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MODELLAZIONE
Propulsione alare. Consigli per il modellista
Elenco / Apparecchiatura di radiocomando In un moderno porto marittimo puoi vedere un'immagine che a prima vista sembra strana: una nave che si muove nell'acqua... lateralmente. Se l'acqua è limpida e puoi guardare sotto la poppa, rimarrai ancora più sorpreso di non trovare alcun timone sulla nave. Tuttavia, nonostante ciò, la nave manovra liberamente. Di fronte a te non c'è altro che una nave con eliche alate che sostituiscono sia l'elica che il timone. Il dispositivo di propulsione alare non è come gli altri dispositivi di propulsione che conosciamo: un'elica o una ruota a pale. Le sue pale ricordano leggermente dei remi posti verticalmente.
L'unità di propulsione alare (Fig. 1) è costituita da diverse pale verticali situate a distanze uguali attorno alla circonferenza del disco rotante. Questo disco è installato a filo con lo scafo della nave in un foro rotondo sul fondo della nave. Solo le pale dell'elica sporgono oltre lo scafo della nave, creando una forza di spinta, e tutte le parti ausiliarie che azionano il disco con le pale e lo collegano allo scafo della nave si trovano all'interno dello scafo. Su quale principio si basa il funzionamento di un'elica a palette? Quando il disco ruota, le pale della propulsione alare eseguono due movimenti contemporaneamente: ruotano insieme al disco attorno al proprio asse, e ciascuna pala ruota attorno al proprio asse verticale in . in un modo, poi nell'altro, senza fare un giro completo. Per questo motivo, quando il disco ruota attorno al proprio asse, ciascuna pala dell'elica ruota il bordo anteriore verso l'esterno in una metà del cerchio di rotazione e verso l'interno nella seconda metà del cerchio. Poiché la pala si muove sempre nell'acqua con lo stesso bordo in avanti, è realizzata a forma di ala di aereo per creare maggiore forza di spinta e maggiore aerodinamica. Ecco perché il motore si chiama alato. Affinché le pale si muovano sempre nell'acqua con lo stesso bordo in avanti, tutte le pale dell'unità di propulsione alare sono collegate da un'asta a un punto, il cosiddetto punto di controllo N. Ciascuna pala è sempre posizionata perpendicolare a il punto di collegamento della linea N e l'asse della pala. Per comprendere il principio di funzionamento delle pale dell'elica è sufficiente fornire il seguente schema semplificato (Fig. 2).
Quando il disco dell'elica ruota, la pala entra nell'acqua con un certo angolo rispetto alla tangente ad un dato punto della circonferenza del disco, e l'acqua premerà su di essa con una forza R, che, secondo le regole del parallelogramma delle forze, può essere scomposto in due componenti di forza (Fig. 2, I): P è la forza di spinta della lama diretta verso l'esterno dal centro del disco e W è la forza di trascinamento della lama. La direzione del getto d'acqua lanciato dall'elica è opposta alla forza di spinta. Al punto III (Fig. 2), si creerà una posizione simile, solo l'angolo di attacco della pala sarà negativo, e quindi la forza della spinta sarà diretta al centro della propulsione O e si sommerà con la forza della spinta della prima pala, creando una spinta completa della propulsione, spostando l'imbarcazione e sempre diretta perpendicolarmente al segmento ON. Nei punti (Fig. 2, II e IV), i piani della lama si troveranno paralleli alla tangente alla circonferenza del disco e non creeranno una forza di spinta. Utilizzando un dispositivo speciale, il punto di controllo N può essere impostato in qualsiasi posizione rispetto al centro del disco di propulsione O, modificando così la direzione del getto d'acqua lanciato dalla propulsione e, di conseguenza, la spinta della propulsione. Se posizioni il punto N sopra il centro dell'elica O (Fig. 3, 1), i piani di tutte le pale si troveranno paralleli alle tangenti alla circonferenza del disco, disegnata nei punti in cui gli assi dell'elica passano le lame. La forza di spinta in questo caso è zero e, nonostante il disco di propulsione ruoti, la nave non si muoverà. Spostando il punto N a sinistra del centro O (Fig. 3, II), diamo alla nave movimento in avanti, spostandola a destra (Fig. 3, IV) - movimento inverso, e spostando il punto N in avanti da il centro dell'elica, forzeremo la poppa della nave a spostarsi verso destra ( Fig. 3, III), ecc. Grazie a ciò, una nave con propulsione ad ala può muoversi avanti e indietro e cambiare la direzione del suo movimento senza avere un timone, e se metti due propulsori sulla nave, può anche muoversi lateralmente.
Esaminando attentamente la Figura 3, noterai che l'unità di propulsione ruota sempre nella stessa direzione e la nave si muove in direzioni diverse. Utilizzando questa proprietà del sistema di propulsione, sulle navi è possibile installare motori più semplici: non reversibili, ovvero non cambiano il senso di rotazione. Tali motori sono più leggeri rispetto a quelli reversibili, più facili da progettare e mantenere e molto più economici di quelli reversibili. Tuttavia, i propulsori alati presentano anche degli svantaggi, il principale dei quali è la difficoltà di trasmettere la rotazione dal motore alla propulsione, per cui con i propulsori alati non possono essere utilizzati motori ad alta potenza (oltre 5000 CV), e questo limita le dimensioni delle navi. su cui vengono utilizzati tali propulsori. Tuttavia, le principali proprietà delle navi con eliche alate - la capacità di spostarsi lateralmente, girare sul posto, cambiare rapidamente la direzione del movimento - rendono tali navi indispensabili quando si naviga in "luoghi stretti": nei canali, sui fiumi e in porti. I propulsori a palette vengono utilizzati con successo sulle navi passeggeri fluviali, sulle gru portuali e sui rimorchiatori; Sono in corso esperimenti sull'uso di propulsori alari sui pescherecci. Sulle navi, i propulsori alari sono installati nei luoghi più convenienti per un determinato tipo di nave. Sulle navi passeggeri, i propulsori sono installati a poppa, sui rimorchiatori - a poppa oa prua, sulle gru portuali - al centro dello scafo. Come esempio di modello di una nave con propulsione ad ala, possiamo prendere un rimorchiatore con un'unità di propulsione installata a prua della nave. Tale rimorchiatore (il suo disegno teorico è mostrato in Fig. 4) è lungo 24,6 m, largo 7,6 m
aveva un pescaggio di 3 m (con pale dell'elica di 3,8 m) e sviluppava una velocità di 10,3 nodi (19,9 km/h) con una potenza motore di 552 kW (750 hp) a 320 giri/min; La velocità di propulsione era di 65 al minuto e il suo diametro era di 3,66 m.
La rivista della DDR "Modelbau und Basteln" n. 10 del 1960 fornisce la seguente descrizione del modello di propulsione alare. Sul fondo della nave (Fig. 5) è attaccato un involucro rotondo 1, all'interno del quale è presente un rotore dell'elica 2 con i dischi superiore e inferiore 3. Gli assi 3 vengono fatti passare attraverso i dischi del rotore 4, a cui sono fissate le pale 5 Attraverso il disco superiore del rotore viene fatto passare un albero di trasmissione tubolare 6, che è fissato al disco dal basso mediante una flangia. Quindi l'albero passa attraverso il coperchio sagomato 7, fissato all'involucro 1. Sulla parte superiore del coperchio, un anello di regolazione 8 viene posizionato sull'albero e premuto sull'albero, e sopra l'anello di regolazione, una puleggia motrice 9 è indossata e fissata all'albero. Una cinghia di trasmissione 10, proveniente dalla puleggia motrice, viene posizionata sulla puleggia 11 che si trova sull'albero 12 del motore 13 (Fig. 6). L'estremità superiore dell'albero 12 ruota in un cuscinetto 14 fissato al ponte del modello.
Un albero dello sterzo 6 viene fatto passare attraverso l'albero dell'elica tubolare 15, sul quale è posizionato un anello di regolazione 9a sopra la puleggia 8. Sull'estremità superiore dell'albero dello sterzo è montata una ruota elicoidale 16, azionata dalla trasmissione a vite senza fine di un piccolo motore elettrico 17. L'ingranaggio elicoidale è selezionato in modo tale che la ruota elicoidale 16, e con essa l'albero 15, possa compiere 8- 10 giri al minuto. Quindi il modello sarà in grado di cambiare velocità da “tutto avanti” a “tutto indietro” in 6-8 secondi. Un eccentrico 15 con un perno 18 è montato sull'estremità inferiore dell'albero dello sterzo 19. Le estremità delle aste 20 che vanno alle manovelle 21 che fanno girare le pale sono fissate al perno. Sull'asse 4 delle pale 5 sono montate le boccole 22 che sostengono le manovelle. Con questa disposizione dell'eccentrico 18 (Fig. 7), il modello si muoverà in avanti e girerà in una determinata direzione. Puoi modificare la velocità di movimento e fermare la nave solo modificando la velocità del motore o fermandola.
Ciò accade perché il valore OA (in questo caso la distanza dall'asse 15 al perno 19) rimane sempre costante. È impossibile modificare il valore dell'arresto spostando il punto N più vicino al centro O o al centro stesso O, e quindi interrompere il movimento della nave (Fig. 3, I). Il valore ON in questo modello è compreso tra 1/6 e 1/3,5 del raggio del disco di propulsione. Con maggiore o minore eccentricità, l'angolo di attacco sarà troppo grande o troppo piccolo, quindi le pale non creeranno la forza di spinta necessaria. Le pale dell'elica sono realizzate in metallo sottile (Fig. 8) e il rullo anteriore su cui è piegato il metallo è spesso il doppio dell'asse della pala.
Nella descrizione di questo modello non vengono fornite raccomandazioni riguardo al numero di pale, alle loro dimensioni e forme, quindi è meglio ricorrere ai calcoli dei propulsori reali. Per semplicità del modello, è meglio prendere il numero di pale pari a 4, poiché nei propulsori reali il numero di pale varia da 4 a 8. La lunghezza della pala è determinata dalla dimensione del diametro del disco di propulsione (circa 0,7 di questo diametro), e la larghezza della lama è presa entro 0,3 della sua lunghezza. Questa larghezza è presa nella parte superiore della lama, poiché la forma della lama è considerata mezza ellisse con semiassi uguali alla lunghezza della lama e metà della sua larghezza massima (larghezza alla radice). Il valore del punto fermo delle eliche T è espresso dalla formula: V=FA*RE2*n2, dove: F è l'area totale delle pale, D è il diametro del rotore di propulsione, n è il numero di giri della propulsione Da ciò si vede che è più vantaggioso prendere il diametro maggiore possibile del rotore, poiché all'aumentare di esso aumenta anche l'area delle pale. Ad esempio, nel rimorchiatore mostrato nella Figura 4, il diametro del rotore di propulsione è quasi la metà della larghezza del rimorchiatore. In un ambiente tecnico sarai in grado di realizzare modelli di propulsori con regolazioni a pieno controllo, simili a quelli utilizzati nei propulsori reali.
In tale modello (Fig. 9) spostare il dito 19 in una posizione sopra il centro dell'elica (cioè in modo che le pale non abbiano un arresto e la nave si fermi) o spostarsi in una posizione intermedia tra gli estremi e centrale (per modificare l'angolo di attacco delle pale e l'entità della battuta), anche l'albero di sterzo 15 è realizzato tubolare e attraverso di esso è fatto passare un albero di regolazione 23, alla cui estremità superiore è montata una ruota elicoidale 24, che è messo in rotazione da un secondo motorino elettrico 25 tramite una vite senza fine 26 (Fig. 10). All'estremità inferiore dell'albero di regolazione 23 è fissata una staffa 28, nella quale il perno eccentrico 19 viene spostato mediante il cursore 29. L'eccentrico 18 è realizzato in materiale composito. L'albero dello sterzo 15 fa girare l'eccentrico insieme alla staffa 28, e quando l'albero di regolazione 23 viene ruotato, l'eccentrico 18a inizia a girare e sposta il cursore 29 con il perno 19 lungo la staffa 28, posizionandolo nella posizione desiderata (Fig. 11, 1-4). Per semplificare, l'eccentrico 18 può essere realizzato non composito, ma sotto forma di forcella (Fig. 11, 5).
Dato che anche il dito 19 deve muoversi lungo le aste 20, queste aste sono realizzate sotto forma di forche (Fig. 12).
Un modello di nave con un sistema di propulsione ad elica deve avere il controllo via software o radiocomando, altrimenti sarà impossibile identificare tutte le qualità del sistema di propulsione ad elica durante il movimento. Prova a costruire un modello di nave con propulsione alare nella tua cerchia e scrivi all'editore cosa ne hai ricavato. Autore: N.Grigoriev
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