סירת משוטים עם מנוע טרולינג (תולדות המדחפים הימיים)

מדחפים ימיים הם, בפשטות, המקבילה של צמיגי מכונית. הם ממירים את כוח המנוע לכוח ההנעה של הסירה, וגם משמשים כאמצעי ההנעה הנפוץ ביותר בכלי שיט.

תולדות המדחפים

בשנת 1776 המציא הממציא הבריטי ג'יימס ואט את מנוע הקיטור, שלא רק תרם רבות למהפכה התעשייתית הראשונה בתולדות האנושות, אלא גם סלל את הדרך לשימוש בכוח מכני להנעת כלי שיט. הוא גם הניח את היסודות הטכנולוגיים להפיכתה של בריטניה למעצמה ימית. מכיוון שהמדחף טרם הומצא באותה תקופה, מהנדסים שהיו מוגבלים על ידי דמיונם המציאו את גלגל המשוטים על פי עקרון פעולת המדחף. מדובר בסירה שבשני צדיה מותקנים גלגלי משוטים. מכיוון שחלק מהגלגל נמצא מעל פני המים, היא נקראת ספינת קיטור עם גלגלי משוטים. אבל גם לספינות האלה היו חסרונות רבים, כמו יכולת תמרון ירודה מאוד ויעילות העברת כוח נמוכה, במיוחד בעת עגינה בנמל.

בשנת 1836 השתמשה הספינה הבריטית „ארכימדס” במדחף בורגי — מוט עץ ארוך שעוצב כמו בורג. בתחילת הניסוי הסירה נעה במהירות של 4 קשרים. בהמשך, לאחר שהסירה נתקלה במכשול במים והבורג נשבר, נשאר ממנו חלק קטן בלבד, אך מהירות הסירה עלתה ל־13 קשרים. התאונה הקטנה הזאת עוררה את המהנדסים להפוך את הבורג הארוך לבורג קצר, ואז לעצב את הבורג הקצר בצורת להב. כך הומצא המדחף בהדרגה, באמצעות ניסויים. כמובן, היו גם אתגרים נוספים, כמו אטם הציר של המדחף התת־מימי, רעידות מתחת למים ועוד. הודות להתקדמות הטכנולוגית המתמדת, המדחף נמצא כיום בשימוש נרחב במספנות ברחבי העולם, בזכות יתרונותיו הרבים.

הפרמטרים העיקריים של המדחף

1. פסיעה P:

המרחק שהמדחף מתקדם בכיוון צירי במהלך סיבוב אחד. בדומה למרחק שבורג מתקדם בתוך עץ בסיבוב אחד. עם זאת, מדובר במרחק תיאורטי; בפועל, להבי המדחף מחליקים במים, וכתוצאה מכך היעילות יורדת. גם נושא ההחלקה קשור לכך.

ככל שפסיעת הלהב גדולה יותר, כך זווית הפסיעה שלו ביחס למישור המדחף גדולה יותר. עם זאת, עבור מהירות מסוימת יש זווית פסיעה מיטבית. להבי מדחף בעל פסיעה קבועה אינם יכולים להסתובב, ולכן הוא יעיל ביותר רק במהירות התכנון. מדחפים בעלי פסיעה מתכווננת שונים בכך: אפשר לסובב את הלהבים שלהם, ולכן גם לכוונן את הפסיעה. כך אפשר לשפר מאוד את היעילות ולחסוך בדלק בכלי שיט שנדרשים לפעול במהירויות משתנות.

2. קוטר המדחף D:

קוטר המעגל החיצוני ביותר של הלהבים. בתכנון מדחף שואפים תמיד להשתמש בקוטר הגדול ביותר האפשרי כדי לשפר את כוח ההנעה שלו. עם זאת, ביאכטות, בגלל מגבלות השוקע ומיקום ההתקנה, מדחף גדול מדי עלול לבלוט מעבר להגנת גוף הסירה ולהיפגע בקלות, ולכן יש להתאים את גודלו.

3. יחס שטח הלהבים EAR:

ראשית, יש לדעת ששטח הדיסקה הוא שטח המישור שקוטרו שווה לקוטר המדחף, כלומר S=π(D/2)². אם סכום השטחים שתופסים כל להבי המדחף באותו מישור הוא S2, אז EAR=S2/S. לכן, ככל שיחס שטח הלהבים גדול יותר, שטח הלהבים הכולל גדול יותר והעומס ליחידת שטח על הלהב קטן יותר, דבר שמסייע למנוע היווצרות קוויטציה. עם זאת, הגדלת יחס שטח הלהבים מפחיתה את יעילות המדחף. לכן, כדי למנוע קוויטציה, יש לשאוף ליחס שטח קטן ככל האפשר, לשיפור יעילות המדחף. ברוב המדחפים יחס שטח הלהבים קטן מ־1, אך בחלק מהמדחפים של כלי שיט מהירים הוא גדול מ־1.

סוגי המדחפים הנפוצים ביאכטות

מדחף בעל פסיעה קבועה:

מדחף בעל פסיעה קבועה. בזכות המבנה הפשוט שלו, הוא הנפוץ ביותר ביאכטות קטנות ובינוניות. יש לו שלושה או ארבעה להבים. יתרונות: מבנה פשוט, עמידות ותחזוקה פשוטה. חסרונות: אי אפשר לשנות את הפסיעה, ולכן היעילות המרבית מושגת רק במהירות מסוימת. משום כך, להבי המדחף בדרך כלל גדולים ובעלי מהירות סיבוב נמוכה, כדי לשפר את היעילות. כמובן, גם המדחפים המתקפלים המשמשים בסירות מפרש הם מדחפים בעלי פסיעה קבועה.

מדחף בעל פסיעה מתכווננת:

מדחף שהפסיעה שלו ניתנת לכוונון. הוא יכול להתאים את עצמו למהירות ולשמור על יעילות העברת כוח גבוהה, תוך חיסכון מרבי בדלק. אך גם חסרונותיו ברורים: המבנה מורכב, העלות גבוהה והתחזוקה מסורבלת. בדרך כלל משתמשים בו ביאכטות גדולות.

מדחפים נגדיים מסתובבים:

שני מדחפים המסתובבים בכיוונים מנוגדים מותקנים על אותו ציר. דוגמאות לכך הן מערכות ההנעה של VOLVO ושל ZF. המדחף האחורי מנצל את זרימת המים הסיבובית שיוצר המדחף הקדמי, ובו בזמן מפיק חלק מהאנרגיה הסיבובית, וכך משפר עוד יותר את יעילות ההנעה. חסרונות: המבנה מורכב, ובשל מגבלות החומרים בכל הנוגע לכוח הדחף, השימוש בהם בכלי שיט גדולים נדיר יותר.

כמובן, קיימים סוגים נוספים של מדחפים, אך השימוש בהם פחות נפוץ.