดังนี้:

• ระยะพิทช์คงที่: สม่ำเสมอจากโคนถึงปลาย
• ระยะพิทช์ลดลง: ค่อยๆ ลดลงไปทางปลาย
• ระยะพิทช์เพิ่มขึ้น: ค่อยๆ สูงขึ้นไปทางปลาย

สำหรับใบพัดที่มีระยะพิทช์ไม่คงที่ ระยะพิทช์ที่ 0.7R (70% ของรัศมี) มักจะเป็นค่าอ้างอิง

3) อัตราส่วนพิทช์

อัตราส่วนของระยะพิทช์ต่อเส้นผ่านศูนย์กลาง ซึ่งเป็นพารามิเตอร์ที่ไม่มีหน่วยและมีความสำคัญต่อลักษณะทางเรขาคณิต

4) ดุมใบพัด

ส่วนประกอบตรงกลางที่เชื่อมต่อใบพัดกับเพลา สำหรับการออกแบบ FPP และ CPP ใบมีดมักจะถูกยึดติดกับดุม ซึ่งมักจะเต็มไปด้วยจาระบีเพื่อป้องกันการกัดกร่อน

5) เส้นผ่านศูนย์กลางดุม

เส้นผ่านศูนย์กลางของดุมที่ติดตั้งใบมีด

6) อัตราส่วนดุม

อัตราส่วนของเส้นผ่านศูนย์กลางดุมต่อเส้นผ่านศูนย์กลางใบพัด อัตราส่วนที่ต่ำกว่า (0.16–0.20) โดยทั่วไปจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพ

7) ใบพัด

ส่วนประกอบหลักที่สร้างแรงขับเคลื่อน รูปแบบใบมีดแตกต่างกันไปตามประเภทเรือ:

• ส่วนหัวแบบ Bulbous: พบได้ทั่วไปในเรือบรรทุกสินค้า เรือบรรทุกน้ำมัน
• ใบมีดวงกลม: ใช้ในเรือความเร็วสูง
• ใบมีดแบบ Kaplan: พบได้ในเรือลากจูงแบบมีท่อ

การออกแบบสมัยใหม่ เช่น ใบพัดที่มีการเอียงสูง ช่วยลดการสั่นสะเทือนของตัวเรือ

8) เรขาคณิตของใบมีด

คุณสมบัติหลักของใบมีด ได้แก่:

• ปลาย/โคน: ขอบด้านนอกสุดและขอบที่เชื่อมต่อกับดุม
• ขอบนำ/ขอบตาม: ขอบด้านหน้าและด้านหลังสัมพันธ์กับการหมุน
• หน้า/หลัง: พื้นผิวแรงดันระหว่างแรงขับไปข้างหน้า/ถอยหลัง

9) ส่วนและขนาดของใบมีด

ส่วนตัดขวางของใบมีดแตกต่างกันไปตามข้อกำหนดด้านความเร็ว ตัวชี้วัดที่สำคัญ:

• ความยาวคอร์ด: ความกว้างของส่วนใบมีดที่ไม่ได้คลี่ออก
• ความหนา: เรียวจากโคนถึงปลาย ปรับให้เหมาะสมสำหรับกำลังและแรงเค้น
• อัตราส่วนความหนา: ความหนาเสมือนจริงที่แกนหารด้วยเส้นผ่านศูนย์กลาง

10) ตัวชี้วัดพื้นที่

คำจำกัดความพื้นที่ที่สำคัญสามประการ:

• พื้นที่ดิสก์: พื้นที่กวาดทั้งหมด (πD²/4)
• พื้นที่ฉาย: เงาใบมีดตั้งฉากกับแกน
• พื้นที่ขยาย/พัฒนา: พื้นผิวใบมีดที่ไม่ได้คลี่ออก (เกือบจะเหมือนกัน)

อัตราส่วนพื้นที่ (ฉาย/ขยาย/พัฒนาต่อพื้นที่ดิสก์) กำหนดปริมาณการครอบคลุมของใบมีด

11) ความกว้างใบมีดเฉลี่ย

คำนวณเป็นพื้นที่ที่พัฒนาแล้วหารด้วยความยาวใบมีด ทำให้เป็นมาตรฐานโดยเส้นผ่านศูนย์กลางเป็นอัตราส่วนความกว้าง

12) การวางแนวใบมีด

พารามิเตอร์เชิงมุมที่สำคัญ:

• Rake: เอียง (โดยทั่วไป 5°–12° ไปทางท้ายเรือ) ส่งผลต่อระยะห่างของปลาย
• มุมเอียง: เบี่ยงเบนของเส้นกึ่งกลางใบมีด (≥25° ในการออกแบบที่มีการเอียงสูง)
• Washback: ความโค้งของขอบใบมีดขึ้นจากเส้นฐาน

13) ฝาครอบใบพัด

ฝาครอบป้องกันเหนือหัวน็อตใบพัด มักจะเต็มไปด้วยจาระบีป้องกันสนิม ในใบพัดขนาดเล็ก อาจทำหน้าที่เป็นน็อตเอง