เรือพายติดมอเตอร์ทรอลลิง (ประวัติใบจักรเรือ)

ใบจักรเรือ หากอธิบายแบบไม่ใช้ศัพท์เทคนิค ก็เปรียบได้กับยางรถยนต์ เพราะเป็นอุปกรณ์ขับเคลื่อนที่ใช้กันมากที่สุดบนเรือ โดยเปลี่ยนกำลังจากเครื่องยนต์ให้เป็นแรงขับเคลื่อนเรือ

ประวัติของใบจักรเรือ

ในปี 1776 เจมส์ วัตต์ นักประดิษฐ์ชาวอังกฤษได้คิดค้นเครื่องจักรไอน้ำ ซึ่งไม่เพียงช่วยผลักดันการปฏิวัติอุตสาหกรรมครั้งแรกในประวัติศาสตร์มนุษยชาติอย่างมากเท่านั้น แต่ยังเป็นจุดเริ่มต้นของการใช้กำลังจากเครื่องจักรเป็นพลังขับเคลื่อนเรือ และวางรากฐานทางเทคนิคให้บริเตนก้าวขึ้นเป็นมหาอำนาจทางทะเล ในยุคนั้นใบจักรยังไม่ถือกำเนิดขึ้น วิศวกรจึงอาศัยจินตนาการและหลักการของใบจักรคิดค้นล้อพายขึ้นมา โดยติดตั้งล้อพายไว้ทั้งสองข้างของเรือ เนื่องจากล้อบางส่วนโผล่พ้นน้ำ เรือชนิดนี้จึงเรียกว่าเรือกลไฟล้อพาย อย่างไรก็ตาม เรือกลไฟล้อพายมีข้อเสียหลายประการ เช่น ควบคุมได้ยากมาก ประสิทธิภาพการส่งกำลังต่ำ และเทียบท่าได้ลำบาก

ในปี 1836 เรืออังกฤษชื่อ “Archimedes” ได้นำใบจักรแบบสกรูมาใช้ โดยทำจากไม้ชิ้นยาวที่มีรูปทรงคล้ายสกรู ในช่วงเริ่มทดสอบ เรือแล่นได้ด้วยความเร็ว 4 นอต ต่อมาเรือชนสิ่งกีดขวางใต้น้ำจนสกรูหัก เหลือเพียงสกรูส่วนสั้น ๆ แต่กลับทำให้เรือแล่นเร็วขึ้นเป็น 13 นอต อุบัติเหตุเล็ก ๆ ครั้งนี้ทำให้วิศวกรเกิดแนวคิดเปลี่ยนสกรูยาวให้สั้นลง แล้วปรับจากสกรูสั้นให้เป็นรูปใบพัด จนค่อย ๆ พัฒนาใบจักรขึ้นผ่านการทดลอง แน่นอนว่าในระหว่างทางยังมีประเด็นอื่น ๆ อีกมาก เช่น ซีลเพลาของใบจักรใต้น้ำและแรงสั่นสะเทือนใต้น้ำ เมื่อเทคโนโลยีของมนุษย์ก้าวหน้าไปทีละน้อย ใบจักรก็ได้รับความนิยมจากอู่ต่อเรือทั่วโลกด้วยข้อได้เปรียบที่โดดเด่น

รู้จักพารามิเตอร์หลักของใบจักร

1. ระยะพิทช์ P:

คือระยะที่ใบจักรเคลื่อนที่ไปตามแนวแกนเมื่อหมุนครบหนึ่งรอบ เทียบได้กับระยะที่สกรูหมุนหนึ่งรอบและเคลื่อนเข้าไปในเนื้อไม้ อย่างไรก็ตาม นี่เป็นเพียงค่าทางทฤษฎี ในทางปฏิบัติ ใบจักรจะลื่นไถลเมื่ออยู่ในน้ำ ทำให้ประสิทธิภาพลดลง ซึ่งเกี่ยวข้องกับปัญหาเรื่องการลื่นไถลด้วย

ยิ่งใบจักรมีระยะพิทช์มาก มุมพิทช์ของใบจักรเมื่อเทียบกับระนาบใบจักรก็ยิ่งมาก แต่สำหรับความเร็วระดับหนึ่ง จะมีมุมพิทช์ที่เหมาะสมที่สุด ใบจักรพิทช์คงที่ไม่สามารถปรับมุมใบได้ จึงมีประสิทธิภาพสูงสุดที่ความเร็วออกแบบ ส่วนใบจักรพิทช์ปรับได้จะแตกต่างออกไป เพราะสามารถปรับมุมใบได้ จึงปรับระยะพิทช์ได้ด้วย ดังนั้น เรือที่ต้องใช้ความเร็วหลายระดับสามารถเพิ่มประสิทธิภาพและประหยัดเชื้อเพลิงได้มากด้วยการใช้ใบจักรพิทช์ปรับได้

2. เส้นผ่านศูนย์กลางใบจักร D:

คือเส้นผ่านศูนย์กลางวงนอกสุดของใบจักร ในการออกแบบใบจักร มักต้องการใช้เส้นผ่านศูนย์กลางให้ใหญ่ที่สุดเท่าที่จะทำได้เพื่อเพิ่มแรงขับของใบจักร อย่างไรก็ตาม สำหรับเรือยอชต์ ระยะกินน้ำและตำแหน่งติดตั้งเป็นข้อจำกัด ใบจักรที่ใหญ่เกินไปอาจไม่ได้รับการปกป้องจากตัวเรือและเสี่ยงต่อการกระแทก จึงควรเลือกขนาดที่เหมาะสม

3. อัตราส่วนพื้นที่ใบจักรที่กางจริง EAR:

ก่อนอื่นต้องทราบว่า พื้นที่จานใบจักรหมายถึงพื้นที่ของระนาบที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเท่ากับใบจักร หรือ S=π(D/2)² หากพื้นที่รวมที่ใบจักรทุกใบครอบคลุมบนระนาบดังกล่าวเท่ากับ S2 แล้ว EAR=S2/S ดังนั้น ยิ่งอัตราส่วนพื้นที่ใบจักรที่กางจริงมาก ใบจักรก็ยิ่งเต็มพื้นที่ และภาระต่อหน่วยพื้นที่ของใบจักรก็ยิ่งลดลง ซึ่งช่วยป้องกันการเกิดโพรงอากาศได้ดีขึ้น อย่างไรก็ตาม การเพิ่มอัตราส่วนนี้จะลดประสิทธิภาพของใบจักร ดังนั้น เพื่อชดเชยการเกิดโพรงอากาศ ควรทำให้อัตราส่วนพื้นที่ใบจักรที่กางจริงมีค่าน้อยที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของใบจักร ใบจักรส่วนใหญ่มีอัตราส่วนพื้นที่ใบจักรที่กางจริงต่ำกว่า 1 แต่ใบจักรของเรือความเร็วสูงบางชนิดมีค่าสูงกว่า 1

ประเภทใบจักรที่นิยมใช้ในเรือยอชต์

ใบจักรพิทช์คงที่:

ใบจักรพิทช์คงที่ เนื่องจากมีโครงสร้างเรียบง่าย จึงนิยมใช้มากที่สุดในเรือยอชต์ขนาดเล็กและขนาดกลาง โดยทั่วไปมี 3–4 ใบ ข้อดี: โครงสร้างเรียบง่าย ทนทาน และดูแลรักษาง่าย ข้อเสีย: ปรับระยะพิทช์ไม่ได้ จึงมีประสิทธิภาพสูงสุดได้เฉพาะที่ความเร็วระดับหนึ่ง ใบจักรประเภทนี้จึงมักมีเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่และความเร็วรอบต่ำเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพ ใบจักรพับที่ใช้ในเรือใบก็เป็นใบจักรพิทช์คงที่เช่นกัน

ใบจักรพิทช์ปรับได้:

ใบจักรที่ปรับระยะพิทช์ได้ สามารถปรับตามความเร็วและคงประสิทธิภาพการส่งกำลังในระดับสูง ช่วยประหยัดเชื้อเพลิงได้มาก แต่ก็มีข้อเสียที่เห็นได้ชัด ได้แก่ โครงสร้างซับซ้อน ราคาสูง และดูแลรักษาไม่สะดวก โดยทั่วไปใช้กับเรือยอชต์ขนาดใหญ่

ใบจักรหมุนสวนทาง:

ติดตั้งใบจักรสองตัวที่หมุนสวนทางกันบนเพลาเดียวกัน เช่น ใบจักรหมุนสวนทางของ VOLVO และ ZF ใบจักรตัวหลังจะรับกระแสน้ำหมุนวนที่เกิดจากใบจักรตัวหน้า พร้อมนำพลังงานจากการหมุนวนบางส่วนกลับมาใช้ จึงช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการขับเคลื่อน ข้อเสีย: โครงสร้างซับซ้อน และเนื่องจากข้อจำกัดด้านแรงขับของวัสดุ จึงไม่ค่อยใช้กับเรือขนาดใหญ่

แน่นอนว่ายังมีใบจักรประเภทอื่น ๆ อีก แต่มีการใช้งานค่อนข้างน้อย