مروحة دافعة

مروحة دافعة على سفينة تجارية بالحجم الحديث. تدور المروحة الدافعة تجاه عقارب الساعة لدفع السفينة إلى التجاه الظاهر في البوصلة (يمين الصورة)، الشخص الموجود في الصورة يحمل في يده حافة المروحة.

المروحة الدافعة propeller، هي نوع من المراوح تنقل الطاقة بتحويل الحركة الدورانية إلى دفع. اختلاف الضغط الناتج بين السطح الأمامي والخلفي للريشة ذات شكل الجنيح، والمائع (مثل الهواء أو الماء) يتسارع وراء الريشة. ديناميكية المروحة الدافعة يمكن أن تكون على غرار مبدأ برنولي والقانون الثالث لنيوتن.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

التاريخ

التطوير المبكر

المبدأ المستخدَم في المروحة الدافعة البرغية مأخوذ من التجديف. وهي جزء من المهارة في دفع الجندول البندقي وكان أيضاً يُستخدم بشطل غير متطور في أجزاء أخرى من اوروبا وربما في مناطق أخرى. فعلى سبيل المثال، فإن دفع كانو بمجداف واحد يستخدم "pitch stroke" أو بالزلق الجانبي لكانو "بتجديفة" تطلبت تقنية مماثلة. وفي الصين، سُمِّي التجديف "لو"، كان أيضاً يُستخدم في القرن الثالث الميلادي.

في التجديف، العنفة الواحدة تُحرّك في مسار قوس، من جانب لآخر، مع مراعاة أن تضرب العنفة الماء بزاوية فعالة. The innovation introduced with the screw propeller was the extension of that arc through more than 360° by attaching the blade to a rotating shaft. ويمكن للمراوح الدافعة أن يكون لها عنفة واحدة، ولكن في الواقع فهناك تقريباً في كل الأحوال أكثر من عنفة لتوازن القوى العاملة.

أصل المروحة الدافعة على شكل برغي أو طنبور بدأ مع أرشميدس، الذي استخدم طنبوراً لرفع الماء للري ولتزويد السفن بالماء، ولشهرته تصميمه صار يُعرف بإسم طنبور أرشميدس. ولعله كان تطبيقاً للحركة الحلزونية في الفراغ (الحلزونات كانت دراسة خاصة قام بها أرشميدس) لساقية ماء ذات فراغات مقسمة للري استخدمها المصريون لقرون طويلة. وقد اعتمد ليوناردو دا ڤنشي على ذلك المبدأ لقيادة مروحيته النظرية، والتي أوضحت اسكتشاتها برغي منسوج ضخم فوق المروحية.

وفي 1784، اقترح ج. پ. پوكتون طائرة مثل الجايروكوپتر باستخدام براغي مشابهة لكل من الارتقاء والدفع. وتقريباً في نفس الوقت، اقترح جيمس واط استخدام براغي لدفع القوارب، بالرغم من أنه لم يستخدمهم في محركاته البخارية. إلا أن ذلك لم يكن اختراعه؛ فقد حصل توگود وهـِيـِز على براءة الاختراع قبل قرن من ذلك الوقت، وقد أصبحت استخداماً شائعاً كوسيلة لدفع القوارب منذ ذلك الحين.

وبحلول 1827، كان المخترع التشيكي-النمساوي يوزف رسل قد اخترع مروحة دافعة على شكل برغي لها عدة عنفات مثبّتة حول قاعدة قمعية. وقد اختبر مروحته الدافعة في فبراير 1826 على سفينة صغيرة كان تتحرك بالطاقة البشرية. وقد نجح في استخدام مروحته الدافعة البرغية البرونزية على قارب بخاري معدّل (1829). سفينته "Civetta" بوزن 48 طن تسجيل قائم، بلغت سرعة نحو ست عقد (11 كم/س). وكانت تلك هي أول سفينة تُدار بنجاح بمروحة دافعة على شكل طنبور أرشميدس. وبعد وقوع حادث للمحرك البخاري الجديد (شرخ لحام أنبوب) حظرت الشرطة النمساوية-المجرية تجاربه لخطورتها. كان يوزف رسل، آنذاك، مفتش غابات في الامبراطورية النمساوية. ولكنه قبل ذلك قد تلقى براءة اختراع (رخصة) نمساوية-مجرية لمروحته الدافعة (1827). وقد توفي في 1857. هذه الطريقة الجديدة للدفع كانت تحسيناً على عجلة المضارب paddlewheel إذ لم تكن لتتأثر برجرجة السفينة أو التغيرات في تيارات السحب الناشئة من حرق السفينة للفحم.[1]

جون پاتش، طوّر البحار في يارموث، نوڤا سكوتشا مروحة دافعة مروحية الشكل ذات عنفتين في 1832 وعرضها على الملأ في 1833، حين قامت بدفع زورق تجديف عبر ميناء يارموث، ثم دفعت سفينة سكونر ساحلية صغيرة في سانت جون، نيو برونزويك، إلا أن طلبه لبراءة اختراع في الولايات المتحدة قد رُفِض حتى 1849 لأنه لم يكن مواطناً أمريكياً.[2] His efficient design drew praise in American scientific circles[3] ولكن بحلول ذلك الوقت كان هنالك العديد من النسخ المتنافسة للمروحة الدافعة البحرية.

المراوح الدافعة البرغية

أما أول محرك مروحي برِيَش استُخدمت بنجاح، فقد طوّرها المخترع السويسري الأمريكي جون إريكسن في عام 1836.

محرك مروحي خشبي لمقاتلة في الحرب العالمية الأولى على طاولة عمل.


المراوح الدافعة للسفن

المراوح الدافعة في آر إم إس اوليمپك، سفينة شقيقة للسفينة آر إم إس تيتانيك.
براءة الاختراع الأصلية لسميث، سنة 1836 لمروحة دافعة برغية ذات لفتين كاملتين. وقد عدّل لاحقاً براءة الاختراع، مخفضاً الطول إلى لفة واحدة.
المروحة الدافعة الطنبورية للسفينة SS أرشميدس
نسخة طبق الأصل من المروحة الدافعة الأولى للسفينة SS Great Britain في السفينة المتحف. وقد تم استبدالها بنموذج ذي أربع عنفات في 1845.

تتفاوت في القطر من 25 سم للقوارب الصغيرة إلى أكثر من 7.5 م للناقلات الكبرى. وتُصنع هذه المراوح عادة من المنجنيز والبرونز.[4]

تستعمل السفن البحرية في أغلب الأحيان محركات مروحية بثلاث ريش. أما السفن البخارية، فتستعمل محركات مروحية بأربع ريش. وفي السفن ذات اللولب الأحادي، يدور المحرك المروحي إلى اليمين أو باتجاه عقرب الساعة عندما نراها من المؤخرة، عندما تكون السفينة مبحرة إلى الأمام. وللمراكب ذوات اللولبين عادة محركات مروحية تدور إلى الخارج. يدور اللولب على الجانب الأيمن باتجاه مسار عقرب الساعة، بينما يدور اللولب على الجانب الأيسر على عكس مسار عقرب الساعة للتحرك إلى الأمام. والسفن ذوات اللولبين سهلة التوجيه إذا عكس الربان عمل أحد المحركين، بينما يعمل الآخر بقوة إلى الأمام. وتستطيع المدمرات والمراكب الصغيرة الأخرى أن تقوم بدورات حادة بهذه الطريقة. أما المحركات المروحية التقليدية فهي تعتبر أقل فعالية مع السرعة العالية بسبب التكهف. وهو الفراغ الذي يحدث مع دوران المحرك. وهناك نوع من المحركات المروحية تسمى المحركات مفرطة التكهف، يتم تصميمها بحيث يزيد التكهف من كفاية المروحة مع السرعة العالية.


. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

المراوح الدافعة للطائرات

المروحة الدافعة ATR 72 في الطيران.

تسمى أيضًا المراوح الهوائية. ولها ريشتان أو أكثر. وتشبه المقاطع العرضية للريشة التي تمثل شرائح لانسياب الهواء تلك التي تستعمل في أجنحة الطائرة.

والخطران هو الزاوية بين المقطع العرضي للريشة وسطح الطائرة الذي يدور فيه المحرك المروحي. وتكون ريش المحرك المروحي ملتوية، لذلك يتغير مجال الانحدار على طول الريشة. ونتيجة لذلك، تقابل ريشة المحرك المروحي الهواء في الزاوية التي تعطيها أقصى قدرة على الدوران. وتنخفض قوة دوران المحرك المروحي، ويزداد الدوي الذي تحدثه بسرعة، كلما زادت سرعة أطراف الريش إلى ما يفوق سرعة الصوت.

المحرك المروحي ذو الخطران الثابت هو الذي تكون فيه زاوية تركيب الريش ثابتة. ومثل هذه المحركات فعّال فقط عندما تكون سرعة الطيران واحدة، ولإنتاج قدرة محددة. وهي مستعملة عادة في الطائرات الصغيرة.

المحرك المروحي ذو السرعة الثابتة له خطران متغير. وتتعدل زاوية الريش باستمرار لتعطي أقصى كفاءة تشغيل مع كل سرعة طيران. تدور المروحة تلقائيًا عدد الدورات نفسها في الدقيقة تحت كل ظروف الطيران. وهي لا تزيد سرعة مع الانحدار ولا تفقد سرعة في الصعود. وتستعمل هذه المحركات في طائرات النقل.

ولكثير من المحركات المروحية ذات السرعة الثابتة مميزات خاصة يُلجأ إلى استخدامها في حالات الطوارئ. مثلاً، هناك جهاز تقويم يمكِّن قائد الطائرة من زيادة انفراج زاوية الريشة حتى تنبسط الرِيَش مع توقف المحرك. وفي حالة تعطل المحرك، يستطيع الطيار تحريك أو إدارة الرِيَش حتى توازي الأطراف الأمامية والخلفية، مسار الطيران. وهذا الإجراء يقلل من مقاومة المحرك المروحي للهواء، ويمنع أي ضرر يحتمل أن يصيب المحرك.

والميزة الأخرى لكثير من المحركات المروحية ذات السرعة الثابتة هي أن الخطران قابل للانعكاس. ففي مثل هذه المحركات، يمكن وضع الرِيَش على مسافة انحدار عكسي حتى ينعكس اتجاه الدفع. وهذا يعمل كابحا ويخفض سرعة الانسياب على الأرض عند الهبوط. وللخطران القابل للانعكاس فائدة كبيرة للطائرات الضخمة، خاصة إذا كانت المدارج مغطاة بالجليد أو الثلج إلى درجة التأثير على كفاية كابحات العجلات.

نظرية المروحة الدافعة

التاريخ

نظرية التشغيل

تسميات المروحة الدافعة البحرية
Sketch propeller.svg

1) Trailing edge
2) Face
3) Fillet area
4) Hub or Boss
5) Hub or Boss Cap

6) Leading edge
7) Back
8) Propeller shaft
9) Stern tube bearing
10) Stern tube


تكهيف المروحة الدافعة البحرية

Cavitating propeller in water tunnel experiment
Cavitation damage evident on the propeller of a personal watercraft.
14-ton propeller from Voroshilov, a Kirov-طراز cruiser on display in Sevastopol


. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

القوى المتحكمة بالوقود

دفع المروحة الدافعة

الأداء الفعلي

أنواع المراوح الدافعة البحرية

A controllable pitch propeller


حماية المحركات الصغيرة

A failed rubber bushing in an outboard's propeller


انظر أيضاً

خصائص المروحة الدافعة

ظاهرة المروحة الدافعة

متغيرات المرواحة الدافعة

أخرى

الخامات والتصنيع

تسجيلات مرئية خارجية
Construction of Wooden Propellers 1 2 3, NASA Langley

الهوامش

  1. ^ Paul Augustin Normand, La Genèse de l'Hélice Propulsive (The Genesis of the Screw Propulsor). Paris: Académie de Marine, 1962, pp. 31-50.
  2. ^ Mario Theriault, Great Maritime Inventions Goose Lane Publishing (2001) p. 58-59
  3. ^ "Patch's Propeller", Scientific America, Vol. 4, No. 5 (October 10, 1848) p. 33, featured in The Archimedes Screw website retrieved 31 January 2010
  4. ^ محرك مروحي، الموسوعة المعرفية الشاملة

وصلات خارجية