τα παντα για την προπελα

O ρόλος της προπέλας στην πλεύση του σκάφους είναι ο δεύτερος σε σημασία μετά την ισχύ της ώσης, η οποία χρειάζεται για να το σπρώξει πάνω στην υδάτινη επιφάνεια . Είναι ένα μέσο το οποίο επιδρά σε κάθε φάση της απόδοσής του ταχυπλόου : στη σταθερότητα, στην άνεση της πλεύσης, στην ταχύτητα, στην επιτάχυνση, στη μακροζωία του κινητήρα, στην κατανάλωση και, οπωσδήποτε, στην ασφάλεια.

Τα 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. Αυτό 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)

Είναι 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. Εξωτερικός 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).

Είναι 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.

Τα 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». Αντίθετα, 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).

Το έργο της προπέλας

Περιστρέφοντας μια προπέλα σύμφωνα με την κίνηση των δεικτών του ρολογιού παρατηρούμε την εμπρόσθια κόψη των πτερυγίων (leading edge) να προηγείται. Αυτή 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. Την ίδια στιγμή μία άλλη ποσότητα νερού πρέπει να «ορμήσει» στην επιφάνεια του πτερυγίου, για να καταλάβει τη θέση του προηγούμενου. Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα τη δημιουργία διαφορετικής πίεσης μεταξύ των δύο πλευρών των πτερυγίων :
α) Μια θετική πίεση, ή φαινόμενο «σπρωξίματος» στην κάτω πλευρά του πτερυγίου και

β) Μια αρνητική πίεση, ή φαινόμενο «τραβήγματος» στην πάνω πλευρά του πτερυγίου.

Αυτό, 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». Αυτό 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. Καθώς 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. Αυτό το ρεύμα κινείται σ’ ένα νοητό υδάτινο τούνελ, το οποίο είναι μικρότερο από την πραγματική διάμετρο της προπέλας. Αυτό το έργο του «τραβήγματος» νερού από μπροστά και του ταυτόχρονου «σπρωξίματος» προς τα πίσω με μία μεγαλύτερη ταχύτητα, προσθέτει ορμητικότητα στο νερό. Αυτή η αλλαγή σε ορμή ή σε επιτάχυνση του νερού, είναι η δύναμη που ονομάζουμε ώση (thrust).

Τα χαρακτηριστικά των προπελών

Στο χαρακτηρισμό μιας προπέλας υπάρχουν αρκετοί όροι, οι οποίοι συμπληρώνουν την ταυτότητά της. Αν 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.

Η 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. Επίσης, 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. Αν 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.

Το βήμα

Το 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. Αν 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 (21x2,54). Για να υπολογίσουμε τη θεωρητική ταχύτητα του σκάφους, που ο κινητήρας του φοράει προπέλα με αυτό το βήμα, χρειαζόμαστε ακόμα δύο στοιχεία:

α) Το ύψος των στροφών του κινητήρα, που εκεί θέλουμε να υπολογίσουμε τη θεωρητική ταχύτητα και β) Τη 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).

Ας 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.

Και 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 ratio» (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).

Και 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).

Τεχνικά, 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. Επίσης, 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 εκμεταλλεύονται 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, ένα 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. Γενικά πρέπει να έχουμε υπόψη μας ότι  η αλλαγή της προπέλας κατά ένα νούμερο σημαίνει και διαφοροποίηση της λειτουργίας του κινητήρα της τάξεως των 300 στροφών το λεπτό.

Τα ειδικά χαρακτηριστικά της προπέλας είναι :

Το Rake

Το «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. Αυτές 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. Τα 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.

Το Cup

Όταν η οπίσθια κόψη του πτερυγίου στο τελείωμά της σχηματίζει μία μικρή «κούρμπα», λέγεται ότι αυτή η προπέλα έχει cup. Το cup έχει στόχο το ίδιο αποτέλεσμα με το προοδευτικό βήμα ή το μεγαλύτερο rake. Τα 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. Μιλάμε, 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. Ας πάρουμε, για παράδειγμα, μία προπέλα με στρογγυλεμένα πτερύγια. Αν 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.

  Αν 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. Αυτό 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. Μία 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. Αυτό έχει και σαν αποτέλεσμα το κάπως αυξημένο σπρέι στα απόνερα, 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. Την 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.

Η ολίσθηση της προπέλας

 Ολίσθηση της προπέλας ονομάζουμε τη διαφορά της πραγματικής ταχύτητας από τη θεωρητική, σε ποσοστό επί τοις εκατό. Ας 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 : Αν το βήμα της προπέλας είναι 19΄΄ και η σχέση μετάδοσης 2:1, έχουμε : (5000x19x0,0254x60)/(2x1852) Θ. Τ.=39 κόμβοι. Εδώ διαπιστώνεται μία διαφορά της πραγματικής ταχύτητας από τη θεωρητική, 3 κόμβων. Αυτό σημαίνει ότι, σε επί τοις 100 αναλογία, έχουμε ποσοστό ολίσθησης 7,7.

Η διάμετρος της προπέλας στο έργο της όσης

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. Αυτό, 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.

Εσάς 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. Αυτό γίνεται όταν μεγαλώνει και το βήμα αφού το μεγαλύτερο βήμα θα το φοράει και ο μεγαλύτερης ισχύος κινητήρας.

Η 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. Με 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- 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. Οι 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.

Τα 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. Το άμεσο καλό με τις πολύφτερες προπέλες είναι ότι σαφώς μειώνονται οι κραδασμοί και αυξάνονται οι επιταχύνσεις, αφού είναι αυξημένη και η επιφάνεια των πτερυγίων. Μπορούν, επίσης, να βοηθήσουν στην αποδοτικότητα του rake, ώστε να σηκωθεί η πλώρη και να κερδηθούν κάποια παραπάνω μίλια.

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). Αυτό, βέβαια, δεν είναι κακό, αφού και η ταχυπλοΐα εξελίχθηκε και συνεχίζει να εξελίσσεται από τον πειραματισμό. 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.

Το πάχος των πτερυγίων

Τα πτερύγια δεν έχουν το ίδιο πάχος σε όλη την επιφάνειά τους. Το μεγαλύτερο πάχος το έχουν στη βάση τους στην ένωση με τον κορμό και λεπταίνουν προς τις άκρες. Αυτό είναι προφανές γιατί συμβαίνει: Τα 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. Είναι 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. Το πάχος στις άκρες των πτερυγίων είναι, συνήθως, από 1,5 μέχρι 2 mm για τις αλουμινένιες προπέλες και λίγο μικρότερο για τις ατσαλένιες.

Οι 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). Αυτές 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. Τα πτερύγια μπορεί να είναι ίσια ή λοξά. Τα 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. Αυτό 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. Αυτό, 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. Αυτό που ακούτε να το ονομάζουν «cavitation plate» ή «anticavitation plate». Αν 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. Επίσης, 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. Αυτό είναι πολύ γνωστό. Εκείνο, 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.  Καθώς 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.

Κατά 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). Αυτή η μετάλλαξη των φυσαλίδων απελευθερώνει μια ενέργεια η οποία επιδρά πάνω στα πτερύγια, δημιουργώντας ένα «κάψιμο», το οποίο επικράτησε να το λέμε «cavitation», και αυτό είναι που προκαλεί το «ψώριασμα» του μετάλλου της προπέλας.