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翼プロペラ。 モデラーのためのヒント
現代の港では、一見奇妙に見える写真を見ることができます。船が水中を横に移動しています。 水が透明で船尾の下を見ることができる場合、船に舵が見つからない場合はさらに驚かれるでしょう。 しかし、それにもかかわらず、船は自由に操縦できます。 目の前にあるのは、プロペラと舵の両方を交換した羽根プロペラを備えた船にすぎません。 ベーン プロペラは、私たちによく知られている他のプロペラ、プロペラや外輪とは異なります。 その刃は垂直に置かれたオールをわずかに思い出させます。
ベーンプロペラ (図 1) は、回転ディスクの円周上に等距離に配置された複数の垂直ブレードで構成されています。 このディスクは、船底の丸い穴に船のメッキと面一になるように取り付けられます。 推進ブレードのみが船体から突き出て推力を発生し、ブレード付きディスクを駆動して船体に接続する補助部品はすべて船体の内側にあります。 ベーンプロペラの動作はどのような原理に基づいていますか? ディスクの回転中に、ベーン プロペラのブレードは XNUMX つの動きを同時に行います。ディスクと一緒にその軸の周りを回転し、各ブレードは垂直軸の周りを回転してから内側に回転します。 一方向に進み、次にもう一方に進みます。 このため、ディスクがその軸の周りを回転すると、各プロペラブレードは、回転円の半分では前縁を外側に、円の後半では内側に回転します。 ブレードは常に同じ刃先を前にして水中を移動するため、より大きな推力とより大きな流線形を生み出すために、航空翼の形で作られています。 そのため、この移動手段は「翼のある」と呼ばれます。 ブレードが常に同じエッジを前にして水中で動くようにするために、ベーンムーバーのすべてのブレードは推力によって XNUMX 点、いわゆる制御点 N に接続されています。各ブレードは常に、制御点 N に対して垂直に配置されます。点Nとブレードの軸を結ぶ線。 プロペラブレードの動作原理を理解するには、次の簡略図を与えるだけで十分です（図2）。
推進ディスクが回転すると、ブレードはディスク円周の特定の点の接線に対してある角度で水に入り、水は力 R でブレードを押します。力の平行四辺形の法則に従って、水は次のようになります。は 2 つの力の成分に分解されます (図 2、I)。P はディスクの中心から外側へのブレードの推力、W はブレードの抗力です。 プロペラから噴射される水流の方向は停止力と逆になります。 点 III (図 2) では、同様の位置が作成され、ブレードの迎え角のみが負になるため、停止力は可動子 O の中心に向けられ、停止力と加算されます。最初のブレードの力により、ムーバーが完全に停止し、容器が移動し、常にセグメントに対して垂直に向けられます。 点 (図 XNUMX、II、IV) では、ブレード平面はディスク円周の接線と平行になり、停止力は生じません。 特別な装置の助けを借りて、制御点 N を駆動ディスク O の中心に対して任意の位置に設定することができ、それによって可動子によって噴射されるウォーター ジェットの方向が変わり、その結果可動子の停止が変わります。 。 点 N を可動子 O の中心の上に置くと (図 3、1)、すべてのブレードの平面は、ディスクの軸が交わる点で描かれたディスクの円周の接線と平行になります。刃が通ります。 この場合の停止力はゼロに等しく、駆動ディスクが回転するという事実にもかかわらず、船はびくともしない。 点 N を中心 O の左側に移動することにより (図 3、II)、船舶に前進を与え、右に移動します (図 3、IV) - 後退し、点 N を中心 O から前方に移動することにより、船舶に前進を与えます (図 3、IV)。ムーバーの中心に合わせて、船尾を右に移動させます（図XNUMX、III）など。このおかげで、ベーンプロペラを備えた船は、何もせずに前後に移動し、進行方向を変えることができます。舵、そしてプロペラを XNUMX 枚船に取り付ければ、横に移動することもできます。
図 3 を注意深く見ると、プロペラは常に同じ方向に回転し、船は異なる方向に移動していることがわかります。 ムーバーのこの特性を利用すると、非可逆的、つまり回転方向を変えない、より単純なエンジンを船舶に取り付けることが可能になります。 このようなエンジンは、可逆エンジンに比べて重量が軽く、設計とメンテナンスが簡単で、可逆エンジンよりもはるかに安価です。 しかし、ベーンプロペラには欠点もあります。主な欠点は、エンジンからプロペラに回転を伝達するのが難しいことです。そのため、高出力エンジン（5000 馬力以上）をベーンプロペラでは使用できず、これにより船舶のサイズが制限されます。どのようなプロペラが使用されているか。 それにもかかわらず、羽根プロペラを備えた船の主な特性、つまり横に移動し、その場で向きを変え、素早く方向を変える能力により、そのような船は運河、川、港などの「狭い」場所を航行するときに不可欠になります。 ベーンプロペラは、河川客船、港湾クレーン、タグボートでうまく使用されています。 トロール漁船で羽根プロペラを使用する実験が行われています。 船舶では、特定のタイプの船舶にとって最も便利な場所にベーン プロペラが取り付けられます。 旅客船ではプロペラが船尾に、タグボートでは船尾または船首に、ポートクレーンでは船体の中央に取り付けられます。 パドルプロペラを備えた船舶のサンプルモデルとして、船首にプロペラを取り付けたタグボートを使用できます。 このようなタグボート（理論図は図 4 に示されています）は長さ 24,6 m、幅 7,6 m です。
喫水は 3 m (プロペラブレードは 3,8 m) で、10,3 rpm から 19,9 kW (552 hp) のエンジン出力で 750 ノット (320 km / h) の速度を発揮しました。 プロペラの回転数は毎分65回転、直径は3,66mでした。
10 年の東ドイツの雑誌「Modelbau und Basteln」第 1960 号では、プロペラ モデルについて次のように説明しています。 円形のケーシング 5 が容器の底部に取り付けられ (図 1)、その内部には上下のディスク 2 を備えたプロペラ ローター 3 があります。ローター ディスク 3 には軸 4 が通され、ブレード 5 が取り付けられています。管状のプロペラシャフト６がローターの上部ディスクを貫通しており、ローターの上部ディスクはフランジの助けを借りて下からディスクに取り付けられている。 また、シャフトは、ケーシング１に取り付けられた図形状のカバー７を貫通しており、そのカバーの上から調整リング８がシャフトに被せられてシャフトに押し付けられ、さらにドライブプーリ９が被せられてシャフトに取り付けられている。駆動ベルト１０は、エンジン１３のシャフト１２に取り付けられた駆動プーリー１１からプーリーに掛けられている（図６）。 シャフト１２の上端は、模型のデッキに取り付けられたベアリング１４内で回転する。
筒状のプロペラシャフト６にはステアリングシャフト１５が挿通されており、プーリー９の上部には調整リング８ａが装着されている。 ウォームホイール 6 は、ステアリングシャフトの上端に取り付けられ、小型電気モーター 15 からのウォームドライブによって駆動されます。ウォームギアは、ウォームホイール 9 とそれを備えたシャフト 8 が 16 の動作を行うことができるように選択されます。 17rpm。 その後、モデルは 16 ～ 15 秒後に「全前進」から「全後進」にコースを変更できるようになります。 ピン１９を備えた偏心器１８がステアリングシャフト１５の下端に取り付けられている。ブレードを回転させるクランク２１につながるロッド２０の端部がピン上に置かれている。 ブレード５の軸４にはブッシュ２２が取り付けられており、その上にクランクが保持されている。 偏心器１８（図７）をこのように配置すると、モデルは前方に移動し、指定された方向に回転します。 船の移動速度を変えたり、停止したりすることは、エンジンの回転数を変えるか、停止するだけで可能です。
これは、ＯＡの値（この場合、軸１５からピン１９までの距離）が常に一定であるためである。 点 N を中心 O に近づけたり、中心 O に近づけたりして停止値を変更し、それによって船舶の動きを停止することは不可能です (図 15、I)。 このモデルのON値はドライブディスクの半径の19/3～1/6以内となります。 偏心率が大きくても小さくても、迎え角が大きすぎたり小さすぎたりするため、ブレードが必要な停止力を生成できなくなります。 プロペラの羽根は薄い金属でできており（図8）、その金属が折り曲げられる前部のローラーは羽根の軸のXNUMX倍の厚さがあります。
このモデルの説明では、ブレードの数、サイズ、形状に関する推奨事項は示されていないため、実際のプロペラの計算を参照することをお勧めします。 実際のプロペラではブレードの数は 4 から 4 まで変化するため、モデルを単純化するためにブレードの数は 8 とするのが最適です。ブレードの長さは、プロペラ ディスクの直径のサイズによって決まります (約この直径の 0,7 倍)、ブレードの幅はその長さの 0,3 倍以内となります。 この幅は、ブレードの形状がブレードの長さに等しい半軸とその最大幅（根元の幅）の半分を有する半楕円として取られるため、ブレードの最上部で取得されます。 プロペラの終止符Tの値は、次の式で表されます。 T = F * D2*n2, ここで、Fはブレードの総面積、Dはプロペラローターの直径、nはプロペラの回転数です。 このことから、ローターの直径をできるだけ大きくすることが最も有利であることがわかります。ローターの直径が大きくなると、ブレードの面積も大きくなるからです。 たとえば、図 4 に示すタグボートでは、プロペラ ローターの直径はタグボートの幅のほぼ半分です。 技術サークルでは、実際のムーバーで使用されているものと同様の、完全な制御調整を備えたムーバーのモデルを作成できます。
このようなモデル (図 9) では、ピン 19 をムーバーの中心より上の位置に移動するか (つまり、ブレードにストップがなく船が停止するように)、または端部と中央部（ブレードの角度攻撃と停止の大きさを変更するため）では、ステアリングシャフト１５も管状に作られ、調整シャフト２３が貫通されており、その上端にはウォームホイール２４が取り付けられている。取り付けられ、ウォーム２６を使用する第２の小型電気モータ２５によって駆動される（図１０）。 調整軸２３の下端にはブラケット２８が取り付けられており、偏心ピン１９はスライダ２９を介して移動する。偏心ピン１８は複合体である。 ステアリングシャフト１５はブラケット２８とともに偏心輪を回転させ、調整軸２３を回転させると偏心輪１８ａが回転を開始し、ピン１９とともにスライダ２９をブラケット２８に沿って移動させ、所望の位置に設定する（図２）。 .15、23-24）。 簡略化するために、偏心器１８は複合物ではなく、フォークの形で作ることができる（図１１、５）。
フィンガ１９もロッド２０に沿って移動しなければならないという事実により、これらのロッドはフォークの形で作られている（図１２）。
羽根プロペラを備えた船舶のモデルには、ソフトウェア制御または無線制御のいずれかが必要です。そうしないと、外出先で羽根プロペラのすべての品質を識別することが不可能になるからです。 サークル内で羽根プロペラを備えた船のモデルを作成し、そこから得られたものを編集者に書いてみてください。 著者：N。グリゴリエフ
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