تاريخ تطور أنواع ونظريات محركات السفن. مخططات لحساب المراوح. مظهر المروحة

"محركات السفن لكي تتحرك السفينة بسرعة ثابتة، يجب تطبيق ذلك القوة الدافعةتساوي القوة..."

شرح مختصر للمهام للصفوف 7-8

المهمة 3 - المحركون

دفعات السفينة

لكي تتحرك السفينة بسرعة ثابتة، تحتاج إلى

تطبق قوة دافعة تساوي قوة المقاومة بهذه السرعة و

موجهة بشكل معاكس. في بعض الحالات يتم إنشاء هذه القوة

القطر، ولكن في أغلب الأحيان - مع الأجهزة الخاصة التي

تسمى دافعات السفينة. وفقًا للتقاليد الراسخة، فإن مصطلح "دفع السفينة"، مثل عدد من المصطلحات المماثلة الأخرى، يعني كلاً من هذه الأجهزة والعلم (قسم نظرية السفينة) الذي يدرسها. الشحن على الأرض موجود منذ عدة آلاف السنين، ولكن في أيام السفن الشراعية (والتجديف) لم يكن هناك علم حول سرعة السفن. وتعتمد سرعة السفن الشراعية على سرعة الرياح، كما أن سفن التجديف لا تتطلب أي حسابات. نشأت الحاجة الملحة لإجراء حسابات الدفع فقط عندما بدأ استخدام المحركات الميكانيكية (المحركات البخارية) على السفن.

وفقا لمبدأ التشغيل، تنقسم المحركات الدافعة إلى نشطة، والتي تشمل الأشرعة التي تحول مباشرة طاقة الرياح إلى حركة أمامية للسفينة، وأخرى تفاعلية - كل الباقي، حيث أن الضغط المستمر الذي تخلقه يتم الحصول عليه نتيجة رد فعل كتل الماء المقذوفة في الاتجاه المعاكس لحركة الوعاء.

من الواضح أن أجهزة الدفع الأولى المستخدمة في الطوافات والمراكب المائية البسيطة المماثلة كانت عبارة عن عمود ومجداف. كانت السفن القديمة ذات مجاذيف في الغالب، وكان أكبرها مزودًا بمجاديف مرتبة في ثلاثة صفوف، وبلغ عددها الإجمالي 300 طول - 15 مترًا، ويعمل ما يصل إلى 7 أشخاص على مجذاف واحد. وكانت سرعة هذه السفن حوالي 5 عقدة. وصلت السفن ذات المجاديف إلى ذروتها منذ عدة قرون. حاليًا، تُستخدم المجاديف كقوة دفع رئيسية فقط في السفن الرياضية وقوارب العمل والنجاة والسفن الصغيرة الأخرى.

جهاز دفع قديم آخر كان الشراع، وأحيانًا يتم دمجه مع المجاديف. تبين أن السفن الشراعية كانت أكثر تقدمًا، حيث أنها تستخدم الطاقة بيئة خارجية- الهواء، دون الحاجة إلى وضع عدد كبير من المجدفين. كان بإمكان السفن الشراعية الأولى أن تتحرك مع الريح، ولكن مع تحسن معدات الإبحار، تعلم الناس التحرك في الاتجاه المطلوب، بغض النظر عن اتجاه الريح. وصلت السفن الشراعية إلى ذروتها في نهاية القرن التاسع عشر تقريبًا، ووصلت سرعتها في ظل الرياح المواتية إلى 20 عقدة. لكن ظهور وتطور المنشآت الميكانيكية على السفن أدى إلى التحول التدريجي من السفن الشراعية إلى السفن البخارية. تم الحفاظ على الشراع على السفن الرياضية والتدريبية باعتبارها السفينة الرئيسية، وعلى سفن الصيد، وبعض سفن الأبحاث، وما إلى ذلك. السفن - كجهاز دفع مساعد. في العقود الأخيرة، شهدت صناعة بناء السفن العالمية اهتمامًا متزايدًا بالأشرعة باعتبارها نوع الدفع الرئيسي أو الإضافي في كثير من الأحيان.

ويعود هذا الاهتمام إلى سببين رئيسيين:

إمكانية توفير الوقود بأسعار مرتفعة والصداقة للبيئة. يتيح استخدام منصات الإبحار تقليل قوة المحرك الرئيسي (الديزل) بشكل كبير دون خسارة كبيرة في السرعة. الإنجازات العلم الحديثتسمح لك بميكنة تركيب الأشرعة وتنظيفها والتحكم فيها من أجل الحصول عليها أعلى سرعةالسكتة الدماغية في الاتجاه المطلوب، وتقليل الوزن بالقوة والمتانة الكافية. في مختلف بلدان بناء السفن، وكذلك في روسيا وأوكرانيا، تم تطوير أنظمة الإبحار للسفن، بما في ذلك الإزاحة الكبيرة، ولكن من السابق لأوانه الحديث عن الاستخدام الواسع النطاق للأشرعة في أسطول النقل.

في العصور القديمة، حتى قبل عصرنا، تم اختراع عجلة مجداف، والتي تقودها الحيوانات (الثيران). ولكن تم استبدال السفن ذات العجلات بالسفن الشراعية. تم إحياء عجلات المجداف على مستوى جديد في بداية القرن التاسع عشر. (على متن السفينة "كليرمونت" عام 1802؛ وفي روسيا، تعتبر أول سفينة شراعية هي "إليزابيث" التي بنيت عام 1815).

كانت عجلات المجداف الأولى تحتوي على حافة وشفرات ثابتة - ألواح؛ كانت كفاءة العجلات صغيرة نسبيًا، وكان عمق الغمر أقل بعدة مرات من القطر. في عام 1829، تم اقتراح عجلة ذات ألواح دوارة، مما جعل من الممكن زيادة الكفاءة وتقليل قطر العجلات؛ تؤدي زيادة سرعة المحركات (المحركات البخارية) إلى انخفاض حجمها.

عجلة المجداف هي نوع من أجهزة الدفع المستخدمة منذ العصور القديمة لدفع السفن.

وهي عبارة عن عجلة كبيرة مزودة بشفرات (ألواح) يتم غمرها في الماء.

عجلة المجداف تشبه في تصميمها عجلة الماء، والفرق الوحيد هو أن الماء ليس هو الذي يحرك العجلة، بل العجلة التي تستخدم لدفعها.

كان هناك نوعان رئيسيان من عجلات المجداف:

المؤخرة، الواقعة خلف مؤخرة السفينة؛

على متن الطائرة، تقع في أزواج على جانبي السفينة.

استخدم روبرت فولتون على البطارية العائمة "Demologos" الحل الأصلي - حيث قام بإخفاء عجلة يبلغ قطرها 5 أمتار بين نصفي هيكل، وبالتالي حمايتها من نيران المدفعية. على الرغم من أن أول سفينة حربية بخارية في العالم كان متوسط ​​سرعتها 5 عقدة وسرعتها القصوى 7 عقدة، إلا أنها اكتملت بعد نهاية حرب الاستقلال الأمريكية وبعد وفاة منشئها.

وفي وقت لاحق، وبالفعل خلال الحرب الأهلية، الحكومة الفيدراليةمن الناحية النظرية، تم بناء بوارج نهرية مشابهة جدًا.

كانت عجلات المجداف، التي تعمل بمحركات بخارية، هي أنظمة الدفع السائدة في البحرية في القرن التاسع عشر. وبحلول نهاية القرن، تم استبدال عجلات المجداف بمراوح أكثر كفاءة.

أرز. 1. الباخرة "ن. V. Gogol" هي أقدم سفينة ركاب روسية (1911) تعمل (2014). الدفع - عجلتان جانبيتان.

العيوب المشكلة الرئيسية عند استخدام عجلة المجداف هي أنه عندما يكون هناك لفة قوية، تخرج عجلات المجداف اليمنى واليسرى بالتناوب تمامًا من الماء، وتتأرجح السفينة، مما يجعل الحركة الطبيعية مستحيلة. وأيضًا، أثناء أمواج البحر الهائجة، تعرضت العجلات لأحمال صدمات كبيرة، مما جعلها غير صالحة للعمل؛

كفاءة منخفضة - حوالي 30%؛ كفاءة المروحة - ما يصل إلى 70%؛

الوقود) من المروحة؛

مشروع السفينة؛

يتطلب استخدام عجلات المجداف وضع المركبة فوق خط الماء، مما قلل أيضًا من الأحجام المفيدة المتاحة، وفي البحرية، زاد من ضعف المركبة؛

تتطلب العجلات الجانبية امتدادات كبيرة، مما أدى إلى زيادة أبعاد السفينة وتقليل مساحة السطح القابلة للاستخدام.

تعتبر العجلات الخلفية أقل كفاءة من الناحية الهيدروديناميكية، مما يزيد من مقاومة الهيكل، حيث يبدو أنها تضخ الماء من تحتها.

في الوقت نفسه، كانت هناك عجلات مجداف، والتي كانت ملائمة للقاطرات وسمحت لها أيضًا بالحصول على غاطس أقل عمقًا.

هذا هو السبب في استمرار بناء القاطرات النهرية ذات العجلات في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية (ولكن بالفعل السفن المزودة بمحركات الديزل) حتى عام 1991 (قاطرات الدفع من سلسلة BTK).

يتم تشغيل قوارب التجديف، أو القوارب، بواسطة عجلة مجداف تعمل بالدواسة.

تسمى شفرات عجلة المجداف، كقاعدة عامة، بأنها مصنوعة من ألواح خشبية، بحيث يمكن إصلاحها بسهولة في حالة كسرها.

كان نقل الباخرة ذات العجلات الجانبية بسيطًا للغاية: قام المحرك البخاري بتدوير العمود مباشرة مع العجلات المثبتة عليه، ولم تكن هناك حاجة لاستخدام علبة التروس.

جهاز الدفع الأكثر شيوعًا وفعالية وبساطة نسبيًا هو المروحة.

فكرة المروحة السفينة على شكل اوجير، مثل المسمار أرخميدس المستخدم في العصور القديمة (لضخ السوائل)، نشأت لأول مرة من ليوناردو دا فينشي في القرن الخامس عشر، ولكن في ذلك الوقت لم تجد التطبيق. في عام 1752، اقترح د.

برنولي، ولكن تبين أن كفاءة جهاز الدفع هذا كانت منخفضة. كما هو موضح في الأدبيات، ساعد الحادث في تحسين تصميم المروحة: لامست إحدى السفن المجهزة بمروحة خشبية الأرض، وانكسر جزء كبير من المروحة وطفت، ولكن، لمفاجأة طاقم السفينة ، فزادت من سرعته. ومنذ ذلك الحين، تم اقتراح العديد من التحسينات على البراغي. تغيرت أحجامها وأشكال الكفاف وأقسام الشفرات وخصائصها الأخرى. تستمر بعض التحسينات في الظهور حتى يومنا هذا.

اعتمادًا على التصميم، يتم تقسيمها إلى نوعين: المراوح الصلبة (يتم تصنيع المحور والشفرات معًا) والمراوح ذات الشفرات القابلة للإزالة، المستخدمة في السفن التي تبحر في الجليد. تسمى هذه المراوح مراوح ذات خطوة ثابتة، في حين تسمى المراوح التي لديها آليات تقوم بتدوير الشفرات في المحور وتغيير درجة المروحة بمراوح ذات خطوة متحكم فيها. خطوة المسمار هي المسار في اتجاه المحور الذي تعبره أي نقطة على سطح المسمار في دورة واحدة.

تصنع المراوح ذات الخطوة الثابتة - مراوح الخطوة الثابتة - قطعة واحدة (قطعة واحدة) مصبوبة أو ملحومة أو مختومة، وتتكون من العناصر الرئيسية التالية: المحور، وهو عبارة عن كم مثبت على مخروط عنق عمود المروحة والشفرات (من 3 إلى 6) تقع بشكل قطري على المحور. يُطلق على الجزء السفلي من الشفرة التي تربطها بالمحور اسم جذر الشفرة؛ الجزء العلوي هو الأعلى أو النهاية. يسمى سطح الشفرة المواجه لبدن السفينة بسطح الشفط، ويسمى السطح العكسي بسطح التفريغ، وهو في معظم الحالات سطح حلزوني منتظم. يشكل تقاطع هذين السطحين حواف الشفرات.

أرز. 2. المراوح: أ - المروحة ذات الشفرات الثابتة؛

ب - المسمار الملعب قابل للتعديل. ج - المروحة في الفوهة. د - مراوح محورية.

قطر المروحة D هو قطر الدائرة الموصوفة بطرف الشفرة. يمكن أن يصل قطر المروحة إلى 9 أمتار، والوزن - 50 طنًا. مراوح الملعب التي يتم التحكم فيها لها قطر أصغر.

القيمة المميزة للمروحة هي درجة الصوت (الشكل 2، أ). قيمتها النظرية، أي دون الأخذ بعين الاعتبار الانزلاق، تعتمد على زاوية هجوم شفرة المروحة.

لتحقيق تفاعل جيد بين المحرك الرئيسي والمروحة، من الضروري أن تكون المعلمات، وخاصة ميل المروحة، لها قيم معينة. لن يتم تحقيق التفاعل الأمثل إلا في ظل ظروف حمولة معينة للسفينة وفي ظروف معينة احوال الطقس(الرياح والأمواج وغيرها). إذا انحرفت هذه القيم عن القيم المحددة، فإن تفاعل المحرك والمروحة لا يؤدي إلى النتيجة المقصودة في التصميم. ومن الناحية العملية، يعني هذا أن التفاعل بين المحرك والمروحة المرتبطة به سيكون أكثر كفاءة، على سبيل المثال، عندما يكون القارب محملاً بالكامل وفي الطقس الجيد.

يتم استخدام مراوح الدوران اليمنى واليسرى، وتتميز بـ قواعد عامة: إذا كان المسمار ملولبًا في اتجاه عقارب الساعة، فإنه يسمى برغي دوران يمينًا، وإذا كان ملولبًا في اتجاه عكس اتجاه عقارب الساعة، فإنه يسمى برغي دوران يسارًا. عندما تدور المروحة، تقوم شفراتها بقذف كتل من الماء إلى جانب واحد. يتم إدراك رد فعل هذا الماء من خلال سطح الضغط للشفرة، مما يخلق قوة دفع للمروحة، والتي تنتقل عبر المحور وعمود المروحة إلى محمل الدفع، ويتم تحويلها إلى قوة تحرك السفينة.

في السفن التي تعمل في ظروف متغيرة، مثل سفن القطر أو سفن الصيد (الإبحار الحر، أو الصيد بشباك الجر)، يجب أن يتكيف نظام الدفع مع ظروف التشغيل ذات الصلة. في الوقت نفسه، سيكون من الممكن استخدام القوة الكاملة لمحرك القيادة في نفس الوقت في ظل ظروف تحميل مختلفة.

يتم صب شفرات المروحة الثابتة مع المحور أو تثبيتها بإحكام (انظر الشكل 2، أ).

يمكنك تغيير درجة الصوت على المراوح ذات المسافة القابلة للتعديل - CPS (الشكل 2، ب). تتميز المروحة ذات الميل القابل للتحكم (CPP) بتصميم يسمح للشفرات بالدوران في المحور أثناء تشغيل المروحة أثناء تحرك السفينة من محطة التحكم الموجودة في غرفة القيادة. عندما تدور الشفرات، يتم تنفيذها بواسطة الآلية على طول المشعب المخططات الحركية، تتغير درجة المروحة، ولهذا السبب مقدار الدفع الذي تخلقه، مما يزيد أو ينقص من السرعة، ويتغير اتجاه حركة السفينة، في حين يتغير عدد الثورات وقوة الآلة الرئيسية والاتجاه من دورانها تبقى دون تغيير. يسمح استخدام مراوح الملعب القابلة للتعديل باستخدام الآلات الرئيسية غير القابلة للعكس على متن السفن مع نظام صيانة مبسط، مما يقلل من تآكل أسطواناتها بنسبة 30-40٪ تقريبًا (ينشأ في الآلات القابلة للعكس من التغييرات المتكررة في وضع التشغيل والاتجاه الدوران)، يسمح بالاستخدام الكامل لطاقة الماكينات ويحافظ على قيمة الكفاءة العالية

أفسد تتمتع السفن ذات المراوح المروحية بقدرة على المناورة أعلى بكثير من السفن ذات المراوح الثابتة. تتمتع السفن ذات المراوح المروحية بقدرة على المناورة أعلى بكثير من السفن ذات المراوح الثابتة.

في البداية، تم استخدام مراوح السيرة الذاتية فقط في القاطرات وسفن الصيد والسفن الخاصة، وبعد ذلك فقط بدأ تركيبها على سفن الأسطول التجاري. ومن خلال تركيب المروحة الدوارة يتم تحقيق كفاءة أكبر لمحطات الطاقة، والقدرة على استخدام قوة المحرك الكاملة عند الأحمال المختلفة، وكذلك إمكانية استخدام محركات الاحتراق الداخلي غير القابلة للانعكاس أو التوربينات البخارية دون توربينات عكسية. تشمل المزايا أيضًا القدرة على الرجوع إلى الخلف بكامل قوة المحرك.

في بعض الأحيان على السفن (خاصة على متن السفن أسطول النهر) تم تثبيت المروحة في الفوهة (انظر الشكل 2، ج). يعمل هذا التصميم على تحسين ظروف تشغيل المروحة وزيادة الكفاءة.

يحتوي العدد السائد من السفن على مروحة واحدة فقط مثبتة في المستوى المركزي للسفينة. هناك أيضًا سفن ثنائية اللولب يتم تشغيلها بواسطة محركين منخفضي السرعة أو أربعة محركات ديزل متوسطة السرعة، وفي الحالة الأخيرة يتم تشغيل مروحة واحدة بواسطة محركين. في حالات نادرة، يتم بناء السفن ثلاثية اللولب، على سبيل المثال، قوارب الطوربيد، والتي يتم تشغيل مروحتين على متنها بواسطة محركات ديزل عالية السرعة من خلال علبة التروس، ويتم تشغيل المروحة الوسطى بواسطة توربينات غازية. بعض سفن الركاب الكبيرة و السفن الحربيةعلى سبيل المثال، حاملات الطائرات مجهزة بأربعة مراوح مرتبة بشكل متماثل.

مع القوة المتزايدة باستمرار للمحركات الرئيسية، هناك حاجة إلى مراوح ذات أقطار كبيرة جدًا، مما يؤدي إلى صعوبات تكنولوجية وإنتاجية. ولمواجهة ذلك وتحسين الكفاءة، يحاولون تركيب أجهزة دفع تدور في اتجاهين متعاكسين (انظر الشكل 2، د). في هذه الحالة، هناك حاجة إلى أجهزة معقدة، مثل أعمدة المروحة المجوفة وعلب التروس الخاصة.

في منتصف القرن السابع عشر. ظهرت أولى أنظمة الدفع النفاثة المائية.

نظام الدفع النفاث المائي هو نظام من قنوات تدفق المياه (في حالة معينة، قناة واحدة) الموجودة داخل هيكل السفينة، والتي تتحرك من خلالها مياه البحر بمساعدة مضخة خاصة، في أغلب الأحيان مضخة محورية (برغي) في الأنبوب). بمساعدة المخمدات، يتم توجيه تدفق المياه إلى قنوات معينة (في حالة قناة واحدة، يتغير اتجاه حركة الطائرة الخارجة من القناة في المؤخرة)، مما يسمح لك بتغيير اتجاه حركة الطائرة إناء. تشمل السمات المميزة للدفع النفاث المائي الحماية الجيدة لجسم العمل (الموجود في قناة داخل الجسم؛ وقد تم تجهيز مدخل القناة بشبكة تمنع دخول الأجسام الكبيرة إلى القناة) والقدرة على المناورة الممتازة (القدرة على تحرك للأمام والخلف، واستدر على الفور تقريبًا بفضل التثبيت المناسب للمخمدات). لكن هذه المحركات تتميز بكتلتها الكبيرة (التي تتضمن نظام قنوات تدفق المياه مع الماء داخل الجسم)، وتشغل حجمًا كبيرًا، مما يجعل من الصعب وضع الحمولة، كما أنها ذات كفاءة منخفضة نسبيًا. بالمعنى الدقيق للكلمة، فإن كفاءة نظام الدفع النفاث المائي هي مفهوم تعسفي إلى حد ما، حيث أن دفع هذا الدفع يتم إنشاؤه على الجسم وليس من الممكن دائمًا الفصل بدقة بين قوى المقاومة والدفع. تقريبًا، يمكن أن تصل كفاءة نظام الدفع النفاث المائي التقليدي إلى حوالي 30%. لفترة طويلة، نادرا ما يستخدم الدفع المائي النفاث على السفن. كان من المعتقد أن نطاق تطبيقها يقتصر على السفن البطيئة الحركة نسبيًا والتي تبحر في ممرات ضحلة أو مسدودة (على سبيل المثال، تم استخدام هذه السفن للتجديف بالأخشاب). ولكن منذ منتصف القرن العشرين تقريبًا. بدأت شعبيتها في الزيادة. وقد تم تسهيل ذلك من خلال حالتين.

أولاً، بدلاً من نظام متطور لقنوات تدفق المياه، تم اقتراح تركيب قناة قصيرة واحدة في الطرف الخلفي للسفينة، مما يوفر التحكم في السفينة باستخدام المخمدات التي تعمل على تحويل طائرة الدفع في الاتجاه المطلوب.

ثانيًا، تبين أن كفاءة الدفع النفاث المائي على السفن عالية السرعة يمكن أن تصل إلى 60% أو أكثر، بينما بالنسبة للمراوح التقليدية في ظل هذه الظروف يمكن أن تنخفض بسبب التجويف. في الآونة الأخيرة نسبيًا، تم اقتراح نوع من نظام الدفع النفاث المائي للغواصات والطوربيدات والأجسام العائمة الأخرى ذات النهاية الخلفية على شكل جسم دوار. يتكون جهاز الدفع هذا من سلسلة من الشفرات تدور معًا بحلقة مثبتة بشكل متساوي مع الجلد الخارجي. يتم تثبيت حلقة مثل فوهة الدليل في الخارج؛ يختلف هذا التصميم عن المروحة الموجودة في الفوهة حيث أن المروحة الموجودة في الفوهة تقع خارج الهيكل.

تتكون المحركات النفاثة المائية الحديثة من ثلاثة أنواع: مع إطلاق نفاثة مائية في الماء وفي الغلاف الجوي ومع إطلاق شبه تحت الماء. تعمل المروحة مثل المضخة، حيث تقوم بسحب الماء إلى قناة عبر أنبوب يمتد إلى أسفل الهيكل أمام المروحة. للحماية من دخول الأجسام الغريبة على المسمار، يتم تقوية الشبكة الواقية في بداية القناة.

لتقليل الخسائر الناجمة عن التواء تدفق المياه بواسطة المروحة وزيادة كفاءة وحدة الدفع، يتم تثبيت المروحة المضادة خلف المروحة.

يتم تغيير اتجاه تقدم السفينة عن طريق تحريك الدفة الخلفية. إن عدم وجود أي أجزاء بارزة في الجزء الموجود تحت الماء من السفينة يوفر لها قدرة أكبر على المناورة في المياه الضحلة وفي المناطق الضيقة وفي الممرات المسدودة. بالنسبة لسفينة تتمتع بمثل هذا الدفع، فحتى الأجسام العائمة التي تتحرك من خلالها بحرية لا تشكل عائقًا.

المزايا المذكورة للدفع النفاث المائي جعلت استخدامه مناسبًا بشكل خاص على السفن النهرية، في المقام الأول على القوارب الخشبية. في السنوات الأخيرة، بدأ استخدام الدفع المائي النفاث في السفن عالية السرعة، مثل القارب المحلق، والتي تصل سرعتها إلى 95 كم / ساعة. إن استخدام التوربينات البخارية والغازية الحديثة يجعل من الممكن استخدام الدفع المائي النفاث بنجاح على السفن البحرية الكبيرة، حيث، وفقًا للحسابات، يمكن أن تصل كفاءة الدفع إلى حوالي 83٪، وهو أعلى بنسبة 11٪ من كفاءة الدفع للمروحة. مصممة لنفس السفينة.

ومن عيوب السفن التي تعمل بهذا الدفع فقدان القدرة الاستيعابية للسفينة بسبب وزن المياه التي يتم ضخها وفقدان حجم المساحة الداخلية التي تشغلها القناة.

أرز. 3. مخطط الدفع النفاث المائي

في حوالي عام 1930، تم اقتراح مراوح الريشة. تتكون هذه المحركات الدافعة من أسطوانة مثبتة داخل الجسم متساطحة مع الجزء السفلي ولها محور دوران عمودي أو شبه عمودي مع 6-8 شفرات انسيابية على شكل سيف تقع عليها عموديًا، وتدور حول محاورها بواسطة رافعة بندول يتم التحكم فيها من غرفة القيادة. عندما تدور الأسطوانة، تقوم الشفرات بحركات تذبذبية، ونتيجة لذلك يتم إنشاء توقف، يمكن أن يكون اتجاهه تعسفيا، ويمكن أن تختلف القيمة من صفر إلى القيمة القصوى. يعد نظام دفع الجناح أيضًا جهاز تحكم ممتازًا. يمكن للسفينة المجهزة بمروحتين مجنحتين تقعان في الأطراف أن تتحرك للأمام أو للخلف بسجل، وتدور في مكانها. لكن جهاز الدفع هذا معقد وضخم نسبيًا، فهو يتطلب قسمًا ممتدًا من القاع المسطح في منطقة التثبيت، وإمدادات الطاقة إليه غير مريحة، ويحدث التجويف بسرعات تزيد عن 20 عقدة. ك.ب.د.

كفاءة المروحة تساوي تقريبًا كفاءة المروحة، لكن المروحة أكثر تعقيدًا في التصميم. غالبًا ما تنكسر الشفرات البارزة. ومع ذلك، في الآونة الأخيرة، أصبح جهاز الدفع هذا يستخدم على نطاق واسع، مما يوفر للسفن قدرة جيدة على المناورة، مما يسمح لها بالعمل بحرية في المساحات الضيقة.

يُستخدم الدفع بالمجداف بشكل أساسي في سفن القطر وسفن الإرشاد، وكذلك في سفن خدمة الموانئ. قوة هذه التركيبات صغيرة: الحد الأقصى هو 2200 كيلو واط.

أرز. 4. المروحة الجناح: أ - مبدأ التشغيل؛ ب - وحدة الدفع Voith-Schneider (منظر جانبي)؛ ج - وحدة الدفع فويث شنايدر (منظر علوي)؛ د - القطر بوحدة الدفع Voith-Schneider في مقدمة السفينة؛

هـ - قاطرة مزودة بوحدة دفع Voith-Schneider في مؤخرة السفينة.

في بداية القرن العشرين. ظهرت المحركات البرجية ("دوارات فليتنر") على شكل أبراج أسطوانية ذات محور دوران عمودي، والتي كانت مدفوعة بمحركات منخفضة الطاقة مثبتة أسفل السطح العلوي. يعتمد مبدأ تشغيل دوار فليتنر على تأثير ماغنوس، والذي يتكون من ظهور قوة رفع على أسطوانة تدور في تدفق سائل أو غاز. يمكن حساب حجم هذه القوة باستخدام صيغة جوكوفسكي: P v = l,8 حيث كثافة الوسط (الهواء)؛ v - سرعة التدفق القادم (الرياح)؛ – سرعة الدوران على محيط الملف (الاسطوانة) في في هذه الحالةيساوي منتج محيط الدوار والسرعة الخطية لسطحه؛ ل - الطول (ارتفاع الدوار). يتم توجيه دفع الدوار بشكل عمودي على سرعة الرياح. وتعتبر هذه المحركات الدافعة أكثر كفاءة من الأشرعة (قوة المحرك أقل بعشرات المرات من القوة “المستخرجة من الهواء”)، ولكن لا يمكن سحبها، مما يشكل خطرا في حالة الرياح القوية. فوبيلوفا أو.أ. 2014-2015 سنة ب سن ما قبل المدرسةتتشكل شخصية الطفل، وتوضع أسس المعرفة والمفاهيم والأفكار. يتطلب الحجم المتزايد باستمرار للمعلومات التي يجب أن يتعلمها الأطفال ليس بشكل ميكانيكي، ولكن بشكل هادف، أشكالًا وأساليب وتقنيات أكثر تقدمًا للتدريس والتربية. وفي هذا الصدد، وخاصة..."

"الوكالة الطبية البيولوجية الفيدرالية"، رئيس. دورة المشتريات العامةدكتوراه في الرعاية الصحية في قسم الصحة العامة والرعاية الصحية والقانون والمعلوماتية سوفوروف جورجي نيكولاييفيتش، محاضر أول في دورة المشتريات العامة في الرعاية الصحية في قسم الصحة العامة والرعاية الصحية،..."

"تطبيق منهجية حساب صور ساعات العمل في تنفيذ الميكانيكا الخطية عن بعد Babaev A.S., Dronyuk S.I. كلية تومسك الصناعية والإنسانية تومسك، روسيا تطبيق طريقة حساب صور العمل في تنفيذ الميكانيكا الخطية عن بعد Babaev Yu. إس، درونيوك إس. كلية تومسك للصناعة والعلوم الإنسانية تومسك، قسم التعليم المهني الروسي منطقة تومسكميزانية الدولة الإقليمية مؤسسة تعليميةمتوسط..."

"UDC 631.4 الحالة الإجمالية للتربة بدرجات مختلفة من الهيدرومورفية في HILLY-MORAINE AGROLANDSCAPES O. A. Antsiferova، O. V. Vasilyeva، O. A. Yanchevskaya التركيب الإجمالي للتربة ذات درجات هيدرومورفية مختلفة في أراضي HILLY-MORAINE CULTI S.O. A. Antsiferova، O. V. Vasilyeva، O. A. Yanchevskaya كان البحث تم تنفيذه في الفترة من يوليو إلى أغسطس 2013 في المناظر الطبيعية الزراعية لمنطقة زيلينوغراد في منطقة كالينينغراد داخل سهل ركام تلال سامبيان. التركيب الكلي للتربة على ..."

" جامعة تقنيات المعلوماتوالميكانيكا والبصريات. معهد التبريد والتكنولوجيا الحيوية يناقش المقال الاختلافات بين دورات حياة المنتج و دورة الحياةابتكار. الكلمات الدالةالكلمات المفتاحية: الابتكار، عملية الابتكار، نماذج عملية الابتكار. دور متزايد عمليات الابتكاروالتي تتميز..."

"الفيزياء الحرارية وميكانيكا الطيران، 2009، المجلد 16، العدد 3 UDC 532.546:534.1 تفاعل الموجات الصوتية مع طبقة مسامية* A.A. جبيدولين، O.Yu. بولديريفا، د.ن. فرع دودكو تيومين من معهد الميكانيكا النظرية والتطبيقية سمي بهذا الاسم. S. A. كريستيانوفيتش إس بي راس البريد الإلكتروني: [البريد الإلكتروني محمي]تمت دراسة تفاعل النبضة الصوتية مع الطبقة المسامية. في هذه الحالة، قد يكون هناك عائق محمي بالطبقة، وكذلك فجوة بين الطبقة المسامية والعائق. تم اقتراح طريقة حسابية بالتقريب الخطي..."

“لوس أنجلوس. برنامج تطوير Zernikel "مدرستنا الجديدة" آلية الإدارة الرائدة في مؤسسة تعليمية حديثة بارناول 2013 وزارة التعليم والعلوم في الاتحاد الروسي المؤسسة التعليمية لميزانية الدولة الفيدرالية للتعليم العالي التعليم المهني"أكاديمية ولاية ألتاي التربوية" المختبر الإقليمي المشترك بين الجامعات "إدارة التطوير التعليمي" (AltSPA) "برنامج التطوير "مدرستنا الجديدة" آلية الإدارة الرائدة في العصر الحديث..."

2016 www.site - "مجاني المكتبة الرقمية- المنشورات العلمية"

يتم نشر المواد الموجودة على هذا الموقع لأغراض إعلامية فقط، وجميع الحقوق مملوكة لمؤلفيها.
إذا كنت لا توافق على نشر المواد الخاصة بك على هذا الموقع، فيرجى الكتابة إلينا وسنقوم بإزالتها خلال يوم أو يومي عمل.

ديمتري كراسنوبيفتسيف, أليكسي شابكين,
طلاب الصف العاشر بالمدرسة رقم 1273 موسكو

أنواع جديدة من المحركات المائية

مشروع بحث الطالب

يتم تقديمه في شكل مختصر ومحرر. - أحمر.

من المقبول عمومًا الآن أن أنشطة المشروع لا تصبح تعليمية للطالب فحسب، بل توفر مهارات في البحث العلمي، ولكن الأهم من ذلك أنها تسمح له بإتقان طريقة المعرفة العلمية بالواقع عمليًا. وهذا مهم بشكل خاص على خلفية "حرية التعبير" الحديثة مع وفرة النظريات "الجديدة" المشكوك فيها والتقييمات الزائفة للظواهر الطبيعية. يتيح لك نشاط المشروع معرفة كيف يمكن استخدام نتائج عملك البحثي لحل مشكلات عملية محددة ذات أهمية اجتماعية. يوجد أدناه أحد عملين لتطوير الطلاب، وهما استمراران المشاريع البحثية"لماذا تطير الطيور" و"الطائرة الورقية تحت الماء" والتي تم تلخيص محتواها بإيجاز في مقال "الرحلات في البيئات الهوائية والمائية" ("الفيزياء" رقم 29/2004). تم الانتهاء من المشاريع بمساعدة فنية من شركة Mika-Antikor OJSC وتم عرضها في مسابقة "معرض الأفكار في الجنوب الغربي" في أبريل 2005، حيث حصلوا على المركز الأول. مدير المشروع غالينا بافلوفنا أوستيوجينا، مدرس الفيزياء.[البريد الإلكتروني محمي] المستشار العلمي يوري إيفجينيفيتش أوستيوجين دكتوراه.

أدت دراساتنا السابقة إلى فكرة أن الفعل الترددي للقوة المتناوبة على جهاز دفع ذو شكل معين يمكن أن يؤدي إلى ظهور قوة جر عرضية في اتجاه التأثير وتشغيل اقتصادي للغاية لجهاز الدفع. لقد اختبرنا هذه الافتراضات باستخدام طريقة النمذجة الفيزيائية: قمنا بتصنيع أجهزة الدفع والمحركات المناسبة لها، وقمنا بإنشاء نماذج لمعدات السباحة بنظام الدفع ودرسنا تشغيلها. وتبين أن أنظمة الدفع الجديدة التي نقترحها تتفوق في المؤشرات الاقتصادية على المروحة التي تستخدم على نطاق واسع لتحريك المركبات في الهواء وعلى الماء وتحت الماء.

1. مشكلة الاقتصاد

غالبًا ما تحير الحياة البرية الباحثين، حيث تقدم العديد من الألغاز "التقنية". أحدها، الذي حير أكثر من جيل من العلماء، هو كم عدد الحيوانات البحرية والأسماك والدلافين التي تمكنت من التحرك في المياه الكثيفة بسرعات يتعذر الوصول إليها أحيانًا حتى للطيران في الهواء؟ فسمك أبو سيف، على سبيل المثال، تصل سرعته إلى 130 كم/ساعة؛ التونة - ما يصل إلى 90 كم / ساعة. تظهر الحسابات أنه من أجل التغلب على مقاومة الماء واكتساب هذه السرعة، تحتاج الأسماك إلى تطوير قوة محرك السيارة - حوالي 100 حصان. صنع علماء أوكرانيون نموذجًا لسمكة أبو سيف، وعلقوها على قارب سريع وحددوا مقاومة البيئة والطاقة اللازمة للحركة. ومن حيث سرعة السمكة وحجمها، واجه النموذج مقاومة تبلغ 4000 نيوتن (408 كجم قوة) ويتطلب 100 حصانًا لحركته. (73.6 كيلوواط)!

صاحب الرقم القياسي في رياضة الغوص هو سمك أبو سيف

تحصل الكائنات الحية على الطاقة من خلال عمليات الأكسدة. لكن الأسماك مخلوقات ذات دم بارد، ودرجة حرارتها ليست أعلى بكثير من درجة حرارة الماء، والتي يذوب فيها الأكسجين، بالمناسبة، بكميات صغيرة جدا. مثل هذه القوى بعيدة المنال بالنسبة لهم! لا يمكننا إلا أن نفترض شيئًا واحدًا: الأسماك "تعرف كيف" تقلل بشكل كبير من مقاومة الماء. تم طرح فرضية تفسر هذه الظاهرة من قبل أستاذ في معهد الميكانيكا النظرية والتطبيقية SB RAS في آي ميركولوف(مدينة نوفوسيبيرسك).

المحركات التقليدية للمركبات المائية

هناك أربعة أنواع رئيسية من دفع السفن: المياه النفاثة، وعجلة المجداف، والمروحة، والمجنحة.

الدفع النفاثة المائية. إنها في الأساس مجرد مكبس أو مضخة طرد مركزي تسحب الماء من خلال فتحة في مقدمة السفينة أو أسفلها وتقذفها للخارج من خلال الفوهات الموجودة في مؤخرة السفينة. تم إنشاء التوقف ( قوة الجر) يتحدد بالفرق في الزخم ( نبضات) نفاثات من الماء عند مخرج ومدخل المروحة. تم اقتراح الدفع النفاث المائي لأول مرة وحصل على براءة اختراع جيد جداو هايزفي إنجلترا عام 1661. مثل الخيارات اللاحقة الأخرى التي اقترحها العديد من المخترعين، كان التصميم منخفض الكفاءة. يتم استخدام الدفع النفاث المائي عندما يتم تعويض الكفاءة المنخفضة بمزايا في جوانب أخرى، على سبيل المثال، للملاحة في الأنهار الضحلة أو المسدودة.

نواعير. هذه عجلة واسعة ذات شفرات حول المحيط. في التصميمات الأكثر تقدمًا، يمكن تدوير الشفرات بالنسبة للعجلة وذلك لإنشاء قوة الدفع المطلوبة بأقل قدر من الخسائر. يقع محور دوران العجلة فوق مستوى الماء، بحيث لا يغمر الماء سوى جزء صغير منه، وفي أي وقت لا يوفر الدعم سوى عدد قليل من الشفرات. بشكل عام، تزيد كفاءة عجلة المجداف مع قطرها، لذا فإن العجلات التي يبلغ قطرها 6 أمتار أو أكثر ليست غير شائعة. سرعة دوران العجلة الكبيرة منخفضة. بمجرد أن تتوافق مع إمكانيات المحركات البخارية، ولكن بمرور الوقت تحسنت الآلات، وأصبحت السرعات المنخفضة عقبة خطيرة - أفسحت عجلات المجداف المجال للمراوح.

المسمار المروحة. تم استخدام المسمار من قبل المصريين القدماء لتوفير المياه من نهر النيل. هناك أدلة على أنه في الصين في العصور الوسطى، تم استخدام المروحة اليدوية لدفع السفن. في أوروبا، تم اقتراح المروحة لأول مرة كوسيلة لدفع السفن ر. هوك(1680)...( يناقش ما يلي معلمات المروحة التي لم يتم استخدامها في هذا العمل. – إد.)

تختلف أحجام المراوح الحديثة من 0.2 إلى 6 متر أو أكثر. يمكن أن تكون الطاقة التي تنتجها المروحة أجزاء من كيلووات، أو يمكن أن تتجاوز 40 ميغاواط، وبالتالي تتراوح سرعة الدوران من 2000 دورة في الدقيقة للمراوح الصغيرة إلى 60 دورة في الدقيقة للمراوح الكبيرة؛ يمكن أن تصل كفاءة المراوح الجيدة إلى 80%، ولكن في الممارسة العملية، من الصعب جدًا تحسين جميع المعلمات الرئيسية، لذلك تبلغ الكفاءة عادةً في السفن الصغيرة حوالي 45%. يتم تحقيق أقصى قدر من الكفاءة من خلال الانزلاق النسبي (نسبة سرعة السفينة إلى سرعة الدفع) بنسبة 10-30٪ وينخفض ​​بسرعة إلى الصفر عندما تعمل المروحة في وضع الإرساء وبسرعات عالية.

دفع الجناح.هذا هو القرص، على طول محيطه توجد 4-8 شفرات مجداف بشكل عمودي على مستوى القرص. يتم تثبيت القرص بشكل متساوٍ مع الجزء السفلي من السفينة، ويتم إنزال الشفرات فقط في التدفق. بالإضافة إلى حقيقة أن القرص مع الشفرات يدور حول محوره، يمكن للشفرات نفسها أن تدور حول محاورها الطولية. ونتيجة لذلك، يتم تسريع الماء في الاتجاه المطلوب ويتم إنشاء توقف لحركة السفينة. يتمتع هذا النوع من الدفع بميزة على المروحة وعجلة المجداف، حيث يمكن إنشاء الدفع في أي اتجاه مرغوب: للأمام والخلف وحتى جانبيًا دون تغيير اتجاه دوران المحرك. للتحكم في سفينة باستخدام مجداف الدفع، لا يلزم استخدام الدفات المعتادة. تعتبر دافعات الريشة فعالة جدًا في بعض الحالات الخاصة.

المروحة هي مروحة Vois-Schneider ذات أربع شفرات. تدور الشفرات مع الدوار بالنسبة للنقطة المركزية. عنفي اتجاه واحد وبسرعة ثابتة ومتصلة بواسطة قضبان صلبة، بما في ذلك. ن، والتي لا تدور مع الدوار. إذا تم إزاحة هذه النقطة بالنسبة إلى t. عن، ثم تتغير زاوية الهجوم لكل شفرة بالنسبة إلى مماس الدائرة مع تحرك نقطة قبضة الشفرة حول الدائرة. من السهل جدًا توجيه السفينة عن طريق تحويل ما يسمى ب. ن: كلما زاد ابتعاده عن محور الدوران ياكلما زاد دفع المروحة ( members.surfeu.at/fprossegger/english/vsp-function)

منظر عام لوحدة دفع الريشة (www.voith-schiffstechnik.com/media/vohs_marine_01.pdf) وحركة السفينة باستخدام وحدة الدفع هذه (www.voithturbo.de/media/vohs_1810e_VWT.pdf)

الدفع من نوع ذيل السمكة

تُظهر الطبيعة للإنسان باستمرار إحدى أفضل آليات الدفع وأكثرها فعالية - ذيل السمكة، الذي يقوم بحركات تذبذبية مميزة يمكن ملاحظتها بصريًا. يتم إعطاء المحركات المقابلة شكلًا قريبًا من شكل ذيل السمكة وتُجبر على أداء حركات تذبذبية. أحد الأمثلة على ذلك هو التطوير جي ايه سيمينوفا. كما يكتب، "... يعرف الكثير من الناس مفارقة غراي: الدلفين، الذي تصل سرعته إلى 10 م/ث، يجب أن تكون لديه قوة أكبر 10 مرات من قوته المتاحة. من هذا، في رأيي، يتبع الاستنتاجات التالية: 1) يجب أن تتحرك المركبات المائية الحديثة، مع القوة التي تتمتع بها، بسرعات أعلى عدة مرات على الأقل؛ 2) مع إمداد ثابت بالوقود، فإن المركبة المائية التي لها نفس نظام الدفع مثل الدلفين ستوفر مدى إبحار أكبر بـ 10 مرات. في نموذج القارب تم تطويره باستخدام دفع الزعانف ( يتم توفير الرسم. – إد.) الميزة الرئيسية هي إسفين، مما يزيد من الكفاءة. ومع ذلك، في رأينا، محرك سيمينوف، مثل غيره من المحركات المماثلة، هو دفع مجدافويختلف بشكل أساسي عن "ذيل السمكة" الطبيعي وبالتالي فهو غير قادر على تحقيق كفاءته.

2. القيادة الكهروميكانيكية

الخيارات المعروفة.بالنسبة للدراسات التجريبية، من الضروري تجميع أو تصنيع محرك كهروميكانيكي، يمكن من خلاله نقل طاقة المحرك إلى وحدة الدفع. من خيارات القيادة المعروفة ( الأصل يحتوي على رسم. – إد.) لقد اخترنا محركات التروس والأحزمة لنماذجنا.

خيار القيادة لدينا. يظهر في الصورة منظر عام للمحرك الكهروميكانيكي. كمحرك، استخدمنا محركًا كهربائيًا (السرعة الزاوية 75 دورة في الثانية) من لعبة يتم التحكم فيها عن طريق الراديو على أربع بطاريات ذات جهد ثابت من النوع AA (4 1.5 فولت). قام صندوقا تروس بتقليل السرعة الزاوية للمحرك إلى 5-7 دورة في الثانية: أحدهما ترس من نفس اللعبة والآخر حزام من صنعنا. تم استخدام حلقة مطاطية كحزام. في أحد طرفي العمود كان هناك يتم تركيب البكرة والكرنك على الأخرى.

يظهر في الصورة منظر عام لنموذج المركبة المائية التي تحمل نظام الدفع بأكمله. يسمح النظام بالاستبدال السريع لوحدة الدفع المثبتة على قضيب وتقوم بحركة ترددية أثناء التشغيل. القضيب هو عنصر طاقة يمارس تأثير قوة متناوبة على المحرك.

منظر عام لنموذج المركبة المائية - السفينة السطحية

3. بحثنا

فرضية. عند تنفيذ المشاريع اكتشفنا قاعدة ش = /ل= 0.29 وهذا صحيح بالنسبة لجميع ريش طيران الطيور (تمت دراسة ريش حمام المدينة والغراب والنسر ونورس البحر). علاوة على ذلك، اتضح أن اختيار نقطة التقاط طائرة ورقية تحت الماء يتوافق مع القاعدة ش= 0.29 يؤدي حرفيًا إلى خروج النموذج من تحت الماء. ونتيجة لذلك، ولدت فرضية: إذا أخذت لوحة مرنة مرنة وأعطتها حركة متناوبة في الاتجاه العمودي على مستوى اللوحة، فيجب أن تتوقع ظهور قوة الجر في الاتجاه العمودي على اتجاه هذه الحركة. يمكن استخدام مثل هذه اللوحة المتأرجحة دفع السفينة.

أرز. 4. قسم ريشة الطيران، عن

الدافعات.الصورة تظهر المحركون أشكال متعددة، والتي قمنا باختبارها في ظروف معملية، ويتم تركيبها على نموذج للسفينة السطحية التي يتم التحكم فيها عن طريق الراديو والموصوفة أعلاه. أولاً، تم اختبار المحركات المستطيلة المصنوعة من فيلم البوليمر بسمك 0.4 مم ( الخامس) و 0.15 ملم ( د). تم تحديد موضع نقطة التقاط المروحة (الثقب الدائري - النقطة البيضاء في الصورة) وفقًا للقاعدة ش= 0.29. اتضح أن اللوحة المستطيلة مشوهة بطريقة معقدة (الشكل أ): عندما تتحرك نقطة الإمساك للأعلى، تنحني الزوايا الأمامية للوحة، المميزة بالنجمتين العلويتين، للأسفل، كما هو الحال مع الجزء الخلفي من اللوحة ، مع انحراف النقطة الوسطى (علامة النجمة اليمنى) بشكل أكبر.

أرز. أ. شكل المروحة المستطيلة في حالة حرة (أعلى) وتحت تأثير قوة خارجية F (في الأسفل). يتم تمييز المناطق ذات الإزاحة القصوى بعلامات النجمة.

أرز. ب. نحو تحديد الكفاف الداخلي لجهاز الدفع

الخطوط المنقطة - الخارجية (الحمراء) والداخلية (الزرقاء) - تحد من جزء جهاز الدفع الذي يلعب دور جذع ريشة الطائر. لذلك، أولا، من أجل تحديد المحرك، تم قطع لوحة بلاستيكية بسمك 0.4 مم على طول الكفاف الخارجي (الأحمر). ثم تم بناء كفاف داخلي (الشكل ب): من كل نقطة مثلاً ج،تمت استعادة الكفاف الخارجي بشكل عمودي على التقاطع مع خط الحافة الخلفية (النقطة د) وتقسيم الجزء قرص مضغوطإلى قسمين وفقا للقاعدة ش= 0.29. بعد ذلك، تم حفر نقطة إمساك قريبة من الكفاف الداخلي قدر الإمكان. تم لصق طبقة بوليمر رفيعة (0.015 مم) على "الجذع" وبالتالي تشكلت (الخيارات أ, ب, ز, وعلى الصورة). هكذا يحب المحركون أ, بعلى الصورة. نوع الدفع ز, وتم استخدامها لتوضيح تأثير القطع والعناصر الحاملة ("المقويات"). المحرك ه- أبسط تقليد لذيل السمكة.

تجربة.تم إجراء القياسات والملاحظات في حوض السمك والحمام. في البداية، تم استخدام سلك مطاطي ملتوي كمحرك. ومع ذلك، فقد اتضح أنه في هذه الحالة كان من الممكن فقط ملاحظة حركة النموذج؛ وكان من الصعب قياس أي معلمات بسبب تقلب الطاقة المحتملة للسلك المطاطي المفك. لذلك، قمنا في المستقبل بتجميع نموذج يعتمد على محرك كهربائي يعمل بالتيار المستمر. لقياس القوة، استخدمنا مقياسًا ديناميكيًا مدرسيًا عاديًا بمقياس كامل قدره 5 نيوتن وقيمة قسمة قدرها 0.1 نيوتن. تم قياس الفواصل الزمنية باستخدام مؤقت (في الهاتف الخلوي، كانت قيمة القسمة 0.001 ثانية، مما أدى إلى الحديث حول أخطاء القياس). ولتحديد سرعة النموذج، قمنا بقياس المسافة التي قطعها بسرعة ثابتة قدرها 20 سم (بين العلامات الموجودة على جدران الحوض). تم قياس الوقت وقوة الجر ثلاث مرات في كل مرة بواسطة ثلاثة مشغلين مختلفين. وفي حسابات أخرى، تم استخدام متوسط ​​النتائج على هذه القياسات التسعة.

الكميات المقاسة

القيم المحسوبة

يوضح الجدول نتائج القياسات والحسابات لوحدة الدفع المقترحة لدينا، وكذلك (للمقارنة) لمروحة يبلغ قطرها 0.05 متر.

تعليق. ومن المعروف أن كفاءة مروحة الطائرة تصل إلى قيمتها القصوى (80%) عند = 0.25. عندما تقترب الطائرة من الصفر، وتقترب من حالة السكون، وتكون المروحة في الوضع حركة خاملة، أي. = 0. عند السرعات العالية، تتحرك الطائرة بسرعة بحيث يبدأ التدفق القادم في تدوير المروحة*، أي. يبدأ وضع مشابه لوضع الخمول للمروحة، وفي هذه الحالة أيضًا = 0. يتم بشكل عام استبعاد رحلة مركبة ذات ميل للمروحة قريب من 1.

اعتماد الكفاءة على سرعة المروحة للطائرة

يوضح الجدول أن كفاءة جهاز الدفع لدينا (76%) أعلى من كفاءة المروحة (45%). الفرق في التقدم النسبي كبير أيضًا: 1.1 مقابل 0.855، أي. ما يقرب من 30٪ أكثر. يتحرك النموذج المزود بمروحة أسرع بمقدار 7.5 مرة، ولكن في الوقت نفسه يكون فقدان الطاقة أكبر بكثير: 7.34/0.0264 = 282 مرة! وبالتالي، فإن "الفشل" في البيئة، وهو سمة من سمات المراوح، يؤدي أيضًا إلى خسائر اقتصادية كبيرة.

النتائج التي حصلنا عليها تسمح لنا بتوقع مكاسب اقتصادية كبيرة عند استخدام وسيلة الدوامة غير المدعومة المقترحة لإثارة قوة الجر أمام وسائل التجديف. إن استخدام المحركات الدافعة المقترنة التي تعمل في الطور المضاد يجب أن يزيل اهتزاز هيكل المركبة ويجعل من الممكن تحويل جزء من الطاقة التي تم إنفاقها مسبقًا على هذا الاهتزاز إلى طاقة حركية للحركة الأمامية للمركبة.

_______________________

* عندما يتعطل محرك المروحية فإنها تتحطم. في هذه الحالة، يتم تدوير المروحة بواسطة تدفق معاكس للهواء. الأمر نفسه بالنسبة للطائرة: إذا طارت الطائرة بسرعة كبيرة، فلن تعد المروحة الدوارة هي التي تدفع الطائرة، بل على العكس من ذلك، ستقوم الطائرة بتدوير المروحة أثناء تحركها، مما يؤدي إلى فرملة الطائرة. الطائرة وحتى إلى الكفاءة السلبية للمروحة. - غو.

خاتمة

1. تم اقتراح طريقة جديدة لتوليد قوة الجر في الوسائط الموائعة، بالإضافة إلى جهاز - جهاز دفع لأجهزة السباحة - يعتمد تطويره على النتائج التي تم الحصول عليها في المشروع.

2. يظهر بشكل تجريبي كيف أن وجود قوة متناوبة تعمل على جهاز الدفع في اتجاه عرضي لسطحه يولد قوة جر في مركبة مزودة بجهاز الدفع هذا.

3. تم الانتهاء من تطوير التصميم التجريبي لنموذج يتم التحكم فيه عن طريق الراديو لمركبة مائية مزودة بمحركات ذات تكوينات مختلفة، ولكن المبدأ العامالإجراء الذي يفي بالقاعدة
ش= 0.29 وجدت لريش الطيور.

4. تطوير التصميم التجريبي - نموذج يتم التحكم فيه لاسلكيًا مع نوع جديد من الدفع - تم اختباره في الظروف المعملية.

5. تبين أن كفاءة وحدة الدفع الجديدة تبلغ 76% بمعدل دفع نسبي قدره 1، حيث = ش/, ش- سرعة الحركة الأمامية للمركبة - متوسط ​​سرعة حركة جهاز الدفع تحت تأثير القوة المتناوبة. (مع هذه القيمة، لم يعد المسمار يعمل كجهاز دفع على الإطلاق، بل أصبح بمثابة مروحة هوائية، مثل طاحونة الهواء.)

الأدب

1. روشكين آي., ألكسيف ك., بيليخ أ. (المدرسة رقم 1273). لماذا تطير الطيور: ورقة بحثية: مشرف جي بي أوستيوجينا.- "معرض الأفكار يوزاو" موسكو 2004.

2. كراسنوبيفتسيف د., شابكين أ.(المدرسة رقم 1273). طائرة ورقية تحت الماء: عمل المشروع: المشرف جي بي أوستيوجينا.- "معرض الأفكار يوزاو" موسكو 2004.

3. ميركولوف ف.سر سباحة الأسماك . nauka.relis.ru/cgi/nauka.pl?05+0112+05112088+HTML .

4. ما تحتاج لمعرفته حول المروحة. www.kater.ru/catalog/links_u_ustroistvo_sudna.htm.

5. موسوعة "حول العالم". www.krugosvet.ru/articles/14/1001453/1001453a6.htm.

6. سيمينوف ج.براءة اختراع RF رقم 2090441 "جهاز دفع للسفن والسفن السطحية وتحت الماء."

7. سيمينوف ج.يمكن تخفيض تكاليف الطاقة في النقل بمقدار 10 مرات. www.eprussia.ru/epr/info/sklad/036/new_tech_1.3.htm.

8. مازيكين إي.م.., شميليف ف.. تصميم ونمذجة الأجهزة التقنية. .

9. سخنوفسكي ب.م.نماذج من أنواع السفن الجديدة. - بناء السفن، 1987. http://www.shipmodeling.ru/books/NewTypeShips/newtypeships.pdf.

10. براندتل إل. الديناميكا الهوائية السائلة: ديناميكيات R@C. – م.-إيجيفسك: مركز البحث العلمي “الديناميكيات المنتظمة والفوضوية”، 2002.

ديمتري كراسنوبفتسيف

غالينا بافلوفنا أوستيوجينا هي خريجة كلية الفيزياء بجامعة طشقند الحكومية عام 1971 بتخصص فيزياء الإشعاع، وهي معلمة فيزياء من أعلى فئة التأهيل، و33 عامًا من الخبرة في التدريس، وعاملة فخرية في التعليم العام في الاتحاد الروسي. من أجل إيجاد طرق لتحسين نظام التعليم، قامت بدور نشط في عمل المختبر الإبداعي لمعلم الشعب في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية. بي آي فيرشينينافي تومسك عام 1993. أدى المزيد من البحث إلى نظام التعليم التنموي دي بي إلكونينا–في. دافيدوفا. أصبحت المبادئ الأساسية لهذا النظام الآن الأساس لدروس المعلم. غالينا بافلوفنا شارك في تطوير طرق تدريس الفيزياء. بدعوة من قيادة معهد غورنو ألتاي الجمهوري للدراسات المتقدمة، ألقيت دورة محاضرات حول موضوع "نمذجة العملية التعليمية في تدريس الفيزياء". في الندوة الجمهورية "الابتكارات في عملية تدريس الفيزياء" عرضت تطوير مؤلفها لمنهجية التدريس التطويري للفيزياء. في عام 1998 أصبحت حائزة على جائزة المسابقة الجمهورية "معلم العام". في الفترة 2002-2004 أجرت ندوات محلية لمعلمي الفيزياء في المنطقة الإدارية الجنوبية الغربية لموسكو في عام 2003، كجزء من وفد المعلمين في موسكو، وأجرت إحدى الندوات أفضل الدروسالفيزياء ضمن برنامج "Master Class" في كييف. شارك في أعمال ماراثون موسكو الثاني (2003) والثالث (2004) والرابع (2005) للمواضيع التعليمية، الذي نظمته MDO وMIOO ودار نشر الأول من سبتمبر. وهو حاليًا قائد ومنظم أعمال التصميم والبحث في المدرسة. طلابها سيرجي بانيوشكينو فلاديمير أبالنوفأصبحوا فائزين بجوائز في فئة "التصميم والعمل البحثي" في مسابقة "معرض الأفكار في الجنوب الغربي 2003" والفائزين بالمؤتمر العلمي السابع للباحثين الشباب "خطوة نحو المستقبل". موسكو" (2004)، الذي عقد في جامعة موسكو التقنية الحكومية. إن إي بومان يتحدث عن عمل "نمذجة عملية الإعصار". عمل مشروع طلاب الصف التاسع "لماذا تطير الطيور" ( إيفان روشكينو أندريهبيليخ) و"طائرة ورقية تحت الماء" ( و أليكسي شابكين) حصلوا على دبلومات الدرجة الأولى في مسابقة "معرض الأفكار في الجنوب الغربي 2004". يحصل طلاب غالينا بافلوفنا بانتظام على جوائز في أولمبياد الفيزياء. له منشورات في جريدة "الفيزياء"، ومجلة "كفانت"، وبراءات اختراع للاختراعات. مساعد غالينا بافلوفنا الذي لا غنى عنه هو زوجها يوري إيفجينيفيتش أوستيوجينوالتي درست معها في جامعة طشقند الحكومية. يوري إيفجينيفيتش - دكتوراه، مؤلف عدد من المنشورات حول فيزياء تكوين الجسيمات المتعددة في الطاقات العالية، والجيوفيزياء النووية، والطلاءات المضادة للتآكل للمعدات والهياكل المحتوية على النفط (مجلات "الفيزياء النووية"، و"تقارير أكاديمية العلوم في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية، "إيزفستيا أكاديمية العلوم" UzSSR، "نقل النفط عبر خطوط الأنابيب"، مجموعات من المقالات حول الجيولوجيا والجيوفيزياء النووية)، لديها شهادات حقوق النشر وبراءات الاختراع للاختراعات. في عام 1996، قام بتطوير تقنية أصلية لإنتاج الصبغة عالية المقاومة للتآكل "سبيكولاريت"، وأتقن إنتاجها الصناعي وقام بتنفيذها في شركات Tsentrsibnefteprovod OJSC. في 1998-2000 في منصب المدير العام، أعاد المؤسسة الحكومية الوحدوية "Aktash Mining and Metallurgical Enterprise"، في عام 2000 تمت دعوته من قبل Sodrugestvo القابضة إلى موسكو للعمل كنائب المدير العام للشؤون المالية والاقتصاد في OJSC "Ugli Kuzbass"، في في عام 2001 تم نقله إلى منصب المدير العام لمصنع أورسكو خليلوفسكي "NOSTA". في السنوات الأخيرة، كان مشغولاً بقضايا الديناميكا المائية والهوائية وتدريب فيزيائيي المستقبل. قامت عائلة من المعلمين بتربية ابنتين، والآن يقومون بتربية حفيدتين وحفيد، ويكرسون لهم كل وقت فراغهم، والذي، لسوء الحظ، غير متاح للجميع. الهواية : السياحة الجبلية .

وحدة الدفع عبارة عن محول طاقة مصمم لإنشاء قوة دفع مفيدة T E. ويعمل الأخير على موازنة المقاومة R ويوفر للسفينة حركة ثابتة. وفي هذه الحالة، في الحالة العامة، يجب أن يكون الشرط مستوفيا

حيث Z هو عدد المحركات؛ T Ei هو الدفع المفيد للمحرك i.

إذا كانت جميع المحركات هي نفسها، فسيتم تحويل (16.1) إلى النموذج ZТ E =R؛ بالنسبة للسفينة ذات اللولب الواحد، يتم كتابة هذا الشرط T E = R.

إلى المقاومة الخاصة للسفن من النوع الخاص (القاطرات، سفن الصيد)، من الضروري إضافة مقاومة السفينة أو الجهاز المسحوب: .

وفقًا لمبدأ التشغيل، تنقسم محركات السفن عادةً إلى نوعين: نشط وهيدروجي. يستخدم الأول طاقة الكتل الهوائية المتحركة لإنشاء قوة دفع مفيدة، بينما يقوم الأخير بتحويل طاقة التركيب الميكانيكي إلى طاقة الحركة الأمامية للسفينة. ولإنشاء قوة دفع مفيدة، تستخدم هذه المحركات الدافعة تفاعل كتل السائل المهملة. إن تشغيل الدفع الهيدروجيت، مثل أي محول للطاقة، يكون مصحوبًا بخسائر غير منتجة، حيث يكون معامل أدائها (الكفاءة) دائمًا أقل من واحد.

المحركون النشطون. تكمن خصوصية جميع المحركات الدافعة من هذا النوع في أنها إما لا تستهلك الطاقة من مصادر السفينة على الإطلاق، أو تنفق طاقة أقل بكثير مما تخلقه لحركة السفينة. لا يتم انتهاك القوانين الأساسية للفيزياء هنا - فالطاقة المفقودة تؤخذ من الريح. أقدم محرك نشط هو الشراع الذي لعب دورًا كبيرًا في تكوين الحضارة وتطورها. وفي نهاية القرن الماضي، تم استبدال الشراع بوحدات دفع مائية مدفوعة بتركيبات ميكانيكية. أدى هذا إلى توسيع قدرات الأسطول بشكل كبير، حيث لم يعد عمله يعتمد على ظروف الأرصاد الجوية.

في الآونة الأخيرة، كان هناك تجدد في الاهتمام بالمحركات النشطة - ودخلت الدوامة الجدلية مرحلة جديدة. هناك سببان رئيسيان لذلك: يتم إيلاء المزيد والمزيد من الاهتمام لتقنيات توفير الطاقة وقضايا الأمن بيئة: من وجهة نظر الصداقة البيئية، فإن المحركات الدافعة النشطة لا مثيل لها. يوجد اليوم في العالم بالفعل عشرات من سفن النقل البحري المجهزة بأشرعة، وغالبًا ما تستخدم كقوة دفع مساعدة. ومن بين هذه السفن ناقلات الخام اليابانية الحديثة التي يبلغ وزنها الساكن أكثر من 30 ألف طن أنواع مختلفةالأشرعة (الناعمة، الصلبة، الحجمية، وما إلى ذلك)، تتم دراسة قدرات الدفعات النشطة الدوارة والتوربينية. الأول عبارة عن أسطوانة عمودية يتم تدويرها قسريًا والتي تخلق قوة رفع في تدفق الهواء (تأثير ماغنوس)، والتي يؤدي إسقاطها على اتجاه الحركة إلى إنشاء قوة دفع مفيدة.

تعد الدفعة الدوارة واحدة من المحركات القليلة النشطة في السفينة والتي تتطلب طاقة لتشغيلها، ولكنها أقل بكثير مما يعطيه هذا الدفع لحركة السفينة. تدور توربينات الرياح تحت تأثير تدفق الهواء ويمكن أن تكون بمثابة مصدر للطاقة لنظام دفع السفينة (على سبيل المثال، المروحة).

دافعات هيدروجيت. مجذاف التجديف هو أقدمها، حيث يستخدم الطاقة العضلية البشرية لخلق قوة جر مفيدة. اليوم يتم استخدامه فقط في السفن الترفيهية والرياضية الصغيرة. عجلة المجداف، خلافًا للاعتقاد الشائع، لها أيضًا تاريخ مثير للإعجاب. كانت السفن المجهزة بهذا الدفع معروفة في مصر القديمة واليونان القديمة. لقد استخدموا الناس أو الحيوانات كمصدر للطاقة، وعادة ما يسير الثيران في دائرة. نظرًا لعدم قدرتها على تحمل المنافسة مع المجاديف، اختفت عجلات المجداف من المشهد في العصور القديمة، ليتم إحياؤها مرة أخرى في القرن الثامن عشر. كجهاز دفع للسفن البخارية. اليوم، تجد عجلات التجديف استخدامًا محدودًا للغاية - بشكل رئيسي في القاطرات التي تعمل في المياه الداخلية الضحلة. العيوب الرئيسية لعجلات المجداف: الضخامة، الثقل النوعي العالي (15-30 كجم/كيلوواط)، انعراج السفينة عند التأرجح.

المروحة (الشكل 16.1) هي جهاز الدفع الأكثر استخدامًا في السفن الحديثة بجميع أنواعها، وهو ما يفسره عدد من المزايا الكامنة فيه:

• 1) كفاءة عالية تصل إلى z 0 = 0.70.75؛
• 2) بساطة التصميم والثقل النوعي المنخفض (0.5 - 2 كجم/كيلوواط)؛
• 3) ضعف الاستجابة لحركة السفينة؛
• 4) إمكانية استخدام محركات الاحتراق الداخلي مع ناقل الحركة المباشر (أي بدون علبة التروس) كمحرك؛
• 5) لا حاجة لتغيير شكل الجسم عند تركيب وحدة الدفع.

الشكل 16.1 المروحة

عادة، توجد المراوح في مؤخرة السفينة، أي أنها تنتمي إلى فئة الدفع. ومع ذلك، في أنواع معينة من السفن (كاسحات الجليد الفردية، SDPs) يمكن أيضًا استخدام مراوح الجرارات.

تحتوي معظم سفن النقل البحري على مروحة واحدة، ولكن في بعض السفن والسفن الكبيرة وعالية السرعة نسبيًا، يمكن أن يصل عدد المحركات الدافعة إلى أربعة. يعرف التاريخ مثالاً عندما تم تركيب تسعة مراوح على سفينة Turbinia - ثلاثة على كل من أعمدة المروحة الثلاثة.

إلى جانب المراوح ذات الخطوة الثابتة (FPPs)، التي تكون شفراتها ثابتة، فقد وجدت مؤخرًا استخدامًا واسع النطاق للمراوح ذات الخطوة الثابتة (CPPs) ذات الشفرات الدوارة. تُصنع مركبات FPV أحيانًا بشفرات قابلة للإزالة (على كاسحات الجليد وسفن الملاحة الجليدية النشطة).

تحتل وحدة الدفع المجنحة مكانًا خاصًا بين المحركات النفاثة المائية - حيث يمكن أن تعمل في نفس الوقت كعنصر تحكم. جهاز الدفع هذا عبارة عن أسطوانة مثبتة بشكل متساطح مع الجزء السفلي (الشكل 16.2). توجد شفرات على طول محيط الأسطوانة - أجسام على شكل جناح، ويتراوح عددها من أربعة إلى ثمانية. تدور الأسطوانة حول محور عمودي، وتقوم الشفرات بحركات تذبذبية بالنسبة للأسطوانة. وبالتالي، تشارك الشفرة في وقت واحد في ثلاث حركات - متعدية، جنبا إلى جنب مع الوعاء، الدوران، مع الأسطوانة، والتذبذب بالنسبة لها.

الشكل 16.2 دفع الجناح

اعتمادًا على قانون التحكم في الشفرة، يمكن لجهاز الدفع المجنح إنشاء قوة دفع في أي اتجاه في مستوى قرصه، أي. بمثابة هيئة حاكمة. يمكن للسفينة المجهزة بمروحتين مجنحتين أن تتحرك بفارق زمني وتدور في مكانها. بالإضافة إلى ذلك، يسمح جهاز الدفع هذا بعكس اتجاه السفينة دون عكس التركيب الميكانيكي. تعد القدرة على المناورة المتزايدة هي الميزة الرئيسية للسفن ذات الدفع بالأجنحة. وفي الوقت نفسه، في جميع أوضاع القيادة، يمكن جعل وحدة الدفع هذه متوافقة مع المحرك. ومع ذلك، فإن جهاز الدفع بالجناح لا يستخدم على نطاق واسع، لأنه يحتوي على عدد من العيوب الهامة:

• 1) تعقيد التصميم والكتلة النوعية الكبيرة (5 - 20 كجم/كيلوواط)؛
• 2) الحد من الطاقة المنقولة إلى وحدة دفع واحدة؛
• 3) كفاءة منخفضة نسبيا.
• 4) تحديد السرعة بسبب خطر التجويف.

يحتوي جهاز الدفع النفاث المائي على قناة لتدفق المياه ومضخة تمتص الماء من خلال فتحة الاستقبال، وتسرعه وتلقيه عبر الفوهة. غالبًا ما يكون الجزء العامل من جهاز الدفع النفاث عبارة عن مضخة محورية - برغي في الأنبوب. يقوم جهاز توجيه خاص قابل للعكس بتغيير اتجاه الطائرة المتدفقة من الفوهة، مما يوفر للسفينة القدرة على المناورة اللازمة. يمكن أن يكون لنظام الدفع النفاث المائي انبعاث نفاث تحت الماء أو شبه تحت الماء أو في الغلاف الجوي. يتم استخدام النوعين الأولين في سفن الإزاحة التي تعمل في المسطحات المائية الضحلة أو المسدودة (العائمة بالخشب). تتميز هذه السفن، كقاعدة عامة، بسرعات معتدلة، حيث تكون كفاءة الدفع النفاث المائي أقل بكثير من كفاءة المراوح.

تم مؤخرًا استخدام نفاثات الماء ذات القذف الجوي (الشكل 16.3) في SDPs عالية السرعة - سفن التخطيط، SPK، SVP. والحقيقة هي أنه مع زيادة السرعة، تزداد كفاءة نظام الدفع النفاث المائي.

تمتلك جميع المحركات النفاثة المائية هذه الخاصية، ولكن إلى حد معين، طالما لا يوجد تجويف. وحدة الدفع بنفث الماء هي الوحدة الوحيدة التي يمكن فيها تقليل التجويف إلى سرعات v S = 100 عقدة أو أكثر. ويتم ذلك من خلال تركيب عدة مراحل (مضخات) واحدة تلو الأخرى، يتم توزيع الحمل بينها بحيث لا يكون هناك تجويف. لذلك، فإن نظام الدفع المائي النفاث، وهو أقل كفاءة من المروحة ذات السرعات المعتدلة، مع زيادتها إلى v s = 55 - 60 عقدة، يتمتع بكفاءة تتجاوز كفاءة جميع أنظمة الدفع الأخرى.

الشكل 16.3 الدفع النفاث لسفينة عالية السرعة

تنتمي المحركات النفاثة المائية المذكورة أعلاه إلى فئة الشفرات - جميعها لها أجسام على شكل أجنحة - شفرات - كعناصر عمل.

تعتبر وحدة الدفع بالغاز والماء النفاث استثناءً في هذا الصدد. سائل العمل فيه هو الغاز (الهواء المضغوط أو البخار ذو المعلمات العالية). عند دخول قناة تدفق المياه المحددة، يتوسع الغاز ويطرد الماء من الفوهة بسرعة متزايدة، مما يؤدي إلى إنشاء مسودة مفيدة. المزايا التي لا يمكن إنكارها لنظام الدفع النفاث الغازي:

• 1) بساطة إمداد الطاقة (يتم استبعاد المحرك وعلبة التروس وخط العمود) ؛
• 2) عدم وجود أجزاء دوارة، وبالتالي خطر التجويف؛
• 3) خصائص الوزن والحجم منخفضة جدًا.

ومع ذلك، فإن نظام الدفع بالغاز النفاث، بسبب كفاءته المنخفضة، لم يجد تطبيقًا بعد - فكفاءته لا تتجاوز 30-40٪ وتميل إلى الانخفاض مع زيادة السرعة. في بعض الأحيان، نظرًا للمزايا المذكورة، يكون من المبرر استخدام وحدة الدفع بالغاز النفاث كمرحلة ثانية من طائرة مائية تقليدية.

فقط الأنواع الرئيسية للدفع مذكورة أعلاه. ومع ذلك، هناك عدد كبير منالتصاميم التي لا تستخدم على نطاق واسع بسبب النقص والتعقيد وعدم كفاية التطوير. ومن بينها محركات اليرقات والمثقاب، و"الجناح المرفرف"، و"ذيل السمكة"، بالإضافة إلى مشاريع أنظمة الدفع "الغريبة" مثل الطائرات الورقية والبالونات التي يتم إطلاقها في الطبقات العليا من الغلاف الجوي وغيرها.

معلومات موجزة من نظرية الدفع. نظرية المحرك المثالي. تعمل جميع المحركات النفاثة المائية على نفس المبدأ، لذلك دعونا نلقي نظرة على الأنماط الأكثر عمومية التي تميز عملها. وتخدم هذا الغرض نظرية المحرك المثالي، والتي يتم فيها وضع الافتراضات التالية:

• 1) السائل المثالي، لا حدود له، غير قابل للضغط؛
• 2) جهاز الدفع - قرص رفيع منفذ؛
• 3) يتم توزيع السرعة بشكل موحد في المقطع العرضي للطائرة وفي قرص المروحة؛
• 4) يتم إنشاء الدفع عن طريق توفير الطاقة الخارجية للمروحة، مما يوفر زيادة في الضغط في قرصها؛ وتتغير سرعة الطائرة بشكل مستمر تحت تأثير هذه الصدمة.

يحدث فقدان الطاقة فقط بسبب زيادة الطاقة الحركية للسائل المتدفق في الأنبوب الحالي المحيط بالمروحة، أي نتيجة لإنشاء ما يسمى بالسرعات المحورية المستحثة. بسبب الافتراض الأول، لا توجد خسائر لزجة، بسبب الثاني، لا تؤخذ في الاعتبار ميزات تصميم جهاز الدفع الحقيقي وخسائر الطاقة المرتبطة بها.

عند اللانهاية أمام المحرك (الشكل 16.4، القسم الأول--أنا) السرعة والضغط في الطائرة هي نفسها كما في السائل المحيط.

الشكل 16.4 رسم تخطيطي لجهاز الدفع المثالي

عند اللانهاية خلف المروحة (القسم IV-IV)، وصلت السرعة إلى قيمتها القصوى، وقام الضغط بمعادلة الضغط في السائل المحيط. هناك انقطاع في السرعة عند الحدود النفاثة.

التوقف الناتج عن الدفع المثالي

حيث p 1، p 2 هما الضغطان في الطائرة أمام المروحة وخلفها؛ منطقة المقطع العرضي الهيدروليكي للمحرك. S هو قطرها.

نحدد انخفاض الضغط Ap عن طريق كتابة معادلة برنولي للخط الانسيابي من القسم I-I إلى القسم II-II، الموجود مباشرة أمام القرص، المروحة، وأيضًا من القسم III-III، خلف الجزء مباشرة القرص، إلى القسم IV-- IV بعيدًا إلى اللانهاية خلفه (انظر الشكل 16.4)

حيث x A وx s هي السرعات في الطائرة عند اللانهاية أمام المروحة وفي قرصها، على التوالي، وهي السرعة المحورية المستحثة عند اللانهاية خلف المروحة.

وبمقارنة (16.3) و(16.4) نجد قفزة الضغط في قرص الدفع

ومن ثم تأكيده

وفقا لقانون الزخم، يمكن تمثيل نفس التوقف في النموذج

حيث m هي كتلة السائل المتدفق عبر قرص المروحة لكل وحدة زمنية. معادلة (16.6) و (16.7) نحصل عليها

السرعة المحورية المستحثة في قرص الدفع.

الاستنتاج (16.9)، الصالح لأي دفع نفاث مائي في سائل مثالي، سيتم استخدامه على نطاق واسع في المستقبل.

القوة الصافية لجهاز الدفع المثالي

يشمل الإنفاق أيضًا الزيادة في الطاقة الحركية للسائل في النفاث:

ثم الكفاءة

وتتناقص كفاءة الدفع المثالي مع زيادة السرعة المستحثة.

إن إمكانيات التحليل (16.12) محدودة، لذلك دعونا ندخل في الاعتبار عامل حمل الدافع على طول التوقف

معادلة التوقف المحدد من (4.6) و (4.13) نحصل عليه

حل المعادلة التربيعية (4.14) مع الأخذ بعين الاعتبار نجد السرعة المحورية المستحثة بلا أبعاد

وبالتعويض (4.15) في (4.12)، نحدد كفاءة الدفع المثالي

وبالتالي، فإن كفاءة نظام الدفع المثالي تزداد مع انخفاض عامل الحمولة. هذا الأخير ممكن عن طريق تقليل الدفع وزيادة سرعة الحركة وكثافة السائل ومنطقة المقطع العرضي الهيدروليكي للدفع [انظر. (16.13)]. بالنسبة للحالة الأكثر أهمية من الناحية العملية، عندما يتم إعطاء قيم T و v A، يتم تحديد كفاءة المروحة بشكل فريد من خلال قطرها وتزداد مع نموها. وبسبب الاختلافات في كثافة الوسط، تكون كفاءة وحدة الدفع العاملة في الماء أكبر منها في الهواء.

وباستخدام (16.15) و(16.9)، يمكننا إيجاد الحد الأقصى لتضييق التدفق

والتي في الحد (في C Td --> سيكون ().

يكون تشغيل وحدة الدفع الحقيقية مصحوبًا بفقدان طاقة إضافية تهدف إلى التغلب على القوى اللزجة، وتدوير التدفق، وما إلى ذلك. لذلك، تكون كفاءة وحدة الدفع الحقيقية دائمًا أقل من كفاءة الوحدة المثالية:

أين أيضا< 1 коэффициент качества.

يوضح الشكل 16.5 كفاءة نظام الدفع المثالي والحقيقي كدالة لعامل الحمولة. تتميز المنطقة المظللة بفقدان إضافي للطاقة. يمكن التمييز بين منطقتين - في الأولى (0< С та < С ТA0) характер изменения КПД движителей качественно различен, во второй (С та >C tao) هو نفسه، عند C ta = C tao = 0.30.35، تبلغ كفاءة المحرك الحقيقي الحد الأقصى. يتم تفسير الانخفاض الحاد في s 0 عند C ta 0 من خلال خسائر اللزوجة التي لا تؤخذ في الاعتبار في نظرية المروحة المثالية. الحقيقة هي أنه بالنسبة لـ T وv A، فإن الشرط C TA 0 يعني عمليًا D، وبالتالي زيادة غير محدودة في قوى الاحتكاك. عادةً ما تعمل محركات السفن بعوامل حمل أكبر بكثير من CTA0 0.35، وبالتالي يمكن أن تمتد إليها استنتاجات نظرية الدفع المثالية فيما يتعلق بطبيعة اعتماد الكفاءة على CTA.

الشكل 16.5 كفاءة المحركات الدافعة المثالية والحقيقية

يتيح لك التعبير (16.18) مقارنة كفاءة الأنواع المختلفة من المحركات الدافعة. للمراوح إلى 0max = 0.80 ويحدث عند C TA C TA0.

مثال 16.1. دعونا نجد معامل الجودة لمروحة السفينة "المهندس". معروف بالإضافة إلى ذلك (انظر الفقرة 12.4) D = 6.42 م؛ تي = 1410 كيلو نيوتن؛ الخامس أ = 8.5 م/ث؛ ض 0 = 0.630.

وباستخدام (16.13) نحدد عامل الحمولة:

ووفقاً لـ (16.16) نحسب كفاءة الدفع المثالي

ثم عامل الجودة (16.18)

مثال 16.2. دعونا نحدد كفاءة جهاز الدفع المثالي الذي يعمل في الهواء. البيانات الأولية هي نفسها كما في المثال 16.1.

بأخذ pA = 1.23 * 103 t/m3 نجد

مثال 16.3. دعونا نحسب قطر وحدة دفع هوائية مثالية، تعادل في كفاءتها وحدة دفع تعمل في الماء.

لدينا (انظر المثال 16.1)، C TA = 1.05، إذن

يشرح المثالان 16.2 و16.3 بوضوح سبب عدم تركيب المراوح على السفن والسفن: مع الأبعاد المقبولة، ستكون كفاءتها أقل بدرجة كبيرة من كفاءة المراوح، ولضمان الكفاءة المكافئة، يجب أن يكون قطر المروحة بنفس حجم طول السفينة، وهو أمر غير مقبول.

الاستثناء هو SVPA وSEP، نظرًا لطبيعتهما البرمائية، فإن تركيب المحركات الهيدروليكية أمر مستحيل. ومع ذلك، فإن كفاءة مراوح هذه السفن عالية جدًا. والسبب هو الأبعاد الكبيرة نسبيًا للمراوح والسرعات الأعلى بشكل ملحوظ.

كمرجع: تتمتع أفضل مراوح الطائرات بكفاءة 0 = 0.80.84، وهي أكبر من كفاءة المراوح، وفي هذه الحالة ليست هناك حاجة لاتخاذ تدابير للقضاء على التجويف.

أساسيات نظرية الجناح. عناصر العمل في معظم محركات السفن هي شفرات تعمل على مبدأ الجناح الحامل. عندما يتحرك جناح في سائل، تنشأ عليه قوة رفع Y وقوة سحب جانبية X. أول هاتين القوتين طبيعي بالنسبة للسرعة، والثانية موجهة على طوله. في السائل اللانهائي، تكون مقاومة المظهر الجانبي ذات طبيعة لزجة بحتة.

يتم عرض الخصائص الهيدروديناميكية (HDC) للجناح في شكل معاملات رفع بدون أبعاد Cy ومعاملات السحب Cx

حيث S هي منطقة الجناح في المخطط؛ v- سرعة الحركة .

الخصائص الهندسية الرئيسية للجناح (الشكل 16.6): الوتر ب، الحد الأقصى لسمك المظهر الجانبي ه، سهم الانحراف ه ج. يتم استخدام الكميات الأخيرة في كثير من الأحيان في شكل بلا أبعاد: b = e/b و d c = e c /b وتسمى على التوالي السُمك النسبي والانحناء النسبي (سهم الانحراف).

الشكل 16.6 ملف تعريف الجناح

الشكل 16.7 الخصائص الهيدروديناميكية للجناح.

يمكن أن يحتوي الجناح على مقطع جانبي للطائرة أو المقطع، في الحالة الأولى يقع الحد الأقصى للسمك على مسافة 1b/3 من الحافة الواردة، وفي الحالة الثانية 1=0.5b. للملف الشخصي شكل معينتعتمد GDH فقط على زاوية الهجوم أ (الشكل 16.7). في الحالة العامة، d c > 0، وبالتالي زاوية الرفع الصفرية b 0 > 0. يزيد معامل الرفع حتى الزاوية الحرجة للهجوم b = b cr، حيث يحدث فصل التدفق، وهو انخفاض حاد في Cy ولوحظت زيادة في معامل السحب C X يتم تحديد كفاءة الجناح من خلال جودته K = C y / C x والتي لها الحد الأقصى عند زوايا الهجوم الإيجابية الصغيرة.

في نظرية الدفع، غالبًا ما يتم استخدام الجودة العكسية للملف الجانبي في السائل المثالي e = 0.

محتوى المقال

محطات توليد الطاقة والدفع للسفن،أجهزة لضمان حركة السفن والقوارب والسفن الأخرى. تشتمل الدوافع على مروحة وعجلة مجداف. كقاعدة عامة، يتم استخدام المحركات البخارية والتوربينات وتوربينات الغاز ومحركات الاحتراق الداخلي، وخاصة الديزل، كمحطات لتوليد الطاقة على السفن. غالبًا ما تستخدم السفن المتخصصة الكبيرة والقوية مثل كاسحات الجليد والغواصات محطات الطاقة النووية.

ومن الواضح أن ليوناردو دافنشي (1452-1519) كان أول من اقترح استخدام الطاقة البخارية لدفع السفن. في عام 1705، حصل T. Newcomen (إنجلترا) على براءة اختراع لأول محرك بخاري فعال إلى حد ما، لكن محاولاته لاستخدام الحركة الترددية للمكبس لتدوير عجلة المجداف باءت بالفشل.

أنواع منشآت السفن

يعد البخار مصدرًا تقليديًا للطاقة لدفع السفن. يتم إنتاج البخار عن طريق حرق الوقود في غلايات أنابيب المياه. يتم استخدام غلايات أنابيب المياه ذات الأسطوانة المزدوجة في أغلب الأحيان. تحتوي هذه الغلايات على صناديق نيران ذات جدران مبردة بالماء، وسخانات فائقة، وموفرات، وأحيانًا سخانات هواء مسبقة. تصل كفاءتها إلى 88%.

ظهرت محركات الديزل لأول مرة كمحركات بحرية في عام 1903. ويبلغ استهلاك الوقود في محركات الديزل البحرية 0.25-0.3 كجم/كيلووات ساعة، وتستهلك المحركات البخارية 0.3-0.5 كجم/كيلووات ساعة اعتمادًا على تصميم المحرك والقيادة وميزات التصميم الأخرى. تعتبر محركات الديزل، خاصة مع محرك كهربائي، ملائمة جدًا للاستخدام في العبارات والقطرات، لأنها توفر قدرة عالية على المناورة.

المحركات البخارية المكبسية.

لقد ولت أيام المحركات المكبسية، التي كانت تخدم مجموعة واسعة من الأغراض. من حيث الكفاءة، فهي أدنى بكثير من التوربينات البخارية ومحركات الديزل. في تلك السفن التي لا تزال تحتوي على محركات بخارية، فهذه آلات مركبة: يتوسع البخار بالتتابع في ثلاث أو حتى أربع أسطوانات. تعمل مكابس جميع الأسطوانات على نفس العمود.

التوربينات البخارية.

تتكون التوربينات البخارية البحرية عادة من سلسلتين: الضغط العالي والضغط المنخفض، كل منهما يقوم بتدوير عمود المروحة من خلال علبة تروس التخفيض. على السفن البحريةفي كثير من الأحيان بالإضافة إلى ذلك يتم تركيب توربينات صغيرة لوضع الإبحار، والتي تستخدم لزيادة الكفاءة، ومتى السرعات القصوىتشغيل توربينات قوية. تتالي ضغط مرتفعيدور بسرعة 5000 دورة في الدقيقة.

في السفن البخارية الحديثة، يتم إمداد السخانات بمياه التغذية من المكثفات عبر عدة مراحل تسخين. يتم إنتاج التدفئة عن طريق حرارة سائل تشغيل التوربين وغازات مداخن العادم المتدفقة حول المقتصد.

يتم تشغيل جميع المعدات المساعدة تقريبًا كهربائيًا. عادة ما تنتج المولدات الكهربائية التي تعمل بالتوربينات البخارية تيارًا مباشرًا بجهد 250 فولت. كما يتم استخدام التيار المتردد.

إذا تم نقل الطاقة من التوربين إلى المروحة من خلال علبة التروس، فسيتم استخدام توربين صغير إضافي لضمان الدوران العكسي (الدوران العكسي للمروحة). تبلغ الطاقة الموجودة على العمود أثناء الدوران العكسي 20-40٪ من الطاقة الرئيسية.

كان الدفع الكهربائي من التوربين إلى المروحة شائعًا جدًا في ثلاثينيات القرن العشرين. في هذه الحالة، يقوم التوربين بتدوير مولد عالي السرعة، ويتم نقل الكهرباء المولدة إلى محركات كهربائية منخفضة السرعة تقوم بتدوير عمود المروحة. تبلغ كفاءة ناقل الحركة (المخفض) حوالي 97.5٪، والمحرك الكهربائي حوالي 90٪. في حالة المحرك الكهربائي، يتم تحقيق الدوران العكسي ببساطة عن طريق تبديل القطبية.

توربينات الغاز.

ظهرت توربينات الغاز على السفن في وقت متأخر جدًا عن الطيران، نظرًا لأن زيادة الوزن في بناء السفن ليست مهمة جدًا، ولم يفوق هذا المكسب التكلفة العالية وتعقيد تركيب وتشغيل توربينات الغاز الأولى.

تُستخدم توربينات الغاز في السفن ليس فقط كمحركات رئيسية؛ يتم استخدامها كمحركات لمضخات الحريق والمولدات الكهربائية المساعدة، حيث يكون وزنها المنخفض وصغر حجمها وبدء التشغيل السريع مفيدًا. في القوات البحريةتُستخدم توربينات الغاز على نطاق واسع في السفن الصغيرة عالية السرعة: سفن الإنزال، وكاسحات الألغام، والقوارب المحلقة؛ على السفن الكبيرةيتم استخدامها للحصول على أقصى قدر من الطاقة.

تتمتع توربينات الغاز الحديثة بمستوى مقبول من الموثوقية وتكاليف التشغيل والإنتاج. نظرًا لوزنها الخفيف وصغر حجمها وسرعة بدء التشغيل، فهي في كثير من الحالات قادرة على المنافسة مع محركات الديزل والتوربينات البخارية.

محركات الديزل.

لأول مرة، تم تركيب الديزل كمحرك بحري على فاندال في سانت بطرسبرغ (1903). حدث هذا بعد 6 سنوات فقط من اختراع ديزل لمحركه. كان لدى المخرب، الذي أبحر على طول نهر الفولغا، مروحتان؛ تم تركيب كل مروحة على نفس العمود بمحرك كهربائي بقدرة 75 كيلو واط. تم توليد الكهرباء بواسطة مولدين يعملان بالديزل. محركات الديزل ثلاثية الأسطوانات بقوة 90 كيلووات لكل منها سرعة دوران ثابتة (240 دورة في الدقيقة). لا يمكن نقل الطاقة منها مباشرة إلى عمود المروحة، لأنه لم يكن هناك عكس.

دحض التشغيل التجريبي لـ Vandal الرأي العام القائل بأنه لا يمكن استخدام محركات الديزل على متن السفن بسبب خطر الاهتزازات والضغوط العالية. علاوة على ذلك، بلغ استهلاك الوقود 20% فقط من استهلاك الوقود في السفن ذات الإزاحة نفسها.

مقدمة لمحركات الديزل.

في السنوات العشر التي تلت تركيب أول محرك ديزل على متن قارب نهري، شهدت هذه المحركات تحسينات كبيرة. زادت قوتها بسبب زيادة عدد الثورات، وزيادة قطر الاسطوانة، وإطالة شوط المكبس، وكذلك تطوير محركات ثنائية الشوط.

وتتراوح سرعة محركات الديزل الموجودة بين 100 إلى 2000 دورة في الدقيقة؛ تُستخدم محركات الديزل عالية السرعة في القوارب الصغيرة عالية السرعة وفي أنظمة مولدات الديزل المساعدة. تختلف قوتها على نطاق واسع متساوٍ (10-20000 كيلو واط). ظهرت في السنوات الأخيرة محركات ديزل فائقة الشحن مما يزيد من قوتها بحوالي 20٪.

مقارنة محركات الديزل مع المحركات البخارية.

تتمتع محركات الديزل بميزة على المحركات البخارية الموجودة على القوارب الصغيرة نظرًا لصغر حجمها. بالإضافة إلى أنها أخف وزنا بنفس القوة. تستهلك محركات الديزل وقودًا أقل لكل وحدة طاقة؛ صحيح أن وقود الديزل أغلى من زيت التدفئة. استهلاك ديزليمكن تقليلها عن طريق حرق غازات العادم. يؤثر نوع السفينة أيضًا على اختيار محطة الطاقة. تبدأ محركات الديزل بشكل أسرع بكثير: فهي لا تحتاج إلى التسخين المسبق. وهذه ميزة مهمة جدًا لسفن الميناء ووحدات الطاقة المساعدة أو الاحتياطية. ومع ذلك، هناك أيضا مزايا وحدات التوربينات البخارية، وهي أكثر موثوقية في التشغيل، وقادرة على العمل لفترة طويلة دون صيانة روتينية، ولها مستوى أقل من الاهتزاز بسبب عدم وجود حركة ترددية.

محركات الديزل البحرية.

تختلف محركات الديزل البحرية عن محركات الديزل الأخرى فقط في العناصر المساعدة. يقومون مباشرة أو من خلال علبة التروس بتدوير عمود المروحة ويجب أن يوفروا دورانًا عكسيًا. في المحركات رباعية الأشواط، يتم ذلك عن طريق قابض عكسي إضافي، والذي يعمل عندما يكون الدوران العكسي ضروريًا. في المحركات ثنائية الشوط، يكون الدوران العكسي أبسط لأن تسلسل الصمام يتم تحديده من خلال موضع المكبس في الأسطوانة المقابلة. في المحركات الصغيرة، يتم تحقيق الدوران العكسي باستخدام القابض ومجموعة التروس. تحتوي بعض سفن الدوريات والبرمائيات التي يقل طولها عن 60 مترًا على مراوح قابلة للعكس ( انظر أدناه). ولضمان عدم تجاوز سرعة المحرك الحد الآمن، تم تجهيز جميع المحركات بمحددات للسرعة.

الجر الكهربائي.

يشير مصطلح "السفن ذات الدفع الكهربائي" إلى السفن التي يكون فيها أحد عناصر نظام تحويل طاقة الوقود إلى طاقة ميكانيكية لدوران عمود المروحة عبارة عن آلة كهربائية. يتم توصيل محرك كهربائي واحد أو أكثر بعمود المروحة مباشرة أو من خلال علبة التروس. يتم تشغيل المحركات الكهربائية بواسطة مولدات كهربائية تعمل بتوربينات بخارية أو غازية أو بمحرك ديزل. على الغواصاتعند غمرها بالمياه، يتم تشغيل المحركات الكهربائية بواسطة البطاريات، وعندما تكون على السطح، بواسطة مولدات الديزل. عادة ما يتم تركيب الآلات الكهربائية التي تعمل بالتيار المستمر على سفن صغيرة وعالية القدرة على المناورة. سيارات التيار المتناوبتستخدم على سفن المحيطات.

السفن التوربينية.

في التين. يوضح الشكل 1 رسمًا تخطيطيًا لمحرك توربيني مع تركيب غلاية لتوليد البخار. يقوم البخار بتشغيل التوربينة، والتي بدورها تقوم بتشغيل مولد كهربائي. يتم توفير الكهرباء المولدة للمحركات الكهربائية المتصلة بعمود المروحة. عادة، يتم تشغيل كل مولد توربيني بواسطة محرك كهربائي واحد، والذي يقوم بتدوير المروحة الخاصة به. ومع ذلك، فإن هذا المخطط يجعل من السهل توصيل العديد من المحركات الكهربائية، وبالتالي عدة مراوح، بمولد توربيني واحد.

يمكن لمولدات توربينات التيار المتردد البحرية إنتاج تيار بتردد يتراوح بين 25-100% من الحد الأقصى، ولكن ليس أكثر من 100 هرتز. تنتج مولدات التيار المتناوب تيارًا بجهد يصل إلى 6000 فولت، وتيار مباشر يصل إلى 900 فولت تقريبًا.

مركبات الديزل الكهربائية.

لا يختلف محرك الديزل الكهربائي بشكل أساسي عن المحرك التوربيني الكهربائي، باستثناء أنه يتم استبدال محطة الغلاية والتوربينات البخارية بمحرك ديزل.

في السفن الصغيرة، يوجد عادة مولد ديزل واحد ومحرك كهربائي واحد لكل مروحة، ولكن إذا لزم الأمر، يمكنك إيقاف تشغيل مولد ديزل واحد لتوفير المال أو تشغيل مولد إضافي لزيادة الطاقة والسرعة.

كفاءة. تنتج المحركات الكهربائية التي تعمل بالتيار المستمر عزم دوران أكبر عند السرعات المنخفضة مقارنة بالتوربينات ومحركات الديزل ذات ناقل الحركة الميكانيكي. بالإضافة إلى ذلك، فإن كلا من المحركات ذات التيار المباشر والمتناوب لها نفس عزم الدوران أثناء الدوران الأمامي والخلفي.

الكفاءة الإجمالية للمحرك التوربيني (نسبة الطاقة على عمود المروحة إلى طاقة الوقود المنطلقة لكل وحدة زمنية) أقل من كفاءة محرك التوربين، على الرغم من أن التوربين متصل بعمود المروحة من خلال علبتي تروس تخفيض. المحرك التوربيني أثقل وأكثر تكلفة من المحرك التوربيني الميكانيكي. إن الكفاءة الإجمالية لمحرك الديزل والكهرباء هي تقريبًا نفس كفاءة محرك التوربين الميكانيكي. كل نوع من محركات الأقراص له مزاياه وعيوبه. ولذلك فإن اختيار نوع نظام الدفع يتم تحديده حسب نوع السفينة وظروف تشغيلها.

اقتران الحث الكهربائي.

في هذه الحالة، يتم نقل الطاقة من المحرك إلى المروحة عن طريق المجال الكهرومغناطيسي. من حيث المبدأ، يشبه هذا المحرك المحرك الكهربائي غير المتزامن التقليدي، فيما عدا أن الجزء الثابت وعضو المحرك في المحرك الكهرومغناطيسي يتم تدويرهما؛ أحدهما متصل بعمود المحرك والآخر متصل بعمود المروحة. العنصر المرتبط بالمحرك هو ملف المجال، والذي يتم تشغيله بواسطة مصدر تيار مستمر خارجي ويخلق مجالًا كهرومغناطيسيًا. العنصر المتصل بعمود المروحة عبارة عن ملف ذو دائرة قصيرة بدون مصدر طاقة خارجي. يتم فصل كلا العنصرين بفجوة هوائية. يثير المجال المغناطيسي الدوار تيارًا في ملف العنصر الثاني، مما يتسبب في دوران هذا العنصر، ولكن دائمًا أبطأ (مع الانزلاق) من العنصر الأول. ويتناسب عزم الدوران الناتج مع الفرق في سرعات دوران هذه العناصر. يؤدي إيقاف تشغيل تيار الإثارة في الملف الأولي إلى "فصل" هذه العناصر. يمكن تعديل تردد دوران العنصر الثاني عن طريق تغيير تيار الإثارة. مع وجود محرك ديزل واحد على متن السفينة، فإن استخدام محرك كهرومغناطيسي يقلل من الاهتزازات بسبب عدم وجود اتصال ميكانيكي بين المحرك وعمود المروحة؛ مع العديد من محركات الديزل، يزيد هذا المحرك من قدرة السفينة على المناورة عن طريق تبديل المراوح، حيث يسهل تغيير اتجاه دورانها.

محطات الطاقة النووية.

على السفن التي بها محطات للطاقة النووية، المصدر الرئيسي للطاقة هو مفاعل نووي. تعمل الحرارة المنبعثة أثناء انشطار الوقود النووي على توليد البخار، الذي يدخل بعد ذلك إلى التوربينات البخارية. مع م. الطاقة النووية.

يحتوي مصنع المفاعل، مثل الغلايات البخارية التقليدية، على مضخات ومبادلات حرارية ومعدات مساعدة أخرى. ميزة مفاعل نوويهو الإشعاع الإشعاعي الذي يتطلب حماية خاصة للعاملين في التشغيل.

أمان.

يجب تركيب حماية بيولوجية واسعة النطاق حول المفاعل. مواد الحماية من الإشعاع الشائعة هي الخرسانة والرصاص والماء والبلاستيك والصلب.

هناك مشكلة في تخزين السوائل والغازات النفايات المشعة. يتم تخزين النفايات السائلة في حاويات خاصة، ويتم امتصاص النفايات الغازية عن طريق تنشيطها فحم. ثم يتم نقل النفايات إلى الشاطئ إلى مرافق إعادة التدوير.

المفاعلات النووية على متن السفن.

العناصر الرئيسية للمفاعل النووي هي قضبان تحتوي على مواد انشطارية (قضبان الوقود)، وقضبان التحكم، والمبرد (المبرد)، والوسيط والعاكس. يتم وضع هذه العناصر في غلاف مغلق وترتيبها لضمان تفاعل نووي متحكم فيه وإزالة الحرارة المتولدة.

يمكن أن يكون الوقود عبارة عن اليورانيوم 235، أو البلوتونيوم، أو خليط من الاثنين معًا؛ يمكن ربط هذه العناصر كيميائيًا مع عناصر أخرى وتكون في الحالة السائلة أو الصلبة. يتم استخدام الماء الثقيل أو الخفيف أو المعادن السائلة أو المركبات العضوية أو الغازات لتبريد المفاعل. يمكن استخدام المبرد لنقل الحرارة إلى مائع عمل آخر وإنتاج البخار، أو يمكن استخدامه مباشرة لتدوير التوربين. يعمل الوسيط على تقليل سرعة النيوترونات المنتجة إلى القيمة الأكثر فعالية لتفاعل الانشطار. يقوم العاكس بإرجاع النيوترونات إلى القلب. عادة ما يكون الوسيط والعاكس من الماء الثقيل والخفيف والمعادن السائلة والجرافيت والبريليوم.

على جميع السفن البحرية، في الأول كاسحة الجليد النووية"لينين" على أول سفينة شحن وركاب "سافانا" توجد محطات طاقة مصنوعة وفق مخطط الدائرة المزدوجة. في الدائرة الأولية لمثل هذا المفاعل، يكون الماء تحت ضغط يصل إلى 13 ميجا باسكال، وبالتالي لا يغلي عند درجة حرارة 270 درجة مئوية، المعتادة لمسار تبريد المفاعل. يعمل الماء المسخن في الدائرة الأولية كمبرد لإنتاج البخار في الدائرة الثانوية.

يمكن أيضًا استخدام المعادن السائلة في الدائرة الأولية. تم استخدام هذا المخطط في الغواصة البحرية الأمريكية Sea Wolf، حيث يكون المبرد عبارة عن خليط من الصوديوم السائل والبوتاسيوم السائل. الضغط في نظام مثل هذا المخطط منخفض نسبيًا. ويمكن تحقيق نفس الميزة باستخدام المواد العضوية الشبيهة بالبرافين - ثنائي الفينيل وثلاثي الفينيل - كمبرد. في الحالة الأولى، العيب هو مشكلة التآكل، وفي الثانية، تشكيل الرواسب الراتنجية.

هناك مخططات أحادية الدائرة يتم فيها تدوير سائل العمل الذي يتم تسخينه في المفاعل بينه وبين المحرك الرئيسي. تعمل المفاعلات المبردة بالغاز باستخدام تصميم الدائرة الواحدة. مائع التشغيل هو غاز، على سبيل المثال الهيليوم، والذي يتم تسخينه في مفاعل ثم يقوم بتدوير توربين الغاز.

حماية.

وتتمثل مهمتها الرئيسية في حماية الطاقم والمعدات من الإشعاع المنبعث من المفاعل والعناصر الأخرى التي تتلامس مع المواد المشعة. وينقسم هذا الإشعاع إلى فئتين: النيوترونات، التي يتم إطلاقها أثناء الانشطار النووي، وإشعاع جاما، الذي يتم إنتاجه في النواة وفي المواد النشطة.

بشكل عام، تحتوي السفن على قذيفتين للاحتواء. الأول يقع مباشرة حول وعاء المفاعل. تشمل الحماية الثانوية (البيولوجية) معدات توليد البخار وأنظمة التنظيف وحاويات النفايات. يمتص الدرع الأساسي معظم نيوترونات المفاعل وأشعة جاما. وهذا يقلل من النشاط الإشعاعي للمعدات المساعدة للمفاعل.

يمكن أن تكون الحماية الأولية عبارة عن خزان محكم الغلق مزدوج الغلاف مع وجود مسافة بين الأصداف مملوءة بالماء ودرع خارجي من الرصاص يتراوح سمكه من 2 إلى 10 سم، ويمتص الماء معظم النيوترونات، ويتم امتصاص إشعاع جاما جزئيًا بواسطة جدران الغلاف. الماء والرصاص.

وتتمثل المهمة الرئيسية للحماية الثانوية في تقليل إشعاع نظير النيتروجين المشع 16 ن، الذي يتشكل في المبرد الذي يمر عبر المفاعل. للحماية الثانوية، يتم استخدام حاويات المياه والخرسانة والرصاص والبولي ايثيلين.

كفاءة السفن مع محطات الطاقة النووية.

بالنسبة للسفن الحربية، تعد تكلفة البناء وتكاليف التشغيل أقل أهمية من مزايا نطاق الإبحار غير المحدود تقريبًا، وزيادة قوة السفن وسرعتها، والتركيب المدمج وتقليل عدد موظفي الصيانة. وقد أدت هذه المزايا التي تتمتع بها محطات الطاقة النووية إلى انتشار استخدامها في الغواصات. إن استخدام الطاقة الذرية في كاسحات الجليد له ما يبرره أيضًا.

دفعات السفينة

هناك أربعة أنواع رئيسية من دفع السفن: الدفع المائي النفاث، وعجلات المجداف، والمراوح (بما في ذلك تلك التي تحتوي على فوهة توجيه) ودفع الجناح.

الدفع النفاثة المائية.

إن نفاثات المياه هي في الأساس مجرد مكبس أو مضخة طرد مركزي تقوم بسحب المياه من خلال فتحة في مقدمة السفينة أو أسفلها وتطردها من خلال الفوهات الموجودة في مؤخرة السفينة. يتم تحديد الدفع الناتج (قوة الدفع) من خلال الاختلاف في مقادير حركة نفاثة الماء عند مخرج ومدخل المروحة. تم اقتراح نظام الدفع النفاث المائي لأول مرة وحصل على براءة اختراع من قبل توغود وهايز في إنجلترا في عام 1661. وفي وقت لاحق، اقترح الكثيرون إصدارات مختلفة من هذا المحرك، ولكن جميع التصاميم لم تنجح بسبب انخفاض الكفاءة. يتم استخدام الدفع النفاث المائي في بعض الحالات حيث يتم تعويض الكفاءة المنخفضة بمزايا في جوانب أخرى، على سبيل المثال للملاحة في الأنهار الضحلة أو المسدودة.

نواعير.

عجلة المجداف نفسها حالة بسيطة- هذه عجلة عريضة ذات شفرات مثبتة على طول محيطها. في التصميمات الأكثر تقدمًا، يمكن تدوير الشفرات بالنسبة للعجلة بحيث يتم إنشاء قوة الدفع المطلوبة بأقل قدر من الخسائر. يقع محور دوران العجلة فوق مستوى الماء، وجزء صغير منه فقط مغمور بالمياه، لذلك في أي لحظة فقط عدد قليل من الشفرات تخلق قوة دفع. بشكل عام، تزيد كفاءة عجلة المجداف مع زيادة القطر؛ قيم القطر 6 م أو أكثر ليست غير شائعة. سرعة دوران العجلة الكبيرة منخفضة. تتوافق السرعة المنخفضة مع قدرات المحركات البخارية الأولى؛ ومع ذلك، مع مرور الوقت، تحسنت السيارات، وزادت سرعاتها، وأصبحت السرعات المنخفضة للعجلات عقبة خطيرة. ونتيجة لذلك، أفسحت عجلات المجداف المجال للمراوح.

المراوح.

حتى أن قدماء المصريين استخدموا المسمار لتزويد المياه من نهر النيل. هناك أدلة على أنه في الصين في العصور الوسطى، تم استخدام المروحة اليدوية لدفع السفن. في أوروبا، تم اقتراح المروحة لأول مرة كنظام دفع للسفينة بواسطة ر. هوك (1680).

التصميم والخصائص.

تحتوي المروحة الحديثة عادةً على عدة شفرات بيضاوية تقريبًا متباعدة بالتساوي على المحور المركزي. يُطلق على سطح الشفرة المتجه للأمام باتجاه مقدمة الوعاء اسم الشفط، بينما يُسمى السطح المتجه للخلف بالتفريغ. سطح الشفط للشفرة محدب، وعادة ما يكون سطح التفريغ مسطحًا تقريبًا. في التين. يوضح الشكل 2 بشكل تخطيطي شفرة المروحة النموذجية. تسمى الحركة المحورية للسطح الحلزوني لكل ثورة الملعب ص; منتج الخطوة وعدد الثورات في الثانية pn- السرعة المحورية لشفرة دافعة ذات سماكة صفرية في وسط غير قابل للتشوه. اختلاف ( pn- الخامس 0) حيث الخامس 0 - السرعة المحورية الحقيقية للمسمار، تحدد مقياس قابلية التشوه للوسط، والذي يسمى الانزلاق. سلوك ( pn - الخامس 0)/pn- الانزلاق النسبي. هذه النسبة هي إحدى المعلمات الرئيسية للمروحة.

إن أهم معلمة تحدد خصائص أداء المروحة هي نسبة ميل المروحة إلى قطرها. التالي في الأهمية هو عدد الشفرات وعرضها وسمكها وشكلها وشكل الملف الشخصي ونسبة القرص (نسبة المساحة الإجمالية للشفرات إلى مساحة الدائرة المحيطة بها) ونسبة المحور القطر إلى قطر المروحة. تم تحديد نطاقات الاختلاف في هذه المعلمات التي توفر خصائص أداء جيدة بشكل تجريبي: نسبة خطوة (نسبة خطوة المروحة إلى قطرها) 0.6-1.5، نسبة عرض الشفرة الأقصى إلى قطر المروحة 0.20-0.50، نسبة سمك الشفرة الأقصى بالقرب من البطانات إلى القطر 0.04-0.05، نسبة قطر الجلبة إلى قطر المسمار 0.18-0.22. عادة ما يكون شكل الشفرة بيضاويًا، والشكل الجانبي انسيابي بسلاسة، ويشبه إلى حد كبير شكل جناح الطائرة. وتتراوح أحجام المراوح الحديثة من 20 سم إلى 6 م أو أكثر. يمكن أن تكون الطاقة التي تنتجها المروحة جزءًا من كيلووات، أو يمكن أن تتجاوز 40000 كيلووات؛ وعليه تتراوح سرعة الدوران من 2000 دورة في الدقيقة للبراغي الصغيرة إلى 60 دورة في الدقيقة للبراغي الكبيرة. تبلغ كفاءة المراوح الجيدة 0.60-0.75 اعتمادًا على نسبة درجة الصوت وعدد الشفرات والمعلمات الأخرى.

طلب.

يتم تجهيز السفن بمروحة واحدة أو اثنتين أو أربع مراوح، حسب حجم السفينة والطاقة المطلوبة. توفر المروحة الفردية كفاءة أعلى لأنه لا يوجد أي تداخل ويتم استرداد جزء من الطاقة المستهلكة في دفع السفينة بواسطة المروحة. يكون هذا الاسترداد أعلى إذا تم تثبيت المروحة في منتصف الصحن خلف عمود المؤخرة مباشرةً. يمكن تحقيق بعض الزيادة في قوة الدفع باستخدام الدفة المنفصلة، ​​حيث تنحرف الأجزاء العلوية والسفلية من الدفة قليلاً في اتجاهين متعاكسين (الموافق لدوران المروحة) من أجل استخدام المكون العرضي للسرعة النفاثة بعد المروحة لإنشاء عنصر إضافي من القوة في اتجاه حركة السفينة. يؤدي استخدام عدة مراوح إلى زيادة قدرة السفينة على المناورة والقدرة على الدوران دون استخدام الدفة، عندما تركز المراوح على اتجاهات مختلفة. كقاعدة عامة، يتم عكس الاتجاه (تغيير اتجاه عمل القوة الدافعة إلى الاتجاه المعاكس) عن طريق عكس دوران محركات المروحة، ولكن هناك أيضًا براغي خاصة قابلة للانعكاس تسمح لك بعكس الاتجاه دون تغيير الاتجاه دوران مهاوي. يتم تحقيق ذلك عن طريق تدوير الشفرات بالنسبة للمحور باستخدام آلية موجودة في المحور ويتم دفعها عبر عمود مجوف. تصنع المراوح من البرونز أو من الفولاذ أو الحديد الزهر. تعتبر سبائك البرونز المنغنيز هي السبيكة المفضلة لتطبيقات المياه المالحة حيث أنها قابلة للطحن بشكل كبير ولديها مقاومة جيدة للتجويف وهجوم المياه المالحة. لقد تم تصميم وإنشاء مراوح التكهف الفائق عالية السرعة، والتي يشغل فيها سطح الشفط بالكامل منطقة التجويف. عند السرعات المنخفضة، تتمتع هذه المراوح بكفاءة أقل قليلاً، ولكنها أكثر كفاءة بكثير من المراوح التقليدية عند السرعات العالية.

المسمار مع فوهة دليل.

المسمار ذو الفوهة - المسمار العادي المثبت في فوهة قصيرة - اخترعه المهندس الألماني L. Kort. الفوهة متصلة بشكل صارم بهيكل السفينة أو مصنوعة منها كقطعة واحدة.

مبدأ التشغيل.

تم إجراء عدد من المحاولات لتثبيت المسمار في الأنبوب لتحسين أدائه. في عام 1925، لخص كورت نتائج هذه الدراسات وقام بتحسين التصميم بشكل كبير: قام بتحويل الأنبوب إلى فوهة قصيرة، كان قطرها عند المدخل أكبر، وكان الشكل يتوافق مع الجنيح. وجد كورت أن هذا التصميم يوفر قوة دفع أكبر بكثير لقوة معينة مقارنة بالمراوح التقليدية، نظرًا لأن الطائرة التي يتم تسريعها بواسطة المروحة تكون ضيقة إلى حد أقل في وجود فوهة (الشكل 3). وبنفس معدلات التدفق، تكون السرعة خلف المسمار بفوهة ( الخامس 0 + ش ش). في هذا الصدد، يتم تثبيت المراوح ذات الفوهة في كثير من الأحيان على القاطرات وسفن الصيد والسفن المماثلة التي تسحب الأحمال الثقيلة بسرعة منخفضة. بالنسبة لمثل هذه السفن، يمكن أن يصل الكسب لكل وحدة من الطاقة الناتجة عن المروحة ذات الفوهة إلى 30-40%. في السفن عالية السرعة، لا تتمتع المروحة ذات الفوهة بأي ميزة، حيث يتم فقدان المكسب الصغير في الكفاءة بسبب زيادة السحب على الفوهة.

مراوح الجناح.

جهاز الدفع هذا عبارة عن قرص توجد عليه 6-8 شفرات على شكل الأشياء بأسمائها الحقيقية على طول المحيط المتعامد مع مستوى القرص. يتم تثبيت القرص بشكل متساوٍ مع الجزء السفلي من السفينة، ويتم إنزال شفرات المروحة فقط في التدفق. يدور القرص ذو الشفرات حول محوره، وبالإضافة إلى ذلك، تؤدي الشفرات حركة دورانية أو تذبذبية بالنسبة لمحورها الطولي. نتيجة للحركات الدورانية والتذبذبية للشفرات، يتم تسريع الماء في الاتجاه المطلوب، ويتم إنشاء توقف لحركة السفينة. يتمتع هذا النوع من الدفع بميزة على المروحة وعجلة المجداف، لأنه يمكن أن يخلق قوة دفع في أي اتجاه مرغوب: للأمام والخلف وحتى جانبيًا دون تغيير اتجاه دوران المحرك. لذلك، للتحكم في السفن ذات الدفع المجدافي، لا يلزم وجود دفة أو آليات أخرى. على الرغم من أن مراوح الريشة لا يمكنها أن تحل محل المراوح من حيث تعدد الاستخدامات، إلا أنها فعالة جدًا في بعض التطبيقات الخاصة.

الأدب:

أكيموف ر.ن. وإلخ. الدليل ميكانيكي السفينة . م، 1973-1974
سامسونوف ف. وإلخ. محركات الاحتراق الداخلي البحرية. م، 1981
Ovsyannikov M.K.، Petukhov V.A. محطات الديزل البحرية(SP.). ل.، 1986
أرتيوشكوف إل إس. وإلخ. دافعات السفينة. ل.، 1988
باتيريف أ.ن. وإلخ. المنشآت النووية المحمولة على متن السفن لدول أجنبية. سانت بطرسبرغ، 1994



المحركهو جهاز السفينة الذي، باستخدام عمل المحرك، يخلق قوة دفع في الماء - قوة قادرة على تحريك السفينة في اتجاه معين.

تنقسم دوافع السفن ذات المحرك الميكانيكي إلى مفصصو المياه النفاثة.

تشمل دافعات السفينة النصلية مراوح, دافعات الجناحو عجلات مجدافخلق قوة دفع عن طريق رمي نفاثة من الماء بشفراتها في الاتجاه المعاكس لحركة السفينة.

تعمل المحركات النفاثة المائية على توليد قوة دفع عن طريق التخلص من المياه المأخوذة بواسطة مضخة خاصة. نظرًا لأن كلا من الشفرات والدفعات النفاثة المائية تخلق قوة دافعة بسبب رد فعل كتل الماء التي يتم إرجاعها، فإنها تسمى رد الفعل. من بين محركات السفن، تعتبر المراوح هي الأكثر استخدامًا على نطاق واسع.

المسمار المروحة(الشكل 130) يحتوي على ثلاث إلى ست شفرات (عادةً أربعة أو خمسة)، مثبتة بشكل قطري على المحور.

تسمى أسطح الشفرات التي تواجه مقدمة السفينة بالشفط، بينما تسمى أسطح الشفرات التي تواجه المؤخرة بأسطح التفريغ.

اعتمادا على اتجاه دوران المولد للسطح الحلزوني، يتم تمييز مسامير الدوران اليمنى واليسرى. إذا كانت نظرة المراقب موجهة بشكل عمودي على قرص المروحة، فبالنسبة للمروحة التي تدور إلى اليمين، فإن الحافة اليمنى للشفرة، الموجودة عموديًا لأعلى، ستكون أبعد عن المراقب من الحافة اليسرى. للمروحة اليسرى -

أرز. 130. المروحة (أ) ومخطط تشغيلها (ب).

1 - المحور؛ 2 - بليد. 3 - هدية. V في - السرعة المحيطية للعنصر

شفرات. ν - سرعة الحركة الانتقالية للمروحة مع

بالسفينة؛ V هي السرعة الناتجة عن إضافة السرعات Vв و ν؛ α - الزاوية بين السرعة الناتجة الخامسووتر عنصر النصل (زاوية الهجوم)؛ R هي قوة الرفع الناشئة عن عنصر الشفرة؛ P - دفع المروحة (المكون الأفقي للقوة R)؛ T - المكون المحيطي للقوى المؤثرة على المروحة

تصنع المراوح من الفولاذ المقاوم للصدأ والبرونز والنحاس وسبائكها، بالإضافة إلى النايلون والنايلون والألياف الزجاجية (خاصة للسفن الصغيرة).

تتميز المروحة بالعناصر الهندسية التالية: القطر - يتم تحديده اعتمادًا على عمق الغمر المحتمل لمحور عمود المروحة (عادةً لا يتجاوز قطر المروحة 70٪ من غاطس السفينة عند تحميلها بالكامل)؛ أكبر البراغي يصل قطرها إلى 9-10 م؛ نسبة القرص - نسبة مساحة جميع شفرات المروحة إلى مساحة قرص المروحة؛ قد يكون أكثر من واحد، ولكن بالنسبة لمراوح سفن النقل البحري عادة ما يساوي 0.45-0.60؛ الملعب المروحة- ميل السطح الحلزوني الذي يشكل سطح التفريغ لشفرة المروحة.

على جانب الشفط من الشفرة، عندما تدور المروحة بسرعة، بسبب زيادة سرعة تدفق المياه القادمة، يتم إنشاء فراغ، ومع زيادة سرعة الدوران، يمكن أن ينخفض ​​الضغط كثيرًا حتى في الماء البارد تبدأ فقاعات الهواء بالتشكل (من المعروف أنه مع انخفاض الضغط تنخفض درجة غليان الماء).

أرز. 131. مخطط العمل الشكل. 132. مرفق الدفع

دليل عجلة القيادة

يسمى هذا غليان الماء البارد على جانب الشفط للشفرة التجويف. تعتبر المرحلة الأولية من التجويف خطيرة للغاية بالنسبة للمراوح، حيث أن فقاعات الهواء التي تنشأ عندما يغلي الماء، وتدخل منطقة الضغط العالي، تتكثف على الفور وتنتج صدمات هيدروليكية قوية على شفرة المروحة، مما يسبب التآكل (تنقر موضعي للسطح). في ظل هذه الظروف، تشغيل المروحة غير مقبول. ومع ذلك، مع زيادة سرعة دوران المروحة، تمتد منطقة التجويف إلى الشفرة بأكملها بل وتتجاوزها - تبدأ ما يسمى بالمرحلة الثانية من التجويف، والتي لا تشكل خطراً على قوة المروحة، ولكن يقلل إلى حد ما من كفاءته.

للتخلص من التجويف، قم بزيادة عرض (مساحة) الشفرات وغمر المروحة بشكل أعمق؛ بالإضافة إلى ذلك، يتم تصنيع المراوح بميل متغير (تقليلها باتجاه مؤخرة وأطراف الشفرة). عند تصميم مراوح عالية السرعة، إذا تم التخلص من التجويف بالكامل وفقًا لـ أسباب فنيةمن المستحيل، يتم إنشاء الظروف اللازمة للتجويف المتطور بالكامل (في المرحلة الثانية).

لزيادة كفاءة المراوح، يتم استخدام فوهات التوجيه والمرفقات الدافعة على الدفة.

يمكن أن تكون الفوهات التوجيهية ثابتة أو دوارة، وهي تُستخدم الآن ليس فقط على السفن الصغيرة وقاطرات القطر، حيث تكون فعالة بشكل خاص، ولكن أيضًا على سفن النقل الكبيرة. تخلق الفوهة، التي لها مقطع عرضي مماثل للجناح، دعمًا إضافيًا عندما يتحرك الماء، كما يمكن رؤيته من مخطط القوة الموضح في الشكل. 9.29. بالإضافة إلى ذلك، تعمل الفوهة على تحسين ظروف المروحة، مما يؤدي إلى زيادة سرعة تدفق المياه، وتقليل الخسائر النهائية من الماء المتدفق عبر حافة الشفرة، وبالتالي زيادة كفاءة المروحة (أعلى إلى 20-30٪). يؤدي استخدام فوهة التوجيه إلى زيادة السرعة بنسبة 2-4%.

من المزايا المهمة للفوهة معادلة مجال السرعة في قرص المروحة، مما يقلل الحمل على خط العمود.

مرفق الدفععلى عجلة القيادة (الشكل 132) ينظم تدفق المياه خلف المحور ويزيد من الكفاءة، وكذلك يحسن ظروف تشغيل عجلة القيادة.

المروحة التي يمكن التحكم فيها (CPP)لها شفرات تدور حول محورها الرأسي. ويمكن تركيبها في أي زاوية، مما يشكل الميل المطلوب لطريقة تشغيل معينة للسفينة. لا يسمح نظام CVS فقط بالاستخدام الأكثر فائدة لمحرك السفينة ظروف مختلفةالتشغيل، ولكن أيضًا الاحتفاظ به في مكانه دون إيقاف تشغيل المحرك، إذا كانت جميع الشفرات موجودة في مستوى قرص المروحة في الوضع المحايد المزعوم، أو الرجوع إلى الخلف (الرجوع) دون تغيير اتجاه دوران المحرك رمح المحرك. يعد الظرف الأخير مهمًا بشكل خاص عند استخدام المحركات الرئيسية غير القابلة للانعكاس (توربينات الغاز والبخار)، لأنه يجعل من الممكن تجنب التوربينات العكسية أو القوابض القابلة للعكس اللازمة في هذه الحالة.

تتكون المروحة الدوارة من محور، وشفرات دوارة، وآلية دوارة للشفرة موجودة في المحور، وآلية تغيير درجة الحرارة (PVM) في الطرف الخلفي للسفينة، ومحرك آلية دوارة للشفرة موجود في خط العمود.

يتم التحكم في MISH عن بعد من غرفة القيادة ومن أجنحة جسر الملاحة.

آلية دوران الشفرة(الشكل 133) يتكون من شريط تمرير وقضبان توصيل متصلة بأقراص الكرنك التي يتم تثبيت الشفرات عليها. تنتقل قوة تحويل الشفرات من خلال القضيب الموجود في عمود المروحة إلى شريط التمرير، ومنه عبر قضبان التوصيل إلى أقراص الكرنك، التي تدور الشفرات.

أرز. 133. مخطط المروحة للعمود المرفقي.

1 - شريط التمرير؛ 2 - قضيب التوصيل؛ 3 - قرص كرنك. 4 - قضيب؛ 5 - المكبس.

6 - منظم التخزين المؤقت. 7 - محرك التحكم. 8 - مضخة الزيت.

9 - محرك كهربائي. 10- خزان الزيت

تنتقل حركة القضيب، الذي يوجد المكبس في نهايته، عن طريق ضغط الزيت (يمكن توفيره تحت أحد الجانبين أو الجانب الآخر من المكبس، اعتمادًا على الاتجاه المطلوب للتغيير في درجة الصوت). يتم إنشاء ضغط زيت التشغيل بواسطة مضخة زيت عالية الضغط (2.0 ميجاباسكال أو 20 كجم قوة/سم2)، مدعومة بعمود المروحة أو محرك كهربائي خاص. يتم تغيير اتجاه إمداد الزيت بواسطة جهاز تخزين مؤقت، يتم توصيل محركه بمحطة التحكم في غرفة القيادة.

يسمح استخدام المروحة الدوارة، من خلال زيادة كفاءة المحرك في ظل ظروف التشغيل المختلفة، بتقليل استهلاك الوقود بنسبة 10-15% وزيادة متوسط ​​سرعة التشغيل بنسبة 2-3%. تعمل القدرة على التحول بسرعة من الأمام إلى الخلف على تحسين قدرة السفينة على المناورة وتقليل نفاذ الوقود أثناء الكبح في حالات الطوارئ بنحو 1.5 مرة، وبالتالي زيادة سلامة الملاحة. من المزايا المهمة للمروحة الدوارة أنه يمكن استبدال شفراتها القابلة للإزالة بسهولة دون إخراج السفينة من الخدمة.

تشمل عيوب المراوح الدوارة تعقيد التصميم والتكلفة الأعلى وكفاءة أقل قليلاً (1-3٪) من المراوح ذات الخطوة الثابتة بسبب القطر الأكبر للمحور الذي توجد فيه آلية الدوران. ومع ذلك، على الرغم من أوجه القصور هذه، تعد المروحة CV نوعًا واعدًا من الدفع ليس فقط للسفن التجارية والتقنية، ولكن أيضًا لسفن النقل الكبيرة: يتم تركيب المروحة CV بقطر 7.5 متر على ناقلات ذات سعة كبيرة، وقطر 6.8 متر على متن سفينة. حاملة ولاعة تعمل بالطاقة النووية، وسفينة توربينية غازية لنقل البضائع الجافة يبلغ قطرها 7.5 م، ويبلغ قطر أكبر مراوحها 9 م.

أرز. 134. دفع الريشة ومخطط تشغيلها

المروحة الجناح(الشكل 134) عبارة عن قرص مثبت على سطح مستوٍ مع الطلاء السفلي ويتم دفعه للدوران حول محور رأسي بواسطة محرك السفينة. على طول محيط القرص، بشكل عمودي عليه، هناك أربع إلى ثماني شفرات مغمورة في الماء، كل منها تدور مع القرص، وكذلك حول محورها. من خلال تثبيت محرك الأقراص بشكل مناسب للتحكم في دوران كل شفرة حول محورها، من الممكن إنشاء توقف في أي اتجاه مع الحفاظ على نفس اتجاه دوران القرص (انظر الرسم البياني في الشكل 134). لذلك، فإن السفن المجهزة بنظام دفع مجداف لا تحتوي على دفات. على الرغم من تعقيد التصنيع وانخفاض الكفاءة، لا غنى عن محركات الريشة في تلك السفن التي تتطلب قدرة عالية على المناورة بسرعات منخفضة (الرافعات العائمة، والقاطرات، وما إلى ذلك). يتم التحكم في دفع الجناح من غرفة القيادة ومن أجنحة جسر الملاحة.