Οι θαλάσσιες έλικες, με απλά λόγια, είναι αντίστοιχες με τα ελαστικά των αυτοκινήτων. Μετατρέπουν την ισχύ του κινητήρα σε προωθητική δύναμη για το σκάφος και αποτελούν την πιο διαδεδομένη συσκευή πρόωσης.
Η ιστορία των ελίκων
Το 1776, ο Βρετανός εφευρέτης Τζέιμς Γουατ εφηύρε την ατμομηχανή, η οποία όχι μόνο συνέβαλε καθοριστικά στην πρώτη βιομηχανική επανάσταση στην ανθρώπινη ιστορία, αλλά άνοιξε και τον δρόμο για τη χρήση της μηχανικής ισχύος στην πρόωση πλοίων. Έθεσε επίσης τις τεχνικές βάσεις για να γίνει η Βρετανία κυρίαρχη ναυτική δύναμη. Καθώς η έλικα δεν είχε ακόμη εφευρεθεί, οι μηχανικοί, περιορισμένοι από τη φαντασία της εποχής, δημιούργησαν τον τροχό με πτερύγια, βασισμένοι στην αρχή της έλικας. Πρόκειται για σκάφος με τροχούς με πτερύγια στις δύο πλευρές. Επειδή μέρος του τροχού εξέχει από το νερό, το σκάφος ονομάστηκε τροχήλατο ατμόπλοιο. Ωστόσο, τα τροχήλατα ατμόπλοια είχαν πολλά μειονεκτήματα, όπως πολύ κακή ευελιξία και χαμηλή απόδοση μετάδοσης, ιδίως κατά την πρόσδεση στο λιμάνι.
Το 1836, το βρετανικό «Archimedes» χρησιμοποίησε κοχλιοφόρο έλικα, δηλαδή ένα μακρύ κομμάτι ξύλου με σπειροειδές σχήμα. Στην αρχή της δοκιμής, το σκάφος κινήθηκε με ταχύτητα 4 κόμβων. Αργότερα, όταν προσέκρουσε σε εμπόδιο μέσα στο νερό, ο κοχλίας έσπασε και ένα μικρό τμήμα του παρέμεινε, αλλά η ταχύτητα του σκάφους αυξήθηκε στους 13 κόμβους. Αυτό το μικρό ατύχημα ενέπνευσε τους μηχανικούς να μετατρέψουν τον μακρύ κοχλία σε κοντό και στη συνέχεια τον κοντό κοχλία σε πτερύγια. Έτσι, μέσα από διαδοχικά πειράματα, εφευρέθηκε η έλικα. Φυσικά, υπήρχαν και πολλές άλλες δυσκολίες, όπως η στεγανοποίηση του άξονα της υποβρύχιας έλικας και οι υποβρύχιοι κραδασμοί. Με τη σταδιακή πρόοδο της ανθρώπινης τεχνολογίας, τα σημαντικά πλεονεκτήματά της έκαναν την έλικα ευρέως διαδεδομένη στα ναυπηγεία όλου του κόσμου.
Γνωρίστε τις βασικές παραμέτρους της έλικας
1. Βήμα P:
Είναι η απόσταση που διανύει η έλικα κατά μία πλήρη περιστροφή στον αξονικό άξονα. Αντιστοιχεί στην απόσταση που διανύει ένας κοχλίας όταν περιστρέφεται μία φορά μέσα στο ξύλο. Αυτό, όμως, ισχύει θεωρητικά· στην πράξη, τα πτερύγια της έλικας ολισθαίνουν μέσα στο νερό, με αποτέλεσμα να μειώνεται η απόδοσή της. Εδώ υπεισέρχεται και το ζήτημα της ολίσθησης.
Όσο μεγαλύτερο είναι το βήμα του πτερυγίου, τόσο μεγαλύτερη είναι η γωνία βήματός του σε σχέση με το επίπεδο της έλικας. Για κάθε δεδομένη ταχύτητα, όμως, υπάρχει μια βέλτιστη γωνία βήματος. Τα πτερύγια μιας έλικας σταθερού βήματος δεν μπορούν να περιστραφούν, γι’ αυτό και η μέγιστη απόδοσή της επιτυγχάνεται στην ταχύτητα σχεδιασμού. Οι έλικες μεταβλητού βήματος λειτουργούν διαφορετικά: τα πτερύγιά τους μπορούν να περιστραφούν, οπότε το βήμα μπορεί επίσης να ρυθμιστεί. Έτσι, στα σκάφη με μεταβαλλόμενες απαιτήσεις ταχύτητας, η χρήση ελίκων μεταβλητού βήματος μπορεί να βελτιώσει σημαντικά την απόδοση και να εξοικονομήσει καύσιμα.
2. Διάμετρος έλικας D:
Είναι η διάμετρος του εξωτερικού κύκλου που διαγράφουν τα πτερύγια. Κατά τον σχεδιασμό της έλικας, επιδιώκεται πάντα η χρήση της μεγαλύτερης δυνατής διαμέτρου, ώστε να βελτιωθεί η προωθητική της δύναμη. Στα γιοτ, όμως, οι περιορισμοί του βυθίσματος και της θέσης εγκατάστασης σημαίνουν ότι μια υπερβολικά μεγάλη έλικα δεν προστατεύεται από το κύτος και μπορεί εύκολα να χτυπήσει κάπου, επομένως πρέπει να επιλέγεται κατάλληλο μέγεθος.
3. Λόγος εκτεταμένης επιφάνειας EAR:
Αρχικά, πρέπει να γνωρίζουμε ότι η επιφάνεια του δίσκου είναι το εμβαδόν του επιπέδου στο οποίο βρίσκεται η έλικα, δηλαδή S=π(D/2)². Αν το άθροισμα των επιφανειών που καταλαμβάνουν όλα τα πτερύγια της έλικας στο επίπεδο αυτό είναι S2, τότε EAR=S2/S. Επομένως, όσο μεγαλύτερος είναι ο λόγος εκτεταμένης επιφάνειας, τόσο μεγαλύτερα είναι τα πτερύγια και τόσο μικρότερο είναι το φορτίο ανά μονάδα επιφάνειας, γεγονός που βοηθά στην αποφυγή σπηλαίωσης. Ωστόσο, η αύξηση του λόγου εκτεταμένης επιφάνειας μειώνει την απόδοση της έλικας. Γι’ αυτό, για να αντισταθμιστεί η εμφάνιση σπηλαίωσης και να βελτιωθεί η απόδοση της έλικας, ο λόγος εκτεταμένης επιφάνειας πρέπει να διατηρείται όσο το δυνατόν μικρότερος. Οι περισσότερες έλικες έχουν λόγο εκτεταμένης επιφάνειας μικρότερο από 1, αν και ορισμένες έλικες ταχύπλοων σκαφών έχουν λόγο μεγαλύτερο από 1.
Τύποι ελίκων που χρησιμοποιούνται συνήθως στα γιοτ
Έλικα σταθερού βήματος:
Έλικα σταθερού βήματος. Χάρη στην απλή κατασκευή της, χρησιμοποιείται ευρέως σε μικρά και μεσαία γιοτ. Διαθέτει τρία έως τέσσερα πτερύγια. Πλεονεκτήματα: απλή κατασκευή, ανθεκτικότητα και εύκολη συντήρηση. Μειονεκτήματα: το βήμα δεν μεταβάλλεται, επομένως η μέγιστη απόδοση επιτυγχάνεται μόνο σε συγκεκριμένη ταχύτητα. Γι’ αυτό, τα πτερύγια της έλικας έχουν συνήθως μεγάλη διάμετρο και χαμηλές στροφές, ώστε να βελτιώνεται η απόδοση. Οι αναδιπλούμενες έλικες που χρησιμοποιούνται στα ιστιοπλοϊκά είναι επίσης έλικες σταθερού βήματος.
Έλικα μεταβλητού βήματος:
Έλικα με ρυθμιζόμενο βήμα. Το βήμα της μπορεί να μεταβάλλεται ανάλογα με την ταχύτητα, διατηρώντας υψηλή απόδοση μετάδοσης και εξοικονομώντας όσο το δυνατόν περισσότερα καύσιμα. Έχει, όμως, και σαφή μειονεκτήματα: σύνθετη κατασκευή, υψηλό κόστος και δύσκολη συντήρηση. Χρησιμοποιείται συνήθως σε μεγάλα γιοτ.
Έλικες αντίθετης περιστροφής:
Δύο έλικες που περιστρέφονται προς αντίθετες κατευθύνσεις τοποθετούνται στον ίδιο άξονα. Τέτοια συστήματα προσφέρουν, για παράδειγμα, οι VOLVO και ZF. Με τις έλικες αντίθετης περιστροφής, η περιστροφική ροή νερού που δημιουργεί η μπροστινή έλικα αξιοποιείται από την πίσω, η οποία συγχρόνως ανακτά μέρος της περιστροφικής ενέργειας, βελτιώνοντας περαιτέρω την απόδοση πρόωσης. Μειονεκτήματα: η κατασκευή είναι σύνθετη και, λόγω των περιορισμών των υλικών ως προς την αντοχή τους, χρησιμοποιούνται λιγότερο σε μεγάλα πλοία.
Υπάρχουν, φυσικά, και άλλοι τύποι ελίκων, αλλά χρησιμοποιούνται σχετικά σπανιότερα.
