La plupart des bateaux à moteur de course, de sport et d’entraînement sont équipés d’un arbre à hélice. Le but du mécanisme est de créer une certaine puissance en raison de l’énergie reçue du moteur. La force est dirigée vers la projection de pression persistante, ce qui permet de surmonter la résistance à l’eau au mouvement du navire.

Histoire de la création

La création de l’élément en question est attribuée à Archimède. En tant qu’hélice, Bernoulli proposa d’utiliser une vis de levage en 1752. Malgré cela, la reconnaissance de l’unité n’est pas venue immédiatement. Ce n’est qu’en 1836 que l’inventeur britannique F. Smith a raccourci la spirale «Archimédienne» à un tour.

La conception a été installée sur le navire avec un déplacement de 6 tonnes. Les essais ont été couronnés de succès. Smith a ensuite ouvert une entreprise qui construisait un navire déplaçant 240 tonnes. Le navire était équipé d’une paire de machines en marche (d’une capacité totale de 90 chevaux). La seule vis avait deux mètres de diamètre.

Caractéristiques de conception

Un arbre d’hélice est essentiellement un dispositif de propulsion à jet qui met l’accent sur les masses d’eau rejetées par les pales dans le sens opposé au mouvement des moyens de nage.

La conception du moyeu comprend un moyeu sur lequel sont disposées des pales de type hélice. Le compartiment de connexion est appelé la racine de la lame. La surface qui fait face au bateau est une aspiration, le dos est contraignant. Le point de contact des deux surfaces indiquées est le bord de la lame, passe le long de son contour. La partie qui regarde dans la direction du mouvement de la lame s’appelle le bord entrant, le contraire – le sortant. Les surfaces de l’hélice sont des éléments de configuration complexe.

Paramètres géométriques de base

Les caractéristiques géométriques de base des hélices de bateau sont les suivantes:

1. Le diamètre de l’élément (la taille du cercle décrit par les arêtes des pales les plus éloignées de l’axe de rotation).
2. Step (distance de l’avancée probable de l’appareil dans un écrou serré, pas dans l’eau).
3. Le nombre et la largeur des pales.
4. Le côté de la rotation.
5. Zone de l’hélice.
6. L’épaisseur et la configuration des pales.
7. Diamètre du moyeu

Les arbres d’hélice ont un pas différent dans différentes parties de la pale. Dans ce cas, l’indicateur principal est considéré comme le paramètre moyen, mesuré dans la zone où le rayon représente environ 0,7% de la taille totale. Le nombre de pales est de deux, trois ou quatre pièces. Il est important de noter que dans le sens de rotation des vis sont divisés en gauche et en droite.

Autres tailles

Les lames sont mesurées en largeur à partir des bords entrant et sortant au même rayon (le plus souvent au point où le paramètre est égal à 0,7 de la valeur totale). La caractéristique finale et le fonctionnement de l’arbre de transmission sont déterminés par le rapport du disque (surface de toutes les pales hélicoïdales par rapport à un plan perpendiculaire à l’axe de rotation).

Les sections des pales peuvent avoir une configuration circulaire, la forme d’une aile d’aviation ou un profil en forme de coin. Les dernières conceptions sont exploitées notamment sur les navires à grande vitesse et de course dotés de moteurs tournants. Afin de garantir la résistance requise des lames, la plus grande épaisseur est obtenue au niveau de la racine, en diminuant vers la fin jusqu’à ce qu’elle soit affûtée (de 0,2 à 0,05 mm). La taille du diamètre du moyeu est comprise entre 1,8 et 2,0 du diamètre de la vis.

Efficacité de l’arbre d’hélice

La vis, créant une emphase, ne convertit dans une direction utile qu’une partie de l’énergie reçue du moteur. Ceci est dû aux coûts inutiles de:

• tourbillonnement;
• force de friction;
• des virages créés sur les bords des pales, etc.

En conséquence, le paramètre de puissance sur l’arbre de transmission dépasse toujours le même indicateur donné pour le mouvement des moyens flottants. Le rendement de la vis par rapport à la puissance du moteur est le coefficient de performance (COP). Même avec les meilleurs éléments, ce paramètre ne dépasse pas 1/3 de la puissance du bloc d’alimentation.

Calcul de puissance

Le calcul correct lors du choix des relations optimales entre la puissance du moteur, la vitesse de l’hélice, les paramètres géométriques de l’élément et les caractéristiques de vitesse du navire influe principalement sur l’efficacité de l’hélice du bateau.

Le calcul de tels ratios est assez problématique. Cela est dû au fait que des facteurs subjectifs influencent les indicateurs. Parmi eux se trouvent:

• résistance à l’eau au mouvement d’un moyen de natation;
• caractéristiques de la coque du navire;
• la magnitude du débit circulant sur les pales.

La disposition ou la construction de bateaux à moteur pour le sport et la course, par des athlètes ou des équipes individuelles, est réalisée selon des calculs simplifiés. Cela est dû au fait qu’il est presque impossible de calculer indépendamment les ratios optimaux indiqués ci-dessus.

Chiffre d’affaires

Sur les bateaux de tourisme dont la vitesse ne dépasse pas 20 km / h, les hélices avec des vitesses allant de 600 à 1200 tours par minute donnent de bons résultats. En conséquence, plus la vitesse et la puissance des moyens de nage sont grandes, plus la vitesse des pales sera grande.

Les navires de sport de taille moyenne auront besoin d’un plus grand arbre porte-hélice. Avec une puissance de bateau de 30-75 CV jusqu’à 50 km / h, on considère que le nombre optimal d’hélices est de 2 000 à 3 000 tours par minute. Dans le même temps, la plage des nombres favorables de rotations décroît avec une diminution du mode vitesse et une augmentation des indices de puissance. Pour les véhicules nautiques de course à grande vitesse dont la vitesse excède 70 km / h, des arbres d’hélice avec des roulements avec une intensité de rotation de 4 000 à 5 000 tours par minute seront nécessaires.

Cavitation

Les hélices tournantes des bateaux de course et les bateaux les plus rapides fonctionnent dans des conditions spéciales. Ils se caractérisent par la présence d’eau bouillante sur l’aspiration avant des pales. Ce phénomène s’appelle la cavitation. Dans ce cas, le liquide se sépare de la surface de l’hélice, formant une sorte de vide mousseux (cavernes). Ils aggravent sensiblement le fonctionnement de la vis, détruisent souvent les pales et entraînent une usure érosive du joint d’arbre d’hélice. Pour minimiser les effets négatifs de la cavitation, des éléments en forme de coin sont utilisés.

Si nous supposons que la vis ne fonctionne pas dans l’eau, mais comme un boulon dans un écrou, il serait logique d’imaginer son mouvement d’un tour de vis par tour. En pratique, les caractéristiques du milieu liquide font leurs ajustements en fournissant moins de mouvement (démarche).

Matériel de production

Sur les bateaux sportifs à moteur et les bateaux de faible puissance, ainsi que les moteurs hors-bord, des vis d’arbre d’hélice en aluminium sont souvent montées. Dans ce cas, la section de racine de la lame est plus épaisse que celle des pièces en laiton. Les modifications de l’aluminium sont faciles à couler et à traiter.

Les vis en acier moulé des bateaux à moteur de ce type ne sont pas utilisées en raison de la complexité de leur fabrication. Des versions en acier soudé sont parfois utilisées, dont les moyeux sont forgés. Les éléments de la lame sont découpés en tôle d’acier, les bords sont affûtés, la pièce pliée selon des motifs particuliers. Les pièces résultantes sont soudées aux moyeux, puis traitées et vérifiées.

Pour établir les caractéristiques de la vis, vérifiez le pas des pales, éliminez le jeu de l’arbre de transmission et réconciliez d’autres paramètres. Une mesure de l’élément fabriqué est nécessaire. Ceci est fait comme suit:

1. La vis préparée est placée sur un même plan (feuille de contreplaqué ou planche à dessin) strictement horizontalement.
2. Le moyeu doit clairement coïncider avec le centre du cercle précédemment tracé sur la planche, qui a un diamètre d’environ 0,7 partie du même index complet de l’hélice.
3. À l’aide de carrés, mesurez la hauteur des bords situés strictement au-dessus du cercle tracé.
4. On y note deux points à partir desquels les distances indiquées ont été mesurées.
   

Vis à pas ajustable (VRS)

Sur les bateaux modernes équipés d’un moteur VRS, ils sont rarement utilisés, même s’il existe sans aucun doute des perspectives de distribution future. Cela est dû au fait que la possibilité de changer la position des pales vous permet d’avancer, de faire marche arrière ou d’arrêter sans avoir besoin de faire marche arrière. Dans ce cas, la transformation de la valeur de pas fournit des conditions de fonctionnement optimales pour la vis, en tenant compte de la magnitude de la charge, du mode de vitesse et d’autres facteurs.

La conception du SRS est assez simple:

• un mécanisme pour transmettre la force du volant de commande à l’unité de commande;
• hub;
• des lames;
• barre rotative;
• arbre creux.

La conception la plus simple peut être utilisée sur des véhicules de natation de taille moyenne avec des moteurs d’une capacité de 70 à 100 chevaux avec un seuil de vitesse allant jusqu’à 25-30 km / h.

Les SRS améliorés ont un entraînement hydraulique ou mécanique pour faire tourner les pales. Le mécanisme de la ligne d’arbre du navire est contrôlé par un moteur électrique ou par une prise de force de l’arbre. De tels modèles peuvent être utilisés sur tous les types de bateaux et bateaux, à l’exception des navires de course. Dans ce dernier cas, cela n’a aucun sens, car l’augmentation de la taille du moyeu réduit légèrement l’efficacité par rapport aux versions conventionnelles conçues pour un mode de vitesse maximale.

Avantages et inconvénients

L’entraînement par hélice fonctionne comme prévu uniquement avec une vitesse de rotation croissante ou continue. Dans les autres cas, il remplit la fonction de frein actif. Ce n’est pas particulièrement pratique, surtout dans les compétitions sportives. En théorie, le rendement de la vis est d’environ 75%. En fait, ce paramètre ne dépasse pas 35%. Pour information, dans la rame, un indicateur similaire atteint 60%.

Si vous comparez la roue à aubes et la vis, le dernier élément de l’utilité gagne à cause de sa compacité et de sa légèreté. Dans le même temps, le mécanisme de roue endommagé peut être facilement réparé et lorsque la vis est déformée, l’arbre de transmission doit être remplacé. Un autre inconvénient est le risque élevé pour la vie marine, ainsi que la vulnérabilité (par rapport aux autres migrants).

Dans le même temps, les éléments de roue garantissent un paramètre de traction supérieur à partir d’un endroit, ce qui convient aux remorqueurs. Mais avec une forte excitation, ils exposent rapidement les parties actives, ce qui contribue à l’immersion inégale des éléments (l’un est complètement dans l’eau et le second est inactif). Cette situation surcharge l’unité de traction. Cela rend la propulsion des roues inadaptée aux navires de haute mer. Auparavant, ils étaient utilisés uniquement en raison de l’absence d’alternative. L’installation de vis a un grand avantage dans la disposition des navires de guerre. Cela est dû au fait que le problème du placement des canons d’artillerie est résolu. La batterie peut être installée sur toute la surface de la carte. De plus, la cible est masquée pour l’ennemi, la vis est complètement sous l’eau.

En conclusion

Les plus grands arbres d’hélice à vis peuvent atteindre la hauteur d’une maison de trois étages et leur production nécessite un équipement spécial et des compétences pertinentes. Par exemple, lors de la construction de navires à vapeur du type Grande-Bretagne, il a fallu plus d’une semaine pour réaliser un blanc. La technologie moderne vous permet de le faire en quelques heures (sous réserve de l’utilisation d’un manipulateur robotique). La configuration de vis est entrée dans le programme informatique, après quoi l’outil en diamant situé à la fin du manipulateur prépare une copie en mousse idéale. Ensuite, le modèle fini est placé dans un mortier sable-ciment pour obtenir l’empreinte la plus précise. Lorsque le béton refroidit, les moitiés du moule sont jointes et du métal fondu y est versé.

L’hélice doit avoir un indice de résistance élevé pour supporter des pressions et des charges énormes, ainsi que pour résister aux processus de corrosion dans l’eau de mer. Les arbres d’aviron sont en bronze, laiton, alliages d’acier, kunial. Il n’y a pas si longtemps, les polymères lourds ont commencé à être utilisés à ces fins.