Պրոպելեր

Վիքիպեդիայից՝ ազատ հանրագիտարանից
Jump to navigation Jump to search

Կաղապար:Short description

Առևտրային նավի վրա «աջակողմյան» պտուտակ, որը պտտվում է ժամացույցի սլաքի ուղղությամբ՝ նավը առաջ մղելու համար
Pratt & Whitney Canada PW100 turboprop-ի պտուտակը տեղադրված է Bombardier Q400-ի վրա

Պրոպելեր (խոսակցական հաճախ կոչվում է պտուտակ, եթե նավի վրա, կամ օդային պտուտակ, եթե օդանավի վրա), պտտվող հանգույցով և ճառագայթող շեղբերով սարք է, որը դրված է հարթության վրա՝ ձևավորելով պտուտակաձև պարույր, որը պտտվելիս գործադրում է գծային մղում։ աշխատող հեղուկի վրա, ինչպիսին է ջուրը կամ օդը։ Պտուտակները օգտագործվում են հեղուկը խողովակի կամ խողովակի միջով մղելու կամ նավը ջրի կամ օդանավը օդի միջով մղելու համար մղում ստեղծելու համար։ Սայրերը հատուկ ձևավորված են այնպես, որ հեղուկի միջով նրանց պտտողական շարժումը առաջացնում է ճնշման տարբերություն սայրի երկու մակերևույթների միջև Բեռնուլիի սկզբունքով, որն ուժ է գործադրում հեղուկի վրա[1]։ Ծովային պտուտակների մեծ մասը պտուտակավոր պտուտակներ են՝ պտուտակաձև սայրերով, որոնք պտտվում են մոտավորապես հորիզոնական առանցքով պտուտակի լիսեռի վրա[2]։

Պատմություն[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Վաղ զարգացումները[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Պտուտակային պտուտակի օգտագործման սկզբունքը բխում է սկուլինգից։ Սկուլինգի ժամանակ մեկ շեղբը տեղափոխվում է աղեղի միջով, մի կողմից մյուս կողմ՝ ապահովելով, որ սայրը ջրին ներկայացնել արդյունավետ անկյան տակ։ Պտուտակային պտուտակի հետ ներդրված նորամուծությունը այդ աղեղի երկարացումն էր ավելի քան 360°-ով՝ սայրը պտտվող լիսեռին ամրացնելով։ Պտուտակները կարող են ունենալ մեկ սայր, բայց գործնականում գրեթե միշտ լինում են մեկից ավելի, որպեսզի հավասարակշռեն ներգրավված ուժերը։

Պտուտակային պտուտակի ծագումը սկսվում է առնվազն Արքիմեդեսից (մ.թ.ա. մոտ 287 - մոտ 212 մ.թ.ա.), որը պտուտակով ջուր էր բարձրացնում ոռոգման և նավակները լցնելու համար, ու սա այնքան հայտնի էր, որ այն հայտնի դարձավ որպես Արքիմեդի պտուտակ։ Հավանաբար, դա տարածության մեջ սպիրալաձև շարժման կիրառում էր (պարույրները Արքիմեդի հատուկ ուսումնասիրությունն էին) սնամեջ հատվածավոր ջրանիվի վրա, որն օգտագործվում էր եգիպտացիների կողմից դարեր շարունակ ոռոգման համար։ Թռչող խաղալիքը` բամբուկ-ուղղաթիռը, վայելում էին Չինաստանում` սկսած մ.թ. 320 թվականից։ Ավելի ուշ Լեոնարդո դա Վինչին որդեգրեց իր տեսական ուղղաթիռը վարելու պտուտակային սկզբունքը, որի էսքիզները ներառում էին մի մեծ կտավի պտուտակ գլխավերևում:.

661 թվականին Թուգուդը և Հայսը առաջարկեցին օգտագործել պտուտակներ ջրային ռեակտիվ շարժիչի համար, թեև ոչ որպես պտուտակ[3]։ Ռոբերտ Հուկը 1681 թվականին նախագծել է հորիզոնական ջրաղաց, որը շատ նման էր Կիրստեն-Բոինգ ուղղահայաց առանցքի պտուտակին, որը նախագծվել էր գրեթե երկուսուկես դար անց՝ 1928 թվականին։ Երկու տարի անց Հուկը փոփոխեց դիզայնը, որպեսզի նավերի շարժիչ ուժը ապահովի ջրի միջոցով։ 1693 թվականին Դյու Կետ անունով ֆրանսիացին հայտնագործեց պտուտակավոր պտուտակը, որը փորձվեց 1693 թվականին, բայց հետագայում լքվեց։ [4][5] 1752 թվականին Փարիզի Գիտությունների ակադեմիան Բուրնելին մրցանակ շնորհեց պտուտակի անիվի դիզայնի համար։ Մոտավորապես միևնույն ժամանակ ֆրանսիացի մաթեմատիկոս Ալեքսիս-Ժան-Պիեռ Պոկտոնն առաջարկեց Արքիմեդյան պտուտակի վրա հիմնված ջրային շարժիչ համակարգ։ [6] 1771թ.-ին շոգեմեքենայի գյուտարար Ջեյմս Ուոթը մասնավոր նամակում առաջարկեց օգտագործել «պարուրաձև թիակներ» նավակները շարժելու համար, թեև նա չօգտագործեց դրանք իր շոգեշարժիչների հետ և երբևէ իրագործեց այդ գաղափարը[7]։

Պտուտակի առաջին գործնական և կիրառական կիրառություններից մեկը եղել է "Կրիա" կոչված սուզանավը, որը նախագծվել է 1775 թվականին Նյու Հևենում, Կոնեկտիկուտ, Յելի ուսանող և գյուտարար Դեյվիդ Բուշնելի կողմից, ժամացույցի ստեղծող, փորագրող և արույր ձուլող Իսահակ Դուլիթլի օգնությամբ, ինչպես նաև Բուշնելի եղբոր՝ Էզրա Բուշնելի և նավի ատաղձագործ և ժամագործ Ֆինեաս Պրատի հետ, որոնք կառուցել են կորպուսը Սեյբրուկում, Կոնեկտիկուտ[8][9]։ 1776թ.-ի սեպտեմբերի 6-ի գիշերը սերժանտ Էզրա Լին օդաչու է վարել Կրիայի վրա Նյու Յորք նավահանգստում գտնվող HMS Eagle-ի վրա հարձակման ժամանակ[10][11]։ Turtle-ն եղել է նաև առաջին սուզանավը, որն օգտագործվել է մարտերում։ Ավելի ուշ Բուշնելը նկարագրեց պտուտակը 1787 թվականի հոկտեմբերին ուղղված Թոմաս Ջեֆերսոնին ուղղված նամակում. «Պտուտակի սկզբունքով ձևավորված թիակը ամրացված էր նավի առջևի մասում, որի առանցքը մտավ նավի մեջ և մի կողմ շրջվելով՝ նավը թիավարեց առաջ, բայց շրջվեց. այլ կերպ թիավարեց այն ետևից։ Այն պատրաստված էր ձեռքով կամ ոտքով շրջվելու համար»[12] Փողային պտուտակն, ինչպես "Կրիայի" բոլոր արույրն ու շարժական մասերը, պատրաստել է «հնարամիտ մեխանիկ» Իսսակ Դուլիթլը Նյու Հեյվենից[13]։

1785 թ.-ին անգլիացի Ջոզեֆ Բրամահն առաջարկեց գավազանի պտուտակային լուծույթ, որն անցնում էր նավակի ստորջրյա հետնամասով, որը կցված էր շեղբերով պտուտակի վրա, թեև նա երբեք այն չշինեց[14]։

1800 թվականի փետրվարին լոնդոնցի Էդվարդ Շորթերն առաջարկեց օգտագործել նմանատիպ պտուտակ, որը կցված էր դեպի ներքև թեքված ձողին, որը ժամանակավորապես տեղակայված էր ջրագծից վերևում գտնվող տախտակամածից և, հետևաբար, ջրի կնիք չպահանջելով, և նախատեսված էր միայն հալածված առագաստանավերին օգնելու համար։ Նա փորձարկեց այն Ջիբրալթարում և Մալթայում Doncaster տրանսպորտային նավի վրա՝ հասնելով 1,5 մղ/ժ արագություն (2,4 կմ/ժ)։

1802 թվականին ամերիկացի իրավաբան և գյուտարար Ջոն Սթիվենսը կառուցեց 25 ոտնաչափ (7,6 մ) նավակ՝ պտտվող շոգեշարժիչով, որը միացված է չորս շեղբերով պտուտակին։ Նավի արագությունը հասնում էր 4 մղոն/ժ-ի (6,4կմ/ժ), սակայն Սթիվենսը լքեց պտուտակները՝ բարձր ճնշման գոլորշու շարժիչների օգտագործման բնորոշ վտանգի պատճառով։ Նրա հետագա նավերը թիավարման անիվներով նավակներ էին[15]։

1827 թվականին չեխ-ավստրիացի գյուտարար Յոզեֆ Ռեսսելը հորինել էր պտուտակավոր պտուտակ, որն ուներ բազմաթիվ շեղբեր, որոնք ամրացված էին կոնաձև հիմքի շուրջ։ Նա փորձարկել էր իր պտուտակը 1826 թվականի փետրվարին մի փոքրիկ նավի վրա, որը կառավարվում էր ձեռքով։ Նրան հաջողվեց օգտագործել իր բրոնզե պտուտակային պտուտակը հարմարեցված շոգենավի վրա (1829 թ.): Նրա Civetta նավը 48 համախառն ռեգիստր տոննա, հասել է մոտ 6 հանգույցի (11 կմ/ժ) արագության։ Սա առաջին նավն էր, որը հաջողությամբ վարում էր Archimedes պտուտակավոր տիպի պտուտակը։ Այն բանից հետո, երբ նոր շոգեմեքենան վթարի ենթարկվեց (խողովակի ճեղքված զոդում), նրա փորձերը արգելվեցին Ավստրո-Հունգարիայի ոստիկանության կողմից՝ որպես վտանգավոր։ Յոզեֆ Ռեսսելը այդ ժամանակ Ավստրիական կայսրության անտառտնտեսության տեսուչ էր։ Բայց մինչ այս նա ստացել է ավստրո-հունգարական արտոնագիր (լիցենզիա) իր պտուտակի համար (1827 թ.)։ Նա մահացավ 1857 թվականին։ Շարժման այս նոր մեթոդը բարելավում էր թիավարման անիվը, քանի որ այն այնքան չէր ազդում նավի շարժումներից կամ հոսքի փոփոխություններից, քանի որ նավը ածուխ էր այրում[16]։

Ջոն Փաթչը, նավատորմ Յարմութում, Նոր Շոտլանդիա, 1832 թվականին ստեղծեց երկու սայրով, հովհարաձև պտուտակ և հրապարակայնորեն ցուցադրեց այն 1833 թվականին՝ շարժելով մի նավակ Յարմութ նավահանգստի վրայով և մի փոքրիկ ափամերձ նավակ Սենթ Ջոն, Նյու Բրանսվիք, բայց նրա արտոնագրային հայտը Միացյալ Նահանգներում մերժվում էր մինչև 1849 թվականը, քանի որ նա ամերիկյան քաղաքացի չէր[17]։ Նրա արդյունավետ դիզայնը գովասանքի արժանացավ ամերիկյան գիտական շրջանակներում, սակայն մինչ այդ պահը արդեն կային ծովային պտուտակի մի քանի մրցակից տարբերակներ։

Պտուտակային պտուտակներ[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Թեև մինչև 1830-ական թվականները պտուտակային շարժիչի հետ կապված շատ փորձեր են եղել, այդ գյուտերից քչերն են փորձարկվել մինչև փորձարկման փուլ, և նրանք, որոնք այս կամ այն պատճառով անբավարար են եղել[18]։

RMS օլիմպիական պտուտակներ։Արտաքին երկուսը հակադարձ պտտվող են:
Պատկեր:F. P. Smith's original 1836 screw propeller patent.jpg
Սմիթի օրիգինալ 1836-ի արտոնագիրը երկու ամբողջական պտույտ ունեցող պտուտակային պտուտակի համար։ Հետագայում նա կվերանայի արտոնագիրը՝ երկարությունը նվազեցնելով մինչև մեկ պտույտ:

1835 թվականին Բրիտանիայում երկու գյուտարարներ՝ Ջոն Էրիքսոնը և Ֆրենսիս Պետիտ Սմիթը, սկսեցին առանձին աշխատել այդ խնդրի վրա։ Սմիթն առաջինը պետք է պտուտակային պտուտակի արտոնագիր ստորագրեց մայիսի 31-ին, մինչդեռ Էրիքսոնը՝ շնորհալի շվեդ ինժեներ, որն այն ժամանակ աշխատում էր Բրիտանիայում, իր արտոնագիրը ներկայացրեց վեց շաբաթ անց[19] Սմիթը արագորեն կառուցեց փոքրիկ մոդելային նավակ՝ փորձարկելու իր գյուտը, որը սկզբում ցուցադրվեց իր Հենդոնի ֆերմայում գտնվող լճակում, իսկ ավելի ուշ՝ Լոնդոնի Թագավորական Ադելաիդայի գործնական գիտության պատկերասրահում, որտեղ այն տեսավ նավատորմի քարտուղար սըր Ուիլյամը։ Բարրոու. Ապահովելով լոնդոնյան բանկիրի՝ Ռայթի հովանավորությունը՝ Սմիթն այնուհետև կառուցեց Ֆրենսիս Սմիթ կոչվող 6 տոննա ջրանցքով 30 ֆուտ (9,1 մ), 6 ձիաուժ (4,5 կՎտ) նավ, որին տեղադրված էր իր սեփական փայտե պտուտակը։ նախագծվել և ցուցադրվել է Պադինգթոնի ջրանցքի վրա 1836 թվականի նոյեմբերից մինչև 1837 թվականի սեպտեմբերը։ Պատահական պատահարի արդյունքում 1837 թվականի փետրվարին ճամփորդության ժամանակ վնասվել է երկու պտույտի փայտե պտուտակը, և ի զարմանս Սմիթի՝ կոտրված պտուտակը, որն այժմ բաղկացած էր միայն մեկ պտույտից։, կրկնապատկեց նավակի նախկին արագությունը՝ ժամում մոտ չորս մղոնից հասնելով ութի[19]։ Սմիթը հետագայում վերանայված արտոնագիր կներկայացնի՝ համահունչ այս պատահական հայտնագործությանը։

իևնույն ժամանակ, Էրիքսոնը կառուցեց 45 ոտնաչափ (14 մ) պտուտակավոր շոգենավ, Ֆրենսիս Բ. Օգդենը 1837 թվականին և ցույց տվեց իր նավը Թեմզա գետի վրա բրիտանական ծովակալության ավագ անդամներին, այդ թվում՝ նավատորմի տեսուչ սըր Ուիլյամ Սայմոնդսին։ . Չնայած նավը ժամում 10 մղոն արագություն էր ձեռք բերում, որը համեմատելի էր գոյություն ունեցող շոգենավերի արագության հետ, Սայմոնդսը և նրա շրջապատը տպավորված չէին։ Ծովակալությունը պահպանում էր այն տեսակետը, որ պտուտակային շարժիչն անարդյունավետ կլինի օվկիանոսային ծառայության մեջ, մինչդեռ ինքը՝ Սայմոնդսը, կարծում էր, որ պտուտակավոր նավերը չեն կարող արդյունավետ կառավարվել[20] Այս մերժումից հետո Էրիքսոնը կառուցեց երկրորդ, ավելի մեծ պտուտակավոր նավը՝ Ռոբերտ Ֆ. Սթոքթոնը, և նրան նավարկեց 1839 թվականին Միացյալ Նահանգներ, որտեղ շուտով նա պետք է համբավ ձեռք բերեր որպես ԱՄՆ ռազմածովային նավատորմի առաջին պտուտակավոր ռազմանավը նախագծող USS Princeton.[21]

SS Archimedes-ի պտուտակավոր պտուտակ

Ակնհայտորեն տեղյակ լինելով Թագավորական նավատորմի այն տեսակետին, որ պտուտակային պտուտակներն անպիտան կլինեն ծովային ծառայության համար, Սմիթը որոշեց ապացուցել այս ենթադրությունը սխալ։ 1837թ. սեպտեմբերին նա իր փոքրիկ նավը (այժմ տեղադրված է մեկ պտույտի երկաթյա պտուտակով) ծով դուրս բերեց՝ գոլորշիանալով Լոնդոնի Բլեքուոլից մինչև Հայթի, Քենթ, կանգառներով Ռամսգեյթում, Դովերում և Ֆոլքսթոունում։ 25-ին Լոնդոն վերադառնալու ճանապարհին Թագավորական նավատորմի սպաները նկատեցին, որ Սմիթի նավը շարժվում էր փոթորկոտ ծովերում։ Ծովակալության հետաքրքրությունը տեխնոլոգիայի նկատմամբ վերածնվեց, և Սմիթին խրախուսեցին կառուցել լրիվ չափի նավ՝ տեխնոլոգիայի արդյունավետությունն ավելի հստակորեն ցուցադրելու համար։

Կաղապար.Նավի առաջին պտուտակի կրկնօրինակը. Չորս շեղբերով մոդելը փոխարինեց բնօրինակին 1845 թվականին։ Նավը նախատեսված էր թիակներ ունենալու համար, սակայն պլանները փոխվեցին այն բանից հետո, երբ ցույց տվեցին, որ պտուտակային պտուտակներ շատ ավելի արդյունավետ են։

SS Archimedes-ը կառուցվել է 1838 թվականին Լոնդոնի Հենրի Ուիմշերսթի կողմից՝ որպես աշխարհում առաջին շոգենավը, որը վարում է պտուտակային պտուտակ[22][23][24]։

Արքիմեդը զգալի ազդեցություն ունեցավ նավերի զարգացման վրա՝ խրախուսելով թագավորական նավատորմի կողմից պտուտակային շարժիչների ընդունումը՝ ի լրումն առևտրային նավերի վրա նրա ազդեցության։ Սմիթի Արքիմեդի հետ փորձարկումները հանգեցրին 1845-ին HMS Rattler-ի և HMS Alecto -ի միջև քաշքշուկի մրցմանը, պտուտակով շարժվող Rattler-ով, որը 2,5 հանգույցով (4,6 կմ/ժ) հետ էր քաշում Alecto շոգենավը։

Արքիմեդը նաև ազդեց 1843 թվականին Իսամբարդ թագավորության Բրունելի SS Great Britain նախագծման վրա, այնուհետև աշխարհի ամենամեծ նավը և առաջին պտուտակավոր շոգենավը, որը հատեց Ատլանտյան օվկիանոսը 1845 թվականի օգոստոսին[25]։

HMS Terror and HMS Erebus երկուսն էլ մեծապես փոփոխվեցին՝ դառնալով Թագավորական նավատորմի առաջին նավերը, որոնք ունեն գոլորշու շարժիչներ և պտուտակավոր պտուտակներ։ Երկուսն էլ մասնակցել են Ֆրանկլինի կորած արշավախմբին, որը վերջին անգամ տեսել են 1845 թվականի հուլիսին Բաֆին ծովածոցի մոտ։

Պտուտակային պտուտակի դիզայնը կայունացել է 1880-ականներին։

Առանց լիսեռ պտուտակներ[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Առանց կենտրոնական լիսեռի պտուտակները բաղկացած են պտուտակային շեղբերից, որոնք ամրացված են օղակի վրա, որը շրջանաձև էլեկտրական շարժիչի մի մասն է։ Այս դիզայնը հայտնի է որպես եզրագծով շարժիչ և օգտագործվում է որոշ ինքնակառավարվող ռոբոտային նավերի կողմից։ Շրջանակով շարժվող շարժիչ համակարգերն ավելի ու ավելի են քննարկվում օգտագործման համար[26]։

Ինքնաթիռի պտուտակներ[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

ATR 72 պտուտակն թռիչքի ժամանակ

Ժամանակակից օդանավերի պտուտակների ոլորված աերոֆայլի ձևը ստեղծվել է Ռայթ եղբայրների կողմից։ Մինչ որոշ նախկին ինժեներներ փորձել էին օդային պտուտակներ մոդելավորել ծովային պտուտակների վրա, Ռայթերը հասկացան, որ օդային պտուտակը (նաև հայտնի է որպես օդապտուտակ) ըստ էության նույնն է, ինչ թևը, և ​​կարողացան օգտագործել իրենց նախկին քամու թունելի փորձարկումները թևերի վրա։ . Նրանք նաև շրջադարձ մտցրեցին շեղբերների երկարությամբ։ Սա անհրաժեշտ էր ապահովելու համար, որ շեղբերների հարձակման անկյունը նրանց երկարությամբ համեմատաբար հաստատուն մնա[27] Նրանց սկզբնական պտուտակի շեղբերն ընդամենը մոտ 5%-ով ավելի քիչ արդյունավետ էին, քան ժամանակակից համարժեքը, մոտ 100 տարի անց[28]։ Ցածր արագությամբ պտուտակային աերոդինամիկայի ըմբռնումը բավականին ավարտված էր 1920-ականներին, սակայն ավելի փոքր տրամագծով ավելի մեծ հզորություն վարելու ավելի ուշ պահանջները խնդիրն ավելի բարդ դարձրին։

Ալբերտո Սանտոս Դյումոնը՝ մեկ այլ վաղ ռահվիրա, կիրառեց օդանավերի հետ կապված փորձից ստացած գիտելիքները՝ իր 14 բիս երկպլանի համար պողպատե լիսեռով և ալյումինե շեղբերով պտուտակ պատրաստելու համար։ Նրա որոշ նախագծերում օգտագործվում էր թեքված ալյումինե թիթեղներ շեղբերների համար, այդպիսով ստեղծելով օդափոխման շերտ։ Նրանք խիստ երեսպատված էին, և դա, գումարած երկայնական պտույտի բացակայությունը, նրանց դարձնում էր ավելի քիչ արդյունավետ, քան Wright պտուտակներ։ Այնուամենայնիվ, սա, թերևս, ալյումինի առաջին կիրառումն էր օդային պտուտակ կառուցելու մեջ։

Պտուտակային տեսություն[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Տասնիններորդ դարում առաջարկվեցին պտուտակների վերաբերյալ մի քանի տեսություններ։ Իմպուլսի տեսությունը կամ սկավառակի շարժիչի տեսությունը՝ տեսություն, որը նկարագրում է իդեալական պտուտակի մաթեմատիկական մոդելը, մշակվել է W.J.M.-ի կողմից։ Rankine (1865), A.G. Greenhill (1888) և R.E. Ֆրուդը (1889)։ Պտուտակը մոդելավորվում է որպես անսահման բարակ սկավառակ՝ առաջացնելով մշտական ​​արագություն պտտման առանցքի երկայնքով և ստեղծելով հոսք պտուտակի շուրջ։

Պտուտակը, որը պտտվում է ամուրի միջով, կունենա զրոյական «սայթաքում». բայց քանի որ պտուտակի պտուտակն աշխատում է հեղուկի մեջ (կամ օդում, կամ ջրում), որոշակի կորուստներ կլինեն։ Առավել արդյունավետ պտուտակները մեծ տրամագծով, դանդաղ պտտվող պտուտակներն են, օրինակ՝ մեծ նավերի վրա; ամենաքիչ արդյունավետները փոքր տրամագծով և արագ պտտվող են (օրինակ՝ արտաքին շարժիչի վրա)։ Օգտագործելով Նյուտոնի շարժման օրենքները, կարելի է օգտակար համարել պտուտակի առաջ մղումը որպես ռեակցիա, որը համաչափ է ժամանակի ընթացքում ետ ուղարկվող հեղուկի զանգվածին և այն արագությանը, որը պտուտակն ավելացնում է այդ զանգվածին, և գործնականում ավելի շատ կորուստներ են առաջանում արագ շիթ, քան ավելի ծանր, դանդաղ շիթ ստեղծելով։ (Նույնը վերաբերում է օդանավերին, որոնցում ավելի մեծ տրամագծով տուրբոֆան շարժիչները ավելի արդյունավետ են, քան նախկինում, ավելի փոքր տրամագծով տուրբոֆանները և նույնիսկ փոքր տուրբոֆանները, որոնք ավելի քիչ զանգված են արտանետում ավելի մեծ արագությամբ)[29]։

Պտուտակային երկրաչափություն[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Ծովային պտուտակային պտուտակի երկրաչափությունը հիմնված է ուղղաձիգ մակերեսի վրա։ Սա կարող է ձևավորել սայրի երեսը, կամ շեղբերների երեսները կարող են նկարագրվել այս մակերևույթի շեղումներով։ Սայրի հետևի հատվածը նկարագրվում է ուղղաձիգ մակերևույթի շեղումներով այնպես, ինչպես օդային փայլաթիթեղը կարող է նկարագրվել շեղումներով լարային գծից։ Քարի մակերեսը կարող է լինել իսկական ուղղաթիռ կամ շեղված, որպեսզի ապահովի հարձակման անկյան ավելի լավ համընկնում սայրերի վրայով շարժման արագության հետ։ Շեղված ուղղաթիռը նկարագրվում է՝ նշելով շառավղային հղման գծի ձևը և թեքության անկյունը ճառագայթային հեռավորության առումով։ Ավանդական պտուտակի գծագրությունը ներառում է չորս մաս՝ կողային բարձրություն, որը սահմանում է փոցխը, սայրի հաստության փոփոխությունը արմատից ծայր, երկայնական հատված՝ հանգույցի միջով և սայրի նախագծված ուրվագիծը երկայնական կենտրոնական հարթության վրա։ Ընդլայնված շեղբերի տեսքը ցույց է տալիս հատվածի ձևերը իրենց տարբեր շառավիղներով, որոնց երեսները գծված են բազային գծին զուգահեռ, իսկ հաստությունը՝ առանցքին։ Ուրվագիծը, որը նշված է հատվածների առաջատար և հետևի ծայրերը միացնող գծով, պատկերում է ընդլայնված սայրի ուրվագիծը։ Բարձրության դիագրամը ցույց է տալիս բարձրության տատանումները արմատից ծայր շառավղով։ Լայնակի տեսքը ցույց է տալիս սայրի լայնակի ելուստը և սայրի զարգացած ուրվագիծը[30]։

եղբերները փայլաթիթեղի հատվածի թիթեղներն են, որոնք զարգացնում են մղումը, երբ պտուտակը պտտվում է։ Հանգույցը պտուտակի կենտրոնական մասն է, որը միացնում է սայրերը և ամրացնում պտուտակը լիսեռին։ Rake-ը սայրի անկյունն է լիսեռին ուղղահայաց շառավղով։ Skew-ը առավելագույն հաստության գծի շոշափելի շառավիղն է

Պտուտակային բնութագրերը սովորաբար արտահայտվում են որպես չափազուրկ հարաբերակցություններ.[30]

  • Բարձրության հարաբերակցությունը PR = պտուտակի քայլը/պտուտակի տրամագիծը կամ P/D
  • Սկավառակի մակերես A0 = πD2/4
  • Ընդլայնված տարածքի հարաբերակցություն = AE/A0, որտեղ ընդլայնված տարածք AE = Բոլոր շեղբերների ընդլայնված տարածքը հանգույցից դուրս
  • զարգացված տարածքի հարաբերակցությունը = AD/A0, որտեղ զարգացած տարածքը AD = Բոլոր շեղբերների զարգացած տարածքը հանգույցից դուրս
  • Պրոեկտված մակերեսի հարաբերակցությունը = AP/A0, որտեղ պրոեկտված մակերես AP = Բոլոր շեղբերների պրոեկտված մակերեսը հանգույցից դուրս
  • Միջին լայնության հարաբերակցություն = (Մեկ շեղբի մակերեսը հանգույցից դուրս/շեղբի երկարությունը հանգույցից դուրս)/Տրամագիծը
  • Սայրի լայնության հարաբերակցությունը = Սայրի/Տրամագծի առավելագույն լայնությունը
  • Շեղբի հաստության մասնաբաժինը = Սայրի հաստությունը լիսեռի առանցքի/տրամագծի վրա

Կավիտացիա[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Կավիտացնող պտուտակ ջրային թունելի փորձարկում
Cavitation damage evident on the propeller of a personal watercraft

Կավիտացիան ջրի մեջ գոլորշիների փուչիկների առաջացումն է շարժվող պտուտակի սայրի մոտ շատ ցածր ճնշման շրջաններում։ Դա կարող է առաջանալ, եթե փորձ է արվում չափազանց մեծ հզորություն փոխանցել պտուտակով, կամ եթե պտուտակն աշխատում է շատ բարձր արագությամբ։ Կավիտացիան կարող է վատնել էներգիան, առաջացնել թրթռում և մաշվածություն և վնասել պտուտակը։ Այն կարող է առաջանալ բազմաթիվ ձևերով պտուտակի վրա։ Պտուտակային կավիտացիայի երկու ամենատարածված տեսակներն են՝ ներծծող կողային մակերեսի կավիտացիան և ծայրային հորձանուտի կավիտացիան։

Ներծծող կողմի մակերևույթի կավիտացիան ձևավորվում է, երբ պտուտակն աշխատում է պտտման բարձր արագությամբ կամ ծանր բեռի տակ (շեղբերի բարձրացման բարձր գործակից)։ Սայրի վերին հոսանքի մակերևույթի վրա ճնշումը («ներծծող կողմը») կարող է իջնել ջրի գոլորշու ճնշումից ցածր, ինչի հետևանքով գոլորշի գրպան է ձևավորվում։ Նման պայմաններում ճնշման փոփոխությունը սայրի ներքևի մակերևույթի («ճնշման կողմը») և ներծծող կողմի միջև սահմանափակ է և, ի վերջո, նվազում է, քանի որ կավիտացիայի աստիճանը մեծանում է։ Երբ սայրի մակերեսի մեծ մասը ծածկված է կավիտացիայով, ճնշման տարբերությունը սայրի ճնշման և ներծծող կողմի միջև զգալիորեն նվազում է, ինչպես նաև պտուտակի կողմից արտադրվող մղումը։ Այս պայմանը կոչվում է «հարձակման խզում»։ Այս պայմաններում պտուտակի շահագործումը վատնում է էներգիան, առաջանում է զգալի աղմուկ, և քանի որ գոլորշիների փուչիկները փլուզվում են, այն արագորեն քայքայում է պտուտակի մակերեսը սայրի մակերեսի վրա տեղայնացված հարվածային ալիքների պատճառով։

Ծայրային հորձանուտի կավիտացիան առաջանում է ծայրամասային հորձանուտի հիմքում ձևավորված չափազանց ցածր ճնշումների պատճառով։ Ծայրային հորձանուտը առաջանում է պտուտակի ծայրի շուրջ հեղուկի փաթաթումից; ճնշման կողմից դեպի ներծծող կողմը:Սույն video ցույց է տալիս ծայրի հորձանուտի կավիտացիան։ Ծածկույթի հորձանուտի կավիտացիան սովորաբար տեղի է ունենում ներծծող կողային մակերեսի կավիտացիայից առաջ և ավելի քիչ վնասում է սայրին, քանի որ այս տեսակի կավիտացիան չի փլվում սայրի վրա, այլ որոշակի հեռավորության վրա հոսանքով ներքև։

Ծովային պտուտակների տեսակները[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Կառավարվող պտուտակ[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Վերահսկվող բարձրության պտուտակ
Ձկնորսական նավի վրա փոփոխական բարձրության պտուտակ

Փոփոխական բարձրության պտուտակներ (նաև հայտնի են որպես կառավարելի բարձրության պտուտակներ) զգալի առավելություններ ունեն ֆիքսված բարձրության սորտերի նկատմամբ։ Առավելությունները ներառում են.

  • ցանկացած արագության համար սայրի ամենաարդյունավետ անկյունը ընտրելու ունակությունը
  • մոտորագնացության ժամանակ սայրի անկյունը կոշտացնելու կարողություն՝ քամուց և շարժիչներից օպտիմալ շարժման հասնելու համար
  • ետևում (հակադարձ) շատ ավելի արդյունավետ շարժվելու ունակություն (ֆիքսված հենարանները շատ վատ են գործում հետույքում)
  • շեղբերները «փետուրավորելու» հնարավորություն՝ չօգտագործման ժամանակ նվազագույն դիմադրություն տալու համար (օրինակ՝ նավարկելիս)

Skewback պտուտակ[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Գերմանական Type 212 սուզանավերի վրա օգտագործվող պտուտակների առաջադեմ տեսակը կոչվում է թեք պտուտակ։ Ինչպես որոշ օդանավերի վրա օգտագործվող սայրերի շեղբերում, թեքված պտուտակի սայրերի ծայրերը հետ են շրջվում պտտման ուղղությամբ։ Բացի այդ, շեղբերները թեքված են դեպի ետ երկայնական առանցքի երկայնքով՝ պտուտակին տալով ընդհանուր բաժակաձև տեսք[31][32]։

Այս դիզայնը պահպանում է մղման արդյունավետությունը՝ միաժամանակ նվազեցնելով կավիտացիան, և այդպիսով ստեղծում է հանգիստ, գաղտագողի դիզայն[33][34][35][36][37]։

Մոդուլային պտուտակ[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Մոդուլային պտուտակն ավելի շատ վերահսկողություն է ապահովում նավակի աշխատանքի վրա։ Ամբողջ պտուտակը փոխելու կարիք չկա, երբ հնարավորություն կա փոխելու միայն թեքությունը կամ վնասված շեղբերը։ Տեքստը կարգավորելու ունակությունը թույլ կտա նավակավորներին ավելի լավ կատարողականություն ունենալ տարբեր բարձրություններում, ջրային սպորտաձևերում կամ նավարկության ժամանակ[38]։

Voith Schneider պտուտակ[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Voith Schneider պտուտակները օգտագործում են չորս չոլորված ուղիղ շեղբեր, որոնք պտտվում են ուղղահայաց առանցքի շուրջը պարուրաձև շեղբերների փոխարեն և կարող են ցանկացած ժամանակ ցանկացած ուղղությամբ մղել՝ ավելի բարձր մեխանիկական բարդության գնով։

Պաշտպանություն վնասից[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Լիսեռի պաշտպանություն

Խափանված ռետինե երեսպատում արտաքին ինքնաթիռի պտուտակի մեջ

վելի փոքր շարժիչների համար, ինչպիսիք են արտաքին շարժիչները, որտեղ պտուտակը ենթարկվում է ծանր առարկաների հետ բախման վտանգի, պտուտակը հաճախ ներառում է սարք, որը նախատեսված է գերբեռնվածության ժամանակ խափանվելու համար. սարքը կամ ամբողջ պտուտակը զոհաբերվում է, որպեսզի ավելի թանկ փոխանցման տուփը և շարժիչը չվնասվեն։

Սովորաբար ավելի փոքր (10 ձիաուժ կամ 7,5 կՎտ-ից պակաս հզորությամբ) և ավելի հին շարժիչներում նեղ կտրող քորոցը շարժիչի լիսեռի և պտուտակային հանգույցի միջով փոխանցում է շարժիչի հզորությունը նորմալ բեռների դեպքում։ Քորոցը նախատեսված է կտրելու համար, երբ պտուտակը դրվում է բեռի տակ, որը կարող է վնասել շարժիչը։ Քորոցը կտրելուց հետո շարժիչն ի վիճակի չէ շարժիչ ուժ ապահովել նավակին, մինչև չտեղադրվի նոր կտրող պտուտակը[39]։

Ավելի մեծ և ժամանակակից շարժիչներում ռետինե երեսպատումը փոխանցում է շարժիչի լիսեռի մոմենտը դեպի պտուտակի հանգույց։ Վնասակար բեռի դեպքում հանգույցի միջադիրի շփումը հաղթահարվում է, և պտտվող պտուտակը սահում է լիսեռի վրա՝ կանխելով շարժիչի բաղադրիչների գերբեռնվածությունը[40]։ Նման դեպքից հետո ռետինե պատյանը կարող է վնասվել։ Եթե ​​այո, ապա այն կարող է շարունակել փոխանցել նվազեցված հզորությունը ցածր պտույտների դեպքում, բայց կարող է չտրամադրել հոսանք՝ նվազած շփման պատճառով, բարձր պտույտների դեպքում։ Նաև ռետինե ծածկը կարող է ժամանակի ընթացքում փչանալ, ինչը հանգեցնում է դրա ձախողման՝ նախատեսված անսարքության բեռից ցածր բեռների տակ։

Արդյոք ռետինե ծածկը կարող է փոխարինվել կամ վերանորոգվել, կախված է պտուտակից. ոմանք չեն կարող։ Ոմանք կարող են, բայց հատուկ սարքավորումների կարիք ունեն՝ մեծ չափի թփը ներդնելու համար միջամտության տեղակայման համար։ Մյուսները կարող են հեշտությամբ փոխարինվել։ «Հատուկ սարքավորումը» սովորաբար բաղկացած է ձագարից, մամլիչից և ռետինե քսանյութից (օճառ)։ Եթե ​​որևէ մեկին հասանելի չէ խառատահաստոցը, ապա կարելի է իմպրովիզացված ձագար պատրաստել պողպատե խողովակից և մեքենայի մարմնի լցոնիչից; քանի որ լցոնիչը ենթարկվում է միայն սեղմման ուժերին, այն կարող է լավ աշխատանք կատարել։ Հաճախ թփերը կարող են տեղավորվել ոչ ավելի բարդ բանով, քան մի քանի ընկույզով, լվացող մեքենաներով և թելերով գավազանով։ Այս տեսակի պտուտակի հետ կապված ավելի լուրջ խնդիր է «սառեցված» պտուտակի երեսպատումը, ինչը անհնարին է դարձնում պտուտակի հեռացումը։ Նման դեպքերում պտուտակը պետք է տաքացվի, որպեսզի միտումնավոր քանդվի ռետինե ներդիրը։ Հենց որ պտուտակն հեռացվի, ցցված խողովակը կարելի է կտրել սրճաղացով, և այնուհետև պահանջվում է նոր պտտվող թփ։ Խնդիրի կրկնությունը կանխելու համար գծերը կարող են պատվել հակակոռուպցիոն հակակոռուպցիոն բաղադրությամբ։

Որոշ ժամանակակից պտուտակներում ռետինե թաղանթին փոխարինում է կոշտ պոլիմերային ներդիրը, որը կոչվում է սկավառակի թև։ Լիսեռի և պտուտակի հանգույցի միջև տեղադրված թևի պտտվող կամ այլ ոչ շրջանաձև խաչմերուկը շարժիչի ոլորող մոմենտը փոխանցում է պտուտակին, այլ ոչ թե շփման։ Պոլիմերն ավելի թույլ է, քան պտուտակի և շարժիչի բաղադրամասերը, ուստի այն խափանում է նախքան դրանք, երբ պտուտակը գերբեռնված է[41]։ Սա ամբողջովին ձախողվում է չափազանց ծանրաբեռնվածության դեպքում, բայց հեշտությամբ կարող է փոխարինվել։

Մոլախոտերի լյուկեր և պարան կտրողներ

Բրոնզե պտուտակ և չժանգոտվող պողպատից պարան կտրող

Մինչդեռ մեծ նավի պտուտակն ընկղմվելու է խոր ջրի մեջ և առանց խոչընդոտների և նավակների, զբոսանավերը, նավերը և գետային նավակները հաճախ ենթարկվում են պտուտակների աղտոտմանը, ինչպիսիք են մոլախոտերը, պարանները, մալուխները, ցանցերը և պլաստմասսաները։ Բրիտանական նեղ նավակները միշտ ունեն մոլախոտերի լյուկ պտուտակի վրա, և երբ նեղ նավը կանգ է առնում, լյուկը կարող է բացվել, որպեսզի մուտք գործի դեպի պտուտակը, ինչը հնարավորություն կտա մաքրել բեկորները։ Զբոսանավերը և գետային նավակները հազվադեպ են մոլախոտերի լյուկեր; փոխարենը նրանք կարող են տեղադրել պարան կտրիչ, որը տեղավորվում է հենարանի լիսեռի շուրջ և պտտվում է պտուտակի հետ։ Այս կտրիչները մաքրում են բեկորները և բացառում են ջրասուզակների կողմից կեղտոտումը ձեռքով անցնելու անհրաժեշտությունը։ Առկա են պարան կտրողների մի քանի ձևեր.[42]

  1. Պարզ սուր եզրերով սկավառակ, որը կտրում է ածելիի պես;[43]
  2. Երկու կամ ավելի ելնող շեղբերով ռոտոր, որը կտրվում է ամրացված սայրի դեմ՝ կտրելով մկրատով.[44][45][46]
  3. Սուր եզրերից և ելուստներից կազմված բարդ կտրող եզրով ատամնավոր ռոտոր[47]։

Պտուտակային փոփոխություններ[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Կտրուկը պտուտակի դիզայնի տեսակ է, որը հատկապես օգտագործվում է նավակարշավների համար։ Նրա առջևի եզրը կլոր է, իսկ հետևի եզրը ուղիղ կտրված է։ Այն ապահովում է փոքր աղեղային վերելակ, այնպես որ այն կարող է օգտագործվել նավակների վրա, որոնք մեծ աղեղի բարձրացման կարիք չունեն, օրինակ հիդրոինքնաթիռների վրա, որոնք բնականաբար ունեն բավարար հիդրոդինամիկ աղեղային վերելակներ։ Աղեղի վերելակի բացակայությունը փոխհատուցելու համար ստորին ագրեգատի վրա կարող է տեղադրվել հիդրոփայլ։ Հիդրոփայլաթիթեղները նվազեցնում են աղեղի բարձրացումը և օգնում նավակը անցքից դուրս բերելու և ինքնաթիռի վրա։

Ծանոթագրություններ[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

  1. «NASA website article - Propeller Propulsion»։ May 5, 2015 
  2. Note: on many boats, the prop shaft is not horizontal but dips towards the stern. Although this is often forced upon the designer by hull shape, it gives a small benefit by helping to counter any Squat effect.
  3. Carlton, John, Marine Propellers and Propulsion Butterworth-Heinemann, 2012, p. 363
  4. Bourne John (April 10, 1855)։ «A Treatise on the Screw Propeller: With Various Suggestions of Improvement»։ Longman, Brown, Green, and Longmans – via Google Books 
  5. «Patents for Inventions: Abridgments of Specifications : Class ...»։ Patent Office։ April 10, 1857 – via Google Books 
  6. Carlton, p. 1
  7. Murihead, James Patrick, The Life of James Watt, with Selections from His Correspondence ... With Portraits and Woodcuts, London: John Murray, 1858, p. 208
  8. Stein, Stephen K. The Sea in World History: Exploration, Travel, and Trade [2 volumes], Editor Stephen K. Stein, ABC-CLIO, 2017, Volume 1, p. 600
  9. Manstan, Roy R.; Frese, Frederic J., Turtle: David Bushnell's Revolutionary Vessel, Yardley, Pa: Westholme Publishing. 978-1-59416-105-6. OCLC 369779489, 2010, pp. xiii, 52, 53
  10. Tucker, Spencer, Almanac of American Military History, ABC-CLIO, 2013, Volume 1, p. 305
  11. Mansten pp. xiii, xiv
  12. Nicholson, William, A Journal of Natural Philosophy, Chemistry and the Arts, Volume 4, G. G. and J. Robinson, 1801, p. 221
  13. Manstan, p.150
  14. Carlton, pp. 1–2
  15. Carlton, p.2
  16. Paul Augustin Normand, La Genèse de l'Hélice Propulsive (The Genesis of the Screw Propulsor). Paris: Académie de Marine, 1962, pp. 31–50.
  17. Mario Theriault, Great Maritime Inventions Goose Lane Publishing (2001) pp. 58–59
  18. Smith, Edgar C. (1905)։ A Short history of Naval and Marine Engineering։ University Press, Cambridge։ էջեր 66–67 
  19. 19,0 19,1 Bourne, p. 84.
  20. In the case of Francis B. Ogden, Symonds was correct. Ericsson had made the mistake of placing the rudder forward of the propellers, which made the rudder ineffective. Symonds believed that Ericsson tried to disguise the problem by towing a barge during the test.
  21. Bourne, pp. 87–89.
  22. "The type of screw propeller that now propels the vast majority of boats and ships was patented in 1836, first by the British engineer Francis Pettit Smith, then by the Swedish engineer John Ericsson. Smith used the design in the first successful screw-driven steamship, Archimedes, which was launched in 1839.". Marshall Cavendish, p. 1335.
  23. "The propeller was invented in 1836 by Francis Pettit Smith in Britain and John Ericsson in the United States. It first powered a seagoing ship, appropriately called Archimedes, in 1839." Macauley and Ardley, p. 378.
  24. "In 1839, the Messrs. Rennie constructed the engines, machinery and propeller, for the celebrated Archimedes, from which may be said to date the introduction of the screw system of propulsion ...". Mechanics Magazine, p. 220.
  25. Propeller versus Paddle: The Tug of War between HMS Rattler and the Alecto, Bow Creek to Anatahan.
  26. «Are rim-driven propulsors the future?» 
  27. Pilot's Handbook of Aeronautical Knowledge։ Oklahoma City: U.S. Federal Aviation Administration։ 2008։ էջեր 2–7։ FAA-8083-25A 
  28. Ash, Robert L., Colin P. Britcher and Kenneth W. Hyde. "Wrights: How two brothers from Dayton added a new twist to airplane propulsion." Mechanical Engineering: 100 years of Flight, 3 July 2007.
  29. How propellers work - https://www.deepblueyachtsupply.com/boat-propeller-theory
  30. 30,0 30,1 Todd F.H. (1967)։ «VII: Resistance and Propulsion»։ in Comstock John P.։ Principles of Naval Architecture (Revised ed.)։ Society of Naval Architects and Marine Engineers։ էջեր 397–462 
  31. «SILENT propellers»։ www.francehelices.fr։ JMCWebCreation and Co։ 2009։ Արխիվացված է օրիգինալից September 26, 2007-ին։ Վերցված է July 21, 2017 
  32. About Propellers http://www.gsitek-props.co.uk/about_propellers.htm
  33. Godske, Bjørn. "Energy saving propeller" (in Danish) Ingeniøren, 23 April 2012. Accessed: 15 March 2014. English translation
  34. Godske, Bjørn. "Kappel-propellers pave the way for success at MAN" (in Danish) Ingeniøren, 15 March 2014. Accessed: 15 March 2014. English translation
  35. "Kappel agreement secures access to major market" 30 August 2013.
  36. "KAPRICCIO Project Archived 2014-03-15 at the Wayback Machine." European Union. Accessed: 15 March 2014.
  37. "Industry Pays Tribute to Innovation Awards Winners" Marine link, 3 October 2002. Accessed: 15 March 2014. Quote: "Winner: the energy-saving Kappel propeller concept from the European Commission-funded Kapriccio propulsion research project. Blades curved towards the tips on the suction side reduce energy losses, fuel consumption, noise and vibration"
  38. Smrcka Karel (March 18, 2005)։ «A new start for marine propellers»։ Engineering News։ Վերցված է July 21, 2017 
  39. Getchell, David (1994), The Outboard Boater's Handbook, ISBN 9780070230538, https://books.google.com/books?id=YpMTd7-Mb3sC 
  40. Ministry Of Defence (Navy), Great Britain (1995), Admiralty Manual of Seamanship, ISBN 9780117726963, https://books.google.com/books?id=jUdZlpHWShkC 
  41. Կաղապար:Cite patent
  42. Yachting World rope cutter test https://www.yachtingmonthly.com/gear/propeller-rope-cutter-test-30012
  43. Simple disc cutters https://www.asap-supplies.com/propeller-drivetrain/rope-cutters
  44. Spurs scissor-action rope cutter https://www.spursmarine.com/shaft-cutters/
  45. Stripper scissor-action rope cutter past://ropestripper.com/strippers.php
  46. Gator cissor-action rope cutter http://www.propprotect.com
  47. Images of rope cutters. https://www.bing.com/images/search?q=yacht+rope+cutter&id=9A2642834983B967EF5261F4A95842DA499E0528&form=IQFRBA&first=1&scenario=ImageBasicHover

Արտաքին հղումներ[խմբագրել | խմբագրել կոդը]