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机翼螺旋桨。 给建模者的建议
在现代化的海港里，你可以看到一幅乍一看很奇怪的画面：一艘船在水中移动……侧向。 如果水是清澈的，你可以看到船尾下面，那么如果你在船上没有发现舵，你会更加惊讶。 然而，尽管如此，该船仍可以自由操纵。 在你面前的只是一艘带有叶片螺旋桨的船只，取代了螺旋桨和舵。 叶片螺旋桨不像我们熟悉的其他螺旋桨——螺旋桨或明轮。 它的叶片有点让人想起垂直放置的桨。
叶片式螺旋桨（图 1）由多个垂直叶片组成，这些叶片以等距离分布在旋转盘的圆周上。 该圆盘安装在船底的圆孔中，与船板齐平。 只有推进叶片伸出船体之外，产生推力，所有用叶片驱动圆盘并将其与船体连接的辅助部件都在船体内部。 叶片螺旋桨的工作原理是什么？ 叶片式螺旋桨的叶片在圆盘旋转过程中同时做两个运动：它们与圆盘一起绕其轴线旋转，每个叶片又绕其垂直轴线旋转。 一个方向，然后另一个方向，没有转一整圈。 因此，当圆盘绕其轴线旋转时，每个螺旋桨叶片的前缘在旋转圆的一半中向外转动，在圆的后半圆中向内转动。 由于桨叶始终在水中运动，且刀刃始终向前，为了产生更大的推力和更大的流线型，因此将其制成航空翼的形式。 这就是为什么推动者被称为有翼的。 为了使叶片始终以相同的边缘向前移动，叶片驱动器的所有叶片都通过推力连接到一个点，即所谓的控制点 N。每个叶片始终垂直于连接点 N 和叶片轴线的线。 为了理解螺旋桨叶片的工作原理，给出下面的简化图就足够了（图2）。
当螺旋桨盘旋转时，叶片与盘圆周给定点的切线成一定角度进入水中，水会以力R压在其上，根据力的平行四边形规则，该力可分解为两个分力（图2，I）：P是从盘中心向外指向的叶片止动件的力，W是叶片的阻力。 螺旋桨抛出的水射流方向与停止力相反。 在点 III（图 2），将创建类似的位置，只是叶片的攻角为负，因此停止力将指向动子 O 的中心，并与第一个叶片的停止力相加，形成动子的完全停止，移动船舶并始终垂直于线段 ON。 在点（图 2、II 和 IV）处，叶片平面将平行于盘圆周的切线，并且不会产生停止力。 借助特殊装置，可以将控制点N设置在相对于驱动盘O中心的任意位置，从而改变动子抛出的水射流的方向，从而改变动子的停止。 如果将点 N 放在动子 O 中心上方（图 3、1），则所有叶片的平面将平行于在叶片轴线经过的点处绘制的圆盘圆周的切线。 在这种情况下，停止力为零，尽管驱动盘会旋转，但船不会移动。 通过将 N 点移动到中心 O 的左侧（图 3、II），我们可以使船舶向前移动，向右移动（图 3、IV）- 反向，以及将 N 点从动子中心向前移动，我们将使船尾移动到右侧（图 3、III）等。因此，带有叶片动子的船舶可以在没有舵的情况下向前和向后移动并改变其运动方向，如果在动子上放置两个动子船，那么它甚至可以横向移动。
仔细观察图3，您可以看到螺旋桨始终朝同一方向旋转，而船舶则朝不同方向移动。 利用原动机的这一特性，可以在船上安装更简单的发动机——不可逆，即不改变旋转方向。 与可逆发动机相比，这种发动机重量更轻，设计和维护更简单，并且比可逆发动机便宜得多。 然而，叶片式螺旋桨也有缺点，主要是难以将旋转从发动机传递到螺旋桨，因此大功率发动机（超过5000马力）不能与叶片式螺旋桨一起使用，这限制了使用这种螺旋桨的船舶的尺寸。 然而，带有叶片螺旋桨的船舶的主要特性——侧向移动、原地转向、快速改变方向的能力——使得此类船舶在“狭窄”区域（运河、河流和港口）航行时不可或缺。 叶片式螺旋桨成功应用于内河客船、港口起重机和拖轮； 正在对拖网渔船上使用叶片螺旋桨进行实验。 在船舶上，叶片螺旋桨安装在对于特定类型船舶最方便的位置。 在客船上，螺旋桨安装在船尾，拖船上安装在船尾或船头，港口起重机上安装在船体中部。 船首安装有螺旋桨的拖船可以作为桨式螺旋桨船舶的样本模型。 该拖船（其理论图见图4）长24,6 m，宽7,6 m
吃水深度为 3 m（螺旋桨叶片为 3,8 m），速度为 10,3 节（19,9 km / h），发动机功率为 552 kW（750 hp），转速为 320 rpm； 螺旋桨转数为每分钟65转，直径为3,66 m。
东德杂志《Modelbau und Basteln》10 年第 1960 期给出了螺旋桨模型的以下描述。 船体底部附有圆形壳体5（图1），其内部有带有上、下圆盘2的螺旋桨转子3。轴3穿过转子圆盘4，转子圆盘5上附有叶片6。管状螺旋桨轴7穿过转子的上圆盘，该螺旋桨轴1通过法兰从下方附接到圆盘。 然后，轴穿过附接到壳体8的图示盖9。在盖上方，将调节环10放置在轴上并压在轴上，将驱动皮带轮11放置在调节环上方并附接至轴。驱动皮带12放置在来自位于发动机13的轴6上的驱动皮带轮12的皮带轮上(图14)。 轴XNUMX的上端在附接到模型的甲板上的轴承XNUMX中旋转。
转向轴6穿过管状传动轴15，在转向轴9上，调节环8a置于滑轮16的顶部。 蜗轮17安装在转向轴的上端，由小型电动机16的蜗杆传动装置驱动。蜗轮被选择为使得蜗轮15以及与其一起的轴8可以达到10-6rpm。 然后，模型将能够在 8-15 秒后将路线从“全前进”更改为“全后退”。 带有销18的偏心轮19安装在转向轴20的下端上。通向转动叶片的曲柄21的杆4的端部放置在销上。 在叶片5的轴线22上安装有衬套XNUMX，曲柄固定在衬套XNUMX上。 通过偏心轮18的这种布置(图7)，模型将向前移动并沿指定方向转动。 要改变运动速度并停止船只，只能通过改变发动机的转数或停止它来实现。
这是因为OA的值（在这种情况下，从轴15到销19的距离）始终保持恒定。 不可能通过将点 N 移近中心 O 或移至正中心 O 来改变停止值，从而停止船舶的运动（图 3，I）。 该模型中的 ON 值取于驱动盘半径的 1/6 - 1/3,5 范围内。 偏心率较大或较小时，攻角会太大或太小，因此叶片将无法产生必要的停止力。 螺旋桨叶片由薄金属制成（图8），金属弯曲的前辊的厚度是叶片轴的两倍。
在该模型的描述中，没有给出有关叶片数量、尺寸和形状的建议，因此最好参考真实螺旋桨的计算。 为了模型简单起见，叶片数量最好取 4 个，因为对于实际推进器，叶片数量从 4 到 8 个不等。叶片的长度由螺旋桨盘直径的大小决定（大约为该直径的 0,7），叶片的宽度取其长度的 0,3 以内。 该宽度取自叶片的最上部，因为叶片的形状取为半椭圆形，其半轴等于叶片的长度和其最大宽度（根部宽度）的一半。 螺旋桨的句号 T 的值由公式表示： T=F*D2*n2, 其中：F为叶片总面积，D为螺旋桨转子直径，n为螺旋桨转数 由此可以看出，采用尽可能大的转子直径是最有利的，因为随着直径的增加，叶片的面积也增加。 例如，在图 4 所示的拖船上，螺旋桨转子的直径几乎是拖船宽度的一半。 在技术圈中，您将能够制作具有完全控制调节的动子模型，类似于真实动子中使用的模型。
在这种模型(图9)中，为了将指状件19移动到动子中心上方的位置(即，使得叶片没有止动件并且船停止)或者移动到极限和中心之间的某个中间位置(以改变叶片和止动件的攻角)，转向轴15也制成管状，并且调节轴23穿过其中，在调节轴24的上端安装有蜗轮25，蜗轮26由第二小电动机10驱动旋转。使用蠕虫23（图28）。 在调节轴19的下端安装有支架29，偏心销18在滑块15的帮助下在支架28中移动。偏心件23由复合材料制成。 转向轴18与支架29一起转动偏心轮，当调节轴19转动时，偏心轮28a开始转动，并沿着支架11移动带有销1的滑块4，将其设置到所需位置(图18、11-5)。 为了简化，偏心件XNUMX可以不制成复合材料，而是制成叉形件的形式(图XNUMX、XNUMX)。
由于指状物19也必须沿着杆20移动，所以这些杆被制成叉的形式(图12)。
带有叶片螺旋桨的船舶模型必须具有软件控制或无线电控制，否则将无法在运行中识别叶片螺旋桨的所有质量。 尝试在你的圈子里建造一个带有叶片螺旋桨的船只模型，并将你从中得到的结果写给编辑。 作者：N.Grigoriev
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