프로펠러

Propeller
항공기 프로펠러는 프로펠러(에로노틱스)를 참조하십시오.다른 용도는 프로펠러(동음이의)를 참조하십시오.
상선의 '오른손' 프로펠러로 시계방향으로 회전해 배를 앞으로 밀고 나아간다.
봄바디어 Q400에 장착된 프랫 앤 휘트니 캐나다 PW100 터버롭의 프로펠러

프로펠러(선박에 있으면 나사로, 항공기에 있으면 항공 스크류로 부르는 경우가 많다)는 나선형 나선형을 형성하기 위해 피치에서 설정된 회전 허브와 복사 블레이드가 있는 장치로 회전할 때 물이나 공기와 같은 작동 유체에 선형 추력을 가한다.[1]프로펠러는 파이프나 도관을 통해 액체를 펌핑하거나, 물이나 항공기를 통해 보트를 밀어내기 위한 추력을 만드는 데 사용된다.칼날은 특별히 모양을 만들어 유체를 통한 그들의 회전 운동이 유체에 힘을 가하는 베르누이의 원리에 의해 블레이드의 두 표면 사이에 압력 차이를 일으키도록 한다.[2]대부분의 해양 프로펠러는 나선 날개가 달린 나사 프로펠러로 대략 수평 축이 있는 프로펠러 샤프트에서 회전한다.[3]

역사

초기 개발

나사 프로펠러를 사용할 때 사용하는 원리는 스크루 프로펠러에서 도출된다.스컬링에서, 하나의 블레이드는 호를 통해 좌우로 이동하며, 효과적인 각도로 계속 블레이드를 물에 표시하도록 주의한다.나사 프로펠러와 함께 도입된 혁신은 회전축에 블레이드를 부착함으로써 360도 이상의 호를 통해 그 호를 확장하는 것이었다.프로펠러는 하나의 칼날을 가질 수 있지만 실제로는 거의 항상 하나 이상의 칼날을 가지고 있어서 관련된 힘의 균형을 맞출 수 있다.

아르키메데스나사

나사 프로펠러의 기원은 적어도 아르키메데스(C. 287 – C. 212 BC)가 관개 및 보트를 위해 나사를 사용하여 물을 들어 올리기 때문에 아르키메데스의 나사(Archimedes)로 알려지게 될 정도로 유명하다.그것은 아마도 수세기 동안 이집트인들이 관개를 위해 사용한 속이 빈 분할된 물레바퀴에 우주에서의 나선운동(정신이란 아르키메데스의 특별한 연구였다)을 응용한 것이었을 것이다.날으는 장난감인 대나무 코퍼터는 서기 320년경부터 중국에서 즐겨졌다.후에 레오나르도 다빈치는 그의 이론적 헬리콥터를 운전하기 위해 나사 원리를 채택했는데, 그 원리는 머리 위에 커다란 캔버스 스크류 나사를 스케치했다.

1661년, 투구드와 헤이스는 프로펠러는 아니지만 워터젯 추진에 나사를 사용할 것을 제안했다.[4]1681년 로버트 후크는 거의 2년 반 후인 1928년에 고안된 커스틴-보잉 수직축 프로펠러와 현저하게 유사한 수평 물레를 설계했다; 2년 후 후 후크는 물을 통한 선박의 동력원을 제공하기 위해 디자인을 수정했다.[5]1693년 두 퀘라는 이름의 프랑스인이 스크류 프로펠러를 발명했는데, 이 프로펠러는 1693년에 시도되었지만 후에 버려졌다.[6][7]1752년 파리의 아카데미 데스 사이언스는 버넬리에게 프로펠러 바퀴 설계에 대한 상을 수여했다.이와 거의 동시에 프랑스의 수학자 알렉시스 장 피에르 파크톤은 아르키메데스 나사를 기반으로 한 물 추진 시스템을 제안했다.[5]1771년, 증기기관 발명가 제임스 와트는 사적인 편지에서, 비록 증기기관과 함께 그것을 사용하지 않았거나, 혹은 결코 그 아이디어를 실행하지 않았지만, 보트를 추진하기 위해 "기름 노"를 사용할 것을 제안했다.[8]

프로펠러의 실용적이고 응용된 첫 사용의 하나는 1775년 예일대 학생이자 발명가인 데이비드 부쉬넬이 시계 제작자, 판화사, 브래스 파운드리맨 아이작 두리틀의 도움을 받아 디자인한 거북이라는 잠수함에 있었다. 그리고 부쉬넬의 동생 에즈라 부쉬넬과 배의 목수와 시계 제작자가 함께 만들었다.R 피나스 프랫은 코네티컷주 세이브룩에 선체를 건조했다.[9][10]1776년 9월 6일 밤, 에즈라 리 하사는 뉴욕항에서 HMS 이글을 공격하여 거북이를 조종했다.[11][12]거북이는 또한 전투에 사용된 최초의 잠수함이라는 구별을 가지고 있다.이후 부쉬넬은 1787년 10월 토마스 제퍼슨에게 보낸 편지에서 "나사의 원리에 따라 형성된 노아(Oar)는 선박에 진입한 선박의 앞부분에 고정되어 한 방향으로 노를 젓지만 다른 방향으로 노를 저어 뒤로 노를 저었다.손이나 발에 의해 돌아가도록 만든 것이다."[13]거북이의 모든 놋쇠와 움직이는 부품과 마찬가지로 놋쇠 프로펠러는 뉴헤이븐의 "악의적인 기계공" 이삭 두리틀에 의해 제작되었다.[14]

1785년 영국의 조셉 브라마는 프로펠러를 건설한 적은 없지만 블레이드 프로펠러에 부착된 보트의 수중 후면을 통과하는 프로펠러 솔루션을 제안했다.[15]

1800년 2월, 런던의 에드워드 쇼터(Edward Shortter of London)는 수선 위 갑판에서 일시적으로 아래로 배치되어 물 봉인을 필요로 하지 않는 유사한 프로펠러를 사용할 것을 제안했고, 오직 돛을 단 선박을 보조하기 위한 목적이었다.지브롤터의 수송선 돈캐스터와 몰타에서 시험해 시속 2.5mph의 속력을 냈다.[16]

1802년 미국 변호사 겸 발명가 존 스티븐스는 4개의 날개가 달린 프로펠러에 로터리 증기 엔진을 결합한 25피트(7.6m)짜리 보트를 만들었다.이 우주선은 시속 6.4km(4mph)의 속력을 얻었지만 스티븐스는 고압 증기 엔진 사용 시 내재된 위험 때문에 프로펠러를 폐기했다.그의 뒤를 이은 배들은 노를 저어 달리는 보트였다.[16]

1827년까지 체코-오스트리아 발명가 조제프 레셀은 원뿔형 베이스에 여러 개의 날이 고정된 나사 프로펠러를 발명했다.그는 1826년 2월 수동으로 움직이는 작은 배에서 프로펠러를 시험했다.그는 그의 청동 나사 프로펠러를 개조된 증기선 (1829)에 사용하는 데 성공했다.그의 배인 48톤의 시베타는 약 6노트(시속 11km)의 속도에 도달했다.이것은 아르키메데스 나사형 프로펠러가 성공적으로 운전한 첫 번째 배였다.새로운 증기기관이 사고를 당한 후(파이프 용접이 깨진) 그의 실험은 오스트리아-헝가리 경찰에 의해 위험하다는 이유로 금지되었다.요제프 레셀은 당시 오스트리아 제국의 임업 검사관이었다.그러나 이에 앞서 프로펠러(1827년)로 오스트리아-헝가리 특허(라이선스)를 받았다.그는 1857년에 죽었다.이 새로운 추진 방법은 선박이 석탄을 태울 때 배의 움직임이나 드래프트의 변화에 그다지 영향을 받지 않았기 때문에 패들휠보다 개선된 것이었다.[17]

노바스코샤주 야머스의 항모 존 패치는 1832년 부채꼴 모양의 두 가닥 프로펠러를 개발해 1833년 공개적으로 실증해 뉴브런즈윅주 세인트존의 노를 젓는 보트와 소형 해안선 스쿠너를 가로질러 추진했으나 미국 특허출원은 1849년까지 미국 시티가 아니었기 때문에 거절당했다.젠.[18] 그의 효율적인 디자인은 미국[19] 과학계에서 찬사를 끌어 모았지만, 이 무렵에는 해양 프로펠러의 여러 경쟁 버전이 있었다.

나사 프로펠러

1830년대 이전에는 나사 추진에 대한 실험이 많았지만, 이러한 발명품들 중 시험 단계까지 추구된 것은 거의 없었고, 이런저런 이유로 만족스럽지 못한 것으로 판명된 발명품들은 거의 없었다.[20]

RMS 올림픽 프로펠러.바깥쪽 두 개는 역회전하고 있다.
1836년 스미스의 두 바퀴 풀 턴 나사 프로펠러 특허.그는 나중에 특허권을 수정하여 길이를 한 바퀴로 줄였다.

1835년 영국의 두 발명가 존 에릭슨과 프란시스 페티트 스미스는 이 문제에 대해 별도로 연구하기 시작했다.스미스는 5월 31일 나사 프로펠러 특허를 처음 꺼냈으며, 당시 영국에서 근무하던 스웨덴의 영재 기술자 에릭슨은 6주 후에 특허를 출원했다.[21]스미스는 자신의 헨던 농장의 연못에서 먼저 시범을 보인 뒤 나중에 런던의 왕립 아델라이드 실용과학 갤러리에서 해군 장관 윌리엄 배로 보이는 그의 발명품을 시험하기 위해 재빨리 소형 모형배를 만들었다.런던 은행가 라이트(Wright)의 후원을 확보한 스미스는 1836년 11월부터 1837년 9월까지 패딩턴 운하에서 시범을 보인 6톤짜리 6마력(4.5kW)짜리 운하 보트를 만들었는데, 이 보트는 프란시스 스미스(Francis Smith)라고 불렸다.우연한 사고로 1837년 2월 항해 도중 두 바퀴의 나무 프로펠러가 파손되었고, 스미스의 놀랍게도 지금은 단 한 바퀴로만 이루어진 고장 프로펠러는 보트의 기존 속도를 시속 약 4마일에서 8마일로 두 배로 늘렸다.[21]스미스는 나중에 이 우연한 발견에 따라 수정된 특허를 출원할 것이다.

그 사이 에릭슨은 45피트(14m) 길이의 스크류 추진 증기선 프랜시스 B호를 건조했다. 1837년 오그덴은 테임즈 강에서 윌리엄 시몬드 경을 포함한 영국 해군 고위 간부들에게 그의 보트를 시연했다.기존 패들 기선들과 견줄 만한 시속 10마일의 속도에 도달했음에도 불구하고 시몬드와 그의 수행원들은 아무런 감명을 받지 못했다.해군측은 스크류 추진이 해양항해 서비스에서 비효율적일 것이라는 견해를 견지했고, 시몬드 자신도 스크류 추진 선박을 효율적으로 조향할 수 없다고 믿었다.[22]이 거절에 따라 에릭슨은 두 번째로 큰 나사 추진 보트인 로버트 F를 만들었다. 스톡튼은 1839년에 그녀가 미국으로 항해하게 했고, 그는 곧 미국 해군의 첫 스크류 추진 군함인 USS 프린스턴의 디자이너로 명성을 얻게 되었다.[23]

SS 아르키메데스의 나사 프로펠러

나사 프로펠러가 시고 서비스에 적합하지 않을 것이라는 영국 해군의 견해를 알고 있는 것으로 보이는 스미스는 이러한 가정이 틀렸다는 것을 증명하기로 결심했다.1837년 9월, 런던 블랙월에서 켄트 하이테까지, 램스게이트, 도버, 포크스톤에 정차한 채, 그의 작은 배(현재는 한 바퀴의 철 프로펠러를 장착했다)를 바다로 가져갔다.지난 25일 런던으로 돌아가는 길에 영국 해군 장교들이 스미스의 우주선이 폭풍우가 몰아치는 바다에서 전진하는 모습이 목격됐다.이 기술에 대한 해군관의 관심이 되살아났고, 스미스는 이 기술의 효과를 보다 결정적으로 증명하기 위해 풀사이즈 선박을 건조하도록 장려되었다.[24]

영국 SS 대영제국의 첫 프로펠러 복제품.1845년 네 개의 블레이드 모델이 원형을 대체했다.이 배는 노를 달도록 설계되었지만 나사 프로펠러가 훨씬 더 효율적이라는 것이 밝혀진 후 계획이 변경되었다.

SS 아르키메데스는 1838년 런던의 헨리 [26][27][28][29]윔슈스트가 스크류 프로펠러로 움직이는 세계 최초의 증기선으로 건설했다[25].

아르키메데스는 선박 개발에 상당한 영향을 미쳐 상업 선박에 대한 그녀의 영향력 외에도 영국 해군의 스크류 추진력 채택을 장려했다.스미스의 아르키메데스와의 시련은 1845년 나사로 움직이는 라틀러가 패들 기선인 아렉토를 2.5노트(4.6km/h)로 뒤로 당기는 등 HMS 라틀러와 HMS 아렉토의 줄다리기로 이어졌다.

아르키메데스는 1843년 이삼바드 킹덤 브루넬의 SS 대영제국의 설계에도 영향을 미쳤고, 그 후 1845년 8월 대서양을 횡단한 최초의 스크류 추진 증기선이었다.

HMS Terror와 HMS Erebus는 모두 증기 기관과 스크류 프로펠러를 탑재한 최초의 영국 해군 함정이 되기 위해 심하게 개조되었다.둘 다 1845년 7월 배핀 만 근처에서 마지막으로 유럽인들이 본 프랭클린의 잃어버린 탐험에 참가했다.

나사 프로펠러 설계는 1880년대에 안정화되었다.

샤프트리스 프로펠러

중심축이 없는 프로펠러는 원 모양의 전기 모터의 일부인 링에 부착된 프로펠러 날개로 구성된다.이 디자인은 림 구동 추진기로 알려져 있으며, 몇몇 자동 유도 로봇 배들에 의해 사용된다.림 구동 추진 시스템은 점점 더 사용하기 위해 고려되고 있다.[30]

항공기 프로펠러

비행 중인 ATR 72 프로펠러
주요기사 : 프로펠러(에로노믹스)

현대 항공기 프로펠러의 꼬인 에어로포일 모양은 라이트 형제가 개척했다.일부 초기 엔지니어들이 해양 프로펠러에 공기 프로펠러를 모델링하려고 시도했지만, 라이트 형제는 공기 프로펠러(일명 에어스크루라고도 함)가 날개와 본질적으로 같다는 것을 깨달았고, 날개 위에서 그들의 초기 풍동 실험에서 얻은 데이터를 사용할 수 있었다.그들은 또한 칼날 길이를 따라 트위스트를 도입했다.이것은 칼날의 공격 각도가 길이를 따라 비교적 일정하게 유지되도록 하기 위해 필요했다.[31]그들의 원래 프로펠러 날개는 100년 후인 현대 동급 프로펠러에 비해 약 5%의 효율밖에 되지 않았다.[32]저속 프로펠러 공기역학에 대한 이해는 1920년대에 이르러 상당히 완성되었지만, 이후 더 작은 직경의 더 많은 전력을 다루기 위한 요건은 이 문제를 더욱 복잡하게 만들었다.

또 다른 초기 개척자인 알베르토 산토스 뒤몽은 비행선 경험을 통해 얻은 지식을 14개의 비스킷 양면비행기에 사용할 강철축과 알루미늄 날개로 프로펠러를 만들었다.그의 디자인 중 일부는 날개에 구부러진 알루미늄 시트를 사용하여 에어포일 모양을 만들었다.그들은 심하게 방해를 받았고, 이것과 더불어 길이 방향의 반전이 없어서 라이트 프로펠러보다 효율성이 떨어졌다.그렇더라도, 이것은 아마도 항공 스크류 제작에서 알루미늄을 처음 사용한 것이었을 것이다.

프로펠러 이론

주요기사 : 프로펠러 이론

19세기에 프로펠러에 관한 몇 가지 이론이 제안되었다.운동량 이론 또는 디스크 작동기 이론 - 이상적인 프로펠러의 수학적 모델을 기술하는 이론 - W.J.M. 랭킨(1865), A.G. 그린힐(1888), R.E. Froude(1889)에 의해 개발되었다.프로펠러는 무한히 얇은 디스크로 모델링되어 회전축을 따라 일정한 속도를 유도하고 프로펠러 주위로 흐름을 만든다.

고체를 통과하는 나사는 "슬립"이 0이 되지만 프로펠러 나사는 유체(공기나 물)에서 작동하기 때문에 약간의 손실이 발생한다.가장 효율적인 프로펠러는 대형 선박과 같이 직경이 크고 회전 속도가 느린 나사로, 가장 효율이 낮은 나사는 직경이 작고 회전 속도가 빠르다(예: 선외기 모터).뉴턴의 운동 법칙을 사용하면 프로펠러의 전방 추력을 시간 당 거꾸로 보내지는 유체의 질량과 프로펠러가 그 질량에 추가하는 속도에 비례하는 반응이라고 유용하게 생각할 수 있으며, 실제로 더 무겁고 느린 제트기를 만드는 것보다 빠른 제트기를 생산하는 것과 관련된 손실이 더 많다.(공기에서도 마찬가지다.)대형 터보팬 엔진이 이전보다 효율이 더 높은 경향이 있는 크래프트, 소형 터보팬, 심지어 소형 터보제트도 더 작은 속도로 질량을 방출하는 경향이 있다.)[33]

프로펠러 기하학

해상 나사 프로펠러의 기하학적 구조는 헬리코이드 표면을 기반으로 한다.이는 블레이드의 표면을 형성하거나 블레이드의 표면을 이 표면에서 오프셋하여 설명할 수 있다.블레이드 뒷면은 현선의 오프셋으로 에어로포일을 설명할 수 있는 것과 같은 방식으로 헬리코이드 표면의 오프셋으로 설명된다.피치 표면은 진정한 헬리코이드 또는 날개 위의 웨이크 속도에 대한 공격 각도와 더 잘 일치하는 웨이프가 있는 표면일 수 있다.편향된 헬리코이드는 방사상 거리 측면에서 방사상 기준선의 형태와 피치 각도를 명시하여 설명한다.전통적인 프로펠러 도면에는 갈퀴를 정의하는 옆면 고도, 뿌리부터 끝까지의 칼날 두께의 변화, 허브를 통과하는 세로 단면, 세로 중심선면에 블레이드의 투영된 윤곽의 네 부분이 포함된다.확장된 블레이드 뷰는 다양한 반지름의 단면 모양을 보여주며, 피치 면은 베이스 라인과 평행하게 그리고 두께는 축과 평행하게 그린다.단면의 선행 끝과 후행 끝을 연결하는 선으로 표시된 윤곽은 확장된 블레이드 윤곽을 보여준다.피치 다이어그램은 뿌리부터 끝까지의 반지름에 따른 피치의 변화를 보여준다.가로 보기는 블레이드의 가로 투영과 블레이드의 개발된 윤곽을 보여준다.[34]

블레이드는 프로펠러가 회전할 때 추력이 발생하는 포일 단면 플레이트. 허브는 프로펠러의 중심 부분으로, 프로펠러를 서로 연결하고 프로펠러를 샤프트에 고정시킨다.레이크는 샤프트에 수직인 반지름까지의 블레이드 각도다.스큐는 반경까지의 최대 두께 선의 접선 오프셋이다.

프로펠러 특성은 일반적으로 무차원 비율로 표현된다.[34]

  • 피치 비율 PR = 프로펠러 피치/프로펠러 직경 또는 P/D
  • 디스크0 영역 A = πD2/4
  • 확장 면적비 = AE/A0, 여기서 확장 면적E A = 허브 외부에 있는 모든 블레이드의 확장 면적.
  • 개발 면적비 = AD/A0, 여기서 개발 영역 AD = 허브 외부에 있는 모든 블레이드의 개발 영역
  • 투사 면적비 = AP/A0, 여기서 투사 면적 AP = 허브 외부에 있는 모든 블레이드의 투사 면적
  • 평균 너비 비율 = (허브 바깥쪽의 블레이드 면적/허브 바깥쪽의 블레이드 길이)/지름계
  • 블레이드 폭 비율 = 블레이드/지름계의 최대 폭
  • 블레이드 두께 비율 = 샤프트 축/지름계에 생성되는 블레이드의 두께

공동화

주요기사 : 캐비테이션
물동굴 실험에서 캐비테이션 프로펠러
개인용 수상기 프로펠러에 캐비테이션 손상이 있음

캐비테이션(cavitation)은 베르누이의 원리로 인해 압력이 낮은 지역에서 움직이는 프로펠러 블레이드 부근의 물에 증기 거품이 생기는 것이다.나사를 통해 너무 많은 전력을 전달하려고 시도하거나 프로펠러가 매우 빠른 속도로 작동하고 있는 경우 발생할 수 있다.캐비테이션은 동력을 낭비하고 진동과 마모를 일으키며 프로펠러 손상을 초래할 수 있다.그것은 프로펠러 위에서 여러 가지 방법으로 발생할 수 있다.프로펠러 공동화의 가장 일반적인 두 가지 유형은 흡인측 표면 공동화와 팁 볼텍스 공동이다.

흡인측 표면 공동화는 프로펠러가 고속 회전 속도 또는 무거운 부하(높은 블레이드 리프트 계수)에서 작동할 때 형성된다.블레이드의 상류면("흡입면")의 압력은 물의 증기압력 아래로 떨어져 증기주머니가 형성될 수 있다.그러한 조건에서는 블레이드의 하류면("압력면")과 흡입면 사이의 압력 변화가 제한되며, 결국 공동화 정도가 증가함에 따라 감소한다.대부분의 블레이드 표면이 캐비테이션으로 덮여 있을 때 프로펠러에 의해 생성된 추력처럼 블레이드의 압력측과 흡입측 사이의 압력 차이가 상당히 떨어진다.이 상태를 "러스트 붕괴"라고 한다.이러한 조건에서 프로펠러를 작동하면 에너지가 낭비되고 상당한 소음이 발생하며, 증기 거품이 붕괴될 때 블레이드 표면에 대한 국부적인 충격파로 인해 나사 표면이 빠르게 침식된다.

팁 소용돌이의 공동화는 팁 소용돌이의 중심부에 형성되는 극도로 낮은 압력에 의해 발생한다.팁 소용돌이는 유체가 프로펠러 끝을 감싸고 압력측에서 흡입측으로 감겨 발생한다.이 비디오는 팁 소용돌이의 공동화를 보여준다.팁 볼텍스 캐비테이션은 일반적으로 흡인측면 공동화 전에 발생하며, 이러한 유형의 공동화는 칼날에 붕괴되지 않고 일부 하류에서 떨어지기 때문에 칼날에 덜 손상된다.

해양 프로펠러의 종류

제어 가능한 피치 프로펠러

제어 가능한 피치 프로펠러
어선의 가변 피치 프로펠러

가변 피치 프로펠러(제어 가능한 피치 프로펠러라고도 함)는 고정 피치 종류에 비해 상당한 장점을 가지고 있다.이점은 다음과 같다.

  • 특정 속도에 대해 가장 효과적인 블레이드 각도를 선택할 수 있는 능력
  • 모터 사이클링 시, 바람과 엔진에서 최적의 구동력을 얻기 위해 블레이드 각도를 조이는 능력
  • (뒤로) 훨씬 더 효율적으로 (뒤로) 이동할 수 있는 기능(고정 소품들은 (뒤로)에서 매우 낮은 성능을 발휘함)
  • 사용하지 않을 때(예: 항해 시) 최소한의 저항을 주기 위해 블레이드를 "조종"할 수 있는 기능

스큐백 프로펠러

독일식 212형 잠수함에서 사용되는 프로펠러의 선진형을 스큐백 프로펠러라고 한다.일부 항공기에 사용되는 사곡검 날개와 마찬가지로 스큐백 프로펠러의 날개 끝이 회전 방향을 거슬러 뒤로 쓸려 나간다.또 날개가 세로축을 따라 뒤쪽으로 기울어 프로펠러 전체 컵 모양의 외관을 갖게 한다.이 디자인은 공동화를 줄이면서 추력 효율을 보존하여 조용하고 은근한 디자인을 구현한다.[35][36]

소수의 배들은 일부 비행기의 날개와 비슷한 날개 달린 프로펠러를 사용하여 팁을 줄이고 효율성을 향상시킨다.[37][38][39][40][41]

참고 항목: 아스테른 추진

모듈식 프로펠러

모듈식 프로펠러는 보트의 성능을 더 잘 제어할 수 있게 해준다.피치나 손상된 블레이드만 교체할 수 있는 기회가 있을 때는 프로펠러 전체를 교체할 필요가 없다.피치를 조절할 수 있게 되면 다른 고도, 수상 스포츠, 또는 순항하는 동안 보트의 성능이 향상될 것이다.[42]

보이스 슈나이더 프로펠러

Voith Schneider 프로펠러는 나선형 블레이드 대신 수직축을 회전시키는 네 개의 지지되지 않은 직선 블레이드를 사용하며 기계적 복잡성이 더 높은 비용으로 언제든지 어떤 방향으로든 추력을 제공할 수 있다.

프로펠러 스트라이크 또는 로프 파울링 후 엔진이 손상되지 않도록 보호하는 장치

축 보호

선외기의 프로펠러에 고장난 고무 부싱

프로펠러가 무거운 물체와 충돌할 위험에 노출된 선외기와 같은 소형 엔진의 경우, 프로펠러는 과부하 시 고장 나도록 설계된 장치를 포함하고, 장치 또는 프로펠러 전체를 희생시켜 값비싼 변속기와 엔진이 손상되지 않도록 한다.

일반적으로 소형(10 hp 또는 7.5 kW 미만) 및 구형 엔진에서는 구동축과 프로펠러 허브를 통해 좁은 전단 핀이 정상적인 부하에서 엔진의 동력을 전달한다.핀은 프로펠러가 엔진에 손상을 줄 수 있는 하중 아래에 놓일 때 전단되도록 설계되어 있다.핀을 깎은 후 엔진은 새 전단 핀이 장착될 때까지 보트에 추진력을 제공할 수 없다.[43]

더 크고 현대적인 엔진에서 고무 부싱은 구동축의 토크를 프로펠러의 허브로 전달한다.손상된 부하에서 허브 부싱의 마찰을 극복하고 회전하는 프로펠러가 샤프트에 미끄러져 엔진 구성 요소의 과부하를 방지한다.[44]이러한 이벤트 후 고무 부싱이 손상될 수 있다.만일 그렇다면, 낮은 회전에서는 감소된 전력을 계속 전달할 수 있지만, 높은 회전에서는 마찰 감소로 인해 전력을 공급하지 않을 수도 있다.또한 고무 부싱은 시간이 지남에 따라 소멸되어 설계 고장 하중 이하의 하중을 받는 고장으로 이어질 수 있다.

고무 부싱의 교체 또는 수리 여부는 프로펠러에 따라 결정되며, 일부는 그렇지 않다.일부 제품은 간섭 적합을 위해 대형 부싱을 삽입할 수 있지만 특수 장비가 필요하다.다른 것들은 쉽게 교체될 수 있다."특수장비"는 보통 깔때기, 프레스, 고무 윤활유(비누)로 구성된다.선반에 접근할 수 없는 경우, 즉석 깔때기는 강철 튜브와 차체의 필러로 만들 수 있다. 필러는 압축력에 의해서만 작용하기 때문에 잘 할 수 있다.종종, 부싱은 견과류, 와셔 그리고 나사산 막대보다 더 복잡한 것 없이 제자리에 그려질 수 있다.이런 유형의 프로펠러에서 더 심각한 문제는 프로펠러 제거를 불가능하게 만드는 '냉동형' 스플라인 부싱이다.이러한 경우 프로펠러를 가열하여 고무 인서트를 고의로 파괴해야 한다.프로펠러가 제거되면 스플라인 튜브를 그라인더로 잘라낼 수 있으며, 그 다음 새 스플라인 부싱이 필요하다.문제가 재발하지 않도록 스플라인에 내진성 부식 방지 화합물을 코팅할 수 있다.

일부 현대적인 프로펠러에서는 드라이브 슬리브라고 불리는 하드 폴리머 인서트가 고무 부싱을 대체한다.샤프트와 프로펠러 허브 사이에 삽입된 슬리브의 스플라인 또는 기타 비원형 단면은 마찰이 아닌 프로펠러로 엔진 토크를 전달한다.폴리머는 프로펠러와 엔진의 구성품보다 약하기 때문에 프로펠러가 과부하될 때 먼저 고장난다.[45]이것은 과도한 부하에서 완전히 고장 나지만 쉽게 교체할 수 있다.

잡초 해치와 로프 커터

청동 프로펠러 & 스테인리스 로프 커터

대형 선박의 프로펠러는 깊은 물에 잠기고 장애물과 표류물이 없는 반면 요트, 바지선, 강 보트는 종종 잡초, 밧줄, 케이블, 그물, 플라스틱과 같은 파편들에 의해 프로펠러 반칙을 겪는다.영국의 좁은 보트는 반드시 프로펠러 위에 잡초 해치를 두는데, 일단 좁은 보트가 정지하면 해치를 열어 프로펠러에 접근할 수 있게 하여 잔해를 치울 수 있다.요트와 강 보트에는 잡초 해치가 거의 없다. 대신 그들은 프로펠러와 함께 회전하고 프로펠러에 의해 프로펠러로 회전하는 로프 커터를 장착할 수 있다.이 절단기들은 잔해를 치우고 잠수부들이 수동으로 파울을 참관할 필요가 없게 한다.로프 커터는 네 가지 형태를 취한다.[46][47]

  • (1)[48] 면도날처럼 잘리는 단순하고 날카로운 모서리의 디스크
  • (2) 가위 작용으로 절단하고 고정 블레이드에 대해 얇게 자르는 둘 이상의 날개가 있는 [49][50][51]로터
  • (3) 날카로운 가장자리와 돌출부로 구성된 복잡한 절삭 가장자리를 가진 톱니형 로터.[52]
  • (4) 타입 2 커터의 개발, 「QuickKutter」는 보다 단순하고 견고하며 대안이 된다.로터가 없는 대신 프로펠러 블레이드를 사용하여 로프를 프로펠러 허브의 전방 합성 스풀 위로 감아 로프를 강력한 고정 블레이드에 의해 절단한다.[53]

프로펠러 변형

클리버

클리버는 특히 보트경주에 사용되는 프로펠러 디자인의 일종이다.그것의 가장자리는 둥글게 형성되어 있고, 가장자리는 곧게 잘려 있다.그것은 활 리프트를 거의 제공하지 않기 때문에, 예를 들어 수력 비행기와 같이 자연적으로 충분한 유체 역학 활 리프트를 가지고 있는 보트에 사용할 수 있다.활 리프트 부족을 보완하기 위해 하부 유닛에 하이드로폼을 설치할 수 있다.하이드로포일은 활을 들어 올리는 것을 줄이고 배를 구멍에서 나와 비행기로 옮기는 것을 돕는다.

참고 항목

  • 나사 추진 차량 – 하중 지지 회전 나선 플랜지에 의해 추진되는 차량

프로펠러 특성

프로펠러 현상

기타

재료 및 제조

외부 영상
video icon 나사 랭글리, 123 목제 프로펠러 건설

메모들

  1. ^ "Propeller". Encyclopedia Britannica. Retrieved 2019-12-04.
  2. ^ "NASA website article - Propeller Propulsion". May 5, 2015.
  3. ^ 참고: 많은 보트에서 프로펠러 샤프트는 수평이 아니라 선미 쪽으로 기울어진다.이것은 종종 선체 모양에 의해 디자이너에게 강요되지만, 스쿼트 효과에 대항하는 것을 도와줌으로써 작은 이익을 준다.
  4. ^ Carlton, John, Marine Professors and Proproprovision Butterworth-Heinmann, 2012, 페이지 363
  5. ^ a b 칼튼, 페이지 1
  6. ^ Bourne, John (April 10, 1855). "A Treatise on the Screw Propeller: With Various Suggestions of Improvement". Longman, Brown, Green, and Longmans – via Google Books.
  7. ^ "Patents for Inventions: Abridgments of Specifications : Class ..." Patent Office. April 10, 1857 – via Google Books.
  8. ^ 머리헤드, 제임스 패트릭, 제임스 와트의 인생, 그의 서신으로부터 선택받은... 초상화와 목판화, 런던: 존 머레이, 1858년, 페이지 208
  9. ^ 스타인, 스티븐 KThe Sea in World History: 탐험, 여행, 무역 [2권], 편집자 Stephen K.스타인, ABC-CLIO, 2017, 1권, 페이지 600
  10. ^ 맨스턴, 로이 R;프레데릭 J, 거북이: 데이비드 부쉬넬의 혁명 선박 야들리, 파: 웨스톨메 출판.ISBN 978-1-59416-105-6OCLC 369779489, 2010, 페이지 xii, 52, 53
  11. ^ 터커, 스펜서, ABC-CLIO, 2013, 1권, 페이지 305
  12. ^ 만스텐 pp.시이, 시이브
  13. ^ Nicholson, William, A Journal Lichoria, Chemistry and Arts, 제4권, G. G. G., J. Robinson, 1801, 페이지 221
  14. ^ 맨스턴, 페이지 150
  15. ^ 칼튼, 1-2페이지
  16. ^ a b 칼튼, 페이지 2
  17. ^ 폴 아우구스틴 노르망드, 라 제네스 드 라'엘리체 프로펠러스 (나사 프로펠러의 창세기)파리: 아카데미 드 마린, 1962년, 페이지 31-50.
  18. ^ 마리오 테리오트, 위대한 해양 발명품 구스 레인 출판(2001) 페이지 58-59
  19. ^ ""Patch's Propeller", Scientific America, Vol. 4, No. 5 (October 10, 1848) p. 33, featured in The Archimedes Screw website retrieved 31 January 2010". Archived from the original on July 8, 2011.
  20. ^ Smith, Edgar C. (1905). A Short history of Naval and Marine Engineering. University Press, Cambridge. pp. 66–67.
  21. ^ a b 본, 페이지 84.
  22. ^ 프란시스 B의 경우에는. Ogden, Symonds가 옳았다.에릭슨은 프로펠러의 앞쪽으로 방향타를 놓는 실수를 범해 방향타를 무력화시켰다.시몬드는 에릭슨이 시험 도중 바지선을 견인해 문제를 위장하려 했다고 믿었다.
  23. ^ 본, 87-89페이지
  24. ^ 본 85쪽
  25. ^ 여기서 강조점은 배에 있다.아르키메데스 이전에 성공한 프로펠러로 움직이는 선박은 스미스의 소유인 프란시스 스미스, 에릭슨의 프란시스 B 등 여러 척이 있었다. 오그덴과 로버트 F. 스톡톤.그러나, 이 배들은 내륙의 수로에서 서비스를 위해 만들어진 배들이었고, 선상 서비스를 위해 만들어진 배들이었습니다.
  26. ^ "지금 대부분의 보트와 배를 추진시키는 스크류 프로펠러의 종류는 1836년 영국 엔지니어 프랜시스 페티트 스미스에 의해, 그 후 스웨덴 엔지니어 존 에릭슨에 의해 특허를 받았다.스미스는 1839년에 발사된 최초의 스크류드라이버 추진 증기선인 아르키메데스호에서 이 디자인을 사용했다."마샬 캐번디쉬 1335페이지
  27. ^ "프로펠러는 1836년 영국의 프랜시스 페티트 스미스와 미국의 존 에릭슨에 의해 발명되었다.그것은 1839년에 처음으로 아르키메데스라고 적절하게 불린 시고 선박에 동력을 공급했다." 마카오리와 아르들리, 378페이지.
  28. ^ "1839년, 총독들이여.레니는 유명한 아르키메데스를 위해 엔진, 기계, 프로펠러를 제작했는데, 이 엔진은 추진 스크류 시스템의 도입 연대를 말하는 것일지도 모른다. 메카니즘 매거진, 220페이지.
  29. ^ "1839년이 되어서야 나사날로 기선을 추진한다는 원칙이 세상에 공정하게 전해졌고, 이를 위해 우리는 거의 모든 성인이 기억할 것처럼 런던의 F. P. 스미스 씨에게 은혜를 입었다.그는 나사 프로펠러를 실질적으로 유용하게 만든 사람이었다.기세가 오른 자본가들의 도움을 받아 '아키메데스'라는 이름의 대형 기선을 건조했고, 그녀에게서 얻은 결과는 대중의 관심을 끌었다.맥팔레인, 페이지 109.
  30. ^ "Are rim-driven propulsors the future?".
  31. ^ Pilot's Handbook of Aeronautical Knowledge. Oklahoma City: U.S. Federal Aviation Administration. 2008. pp. 2–7. FAA-8083-25A.
  32. ^ 애쉬, 로버트 L, 콜린 P.브릿처와 케네스 W.하이드 "라이트스: 데이튼 출신의 두 형제가 어떻게 비행기 추진에 새로운 반전을 더했는지."기계공학 : 100년간의 비행, 2007년 7월 3일.
  33. ^ 프로펠러 작동 방식 - https://www.deepblueyachtsupply.com/boat-propeller-theory
  34. ^ a b Todd, F.H. (1967). "VII: Resistance and Propulsion". In Comstock, John P. (ed.). Principles of Naval Architecture (Revised ed.). Society of Naval Architects and Marine Engineers. pp. 397–462.
  35. ^ "SILENT propellers". www.francehelices.fr. JMCWebCreation and Co. 2009. Archived from the original on September 26, 2007. Retrieved July 21, 2017.
  36. ^ 프로펠러 정보 http://www.gsitek-props.co.uk/about_propellers.htm
  37. ^ Godske, Bjørn. "에너지 절약 프로펠러"(덴마크어) Insengiøren, 2012년 4월 23일.액세스: 2014년 3월 15일.영어 번역
  38. ^ Godske, Björn. "Kappel-propeers가 MAN에서 성공의 발판을 마련하다"(덴마크어) Insengineiøren, 2014년 3월 15일.액세스: 2014년 3월 15일.영어 번역
  39. ^ 2013년 8월 30일 "케이플 협정서 주요 시장 접근성 확보"
  40. ^ "KAPRICCIO 프로젝트 웨이백머신에 2014-03-15 보관" 유럽 연합.액세스: 2014년 3월 15일.
  41. ^ 2002년 10월 3일 "혁신상 수상자들에게 경의를 표하는 산업" 마린 링크.액세스: 2014년 3월 15일.인용: "위너: 유럽위원회가 후원하는 카프리치오 추진 연구 프로젝트의 에너지 절약 카펠 프로펠러 개념"흡인측 팁을 향해 구부러진 블레이드로 에너지 손실, 연료 소비량, 소음 및 진동 감소
  42. ^ Smrcka, Karel (March 18, 2005). "A new start for marine propellers". Engineering News. Retrieved July 21, 2017.
  43. ^ Getchell, David (1994), The Outboard Boater's Handbook, ISBN 9780070230538
  44. ^ Ministry Of Defence (Navy), Great Britain (1995), Admiralty Manual of Seamanship, ISBN 9780117726963
  45. ^ US 5484264, Karls, Michael & Lindgren, Daniel, 1994-03-08년 발행, 1996년 1월 16일 발행된 "Torsionally 비틀림 프로펠러 드라이브 슬리브 및 어댑터"
  46. ^ 로프 커터 유형 비교 - http://www.h4marine.com/Types.htm
  47. ^ 요트 세계 로프 커터 테스트 https://www.yachtingmonthly.com/gear/propeller-rope-cutter-test-30012
  48. ^ 간단한 디스크 커터 https://www.asap-supplies.com/propeller-drivetrain/rope-cutters
  49. ^ Spurs 가위-액션 로프 커터 https://www.spursmarine.com/shaft-cutters/
  50. ^ 스트리퍼 가위-액션 로프 커터 지나치기:///ropestripper.com/strippers.php
  51. ^ 게이터 시서액션 로프 커터 http://www.propprotect.com
  52. ^ 로프 커터의 이미지.https://www.bing.com/images/search?q=yacht+rope+cutter&id=9A2642834983B967EF5261F4A95842DA499E0528&form=IQFRBA&first=1&scenario=ImageBasicHover
  53. ^ QuickKutter http://www.h4marine.com/QuicKutter01.htm

외부 링크