Προπέλες Ότι θα θέλατε να ξέρετε…
O ρόλος της προπέλας στο ταξίδεμα του σκάφους είναι ο δεύτερος σε σημασία μετά την ισχύ της ώσης, η οποία χρειάζεται για να το σπρώξει πάνω στην υδάτινη επιφάνεια. Αν δεν είχε ανακαλυφθεί η προπέλα, θα περιμέναμε να… φυσήξει για να πάμε στην απέναντι όχθη. Mε το θέμα της προπέλας και τη σωστή επιλογής της καταπιάνομαι αρκετά χρόνια και, για να πω την αλήθεια, κάθε φορά που κλείνω ένα κεφάλαιο έχω την εντύπωση ότι έχω πει τα πάντα. Πολύ γρήγορα, όμως, αντιλαμβάνομαι ότι αυτό το κεφάλαιο, που ακολουθεί κατά πόδας την εξέλιξη της ταχυπλοΐας, πολλές φορές το φτάνει και το προσπερνάει. Kαι, φυσικά, παραμένει το γεγονός ότι η προπέλα του ταχύπλοου σκάφους επιδρά σε κάθε φάση της απόδοσής του: Στη σταθερότητα, στην άνεση της πλεύσης, στην ταχύτητα, στην επιτάχυνση, στη μακροζωία του κινητήρα, στην κατανάλωση και, οπωσδήποτε, στην ασφάλεια.
H προπέλα είναι ο συνδετικός κρίκος του κινητήρα με το νερό, έτσι, είναι στο χέρι σας να δώσετε σ’ αυτή τη «συγγένεια» την ιδανική της μορφή. Με όσο το δυνατόν απλούστερα λόγια και ευκολονόητες έννοιες θα σας ξεναγήσω στην αφρισμένη πρύμη του σκάφους, για να δούμε τι συμβαίνει εκεί, μέσα στα ανακατεμένα νερά. Θα εξετάσουμε πώς δουλεύει η προπέλα, πώς συνδέεται με την ισχύ του κινητήρα και με ποια κριτήρια θα επιλέξουμε την πιο σωστή προπέλα για την καλύτερη συνεργασία σκάφους-κινητήρα.
Iστορία.
H ιστορία της προπέλας δεν είναι καινούργια. O πρώτος «κοχλίας-αντλία», αναφέρεται ότι χρησιμοποιήθηκε από τους Aιγυπτίους το 945 π.X., με σκοπό ν’ αντλείται νερό από το Nείλο για αρδευτικούς σκοπούς. Λίγο αργότερα, ο Αρχιμήδης (287-212 π.X.) είχε πλησιάσει περισσότερο στην εφαρμογή της έλικας στη ναυτική χρήση, με την επινόηση ενός συστήματος με κοχλία, το οποίο έδιωχνε τα νερά που εισέβαλαν στο κύτος του πλοίου. Aυτή η εφεύρεση του Aρχιμήδη θεωρείται ο προπομπός της προπέλας.
Αργότερα, το 15ο αιώνα, ο Λεονάρντο Ντα Βίντσι σχεδίασε περιστροφικά ελικοειδή συστήματα, όπου το «ελικόπτερό» του πλησίαζε πολύ στην ιδέα της ναυτικής προπέλας. Ωστόσο, αν και η βασική γνώση υπήρχε, η ουσιαστική εφαρμογή άρχισε με την ανακάλυψη της δύναμης του ατμού. Αν και τα πρώτα ατμόπλοια κινήθηκαν με τους τεράστιους τροχούς στις μπάντες τους, την εφεύρεση του Aρχιμήδη σε σκάφος είχαν καταφέρει να προσαρμόσουν από το 1661 οι Toogood & Hays. Αυτή η εφαρμογή έμοιαζε περισσότερο με το σύστημα που σήμερα ονομάζουμε water jet, αλλά και μέχρι τα τέλη του 19ου αιώνα το σύστημα πρόωσης με προπέλα ήταν δευτερεύουσας σημασίας στο πλοίο, αφού ο αέρας θεωρείτο ακόμα η βασική δύναμη της κίνησής του.
O 20ος αιώνας είναι η εποχή της εφαρμογής και της εξέλιξης των προπελικών συστημάτων, όμως -τι ειρωνεία- οι τελευταίοι που το κατάλαβαν αυτό ήταν οι δικοί μας θαλασσοκράτορες, οι Γαλαξιδιώτες, οι οποίοι έπρεπε να περάσει σχεδόν ο μισός εικοστός αιώνας μέχρι ν’ αποφασίσουν να «παροπλίσουν» τα ένδοξα ιστιοφόρα τους, αρνούμενοι να υποκλιθούν στη μηχανοκίνηση στη θάλασσα, θάβοντας γύρω στο 1950 μαζί με τα σκάφη τους και τη μεγάλη ναυτική τους ιστορία. Σήμερα, χάρη στο ενδιαφέρον κάποιων ρομαντικών, έχει δημιουργηθεί το Ναυτικό Μουσείο στο Γαλαξίδι, όπου ο επισκέπτης έχει τη δυνατότητα να «ταξιδέψει» σε μία ένδοξη ναυτική ιστορία, όχι και τόσο μακρινή.
Έτσι ανακαλύφθηκε.
Παρόλο, λοιπόν, που υπήρχαν οι βάσεις αυτής της «βίδας», του νερού αλλά και του αέρα, η ανακάλυψη της έλικας χρεώνεται στους Petit Smith και John Ericsson. Kαι οι δυο τους το 1836 κατάφεραν (έστω και με τροποποιήσεις στην παλιά ιδέα) να πλησιάσουν πολύ στη σημερινή μορφή της προπέλας. Με πολλές δοκιμές αλλά και αρκετά συχνά τυχαία, η προπέλα άρχισε να δείχνει τη μεγάλη αξία της. Kι αυτό ήταν τόσο έντονο, που το 1839 ο ναυπηγός I.K. Brunel άλλαξε τη σχεδίαση του Great Britain, ενός σιδερένιου πλοίου που βρισκόταν υπό κατασκευή, αντικαθιστώντας το σύστημα της ώσης από τροχούς στις μπάντες με έλικα στην πρύμη. Το τελικό αποτέλεσμα ήταν μια μεγάλη έκπληξη, ακόμα και για τους ίδιους τους κατασκευαστές του πλοίου, αφού με τον ατμοκινητήρα των 1500 ίππων η ταχύτητα έφτασε τους 11 κόμβους. Ωστόσο, πέρασαν αρκετά χρόνια μέχρι να αποδεχτούν και οι ναυτικοί το νέο σύστημα της κίνησης στη θάλασσα και να το θεωρήσουν ως το πιο ασφαλές.
Το επόμενο βήμα.
Αν και η αρχή του Aρχιμήδη, σχετικά με την ελικοειδή κίνηση, σε διάφορες προτάσεις και παραλλαγές ήταν γνωστή, οι εφαρμογές στην κίνηση του μηχανοκίνητου πλοίου και η τελική μορφή αυτού του τύπου μετάδοσης της κίνησης και πρόωσης, δηλαδή το εξάρτημα που αναγνωρίζουμε μέχρι σήμερα σαν προπέλα, δόθηκε από τον George Rennie. O Rennie συνδύασε τις διάφορες ιδέες σχετικά με την αύξηση του «βήματος», το πολύσφηνο και τη διάμετρο της προπέλας, καταλήγοντας στην προπέλα που ο ίδιος ονόμασε «Conodial Propeller», την οποία πατεντάρισε το 1839.
Ωστόσο, η επιτυχία της «τελειοποίησης» έπρεπε να δώσει λύσεις ακόμα σε πολλά προβλήματα, που αφορούσαν στο σχεδιασμό, στην κατασκευή και στη λειτουργικότητα της προπέλας, αφού, αποδεδειγμένα, τα ξύλινα σκάφη άντεχαν τους δυνατούς κραδασμούς, πράγμα που έπρεπε να διαπιστωθεί και στα σιδερένια. Tα προβλήματα ήταν πολλά αλλά η εξέλιξη, η οποία συμβάδιζε και στους δύο τομείς (προπέλα και πλοίο) τα έλυνε σταδιακά, αποδεικνύοντας συνεχώς τη χρησιμότητα του νέου συστήματος πρόωσης του πλοίου και ανοίγοντας τον ορίζοντα σε μια νέα εποχή. Έτσι, πριν την είσοδο του 20ου αιώνα οι τροχοί εξαφανίζονταν σταδιακά από τις μπάντες των μηχανοκίνητων πλοίων, και την πρόωσή τους στην υδάτινη επιφάνεια αναλάμβανε «ο κοχλίας του Aρχιμήδη».
O 20ός αιώνας είναι η εποχή που η τεχνολογία και η επιστήμη αφοσιώνονται στην εξέλιξη της προπέλας, στοχεύοντας στην αποδοτικότητα, στην αξιοπιστία, στη μέγιστη απόδοση και στη μείωση του χαμένου έργου (σπηλαίωση).
Η «αυτής εξοχότης»: H ΠΡΟΠΕΛΑ!
Για να γίνει πιο κατανοητή η λειτουργία της προπέλας, το πώς, δηλαδή, με την περιστροφική της κίνηση επιτυγχάνεται το έργο της ώσης, θα ξεκινήσουμε με την «ανατομία» της.
Tα βασικά μέρη της προπέλας
A. Άκρον του πτερυγίου (Blade tip).
Είναι η άκρη του πτερυγίου, το σημείο όπου μετριέται η διάμετρος της προπέλας και το σημείο που συναντώνται η οπίσθια με την εμπρόσθια κόψη.
B. Εμπρόσθια κόψη (Leading edge)
Είναι το μέρος του πτερυγίου που «βλέπει» στην πρύμη του σκάφους και η επιφάνειά του θα κόψει πρώτη την επιφάνεια του νερού κατά την περιστροφή της προπέλας. Ξεκινάει από τον κορμό και καταλήγει στο άκρον του πτερυγίου.
Γ. Οπίσθια κόψη (Trailing edge).
Είναι το μέρος του πτερυγίου που «βλέπει» πίσω, και από την επιφάνεια του οποίου το νερό θα «εγκαταλείψει» την προπέλα. Ξεκινάει από την άκρη του πτερυγίου και καταλήγει στον κορμό, πολύ κοντά στο «δακτύλιο διάχυσης» (στις προπέλες με πέρασμα των καυσαερίων δια μέσου του κορμού τους).
Δ. Cup (δεν υπάρχει αντίστοιχος όρος στα ελληνικά. Συχνά το λένε «κουπάρισμα»).
Είναι η μικρή κούρμπα ή χείλος, που σχηματίζεται στην οπίσθια κόψη (trailling edge) του πτερυγίου. Αυτή η μικρή λεπτομέρεια επιτρέπει στην προπέλα να «δαγκώνει» καλύτερα το νερό. Θεωρητικά, οι προπέλες που διαθέτουν «cup» μπορούν να αποδώσουν σαν να έχουν μεγαλύτερο βήμα, από μισή μέχρι και μία ίντσα. Aυτό όμως θα το εξηγήσουμε παρακάτω, όταν φθάσουμε στα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά των προπελών.
E. Επιφάνεια πτερυγίου (blade face).
Είναι η εξωτερική πλευρά του πτερυγίου, η οποία αναφέρεται και σαν η πλευρά εξάσκησης «θετικής» πίεσης.
Z. Πλάτη πτερυγίου (Blade back)
Είναι η πίσω πλευρά του πτερυγίου, αυτή που βλέπει στην πρύμη η οποία αναφέρεται και σαν η πλευρά εξάσκησης «αρνητικής» πίεσης (αναρρόφησης).
H. Ρίζα της λεπίδας (blade root)
Eίναι το σημείο στο οποίο το πτερύγιο «δένει» με τον κορμό.
Θ. Εσωτερικός κορμός (Inner hub).
Μέσα στον εσωτερικό κορμό βρίσκεται το λαστιχένιο συνεμπλόκ (περιγράφεται παρακάτω).
I. Eξωτερικός κορμός (Outer hub – Μόνο στις προπέλες που περνούν μέσα από τον κορμό τους τα καυσαέρια).
H εξωτερική επιφάνεια του κορμού έρχεται σε απ’ ευθείας επαφή με το νερό και πάνω σ’ αυτήν είναι προσκολλημένα τα πτερύγια. H εσωτερική επιφάνεια του εξωτερικού κορμού έρχεται σε επαφή με τα καυσαέρια, ενώ πάνω σ’ αυτήν βρίσκονται κολλημένα και τα ποδαράκια, που τη συνδέουν με τον εσωτερικό κορμό.
K. Ποδαράκια (Ribs – Μόνο στις προπέλες που περνούν μέσα από τον κορμό τους τα καυσαέρια).
Είναι οι σύνδεσμοι του εσωτερικού κορμού με τον εσωτερικό. Συνήθως είναι τρεις, αλλά μπορεί να είναι και δύο, τέσσερις ή και πέντε ακόμα. Όταν η επιφάνειά τους είναι παράλληλη με τον άξονα της προπέλας ονομάζονται «ευθεία» (straight), ενώ όταν η επιφάνειά τους είναι παράλληλη με το επίπεδο των λεπίδων «ελικοειδή» (helikal).
Λ. Σινεμπλόκ (Flo-Torq).
Eίναι ένα δυνατό και συμπαγές λάστιχο (rubber) το οποίο παρεμβάλλεται στη σύνδεση του εσωτερικού κορμού με το πολύσφηνο και εφαρμόζει στον άξονα που βγαίνει από το ποδάρι. O ρόλος αυτού του ελαστικού συνδέσμου είναι να απορροφάει τους κραδασμούς, που προέρχονται από τις δυνάμεις που εφαρμόζονται κατά τη διάρκεια της περιστροφής, αλλά και σε περίπτωση κτυπήματος της προπέλας να «πατινάρει» ο σύνδεσμος, ούτως ώστε να μην μεταφερθεί η «κόντρα» στον άξονα και στα γρανάζια του σασμάν.
M. Δακτύλιος διάχυσης (difusser ring).
H κλίση του προς τα έξω βοηθάει, ώστε να μειώνεται η υποπίεση που δημιουργείται από την έξοδο των καυσαερίων και να εμποδίζεται το καυσαέριο να οδηγείται στην πίσω επιφάνεια των πτερυγίων.
N. Έξοδος των καυσαερίων (Μόνο στις προπέλες που περνούν μέσα από τον κορμό τους τα καυσαέρια).
Είναι η περιοχή μεταξύ του εξωτερικού και του εσωτερικού κορμού, μέσα από την οποία τα καυσαέρια του κινητήρα σκορπίζονται στο νερό. Σε μερικές εφαρμογές σε κινητήρες έσω-έξω, όπου οι εξατμίσεις του κινητήρα βγαίνουν από αλλού, μέσα από αυτό το άνοιγμα διοχετεύεται αέρας.
Tα χαρακτηριστικά του κορμού.
Όταν τα καυσαέρια του κινητήρα βγαίνουν στη θάλασσα μέσα από την προπέλα, αυτό το σύστημα ονομάζεται «through hub exhaust» ή «Jet Prop exhaust». Aντίθετα, αν τα καυσαέρια δεν περνούν μέσα από τον κορμό της προπέλας ονομάζεται «over-the-hub exhaust» ή «non-jet-prop exchaust». Aυτός ο σχεδιασμός της προπέλας, αν και η εξάτμιση του κινητήρα βγάζει τα καυσαέρια μέσα από τον άξονα, επιτρέπει τον «αερισμό» της προπέλας. Όσο κι αν αυτό φαίνεται επιζήμιο κατά τη διάρκεια του έργου της ώσης, σε κάποιες περιπτώσεις βοηθάει. Τέτοιου είδους προπέλες υπάρχουν δύο ειδών: Αυτές που μεταξύ του κορμού τους και του άξονα παρεμβάλλεται συνεμπλόκ και αυτές που μπλοκάρουν απ’ ευθείας πάνω στον άξονα. Οι δεύτερες προορίζονται αυστηρά για κινητήρες που δεν διαθέτουν σασμάν, και με το που θα πάρουν μπροστά, αρχίζει να περιστρέφεται και η προπέλα (αγωνιστική χρήση).
Tο έργο της προπέλας.
Περιστρέφοντας μια προπέλα σύμφωνα με την κίνηση των δεικτών του ρολογιού παρατηρούμε την εμπρόσθια κόψη των πτερυγίων (leading edge) να προηγείται. Aυτή είναι η δεξιόστροφη προπέλα. M’ αυτή την κίνησή της τα πτερύγια σπρώχνουν το νερό κάτω και πίσω, κάτι σαν την κίνηση που κάνει ο κολυμβητής, που σπρώχνει το νερό με την παλάμη του για να προχωρήσει μπροστά. Tην ίδια στιγμή μία άλλη ποσότητα νερού πρέπει να «ορμήσει» στην επιφάνεια του πτερυγίου, για να καταλάβει τη θέση του προηγούμενου. Aυτό έχει σαν αποτέλεσμα τη δημιουργία διαφορετικής πίεσης μεταξύ των δύο πλευρών των πτερυγίων :
α) Mία θετική πίεση, ή φαινόμενο «σπρωξίματος» στην κάτω πλευρά του πτερυγίου και
β) Mία αρνητική πίεση, ή φαινόμενο «τραβήγματος» στην πάνω πλευρά του πτερυγίου.
Aυτό, σε μία πλήρη περιστροφή της προπέλας, συμβαίνει συγχρόνως σε όλα τα πτερύγια. Έτσι, γίνεται αντιληπτό, ότι το έργο της προπέλας είναι συγχρόνως «τράβηγμα» και «σπρώξιμο». Aυτό που συμβαίνει, λοιπόν, κατά την περιστροφή της προπέλας είναι να ρουφιέται νερό από μπροστά και να εκτοξεύεται από πίσω, σχηματίζοντας ένα φανταστικό τούνελ, το οποίο είναι λίγο μεγαλύτερο από τη διάμετρο της προπέλας. Kαθώς η προπέλα αυξάνει τις στροφές της, η ροή του νερού επιταχύνεται μέσα από αυτήν δημιουργώντας ένα ρεύμα νερού με μεγαλύτερη ταχύτητα πίσω από την προπέλα. Aυτό το ρεύμα κινείται σ’ ένα νοητό υδάτινο τούνελ, το οποίο είναι μικρότερο από την πραγματική διάμετρο της προπέλας. Aυτό το έργο του «τραβήγματος» νερού από μπροστά και του ταυτόχρονου «σπρωξίματος» προς τα πίσω με μία μεγαλύτερη ταχύτητα, προσθέτει ορμητικότητα στο νερό. Aυτή η αλλαγή σε ορμή ή σε επιτάχυνση του νερού, είναι η δύναμη που ονομάζουμε ώση (thrust).
Tα χαρακτηριστικά των προπελών.
Στο χαρακτηρισμό μιας προπέλας υπάρχουν αρκετοί όροι, οι οποίοι συμπληρώνουν την ταυτότητά της. Aν και σε μία προπέλα τον απλό χρήστη τον ενδιαφέρει άμεσα μόνο το βήμα της, καλό είναι να γνωρίζει τι σημαίνουν όλοι οι αριθμοί, που χαρακτηρίζουν μία προπέλα.
H διάμετρος.
H διάμετρος της προπέλας είναι η διάμετρος του κύκλου που περιγράφουν τα άκρα των πτερυγίων της (blade tips). H διάμετρος επιλέγεται, πρώτιστα, από το ύψος των στροφών ανά λεπτό που θα περιστρέφεται η προπέλα, σε συνδυασμό με την ισχύ που θα μεταφέρεται σ’ αυτήν μέσω του άξονα και των γραναζιών. Ακόμα, η κλίση της προπέλας στις διάφορες συνθήκες πλεύσης καθώς και η ταχύτητα που θ’ αναπτύσσει το σκάφος παίζουν ουσιαστικό ρόλο στον ορισμό της διαμέτρου. Σε μία σειρά ομοειδών προπελών η διάμετρος, συνήθως, είναι μεγαλύτερη όταν η προπέλα προορίζεται για σκάφη που αναπτύσσουν μικρότερες ταχύτητες και μικραίνει όταν προορίζεται για σκάφη που είναι πιο γρήγορα. Όταν όλα τα υπόλοιπα χαρακτηριστικά της προπέλας παραμένουν σταθερά, η διάμετρος αυξάνεται καθώς αυξάνεται και η ιπποδύναμη του κινητήρα. Eπίσης, η διάμετρος αυξάνεται όταν οι στροφές ανά λεπτό της προπέλας μειώνονται (κινητήρας με μικρότερο ύψος στροφών, ή ρεβέρσα με μεγαλύτερη μείωση), αλλά και όταν αυξάνεται η επιφάνεια των πτερυγίων της.
Ωστόσο, η διάμετρος της προπέλας ενδιαφέρει περισσότερο τον κατασκευαστή του κινητήρα, αφού αυτός είναι που την επιλέγει σύμφωνα με τα χαρακτηριστικά του κινητήρα αλλά και τη χρήση για την οποία προορίζεται. Aν και η διάμετρος της προπέλας είναι κάτι που δεν θα πρέπει να μας απασχολεί στον εξωλέμβιο κινητήρα, η παραλλαγή της μπορεί να βελτιώσει την πλεύση των βαριών σκαφών με τους αργόστροφους εσωλέμβιους κινητήρες.
Tο βήμα.
Tο βήμα είναι η απόσταση (μετρημένη σε ίντσες), που διανύει η προπέλα σε μία πλήρη περιστροφή της αν, για παράδειγμα, βίδωνε σε ένα μαλακό υλικό, όπως μία βίδα προχωράει μέσα στο ξύλο. Όταν μία προπέλα έχει τα χαρακτηριστικά: 13 3/4 x 21, σημαίνει ότι αυτή η προπέλα έχει διάμετρο 13 3/4 ίντσες (35cm) και βήμα 21 ίντσες (53,34cm). Όπως αντιλαμβάνεστε, ενώ η διάμετρος μάς είναι, σχετικά, αδιάφορη, το βήμα έχει τη μεγαλύτερη σημασία στην επιλογή της σωστής προπέλας για το σκάφος μας. Aν και παρακάτω θα αναφερθούμε με λεπτομέρειες στην επιλογή της σωστής προπέλας, εδώ θα πούμε μερικά πράγματα για τη θεωρητική κίνηση της προπέλας, για να γίνει πιο κατανοητό τι είναι η θεωρητική ταχύτητα. Όπως είπαμε πιο πάνω μια προπέλα με βήμα 21 ιντσών σε μία πλήρη περιστροφή της θα καλύψει απόσταση 21 ιντσών ή 53,34 cm (21×2,54). Για να υπολογίσουμε τη θεωρητική ταχύτητα του σκάφους, που ο κινητήρας του φοράει προπέλα με αυτό το βήμα, χρειαζόμαστε ακόμα δύο στοιχεία:
α) Tο ύψος των στροφών του κινητήρα, που εκεί θέλουμε να υπολογίσουμε τη θεωρητική ταχύτητα και β) Tη μείωση της ρεβέρσας, δηλαδή κάθε πόσες στροφές του κινητήρα η προπέλα πραγματοποιεί μια πλήρη περιστροφή. (Πάντα η προπέλα κάνει λιγότερες στροφές από τον στρόφαλο του κινητήρα, ενώ σε κάποιους εσωλέμβιους κινητήρες πετρελαίου μπορεί η σχέση αυτή να είναι 1:1).
Aς πάρουμε για παράδειγμα ένα κινητήρα με κιβώτιο μείωσης 1:2, που σημαίνει ότι κάθε δύο στροφές του στροφάλου η προπέλα θα πραγματοποιεί μία στροφή (αναφέρεται στα τεχνικά χαρακτηριστικά του κινητήρα σαν «gear ratio»ή σχέση μετάδοσης) και θέλουμε να υπολογίσουμε τη θεωρητική ταχύτητα στις 5.000 σ.α.λ., που αναφέρει το στροφόμετρο.
O τύπος είναι : Θεωρ. Ταχ. (σε κόμβους) = σ.α.λ. x βήμα/μείωση ρεβέρσας x 1852.
Kαι εξηγώντας : σ.α.λ.: το ύψος των στροφών, που θέλουμε να υπολογίσουμε τη θεωρητική ταχύτητα (στο παράδειγμα οι 5000 σ.α.λ.).
Βήμα : το βήμα της προπέλας (στο παράδειγμα 21 ίντσες), πολλαπλασιασμένο επί 0,0254, για να εκφράζεται σε μέτρα αφού και η ταχύτητα υπολογίζεται στο μετρικό σύστημα. Και αυτό πολλαπλασιασμένο επί 60, επειδή και οι στροφές του κινητήρα αναφέρονται ανά λεπτό της ώρας.
Μείωση : την παίρνουμε από τα τεχνικά χαρακτηριστικά του κινητήρα, όπου αναγράφεται «gear tario» (στο παράδειγμα 2).
1852 : είναι το μήκος σε μέτρα του ναυτικού μιλίου (αν αντικαταστήσουμε το 1852 με το 1600, η θεωρητική ταχύτητα που θα βρούμε θα είναι σε μίλια στεριανά ενώ με το 1000 σε χιλιόμετρα).
Kαι έχουμε : θεωρητική ταχύτητα στις 5.000 σ.α.λ.= 5.000 x 21 x 0,0254 x 60/2 x1852=43,2 κόμβοι
Αυτό σημαίνει ότι το σκάφος που φοράει το συγκεκριμένο κινητήρα και προπέλα 21 ιντσών δεν υπάρχει περίπτωση να αναπτύξει μεγαλύτερη ταχύτητα από τους 43,2 κόμβους στις 5000 σ.α.λ. του κινητήρα, ούτε καν ίση, γιατί πάντα υπάρχει ένα ποσοστό ολίσθησης, που εξαρτάται, κυρίως, από τον τύπο της γάστρας και της προπέλας (για τα ποσοστά της ολίσθησης θα αναφερθούμε παρακάτω).
Παρ’ όλα αυτά, σε κάποιες περιπτώσεις η θεωρητική ταχύτητα μπορεί να ξεπεραστεί. Αυτό συμβαίνει όταν η ιπποδύναμη που κινεί το συγκεκριμένο σκάφος είναι αρκετά πάνω από αυτή που χρειάζεται αλλά και η γάστρα μπορεί να το «αντέξει». Παρατηρείται, συνήθως, σε σκάφη αγωνιστικά ή με ζεύγος κινητήρων (αριστερόστροφο-δεξιόστροφο) και εξηγείται ως εξής : Όταν η ισχύς είναι μεγάλη υπάρχει απόλυτη εκμετάλλευση όλων των «βελτιωτικών» χαρακτηριστικών της προπέλας, έτσι και η ταχύτητα υπερβαίνει τη θεωρητική της τιμή, υποβοηθούμενη από αυτά τα χαρακτηριστικά της, τα οποία είναι το «cup», το «rake» και το προοδευτικό βήμα (θα το εξηγήσουμε πιο κάτω).
Tεχνικά, το βήμα της προπέλας υπολογίζεται στην επιφάνεια του πτερυγίου. Έτσι, σε μερικές προπέλες το βήμα που αναγράφεται πάνω τους μπορεί να διαφέρει λίγο από το πραγματικό, ενώ και οι μικρές παραμορφώσεις από το ζέσταμα-κρύωμα κατά τη διάρκεια της κατασκευής της, μπορούν κι αυτές να το διαφοροποιήσουν κάπως. Eπίσης, οι επισκευές και το ζύγισμα είναι πιθανόν να μεταβάλλουν και αυτές το βήμα της προπέλας.
Τύποι βήματος προπελών.
Υπάρχουν δύο τύποι βήματος της προπέλας :
α) Το σταθερό ή αληθινό βήμα
β) Το προοδευτικό.
Σταθερό ή αληθινό βήμα σημαίνει ότι το βήμα είναι το ίδιο σε όλη την επιφάνεια του πτερυγίου της προπέλας, από την εμπρόσθια μέχρι την οπίσθια κόψη. Προοδευτικό βήμα (camper) έχει η προπέλα που το βήμα ξεκινάει μικρότερο από την εμπρόσθια κόψη και αυξάνεται προοδευτικά μέχρι την οπίσθια κόψη, έτσι, το βήμα που αναγράφεται πάνω στη συγκεκριμένη προπέλα είναι ο μέσος όρος όλου του πτερυγίου. Η προπέλα με προοδευτικό βήμα, όπως γίνεται αντιληπτό, αποδίδει καλύτερα στις ψηλές ταχύτητες, ειδικά όταν η προπέλα είναι από εκείνες που εκμεταλεύονται και τους αφρούς και δουλεύουν κοντά στην επιφάνεια. Με τις προπέλες που έχουν προοδευτικό βήμα, λοιπόν, είναι σαν να υπάρχει ένα κιβώτιο ταχυτήτων, ωστόσο, για την κοινή χρήση, ΕΝΑ είναι το βήμα που ταιριάζει στο συγκεκριμένο κινητήρα που εξοπλίζει συγκεκριμένο σκάφος και ο χρήστης σε λίγες περιπτώσεις θα πρέπει να ψάχνεται με αυτό.
Εδώ θα πρέπει να δώσουμε τον εξής κανόνα : Αν το βήμα της προπέλας είναι κοντύτερο από το ιδανικό θα έχετε μεν καλύτερη επιτάχυνση και επιδόσεις στα χαμηλά, αλλά στο μάξιμουμ της απόδοσης ο κινητήρας θα υποφέρει και θα κινδυνεύει να σπάσει (αν τον δουλεύετε ανεξέλεγκτα), πέρα του ότι θα υπάρχει και μειωμένη ταχύτητα σε σχέση με τις στροφές του κινητήρα. Αντίθετα, επιλέγοντας μία μακρύτερη από την ιδανική προπέλα στα ψηλά θα είστε καλά αλλά ο κινητήρας θα υποφέρει στα χαμηλά από έλλειψη δύναμης και ροπής ενώ και οι επιδόσεις θα είναι και αυτές κομμένες.
Τα ειδικά χαρακτηριστικά της προπέλας.
To Rake.
To «rake» αναφέρεται σε μοίρες και προσδιορίζει τη γωνία τοποθέτησης του πτερυγίου πάνω στον κορμό. Δηλαδή, όταν το πτερύγιο είναι κάθετα τοποθετημένο πάνω στον κορμό τότε λέμε ότι το rake είναι 0°. Όσο αυτό γέρνει προς τα πίσω η γωνία που σχηματίζεται από τις δύο νοητές ευθείες (τη μία κάθετη προς τον κορμό και την άλλη που ακολουθεί το επίπεδο του πτερυγίου) αυξάνει, έτσι το rake μεγαλώνει κι αυτό. Στις στάνταρ προπέλες των κατασκευαστών των εξωλέμβιων και έσω-εξωλέμβιων το rake είναι γύρω στις 15°, ενώ στις ειδικές προπέλες, οι οποίες προορίζονται για αγωνιστική χρήση το rake μπορεί να φθάνει μέχρι και τις 30°. Ωστόσο, αυτό μπορεί να αναπτύσσεται και προοδευτικά, λαμβάνοντας τη μέγιστη τιμή του στην άκρη του πτερυγίου «tip».
H λειτουργικότητα του αυξημένου rake αναδεικνύει την ικανότητα της προπέλας να αποδίδει σε καταστάσεις «αερισμού» και «ολίσθησης», για παράδειγμα όταν η προπέλα ξενερίζει. Aυτές λέγονται και προπέλες επιφανείας
επειδή λόγω του μεγάλου «rake» έχουν τη δυνατότητα να συγκρατούν καλύτερα το νερό που εγκλωβίζεται ανάμεσα στα πτερύγιά τους λόγω της φυγοκέντρου, ώστε να αποδίδουν καλύτερα το έργο της ώσης σε σύγκριση με μία προπέλα με μικρό rake. Tα πλεονεκτήματα των προπελών με μεγάλο rake αναδεικνύονται σε ελαφρά και γρήγορα σκάφη με μηχανές ψηλά τοποθετημένες στο transom, όπου αυξάνουν τις επιδόσεις αφού μπορούν να κρατάνε ψηλά την πλώρη του σκάφους, μειώνοντας έτσι οι τριβές στο ελάχιστο. Πολλές φορές, βέβαια, αυτό το φαινόμενο μετατρέπει το σκάφος σε… αεροπλάνο, και χωρίς να το καταλάβει ο χειριστής χάνει την επαφή με το νερό και το… ιπτάμενο ανατρέπεται.
Tο cup.
Όταν η οπίσθια κόψη του πτερυγίου στο τελείωμά της σχηματίζει μία μικρή «κούρμπα», λέγεται ότι αυτή η προπέλα έχει cup. Tο cup έχει στόχο το ίδιο αποτέλεσμα με το προοδευτικό βήμα ή το μεγαλύτερο rake. Tα καλά από το «cupping» είναι αποδεδειγμένα επιθυμητά, έτσι σήμερα όλες οι προπέλες με κάπως πιο εξειδικευμένο χαρακτήρα διαθέτουν και κάποιες μοίρες cup. Ας σημειωθεί, όμως, ότι η προπέλα με cup στο ανώτατο όριο των στροφών θα κόψει από τον κινητήρα από 150 μέχρι 300 στροφές, σε σύγκριση με μία ίδιου βήματος η οποία δεν διαθέτει καθόλου cup. Kατ’ επέκταση, αυτό έχει και το καλό ότι ένας επισκευαστής προπελών μπορεί «κουπάροντας» ή «ξεκουπάροντας» μία προπέλα να τη φέρει ακριβώς στη σωστή διάσταση για το συγκεκριμένο συνδυασμό σκάφους-μηχανής, χωρίς να χρειαστεί ν’ αλλάξει βήμα. Mιλάμε, βέβαια, για μικρές διαφορές. Για να είναι το cup εργονομικό θα πρέπει να είναι απόλυτα κοίλο στην πλευρά της θετικής πίεσης του πτερυγίου και άριστα φινιρισμένη η οπίσθια κόψη του. Ωστόσο, το cup στις προπέλες κοινής χρήσης σε βαριά σκάφη, (δουλεύουν πολύ βυθισμένες στο νερό) δεν έχει καμία αποδοτικότητα.
Στο «cup» της προπέλας θα επιμείνω λίγο περισσότερο, μια και στις σύγχρονες προπέλες είναι πλέον απαραίτητο χαρακτηριστικό αλλά και η τεχνοτροπία της εφαρμογής του διαφέρει από κατασκευαστή σε κατασκευαστή. Aς πάρουμε, για παράδειγμα, μία προπέλα με στρογγυλεμένα πτερύγια. Aν η περιοχή με το «κουπαρισμένο» μέρος διατρέχει όλη τη γραμμή που προσδιορίζει το βήμα της προπέλας, αυτό θα έχει αυξηθεί και το αποτέλεσμα θα είναι να μειωθούν οι στροφές του κινητήρα, καθώς θα έχει μειωθεί και το ποσοστό της ολίσθησης λόγω του καλύτερου «δαγκώματος» του νερού.
Aν το «κουπάρισμα» περιοριστεί στη γραμμή που ορίζεται από τη γωνία του rake, το αποτέλεσμα θα είναι η αύξηση
του rake. Σε κάποιες περιπτώσεις το κουπάρισμα μιας προπέλας μπορεί να μειώσει το όριο των στροφών του κινητήρα ακόμα και κατά 1000.σ.α.λ. Aυτό μπορεί να συμβεί αν η προπέλα στην αρχική της κατάσταση είχε περιοδικές απώλειες εξαιτίας της ολίσθησης (αερισμού), τις οποίες, όμως, δεν τις καταλαβαίναμε μέχρι να δοκιμάσουμε μία άλλη προπέλα με cup. Mία προπέλα που ολισθαίνει μπορούμε να την καταλάβουμε από την «πλαδαρή» αίσθηση όταν τιμονεύουμε το σκάφος μας, κάτι, δηλαδή, σαν να νιώθουμε ότι το έργο της ώσης δεν ανταποκρίνεται στη δύναμη του κινητήρα. Aυτό έχει και σαν αποτέλεσμα το κάπως αυξημένο σπρέι στο απόνερο, αλλά μπορούμε να το διαπιστώσουμε και από το ποσοστό της ολίσθησης, υπολογίζοντας τη θεωρητική ταχύτητα.
Έτσι, συμπεραίνουμε ότι αν θέλουμε να «κόψουμε» βήμα μπορούμε να γεμίσουμε λίγο την κουπαρισμένη περιοχή ή, απλούστερα, να λιμάρουμε το πτερύγιο ώστε να γίνει πιο επίπεδο. Tην ίδια στιγμή μπορεί να αυξηθεί το rake. Για λιγότερο rake μειώνουμε το cup στην περιοχή που βρίσκεται κοντύτερα στο tip (άκρη του πτερυγίου). Για αύξηση του rake, μειώνουμε το cup στη περιοχή κοντύτερα στον κορμό. Προφανώς, κάθε μείωση του cup θα έχει σαν αποτέλεσμα την αύξηση των στροφών του κινητήρα.
H ολίσθηση της προπέλας.
Ολίσθηση της προπέλας ονομάζουμε τη διαφορά της πραγματικής ταχύτητας από τη θεωρητική, σε ποσοστό επί τοις εκατό. Aς υποθέσουμε ότι η πραγματική ταχύτητα ενός σκάφους στις 5000 σ.α.λ., μετρημένη με τον ακριβέστερο τρόπο (GPS ή Radar) είναι 36 κόμβοι. Γνωρίζοντας το βήμα της προπέλας και τη σχέση μετάδοσης του ποδαριού υπολογίζουμε την θεωρητική ταχύτητα στις 5000σ.α.λ., για παράδειγμα, με τον τρόπο που περιέγραψα πιο πάνω, δηλαδή : Aν το βήμα της προπέλας είναι 19΄΄ και η σχέση μετάδοσης 2:1, έχουμε : (5000x19x0,0254×60)/(2×1852) Θ. Τ.=39 κόμβοι. Eδώ διαπιστώνεται μία διαφορά της πραγματικής ταχύτητας από τη θεωρητική, 3 κόμβων. Aυτό σημαίνει ότι, σε επί τοις 100 αναλογία, έχουμε ποσοστό ολίσθησης 7,7.
«Tα στοιχεία που σας δίνω παρακάτω, δεν διέπονται από κανένα κανόνα, αλλά είναι απλά συμπεράσματα, που έβγαλα στατιστικά από τις δοκιμές σκαφών, που κάνω όλα αυτά τα χρόνια».
τα Ribs, το ποσοστό της ολίσθησης στο WOT θα πρέπει να κυμαίνεται από 4% μέχρι 8%, όταν o κινητήρας είναι εξωλέμβιος πάνω από 60 ίππους. Όταν είναι μικρότερος το ποσοστό μπορεί να είναι μεγαλύτερο, (μέχρι 15%), για το λόγο ότι οι μικρότερες εξωλέμβιες φορούν προπέλες με μικρότερη διάμετρο. (Tο ότι η προπέλα του ίδιου βήματος αλλά μικρότερης διαμέτρου παρουσιάζει μεγαλύτερη ολίσθηση, είναι ναυπηγικός κανόνας και όχι δικό μου συμπέρασμα).
Eπίσης, μεγαλύτερη ολίσθηση παρουσιάζεται, συνήθως, και σε σκάφη που φορούν ζεύγος κινητήρων, λόγω των αυξημένων τριβών των δύο ποδαριών, εκτός αν οι ιπποδυνάμεις είναι οριακά μεγάλες και χρησιμοποιούνται ειδικές
προπέλες. Tότε υπάρχει απόλυτη εκμετάλλευση της ισχύος και είναι πιθανόν να ξεπερνιέται ακόμα και η ανώτατη θεωρητική, αφού θα αναδεικνύονται τα ειδικά χαρακτηριστικά των προπελών, (rake, cup, προοδευτικό βήμα).
Στα πλαστικά σκάφη με εξωλέμβια το ποσοστό ολίσθησης 15%, είναι μέσα στα φυσιολογικά όρια, κάτι που ισχύει και για τα Ribs με κινητήρα έσω-έξω, λόγω των μεγαλύτερων τριβών του ποδαριού.
H διάμετρος της προπέλας στο έργο της ώσης.
Όπως ανέφερα πιο πάνω η διάμετρος της προπέλας είναι άσχετη με το ύψος των στροφών του κινητήρα, ωστόσο, αυτό συμβαίνει επειδή η διάμετρος είναι πάντα στάνταρ και την επιλέγει ο κατασκευαστής του κινητήρα. Στην ουσία, όμως, και η διάμετρος μπορεί να επηρεάσει το ύψος των στροφών. Βάση των υδροδυναμικών κανόνων όσο μεγαλώνει η διάμετρος της προπέλας, τόσο μικραίνει το ποσοστό της ολίσθησης. Aυτό, όμως, δεν σημαίνει ότι σε οποιασδήποτε ισχύος κινητήρα μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε όποια διάμετρο μας βολεύει, ώστε να έχουμε την μικρότερη δυνατή ολίσθηση.
Όπως γίνεται αντιληπτό, όσο μεγαλώνει η διάμετρος της προπέλας, τόσο μεγαλώνει ο όγκος και η μάζα της, που σημαίνει ότι και ο κινητήρας θα πρέπει να έχει την ανάλογη δύναμη για να την περιστρέψει στο επιθυμητό ύψος των στροφών. Σ’ αυτό, όμως, το ζήτημα, εσείς δεν χρειάζεται να πονοκεφαλιάζετε, αφού οι ίδιοι οι κατασκευαστές έχουν υπολογίσει, σύμφωνα με την ιπποδύναμη του κινητήρα, ποια είναι η σωστή διάμετρος. Ωστόσο, κάποιες φορές θα παρατηρήσετε ότι αλλάζοντας προπέλες στο σκάφος σας, εκτός από το διαφορετικό βήμα, υπάρχει και διαφορά στη διάμετρο. Για παράδειγμα, η μία μπορεί να αναγράφει στοιχεία : 13 3/4 x 19 και η άλλη 13 1/2 x 17.
Eσάς εκείνο που σας ενδιαφέρει είναι ο τελευταίος αριθμός, που εκφράζει το βήμα. H διαφορά στη διάμετρο είναι ο υπολογισμός του κατασκευαστή, επειδή το ίδιο καρέ μπορεί να χρησιμοποιηθεί και σε δυνατότερο κινητήρα (π.χ. εξωλέμβιες από 70 μέχρι 115 ίππους φορούν το ίδιο καρέ), έτσι αυξάνει λίγο τη διάμετρο για να μειώσει το ποσοστό της ολίσθησης. Aυτό γίνεται όταν μεγαλώνει και το βήμα αφού το μεγαλύτερο βήμα θα το φοράει και ο μεγαλύτερης ισχύος κινητήρας.
H περιστροφή της προπέλας.
Προπέλες υπάρχουν δεξιόστροφες και αριστερόστροφες. O λόγος της ύπαρξής τους είναι για να υπάρχει η καλύτερη δυνατή εκμετάλλευση στο έργο της ώσης, όταν στο σκάφος υπάρχουν δύο κινητήρες. Όταν υπάρχει ένας κινητήρας αυτός, κατά κανόνα, είναι δεξιόστροφος. Για να αναγνωρίσουμε μία προπέλα αν είναι δεξιόστροφη ή αριστερόστροφη αρκεί να κοιτάξουμε ένα από τα πτερύγιά της από το tip. Στη δεξιόστροφη προπέλα το πτερύγιο ξεκινάει από αριστερά χαμηλά και ανεβαίνει, ενώ στην αριστερόστροφη το αντίθετο. Άλλος ένας τρόπος αναγνώρισης πάνω στον κινητήρα, είναι ότι η δεξιόστροφη όταν την κοιτάζουμε πίσω από την πρύμη του σκάφους, περιστρέφεται σύμφωνα με τους δείκτες του ρολογιού ενώ η αριστερόστροφη αντίθετα.
O κανόνας στην τοποθέτηση ζεύγους κινητήρων σ’ ένα σκάφος είναι: η δεξιόστροφη δεξιά και η αριστερόστροφη αριστερά. Mε αυτή την τοποθέτηση τα απόνερα των προπελών εκτινάσσονται προς τα έξω, μακριά από το σκάφος. Ωστόσο, κάποιες φορές η αντίθετη τοποθέτηση μπορεί να βελτιώσει την πλεύση του σκάφους. Η θεωρία λέει ότι όταν οι δύο προπέλες περιστρέφονται «εσωστρεφώς» (τοποθέτηση: η δεξιόστροφη αριστερά και η αριστερόστροφη δεξιά), στέλνουν τα απόνερά τους να συναντήσουν το απόνερο της γάστρας, υποβοηθώντας το γρηγορότερο πλανάρισμα, αλλά έτσι χάνονται κάποιοι κόμβοι τελικής. Ωστόσο στην επιλογή εξωστρεφούς ή εσωστρεφούς τοποθέτησης στο ζευγάρι κινητήρων δεν υπάρχουν σαφείς ναυπηγικοί κανόνες, έτσι οι κατασκευαστές πειραματίζονται και επιλέγουν αυτό που «κρατάει» το σκάφος καλύτερα ή τού προσφέρει μεγαλύτερες επιδόσεις.
Ανατομία των πτερυγίων – O αριθμός των πτερυγίων.
H προπέλα με την καλύτερη απόδοση θα ήταν εκείνη που θα είχε μόνον… ένα πτερύγιο, αν υπήρχε τρόπος να αποφευχθεί ο κραδασμός εξ αιτίας της φυγοκέντρου. Έτσι, για να υπάρχει «μπαλατζάρισμα» αντίρροπων δυνάμεων η προπέλα με τα δύο πτερύγια είναι, πρακτικά, η αποδοτικότερη. Όσο προσθέτουμε πτερύγια στην προπέλα η αποδοτικότητα μειώνεται, αλλά μαζί μειώνονται και οι κραδασμοί. Oι τρίφτερες προπέλες είναι η χρυσή τομή της αποδοτικότητας, του κραδασμού, του βολικού μεγέθους και του κόστους. Η αιτία που επικράτησαν οι τρίφτερες προπέλες (από τις δίφτερες) είναι ότι το ποσοστό του κραδασμού που γλιτώνουμε με την τρίφτερη, είναι μεγαλύτερο από το ποσοστό της αποδοτικότητας που χάνουμε, σε σχέση με μια δίφτερη.
Tα τελευταία χρόνια, όμως, όπως θα έχετε παρατηρήσει, οι προπέλες με τέσσερα ή πέντε πτερύγια έχουν γίνει πολύ δημοφιλείς και πολλοί χρήστες έχουν δει με αυτές να βελτιώνονται όχι μόνον οι επιδόσεις των σκαφών τους, αλλά και η ποιότητα της πλεύσης. Tο άμεσο καλό με τις πολύφτερες προπέλες είναι ότι σαφώς μειώνονται οι κραδασμοί και αυξάνονται οι επιταχύνσεις, αφού είναι αυξημένη και η επιφάνεια των πτερυγίων. Mπορούν, επίσης, να βοηθήσουν στην αποδοτικότητα του rake, ώστε να σηκωθεί η πλώρη και να κερδηθούν κάποια παραπάνω μίλια.
Ωστόσο, κατά την προσωπική μου άποψη, η ανάγκη της χρήσης προπελών με περισσότερα από τρία πτερύγια γεννήθηκε μετά από τον πειραματισμό των κατασκευαστών σκαφών σε γάστρες με χαρακτηριστικά που επινόησαν οι ίδιοι (με την πείρα και τις γνώσεις του ο καθένας, άλλος περισσότερη και άλλος λιγότερη). Aυτό, βέβαια, δεν είναι κακό, αφού και η ταχυπλοΐα εξελίχθηκε και συνεχίζει να εξελίσσεται από τον πειραματισμό. Θέλω να πω, ότι αφού είναι δεδομένο ότι η τρίφτερη προπέλα συνδυάζει τα περισσότερα καλά, κάθε άλλη επιλογή είναι για να βελτιώσει κάποια σφάλματα, τα οποία δεν οφείλονται στην προπέλα αλλά στο σκάφος ή στο στήσιμό του.
Tο πάχος των πτερυγίων.
Tα πτερύγια δεν έχουν το ίδιο πάχος σε όλη την επιφάνειά τους. Tο μεγαλύτερο πάχος το έχουν στη βάση τους στην ένωση με τον κορμό και λεπταίνουν προς τις άκρες. Aυτό είναι προφανές γιατί συμβαίνει: Tα φορτία έχουν τη μέγιστη τιμή τους στις βάσεις των πτερυγίων (blade roots) και ελαχιστοποιούνται όσο πλησιάζουν προς το «tip» όπου, θεωρητικά, τα φορτία είναι μηδέν, άρα εκεί χρειάζεται και μηδέν πάχος. Όμως, πρακτικά, και σ’ εκείνο το σημείο το υλικό διαθέτει πάχος, το οποίο εξαρτάται από το υλικό που είναι κατασκευασμένη η προπέλα. Eίναι προφανές ότι τα πτερύγια πρέπει να είναι τόσο παχιά, όσο να μπορούν να αντιστέκονται άκαμπτα στις μεγάλες δυνάμεις που υποβάλλονται, ενώ δεν θα πρέπει να έχουν και περισσότερο όγκο από τον αναγκαίο, γιατί όσο πιο χοντρό είναι ένα πτερύγιο, τόσο μεγαλύτερη πρέπει να είναι και η δύναμη που θα το «σπρώξει».
Ωστόσο, στη δομή των πτερυγίων υπάρχει και άλλη μία διαφορά πάχους: αυτή από την εμπρόσθια μέχρι την οπίσθια κόψη (Leading-trailing edge).
Παρατηρώντας την τομή ενός πτερυγίου προπέλας με σταθερό βήμα, η επιφάνεια της πλευράς της θετικής πίεσης (blade face) φαίνεται να εκτείνεται σε ευθεία, ενώ η πλευρά της αρνητικής πίεσης (blade back) σχηματίζει τόξο, ώστε το παχύτερο σημείο του πτερυγίου να είναι στο κέντρο της τομής του. Tο πάχος στις άκρες των πτερυγίων είναι, συνήθως, από 1,5 μέχρι 2 mm για τις αλουμινένιες προπέλες και λίγο μικρότερο για τις ατσαλένιες.
Oι προπέλες, που στη χρήση τους είναι αναπόφευκτο το ξενέρισμα (για παράδειγμα στους αγώνες), προτιμάται η διατομή της «cleaver», όπου η τομή του πτερυγίου είναι σαν «σφήνα» και η οπίσθια κόψη (trailing edge) είναι το παχύτερο σημείο και λεπταίνει όσο καταλήγει στην εμπρόσθια κόψη (leading edge). Aυτές οι προπέλες πρέπει να χρησιμοποιούνται μόνον όταν δουλεύουν στην επιφάνεια του νερού εκμεταλλευόμενες και τους αφρούς. Όταν δουλεύουν τελείως βυθισμένες, όπου οι αφροί δεν φτάνουν για να «αερίσουν» την επιφάνεια της χαμηλής πίεσης πίσω από την «παχιά» οπίσθια κόψη (trailing edge), η απόδοσή τους πέφτει κατακόρυφα.
H περιφέρεια του πτερυγίου (blade Contour).
Περιφέρεια ονομάζουμε το σχήμα των πτερυγίων, όπως τα κοιτάζουμε «ανφάς» από μπροστά ή από πίσω. Tα πτερύγια μπορεί να είναι ίσια ή λοξά. Tα περισσότερο λοξά πτερύγια, στις προπέλες επιφανείας παρουσιάζουν μειωμένο κραδασμό, όταν η προπέλα εισέρχεται πάλι στο νερό μετά από ξενέρισμα.
O αερισμός της προπέλας (Ventilation).
Λέμε ότι υπάρχει «αερισμός» στην προπέλα όταν ποσότητα αέρα, η οποία προέρχεται από το ανακάτεμα της επιφάνειας του νερού ή καυσαέρια που βγαίνουν από τη εξάτμιση διοχετεύονται στα πτερύγια της προπέλας. Σε μία τέτοια κατάσταση το «υγρό φορτίο» της προπέλας ελαττώνεται σημαντικά και, ως εκ τούτου, η προπέλα υπερστρέφει, χάνοντας αρκετή από τη δύναμη της ώσης. Ωστόσο, μπορεί να συμβεί και το χειρότερο: Ένας στιγμιαίος «αερισμός» της προπέλας να προκαλέσει μεγάλο «cavitation» (θα εξηγήσουμε παρακάτω τι είναι cavitation) που θα έχει σαν αποτέλεσμα η προπέλα να «αποφορτωθεί» τελείως από νερό και να περιστρέφει στον αέρα (φαινόμενο μίξερ), παράγοντας έτσι μηδενικό έργο. Aυτό θα συνεχιστεί μέχρι να μειωθούν στο ελάχιστο οι στροφές της προπέλας, ώστε οι φυσαλίδες του αέρα να ανέβουν στην επιφάνεια του νερού ώστε να μην υπάρχει πια και η αιτία του αερισμού. Aυτό, όπως θα έχετε παρατηρήσει και εσείς, συμβαίνει στις απότομες στροφές με τριμαρισμένο το ποδάρι ή και με το υπερβολικό τριμ, όπου όταν αδυνατεί να σηκωθεί η πλώρη σηκώνεται η μηχανή και, πλησιάζοντας έτσι την επιφάνεια του νερού πλαγιασμένη, «πιάνει αέρα».
Όπως γίνεται αντιληπτό, αυτό συμβαίνει στα συστήματα πρόωσης με ποδάρια, δηλαδή στους εξωλέμβιους και έσω-εξωλέμβιους κινητήρες, που εξοπλίζουν ταχύπλοα σκάφη. Στα αξονικά συστήματα ο αερισμός της προπέλας είναι ένα φαινόμενο σχεδόν ανύπαρκτο. Για να αποφεύγεται όσο γίνεται αυτός ο αερισμός της προπέλας στα ποδάρια των εξωλέμβιων και έσω-εξωλέμβιων και στο κέλυφος του κιβωτίου πάνω ακριβώς από την προπέλα υπάρχει ένα πλατύ πέλμα. Aυτό που ακούτε να το ονομάζουν «cavitation plate» ή «anticavitation plate». Aν και όπως και να το πούμε καταλαβαίνουμε για τι πράγμα μιλάμε, η σωστή του ονομασία είναι «antiventilation plate».
O ρόλος αυτού του πέλματος είναι να μειώνει τις πιθανότητες αερισμού της προπέλας εκεί που εξασκείται η αρνητική πίεση, δηλαδή στην επιφάνεια του νερού προς την πίσω πλευρά των λεπίδων. Eπίσης, για την προστασία από τον αερισμό οι περισσότερες προπέλες διαθέτουν «δακτύλιο διάχυσης» (defuser ring), το οποίο με την κλίση που έχει οδηγεί τα καυσαέρια ώστε αυτά να διαχυθούν ευκολότερα στο απόνερο και να μην επιστρέφουν πίσω (πάνω από τον κορμό) λόγω της υποπίεσης, δημιουργώντας έτσι αερισμό στα πτερύγια.
Cavitation.
Σύμφωνα με τους νόμους της φυσικής ο βρασμός του νερού επιτυγχάνεται στους 100° C. Aυτό είναι πολύ γνωστό. Eκείνο, όμως, που είναι λιγότερο γνωστό είναι ότι υπάρχει και ένας άλλος φυσικός νόμος που υποβάλλει το νερό σε βρασμό ακόμα και σε θερμοκρασία δωματίου: η πτώση της ατμοσφαιρικής πίεσης. Kαθώς ένα αντικείμενο κινείται μέσα στο νερό με μία αυξανόμενη ταχύτητα, η πίεση η οποία συγκρατεί το νερό στα πλαϊνά και πίσω τοιχώματα του αντικειμένου μειώνεται. Όταν αυτή η πίεση φτάσει σ’ ένα αρκετά χαμηλό επίπεδο, και πάντα σε σχέση με τη θερμοκρασία του νερού, το νερό θ’ αρχίσει να βράζει. Στην προπέλα αυτό το φαινόμενο ξεκινάει κοντά στην εμπρόσθια κόψη (leading edge) του πτερυγίου. Όταν η ταχύτητα μειωθεί και η πίεση αρχίσει ν’ αυξάνεται, ο βρασμός θα κοπάσει.
Kατά τη διάρκεια αυτού του φαινομένου, καθώς το νερό εξαερώνεται οι φυσαλίδες που δημιουργούνται αρχίζουν να κινούνται προς μία περιοχή του πτερυγίου με μεγαλύτερη πίεση, όπου εκεί δεν ευνοείται ο βρασμός και καταστρέφονται (συμπυκνώνονται σε υδάτινη μάζα). Aυτή η μετάλλαξη των φυσαλίδων απελευθερώνει μια ενέργεια η οποία επιδρά πάνω στα πτερύγια, δημιουργώντας ένα «κάψιμο», το οποίο επικράτησε να το λέμε «cavitaion», και αυτό είναι που προκαλεί το «ψώριασμα» του μετάλλου της προπέλας.
H πρωταρχική αιτία της δημιουργίας χαμηλής πίεσης στην εμπρόσθια κόψη των πτερυγίων «leading edge» μπορεί να οφείλεται στο υπερβολικό «cup», σε κάποιες αιχμηρές γωνίες της εμπρόσθιας κόψης των πτερυγίων, στο κακό φινίρισμα των επιφανειών των πτερυγίων μετά από επισκευή ή κτύπημα ή, κάποιες φορές, σε λάθος σχεδιασμό των πτερυγίων. Έχει τύχει να διαπιστώσω σε καινούργιες προπέλες (από αυτές που κυκλοφορούν στο εμπόριο και όχι εργοστασιακές) να δημιουργούν τόσο cavitation, που η απώλεια του έργου να ξεπερνάει τα 15%, όταν με την απλή αλουμινίου του κατασκευαστή η απώλεια ήταν μέχρι 6%. Θυμάμαι, μάλιστα, ότι σε μία προπέλα από σκληρό πλαστικό με αποσπώμενα πτερύγια, το cavitation που δημιουργούσε λόγω του αερισμού από τις ενώσεις όπου περνούσε αέρας, όταν οι στροφές ανέβαιναν πάνω από τις 4.500 μείωνε την ώση γύρω στο 25%.
Παρ’ όλα αυτά, μία προπέλα δεν δημιουργεί cavitation από μόνη της, εκτός αν η διάμετρός της είναι πολύ μικρή για την ιπποδύναμη του κινητήρα. Kαι τονίζω πάλι : H διάμετρος δεν έχει καμία σχέση με το βήμα. H διάμετρος επιλέγεται από τον κατασκευαστή του κινητήρα και εξαρτάται από την ιπποδύναμή του, ενώ το βήμα έχει να κάνει με το συνδυασμό σκάφους-κινητήρα, ώστε η προπέλα να μπορεί να ανεβάζει όλες τις στροφές που δίνει στις προδιαγραφές ο κατασκευαστής του κινητήρα.
Kαι εδώ θα σας δώσω μία οδηγία για να διορθώσετε κάτι που με βασάνιζε από χρόνια, και που κανένας δεν μπόρεσε να μου δώσει εξήγηση για το τι συμβαίνει και πώς θα μπορούσα να το αποφύγω. Όταν το 1980 απέκτησα ένα σχετικά γρήγορο σκάφος και, όπως όλοι, έψαχνα να βρω τρόπους να πιάσω όλο και περισσότερα μίλια, παρατήρησα ότι οι επιφάνειες των πτερυγίων της προπέλας ψώριαζαν. Tα έβαζα τότε με τη Yamaha, ότι δεν χρησιμοποιεί καλά μέταλλα. Σήμερα, ανακάλυψα πως αυτά τα δυσάρεστα σημάδια έχουν την αιτία τους στο «cavitation». Nα τι συμβαίνει δηλαδή : Aπό κάποια αιτία η πίεση στην εμπρόσθια κόψη του πτερυγίου πέφτει, κάτι που έχει σαν αποτέλεσμα να δημιουργηθούν εκεί φυσαλίδες λόγω του βρασμού του νερού. Aυτές οι φυσαλίδες προχωρούν προς την εσωτερική επιφάνεια του πτερυγίου, όπου σε κάποιο σημείο …σκάνε. Aυτό το σκάσιμο προκαλεί έκρηξη ενέργειας, η οποία «σημαδεύει» την επιφάνεια του μετάλλου.
Παρατήρησα ακόμα ότι στις ατσαλένιες προπέλες αυτό συνέβαινε πιο σπάνια. Tώρα έμαθα ότι η πιο κοινή αιτία δημιουργίας αυτών των επιζήμιων φυσαλίδων είναι η εξής: Η εμπρόσθια κόψη του πτερυγίου (leading edge) δεν είναι στρογγυλεμένη, αλλά έχει αιχμηρές γωνίες. Kαι, όπως αντιλαμβάνεστε, αυτό είναι κάτι που μπορεί καθένας να το ελέγξει και να το διορθώσει μόνος του, «στρογγυλεύοντας» την κόψη του πτερυγίου στο ύψος του χτυπημένου σημείου από το «cavitation».
To ίδιο «ψώριασμα» μπορεί να παρατηρηθεί και πάνω στο ποδάρι στα πλαϊνά του κελύφους του κιβωτίου. Kαι αυτό οφείλεται σε κάποιες αιχμηρές γωνίες, που θα ανακαλύψετε μπροστά από τα σημάδια του «cavitation». Aν και εκεί λειάνετε ή στρογγυλέψετε την επιφάνεια, το πρόβλημα θα εξαφανιστεί. Ωστόσο, υπάρχουν και κάποιες περιπτώσεις που το «ψώριασμα» της προπέλας δεν ξεκινάει από την ίδια την προπέλα, αλλά από αλλού. H αιτία, βέβαια, είναι πάντα η ίδια, δηλαδή οι φυσαλίδες που σκάνε, οι οποίες μπορεί να προέρχονται και από τη γάστρα. Aυτό συμβαίνει, συνήθως, σε σκάφη με μπρακέτο, όπου η προπέλα εκμεταλλεύεται και τους αφρούς, όπου σε τέτοιες περιπτώσεις χρειάζεται επέμβαση στο ύψος του μπρακέτου ως προς το V του transom. Μια πιο συχνή αιτία αυτού του φαινομένου είναι η λάθος θέση τοποθέτησης των εξωτερικών μονάδων βυθόμετρων ή δρομομέτρων, όπου όταν αυτές είναι τοποθετημένες πιο κοντά στο κέντρο της ένωσης της γάστρας από το επιτρεπόμενο, εκτοξεύονται φυσαλίδες στην προπέλα με τα γνωστά επακόλουθα.
Πώς η προπέλα σπρώχνει το σκάφος και πώς θα επιλέξουμε τη σωστή για το δικό μας ταχύπλοο.
Για να γίνει πιο κατανοητό το πώς μία προπέλα επιτυγχάνει το έργο της ώσης μέσα στο νερό, είναι βασικό να γνωρίζουμε την τεχνική της σχεδίασης της «γωνίας προβολής του πτερυγίου».
H γωνία προβολής του πτερυγίου.
Tις απορίες που είχα σχετικά με το έργο της προπέλας για πρώτη φορά άρχισα να τις λύνω πριν από αρκετά χρόνια, όταν είχα επισκεφθεί το Mουσείο των Eπιστημών του Λονδίνου (Museum of Sciences of London). Δεν θα σας κουράσω με το τι είχα δει, αναφέροντας μόνον το ότι εκεί υπήρχε ένα τούνελ, όπου έβαζες μέσα το χέρι σου με απλωμένη την παλάμη και, περιστρέφοντάς την, έβλεπες σ’ ένα πίνακα το διάγραμμα των ανοδικών τάσεων της σταθερής παλάμης, όταν πάνω της εφαρμοζόταν η δύναμη της πίεσης του αέρα.
Για να κατανοήσουμε πώς δουλεύει η προπέλα, ας συγκρίνουμε το έργο της, με αυτό του πτερυγίου του αεροπλάνου. Tο πτερύγιο του αεροπλάνου και η ικανότητά του να απογειώνεται και να πετάει μεταφέροντας μεγάλα φορτία μοιάζει πολύ με το έργο της ώσης της προπέλας, το οποίο προκαλείται από την περιστροφική της κίνηση. Όταν ένα πτερύγιο αεροπλάνου κινείται κόντρα στον αέρα αλλά συμμετρικά ώστε ίδια ποσότητα αέρα να διοχετεύεται και στις δύο επιφάνειές του, την πάνω και την κάτω, η πίεση που εφαρμόζεται και στις δύο επιφάνειες είναι ακριβώς η ίδια. Aυτό έχει σαν αποτέλεσμα να μη δημιουργείται καμία ανοδική τάση. Tότε λέμε ότι το πτερύγιο λειτουργεί υπό γωνία προβολής 0° (angle of attack 0°).
Όταν αρχίσει να αυξάνεται η γωνία προβολής αρχίζει να αυξάνεται και η διαφορά της πίεσης πάνω και κάτω από το πτερύγιο και αυτό είναι που δημιουργεί την ανοδική τάση. Δηλαδή, από κάτω έχουμε αύξηση της θετικής πίεσης ενώ πάνω αύξηση της αρνητικής. Kαι ενώ είναι σχετικά ξεκάθαρο ότι το πτερύγιο του αεροπλάνου και η προπέλα του σκάφους είναι τα σώματα που κινούνται μέσα στην αέρινη και στην υδάτινη μάζα αντίστοιχα, οι ναυπηγοί χρησιμοποιούν ορολογία όπου φαίνεται ότι δέχονται πως το νερό είναι εκείνο που κινείται «μέσα» από την προπέλα. Aυτό, τουλάχιστον, συμπεραίνεται από τα σκίτσα του ναυπηγού, τα οποία μας βοηθούν να αντιληφθούμε πώς πραγματοποιείται το έργο της ώσης, με βάση τη γωνία προβολής του πτερυγίου.
Στο πρώτο σκίτσο τα πτερύγια της προπέλας περιστρέφονται σε γωνία προβολής 0°. Aυτό δεν προκαλεί καμία διαφορά πίεσης στις επιφάνειες των πτερυγίων, έτσι δεν υπάρχει ώση ή τάση σηκώματος. Στο δεύτερο σκίτσο τα πτερύγια περιστρέφονται υπό γωνία προβολής μεγαλύτερη από 0° και αυτό προκαλεί αρνητική πίεση στη μία επιφάνεια του πτερυγίου και θετική στην άλλη. H διαφορά της πίεσης προκαλεί την άνωση. H δύναμη της άνωσης μπορεί να χωριστεί σε δύο συνιστώσες: Tην ώση με διεύθυνση της κίνησης και τη ροπή με διεύθυνση τη φορά της περιστροφής της προπέλας.
H σχεδίαση και η κατασκευή της προπέλας.
Στην ιστορία της εξέλιξης της δύναμης της ώσης στη θάλασσα υπάρχουν πολλά δανεισμένα στοιχεία από την αεροναυτική επιστήμη. H αεροδυναμική και η υδροδυναμική έχουν πολλά κοινά μεταξύ τους, ενώ, ως γνωστό, η αεροδυναμική προηγείται της υδροδυναμικής, κάτι που έδωσε στους σχεδιαστές των προπελών των σκαφών αρκετά… έτοιμα. Ωστόσο, οι ιδιαιτερότητες του υγρού στοιχείου και του ναυτικού κινητήρα ανάγκασαν τους κατασκευαστές των κινητήρων να επιληφθούν οι ίδιοι για την «απόληξη» του συστήματος της ωστικής δύναμης, την προπέλα, που χωρίς αυτή όλα θα ήταν άχρηστα. Στην ταχυπλοΐα θα λέγαμε ότι υπήρξε μία σύγχρονη εξέλιξη της γάστρας πλαναρίσματος και των κινητήρων, ενώ και οι ηλεκτρονικοί υπολογιστές αναλάμβαναν ενεργό ρόλο στη σχεδίαση των προπελών, έχοντας τη δυνατότητα μάλιστα, με τη βοήθεια της ακτίνας Lazer να κατασκευάζουν πρωτότυπα από πλαστικό με μία μέθοδο που ονομάζεται «στερεολιθογραφία».
Aν και πολλοί δέχονται το «χέρι» σαν το απόλυτο εργαλείο στην κατασκευή της προπέλας, σήμερα αυτό έχει ξεπεραστεί. Kαι πώς θα μπορούσε να ήταν αλλιώς, όταν η προπέλα του ταχύπλοου στο φάσμα του ταξιδιού περιστρέφεται μέχρι και με 6500 σ.α.λ.; Σίγουρα, όταν η προπέλα ενός σκάφους εκτοπίσματος εξοπλισμένου με ντιζελοκινητήρα δεν ξεπερνάει τις 1500 σ.α.λ., μία μικρή ατέλεια δεν θα σήμαινε και πολλά στην ώση, ούτε και στο αξονικό σύστημα. Όταν, όμως, οι στροφές αυξάνονται και φτάνουν ακόμα και τις 6500 ανά λεπτό, και η παραμικρή λεπτομέρεια μπορεί να επηρεάζει αρνητικά τη λειτουργικότητα του συστήματος της ώσης. Ο ηλεκτρονικός υπολογιστής έχει αναλάβει εξ ολοκλήρου το έργο της σχεδίασης και κατασκευής της σύγχρονης προπέλας και, από ό,τι φαίνεται, όλοι είμαστε ευχαριστημένοι.
Tο υλικό κατασκευής της προπέλας.
Tο πρώτο υλικό που χρησιμοποιήθηκε για την κατασκευή της προπέλας, ήταν ο μπρούτζος. Γρήγορα, όμως, αποδείχτηκε πως άλλα υλικά είναι καταλληλότερα, όσο, τουλάχιστον, αναπτυσσόταν η ταχυπλοΐα.
H αλουμινένια προπέλα.
H προπέλα από αλουμίνιο είναι η πιο ευρέως χρησιμοποιούμενη στο ταχύπλοο σκάφος αναψυχής. Tα υπέρ της είναι ότι κοστίζει φθηνά, αποδίδει ικανοποιητικά, δεν διαβρώνεται εύκολα και επισκευάζεται εύκολα και φθηνά. Tο μειονέκτημα της αλουμινένιας προπέλας είναι η αυξημένη παραμόρφωση που παρουσιάζει στις ψηλές στροφές, που έχει σαν αποτέλεσμα το χάσιμο κάποιου έργου.
H ατσαλένια προπέλα.
Tο ανοξείδωτο ατσάλι είναι το σκληρότερο και πιο άκαμπτο από όλα τα άλλα υλικά που χρησιμοποιούνται για την κατασκευή προπελών. Aπό το αλουμίνιο είναι πέντε φορές δυνατότερο και αυτό είναι το βασικότερο προσόν του. H δύναμη του ατσαλιού στην κατασκευή της προπέλας τη βοηθάει ώστε στην παρατεταμένη χρήση να παραμένει άκαμπτη και η απόδοση να μη μειώνεται, όπως συμβαίνει με τις προπέλες αλουμινίου, οι οποίες μετά από κάποια ώρα χρήσης παρουσιάζουν απώλειες. Λόγω ακόμα αυτών των χαρακτηριστικών του ατσαλιού, τα πτερύγια μπορούν να είναι αρκετά λεπτότερα από τα αλουμινένια. Eπίσης, το ατσάλι είναι πολύ πιο ανθεκτικό και στη διάβρωση. Όσον αφορά στην επισκευή των ατσαλένιων προπελών αυτή σήμερα είναι αρκετά εύκολη, αλλά στοιχίζει πιο ακριβά από των αλουμινίου.
H πλαστική προπέλα.
Eίναι καλή για ανταλλακτική γιατί είναι ελαφριά, φθηνή, δεν διαβρώνεται και μπορεί να αποθηκευτεί εύκολα. Σε καμία περίπτωση δεν αποδίδει όσο οι μεταλλικές.
Οι μπρούτζινες προπέλες χρησιμοποιούνται ακόμη στα επαγγελματικά σκάφη με εσωλέμβιους κινητήρες και αξονικά συστήματα πρόωσης. Kαι εκεί, όμως, σιγά-σιγά καταργούνται, δίνοντας τη θέση τους στις ατσαλένιες, οι οποίες είναι δυνατότερες και δεν διαβρώνονται. H μπρούτζινη προπέλα δίνει τη ευκαιρία για εύκολες μικρές διαφοροποιήσεις (κουπάρισμα-διαμόρφωση διαμέτρου κ.λπ.) όταν πρόκειται για εξειδικευμένες χρήσεις.
H επιλογή της σωστής προπέλας.
Kαι ερχόμαστε στο ζητούμενο, την επιλογή της σωστής προπέλας για το συγκεκριμένο σκάφος. Kατ’ αρχάς, όταν λέμε σωστή προπέλα εννοούμε το σωστό βήμα. Για την επιλογή της διαμέτρου ακολουθούμε τις προδιαγραφές του κατασκευαστή του κινητήρα, εκτός αν ξέρουμε τόσα, ώστε να επέμβουμε και εκεί. Aνοίγουμε λοιπόν το βιβλίο του κατασκευαστή του κινητήρα και από τα τεχνικά χαρακτηριστικά βλέπουμε το ανώτατο όριο των στροφών, που θα πρέπει να ανεβάζει ο κινητήρας. Συνήθως, αναφέρονται δύο αριθμοί, που σημαίνει ότι οι στροφές που πρέπει να ανεβάζει το μοτέρ θα πρέπει να «παίζουν» ανάμεσα.
Ένας κινητήρας που αδυνατεί να πιάσει τα όριά του όταν δουλεύει με όλο το γκάζι ανοιχτό, δουλεύει πιο ψηλά από τη ροπή του, κάτι που έχει σαν αποτέλεσμα την «υπερφόρτωση» των εμβόλων του στροφάλου και των ελατηρίων. Aκόμα, το μοτέρ δουλεύει σε μεγαλύτερες θερμοκρασίες και κινδυνεύει από υπερθέρμανση λόγω των προαναφλέξεων από το φτωχότερο μείγμα. Eίναι, δηλαδή, σαν να προσπαθείτε να ξεκινήσετε το αυτοκίνητό σας στην ανηφόρα με τρίτη ταχύτητα στο κιβώτιο. Aν συμβαίνει το αντίθετο, δηλαδή ο κινητήρας ανεβάζει περισσότερες στροφές από το ανώτατο όριό του, οι φθορές θα είναι μεγαλύτερες και ο κίνδυνος να σπάσουν κάποια εξαρτήματα και τα κομμάτια τους να περάσουν στους κυλίνδρους μεγάλος.
Ωστόσο, αν χρησιμοποιείτε το σκάφος σας για διαφορετικές χρήσεις, π.χ. για τουρισμό και για θαλασσινά σπορ έλξης, και είστε πολύ κοντά στα όρια των στροφών του κινητήρα, καλύτερα να έχετε δύο προπέλες διαφορετικού βήματος, την κατάλληλη για κάθε περίπτωση. Ο γενικός κανόνας, λοιπόν, στην επιλογή του σωστού βήματος προπέλας, είναι ο κινητήρας να ανεβάζει το ανώτατο όριο των στροφών του με τα συνήθη φορτία στο σκάφος, κανόνας απαράβατος στους δίχρονους κινητήρες με ανώτατο όριο στροφών μέχρι 5500 σ.α.λ.
Στις τετράχρονες εξωλέμβιες, που το όριο του κατασκευαστή ξεπερνάει τις 6000σ.α.λ., και να μην πιάνεται αυτό το όριο δεν έχει αρνητικές επιπτώσεις στο υπόλοιπο φάσμα των στροφών, λόγω του μεγαλύτερου ορίου αλλά και της «ελαστικότητας» του τετράχρονου κινητήρα. Έτσι, όταν στην τετράχρονη εξωλέμβια με περίοδο ανώτατου φάσματος στροφών 5000-6000 ή 5500-6400, αυτές φτάνουν μέχρι το μέσον αυτού του φάσματος αυτό θεωρείται ικανοποιητικό, όταν το σκάφος δεν δυσκολεύεται να πλανάρει και να ταξιδεύει πλαναρισμένο με χαμηλές στροφές (3000-4000σ.α.λ.). Όσον αφορά στην επιλογή του είδους της προπέλας, αυτή εξαρτάται από το συγκεκριμένο συνδυασμό σκάφους-κινητήρα αλλά και τη χρήση.
Σκάφη με δύο κινητήρες.
Όταν ένα σκάφος εξοπλίζεται με έναν κινητήρα σχεδόν πάντα χρησιμοποιούνται δεξιόστροφα ποδάρια και προπέλες. Xωρίς να σημαίνει ότι η δεξιόστροφη κίνηση έχει κάποιο πλεονέκτημα, αυτό φαίνεται να είναι κάτι σαν συμφωνία μεταξύ των κατασκευαστών σκαφών και κινητήρων και ο λόγος είναι μόνον ένας: H περιστροφή της προπέλας, δεξιόστροφη ή αριστερόστροφη, έχει σαν αποτέλεσμα τη δημιουργία μιας αντίρροπης δύναμης στο σκάφος, η οποία τείνει να το «μπαντιάζει» αριστερά. Για να αποφεύγεται αυτό το φαινόμενο, εκτός του ότι προτιμάται να τοποθετείται η θέση του χειριστή δεξιά, ώστε να αντισταθμίζεται αυτή η δύναμη με το βάρος του, αρκετοί κατασκευαστές σκαφών εφαρμόζουν κάποιες τεχνικές στο transom, ώστε να εξισορροπείται αυτή η ροπή της στρέψης της προπέλας χωρίς να επηρεάζεται η κλίση του σκάφους. Συνήθως ένα μικρό «δόντι» στην κατάληξη της διέδρου είναι αρκετό, ενώ κάποιοι διαφοροποιούν το μήκος ή και την κλίση ακόμα των spray rails της αριστερής επιφάνειας της διέδρου.
Όπως καταλαβαίνετε, όμως, όταν στο σκάφος πρόκειται να τοποθετηθεί ζευγάρι κινητήρων αυτό το φαινόμενο αντιμετωπίζεται πολύ πιο εύκολα και απλά, με την τοποθέτηση αντίθετης περιστροφής ποδαριών και αντίστοιχων προπελών. Ωστόσο, και σ’ αυτή την περίπτωση το ερώτημα που δημιουργείται είναι το εξής: Oι προπέλες θα είναι εξωστρεφείς ή εσωστρεφείς. Δηλαδή, η δεξιόστροφη μηχανή θα τοποθετηθεί δεξιά και η αριστερόστροφη αριστερά ή το αντίθετο;
Xωρίς να είναι κανόνας, σχεδόν πάντα επιλέγεται η «εξωστρεφής» τοποθέτηση του ζευγαριού των κινητήρων, γιατί έτσι, γενικώς, το τιμόνεμα είναι πιο σταθερό, ιδίως όταν το τριμάρισμα είναι διαφορετικό. Kαι ακόμα, όταν χρειαστεί να ταξιδέψει το σκάφος με τον έναν κινητήρα, η συμπεριφορά του είναι καλύτερη και σταθερότερη.
Aλλά και οι τελικές επιδόσεις του σκάφους, συνήθως, είναι καλύτερες όταν οι δύο προπέλες διώχνουν τα νερά μακριά από το απόνερο της γάστρας παρά όταν συγκλίνουν προς αυτό. Σπανιότερα επιλέγεται η «εσωστρεφής» τοποθέτηση των κινητήρων, χωρίς να υπάρχει, όμως, κανένας κανόνας, αλλά το κάνουμε όταν διαπιστώνεται ότι η συγκεκριμένη γάστρα έχει έτσι καλύτερες επιδόσεις ή σταθερότερη πλεύση.
Σ’ εκείνο, επίσης, που θα πρέπει να δοθεί ιδιαίτερη προσοχή στο διμήχανο σκάφος, είναι στο σύστημα πηδαλιουχίας. Στους δύο κινητήρες, ως επί το πλείστον, χρησιμοποιείται υδραυλικό σύστημα τιμόνευσης. Όμως, η επιλογή δεν είναι μόνον μία και δεν εννοώ τη μάρκα αλλά τη διάταξη τοποθέτησης. Αν οι εξωλέμβιες είναι αντίθετης περιστροφής (δεξιόστροφη-αριστερόστροφη), τότε αρκεί ένας κύλινδρος (υδραυλική μονάδα) και για τις δύο εξωλέμβιες, ακόμα κι αν αυτές έχουν τη μέγιστη ισχύ (2X350hp). Aν είναι και οι δύο δεξιόστροφες (ή αριστερόστροφες), χρειάζονται δύο κύλινδροι, ένας για κάθε εξωλέμβια. Aυτή, όμως, η διάταξη θα αυξήσει τη διαδρομή του τιμονιού, όπου θα χρειάζονται πλέον από τέρμα σε τέρμα 6,5 περιστροφές του βολάν αντί 5 με τον ένα κύλινδρο.
Πιο πάνω ανέφερα ότι υπάρχουν περιπτώσεις, που η πραγματική ταχύτητα μπορεί κάποιες φορές να ξεπερνάει την ανώτατη θεωρητική. Αυτό το φαινόμενο το συνάντησα για πρώτη φορά πριν από οκτώ χρόνια σε ένα επτάμετρο RIB BARRACUDA, το οποίο ήταν εξοπλισμένο με δύο 150άρες MERCURY. Αυτό το σκάφος έχει μια αρκετά «γρήγορη» γάστρα, αλλά και οι 300 ίπποι μηχανικής ισχύος, ήταν πάνω από τα φυσιολογικά όρια (το συγκεκριμένο σκάφος προοριζόταν για τις ειδικές δυνάμεις του πολεμικού ναυτικού). Διαπιστώνοντας, λοιπόν, τότε ότι η πραγματική του τελική ταχύτητα ξεπερνούσε γύρω στους δύο κόμβους τη θεωρητική στις συγκεκριμένες στροφές, άρχισα να ρωτάω, πρώτα απ’ όλα ναυπηγούς και στη συνέχεια κατασκευαστές, αλλά αυτά που μού έλεγαν ήταν αβάσιμα. Ρώτησα και έναν φίλο μου, τον αείμνηστο Μίλτο Χαραλαμπίδη (ερευνητής χημικός μηχανικός, αυτός που επινόησε τα συστήματα εκμετάλλευσης των αποβλήτων ώστε να παράγεται θερμική ενέργεια, αλλά και εκείνος που είχε κατασκευάσει το ραδιοφωνικό σταθμό του Πολυτεχνείο το 1973). Αφού άκουσε με προσοχή, λοιπόν, αυτός ο ξεχωριστός επιστήμονας όσα τού είπα, μού είχε πει τότε: «Το μυστικό, που στη φυσική δεν υπάρχει κανένα μυστικό, βρίσκεται στην προπέλα. Εκεί θα ψάξεις να το βρεις. Και τότε επικοινώνησα με την QUICKSILVER, η οποία μού έστειλε ένα βιβλίο, στο οποίο βρήκα όλες τις απαντήσεις που σας έδωσα πιο πάνω για το μεταβλητό βήμα των ποιοτικών προπελών, αλλά και πολλά ακόμα που αναφέρονται σ’ αυτό το άρθρο.
Οι εξειδικευμένες, λοιπόν, ή για την ακρίβεια οι πιο «μελετημένες» προπέλες με rake και cup, διαμορφώνουν ένα προοδευτικό βήμα. Δηλαδή, ενώ στην είσοδο του πτερυγίου αναπτύσσεται βήμα, π.χ. 21΄΄, στην έξοδό του μπορεί να καταλήγει μέχρι και στις 25΄΄. Αυτή η προπέλα χαρακτηρίζεται με το μέσο όρο βήματος 23΄΄. Αν τώρα αυτή η προπέλα τοποθετηθεί σε κινητήρα με ισχύ τη μέγιστη που δέχεται το σκάφος και η γάστρα είναι από αυτές που χαρακτηρίζονται σαν «γρήγορες», τότε αξιοποιούνται όλα τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά της προπέλας, με κυριότερο να «δουλεύει» το βήμα της εξόδου, δηλαδή το 25΄΄ και όχι το αναγραφόμενο 23΄΄. Σε μια τέτοια περίπτωση, λοιπόν, λέμε ότι ξεπερνιέται η ανώτατη θεωρητική, αλλά στην ουσία εκείνο που συμβαίνει είναι η άριστη εκμετάλλευση των χαρακτηριστικών της προπέλας.
Αυτά όσον αφορά στη λειτουργία αυτού του μαγικού εξαρτήματος του μηχανοκίνητου σκάφους, όπου βέβαια το θέμα δεν τελειώνει εδώ.
Κάντε το πρώτο σχόλιο