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Una hélice para diestros en un buque mercante que (cuando se ve desde la popa) gira en el sentido de las agujas del reloj para impulsar el barco hacia adelante. La mano del hombre descansa sobre el borde de fuga de la hoja .

Una hélice es un dispositivo con un cubo giratorio y palas radiantes que se colocan en un paso para formar una espiral helicoidal que, cuando se gira, realiza una acción similar al tornillo de Arquímedes . Transforma la potencia de rotación en empuje lineal actuando sobre un fluido de trabajo, como el agua o el aire. [1] El movimiento de rotación de las palas se convierte en empuje creando una diferencia de presión entre las dos superficies. Una determinada masa de fluido de trabajo se acelera en una dirección y la nave se mueve en la dirección opuesta. La dinámica de la hélice, como la de las alas de un avión , puede modelarse mediante el principio de Bernoulli y la tercera ley de Newton.. [2] La mayoría de las hélices marinas son hélices de tornillo con palas helicoidales que giran sobre un eje de hélice con un eje aproximadamente horizontal. [3]

Historia [ editar ]

Desarrollos tempranos [ editar ]

El principio empleado en el uso de una hélice de tornillo se deriva del remo . En el remado, una sola hoja se mueve a través de un arco, de lado a lado teniendo cuidado de seguir presentando la hoja al agua en el ángulo efectivo. La innovación introducida con la hélice de tornillo fue la extensión de ese arco en más de 360 ​​° uniendo la pala a un eje giratorio. Las hélices pueden tener una sola pala , pero en la práctica casi siempre hay más de una para equilibrar las fuerzas involucradas.

tornillo de Arquímedes

El origen de la hélice de tornillo comienza al menos ya en Arquímedes (c. 287 - c. 212 a. C.), quien utilizó un tornillo para levantar agua para el riego y los botes de achique, tan famoso que se hizo conocido como el tornillo de Arquímedes . Probablemente fue una aplicación del movimiento en espiral en el espacio (las espirales fueron un estudio especial de Arquímedes ) a una rueda de agua hueca y segmentada utilizada para el riego por los egipcios durante siglos. Un juguete volador, el helicóptero de bambú [ [1] ], se disfrutó en China a partir del año 320 d.C. Más tarde, Leonardo da Vinci adoptó el principio del tornillo para conducir su helicóptero teórico, cuyos bocetos implicaban un gran tornillo de lona sobre su cabeza.

En 1661, Toogood y Hays propusieron utilizar tornillos para la propulsión por chorro de agua, aunque no como hélice. [4] Robert Hooke en 1681 diseñó un molino de agua horizontal que era notablemente similar a la hélice de eje vertical Kirsten-Boeing diseñada casi dos siglos y medio después en 1928; dos años más tarde, Hooke modificó el diseño para proporcionar fuerza motriz a los barcos a través del agua. [5] En 1693, un francés con el nombre de Du Quet inventó una hélice de tornillo que se probó en 1693 pero luego se abandonó. [6] [7] En 1752, la Academie des Sciencesen París otorgó a Burnelli un premio por el diseño de una rueda de hélice. Aproximadamente al mismo tiempo, el matemático francés Alexis-Jean-Pierre Paucton, sugirió un sistema de propulsión de agua basado en el tornillo de Arquímedes. [5] En 1771, el inventor de la máquina de vapor James Watt sugirió en una carta privada el uso de "remos en espiral" para propulsar los barcos, aunque no los usó con sus máquinas de vapor, ni implementó la idea. [8]

Uno de los primeros usos prácticos y aplicados de una hélice fue en un submarino llamado Turtle que fue diseñado en New Haven, Connecticut, en 1775 por el estudiante e inventor de Yale David Bushnell , con la ayuda del relojero, grabador y fundidor de latón Isaac. Doolittle , y con el hermano de Bushnell, Ezra Bushnell, y el carpintero y fabricante de relojes Phineas Pratt, construyendo el casco en Saybrook, Connecticut. [9] [10] En la noche del 6 de septiembre de 1776, el sargento Ezra Lee pilotó Turtle en un ataque al HMS Eagle en el puerto de Nueva York. [11] [12] Tortugatambién tiene la distinción de ser el primer submarino utilizado en batalla. Bushnell describió más tarde la hélice en una carta de octubre de 1787 a Thomas Jefferson: "Un remo formado según el principio del tornillo se fijaba en la parte delantera del barco, su eje entraba en el barco y, al girar en un sentido, hacía que el barco avanzara, pero giraba el de otra manera, se remaba hacia atrás. Estaba hecho para girar con la mano o el pie ". [13] La hélice de latón, como todas las piezas de latón y móviles del Turtle , fue fabricada por el "ingenioso mecánico" Issac Doolittle de New Haven. [14]

En 1785, Joseph Bramah de Inglaterra propuso una solución de hélice de una varilla que atravesaba la popa submarina de un barco unido a una hélice de palas, aunque nunca la construyó. [15]

En febrero de 1800, Edward Shorter de Londres propuso usar una hélice similar unida a una varilla inclinada hacia abajo desplegada temporalmente desde la cubierta sobre la línea de flotación y, por lo tanto, sin necesidad de sello de agua, y destinada únicamente a ayudar a los veleros en calma. Lo probó en el barco de transporte Doncaster en Gibraltar y en Malta, alcanzando una velocidad de 1,5 mph (2,4 km / h). [dieciséis]

En 1802, el abogado e inventor estadounidense John Stevens construyó un barco de 7,6 m (25 pies) con una máquina de vapor giratoria acoplada a una hélice de cuatro palas. La nave alcanzó una velocidad de 4 mph (6,4 km / h), pero Stevens abandonó las hélices debido al peligro inherente al uso de las máquinas de vapor de alta presión. Sus siguientes embarcaciones fueron embarcaciones con ruedas de paletas. [dieciséis]

En 1827, el inventor checo-austríaco Josef Ressel había inventado una hélice de tornillo que tenía múltiples palas fijadas alrededor de una base cónica. Había probado su hélice en febrero de 1826 en un pequeño barco que se impulsaba manualmente. Tuvo éxito en el uso de su hélice de bronce en un barco de vapor adaptado (1829). Su barco, Civetta de 48 toneladas de registro bruto, alcanzó una velocidad de unos 6 nudos (11 km / h). Este fue el primer barco impulsado con éxito por una hélice de tipo tornillo de Arquímedes. Después de que una nueva máquina de vapor tuvo un accidente (soldadura de tubería agrietada), la policía austrohúngara prohibió sus experimentos por ser peligrosos. Josef Ressel era en ese momento inspector forestal del Imperio austríaco. Pero antes de esto recibió una patente (licencia) austro-húngara para su hélice (1827). Murió en 1857. Este nuevo método de propulsión fue una mejora con respecto a la rueda de paletas, ya que no se vio tan afectado por los movimientos del barco ni por los cambios en el calado, ya que el barco quemaba carbón. [17]

John Patch , un marinero de Yarmouth, Nueva Escocia, desarrolló una hélice de dos palas en forma de abanico en 1832 y la demostró públicamente en 1833, impulsando un bote de remos a través del puerto de Yarmouth y una pequeña goleta costera en Saint John, New Brunswick , pero su La solicitud de patente en los Estados Unidos fue rechazada hasta 1849 porque no era ciudadano estadounidense. [18] Su eficiente diseño fue elogiado en los círculos científicos estadounidenses [19], pero en ese momento había múltiples versiones en competencia de la hélice marina.

Hélices de tornillo [ editar ]

Aunque hubo mucha experimentación con la propulsión de tornillo antes de la década de 1830, pocas de estas invenciones se llevaron a cabo hasta la etapa de prueba, y las que resultaron insatisfactorias por una razón u otra. [20]

Hélices de RMS  Olympic , una nave hermana de RMS  Titanic y HMHS  Britannic
Patente original de 1836 de Smith para una hélice de dos vueltas completas. Más tarde revisaría la patente, reduciendo la longitud a una vuelta.

En 1835, dos inventores en Gran Bretaña, John Ericsson y Francis Pettit Smith , comenzaron a trabajar por separado en el problema. Smith fue el primero en obtener una patente de hélice de tornillo el 31 de mayo, mientras que Ericsson, un talentoso ingeniero sueco que entonces trabajaba en Gran Bretaña, presentó su patente seis semanas después. [21] Smith construyó rápidamente un pequeño barco modelo para probar su invento, que se demostró primero en un estanque en su granja de Hendon , y luego en la Royal Adelaide Gallery of Practical Science en Londres , donde fue visto por el Secretario de Marina. , Sir William Barrow. Después de haber obtenido el patrocinio de un banquero londinense llamado Wright, Smith construyó un vehículo de 30 pies (9,1 m) y 6 caballos de fuerza.(4,5 kW) barco de canal de seis toneladas llamado Francis Smith , que fue equipado con una hélice de madera de su propio diseño y demostrado en el Canal de Paddington desde noviembre de 1836 a septiembre de 1837. Por un accidente fortuito, la hélice de madera de dos vueltas fue dañado durante un viaje en febrero de 1837, y para sorpresa de Smith, la hélice rota, que ahora consistía en un solo giro, duplicó la velocidad anterior del barco, de unas cuatro millas por hora a ocho. [21] Smith posteriormente presentaría una patente revisada de acuerdo con este descubrimiento accidental.

Mientras tanto, Ericsson construyó un barco de vapor propulsado por tornillo de 45 pies (14 m), Francis B. Ogden en 1837, y demostró su bote en el río Támesis a los miembros de alto rango del Almirantazgo británico , incluido el Agrimensor de la Armada Sir William Symonds. . A pesar de que el barco alcanzó una velocidad de 10 millas por hora, comparable a la de los vapores de paletas existentes , Symonds y su séquito no estaban impresionados. El Almirantazgo mantuvo la opinión de que la propulsión de tornillo sería ineficaz en el servicio de alta mar, mientras que el propio Symonds creía que los barcos de propulsión de tornillo no se podían gobernar de manera eficiente. [22] Tras este rechazo, Ericsson construyó un segundo barco propulsado por tornillos más grande,Robert F. Stockton , y la hizo navegar en 1839 a los Estados Unidos, donde pronto ganaría fama como el diseñador del primer buque de guerra propulsado por tornillos de la Marina de los Estados Unidos , el USS  Princeton . [23]

Hélice de tornillo de SS  Arquímedes

Aparentemente consciente de la opinión de la Royal Navy de que las hélices de tornillo resultarían inadecuadas para el servicio marítimo, Smith decidió probar que esta suposición era incorrecta. En septiembre de 1837, tomó su pequeña embarcación (ahora equipada con una hélice de hierro de un solo giro) al mar, navegando desde Blackwall, Londres a Hythe, Kent , con paradas en Ramsgate , Dover y Folkestone . En el camino de regreso a Londres el día 25, oficiales de la Royal Navy observaron cómo la nave de Smith avanzaba en mares tormentosos. Se reavivó el interés del Almirantazgo en la tecnología, y se animó a Smith a construir una nave de tamaño completo para demostrar de manera más concluyente la efectividad de la tecnología. [24]

Una réplica de la primera hélice de SS  Great Britain . Un modelo de cuatro palas reemplazó al original en 1845. El barco fue diseñado para tener remos, pero los planes cambiaron después de que se demostró que las hélices de tornillo eran mucho más eficientes.

El SS  Archimedes fue construido en 1838 por Henry Wimshurst de Londres, como el primer barco de vapor del mundo [25] impulsado por una hélice de tornillo . [26] [27] [28] [29]

Arquímedes tuvo una influencia considerable en el desarrollo de los barcos, fomentando la adopción de la propulsión de tornillo por parte de la Royal Navy , además de su influencia en los barcos comerciales. Las pruebas con el Arquímedes de Smith llevaron a la famosa competencia de tira y afloja en 1845 entre el HMS  Rattler de tornillo y el vapor de paletas HMS  Alecto ; el primero tirando del segundo hacia atrás a 2,5 nudos (4,6 km / h).

También tuvo una influencia directa en el diseño de otro buque innovador, el Isambard Kingdom Brunel 's SS  Great Britain en 1843, entonces el barco más grande del mundo y el primer barco de vapor propulsado por tornillos que cruzó el Océano Atlántico en agosto de 1845.

El HMS  Terror y el HMS  Erebus fueron modificados en gran medida para convertirse en los primeros barcos de la Royal Navy en tener motores de vapor y hélices de tornillo. Ambos participaron en la expedición perdida de Franklin , vista por última vez por los europeos en julio de 1845 cerca de la bahía de Baffin .

Diseño de hélice de tornillo estabilizado en la década de 1880.

Hélices sin eje [ editar ]

Las hélices sin eje central constan de palas de hélice unidas a un anillo que forma parte de un motor eléctrico en forma de círculo. Este diseño se conoce como un propulsor impulsado por llantas y ha sido utilizado por algunas pequeñas naves robóticas autoguiadas. Una embarcación con este tipo de hélice se conoce como embarcación de superficie desatornillada. [ cita requerida ]

Hélices de aviones [ editar ]

Hélice ATR 72 en vuelo

Los hermanos Wright fueron pioneros en la forma retorcida del perfil aerodinámico de las hélices de los aviones modernos . Si bien algunos ingenieros anteriores habían intentado modelar hélices de aire en hélices marinas, los Wright se dieron cuenta de que una hélice de aire (también conocida como hélice) es esencialmente lo mismo que un ala , y pudieron usar datos de sus experimentos anteriores en el túnel de viento con alas. . También introdujeron un giro a lo largo de las hojas. Esto era necesario para garantizar que el ángulo de ataque de las palas se mantuviera relativamente constante a lo largo de su longitud. [30] Sus palas de hélice originales eran sólo un 5% menos eficientes que el equivalente moderno, unos 100 años después. [31] La comprensión de la aerodinámica de la hélice de baja velocidad era bastante completa en la década de 1920, pero los requisitos posteriores para manejar más potencia en un diámetro más pequeño han hecho que el problema sea más complejo.

Alberto Santos Dumont , otro de los pioneros, aplicó los conocimientos adquiridos en sus experiencias con aeronaves para fabricar una hélice con eje de acero y palas de aluminio para su biplano 14 bis . Algunos de sus diseños usaban una hoja de aluminio doblada para las palas, creando así una forma aerodinámica. Estaban muy subcambiados , y esto, más la ausencia de torsión longitudinal, los hacía menos eficientes que las hélices Wright. Aun así, este fue quizás el primer uso de aluminio en la construcción de una hélice.

Teoría de la hélice [ editar ]

En el siglo XIX se propusieron varias teorías sobre hélices. La teoría del impulso o teoría del actuador de disco, una teoría que describe un modelo matemático de una hélice ideal, fue desarrollada por WJM Rankine (1865), AG Greenhill (1888) y RE Froude (1889). La hélice se modela como un disco infinitamente delgado, que induce una velocidad constante a lo largo del eje de rotación. y creando un flujo alrededor de la hélice.

Un tornillo que gira a través de un sólido tendrá cero "deslizamiento"; pero como un tornillo de la hélice opera en un fluido (ya sea aire o agua), habrá algunas pérdidas. Las hélices más eficientes son los tornillos de giro lento de gran diámetro, como en los barcos grandes; los puntales menos eficientes son los de giro rápido de diámetro pequeño (como en un motor fuera de borda). Usando las leyes del movimiento de Newton, uno puede pensar útilmente en el empuje hacia adelante de una hélice como una reacción proporcional al volumen de fluido enviado hacia atrás; por lo tanto, una hélice grande expulsará un cilindro de fluido más grande y pesado que una hélice pequeña. (Se podría considerar la eficiencia del enorme motor turbofan de un avión moderno , en comparación con el turborreactor de pequeño diámetro de los primeros aviones de pasajeros ). [32]

Geometría de la hélice [ editar ]

La geometría de una hélice marina se basa en una superficie helicoidal . Esto puede formar la cara de la hoja, o la cara de las hojas puede describirse mediante desplazamientos desde esta superficie. La parte posterior de la pala se describe mediante desplazamientos desde la superficie helicoidal de la misma manera que un perfil aerodinámico.puede describirse mediante desplazamientos desde la línea de cuerda. La superficie de cabeceo puede ser un verdadero helicoide o uno que tenga una deformación para proporcionar una mejor adaptación del ángulo de ataque a la velocidad de estela sobre las palas. Un helicoide deformado se describe especificando la forma de la línea de referencia radial y el ángulo de paso en términos de distancia radial. El dibujo de la hélice tradicional incluye cuatro partes, una elevación lateral, que define la inclinación, la variación del grosor de la pala desde la raíz hasta la punta, una sección longitudinal a través del cubo y un contorno proyectado de una pala en un plano longitudinal de la línea central. La vista ampliada de la hoja muestra las formas de la sección en sus diversos radios, con sus caras de paso dibujadas paralelas a la línea base y el grosor paralelo al eje.El contorno indicado por una línea que conecta las puntas anterior y posterior de las secciones representa el contorno de la hoja expandida. El diagrama de tono muestra la variación del tono con el radio desde la raíz hasta la punta. La vista transversal muestra la proyección transversal de una hoja y el contorno desarrollado de la hoja.[33]

Las palas son las placas de la sección de lámina que desarrollan empuje cuando se gira la hélice. El cubo es la parte central de la hélice, que conecta las palas y fija la hélice al eje.El rastrillo es el ángulo de la hoja a un radio perpendicular al eje.El sesgo es el desplazamiento tangencial de la línea de espesor máximo a un radio

Las características de la hélice se expresan comúnmente como relaciones adimensionales: [33]

  • Relación de paso PR = paso de la hélice / diámetro de la hélice, o P / D
  • Área Disco A 0 = πD 2 /4
  • Relación de área expandida = A E / A 0 , donde área expandida A E = Área expandida de todas las aspas fuera del cubo.
  • Relación de área desarrollada = A D / A 0 , donde área desarrollada A D = Área desarrollada de todas las palas fuera del cubo
  • Relación de área proyectada = A P / A 0 , donde el área proyectada A P = Área proyectada de todas las palas fuera del cubo
  • Relación de ancho medio = (Área de una pala fuera del cubo / longitud de la pala fuera del cubo) / Diámetro
  • Relación de ancho de la hoja = Ancho máximo de una hoja / Diámetro
  • Fracción de espesor de la hoja = Espesor de una hoja producida en el eje / diámetro del eje

Cavitación [ editar ]

Hélice de cavitación en experimento de túnel de agua
Daño por cavitación evidente en la hélice de una moto acuática.

La cavitación es la formación de burbujas de vapor en el agua cerca de una pala de hélice en movimiento en regiones de baja presión debido al principio de Bernoulli . Puede ocurrir si se intenta transmitir demasiada potencia a través del tornillo o si la hélice está funcionando a una velocidad muy alta. La cavitación puede desperdiciar energía, crear vibraciones y desgaste, y dañar la hélice. Puede ocurrir de muchas formas en una hélice. Los dos tipos más comunes de cavitación de la hélice son la cavitación de la superficie del lado de succión y la cavitación del vórtice de la punta.

La cavitación de la superficie del lado de succión se forma cuando la hélice está operando a altas velocidades de rotación o bajo carga pesada (alto coeficiente de elevación de la pala ). La presión en la superficie corriente arriba de la hoja (el "lado de succión") puede caer por debajo de la presión de vapor.del agua, lo que resulta en la formación de una bolsa de vapor. En tales condiciones, el cambio de presión entre la superficie aguas abajo de la cuchilla (el "lado de presión") y el lado de succión es limitado y finalmente se reduce a medida que aumenta el grado de cavitación. Cuando la mayor parte de la superficie de la pala está cubierta por cavitación, la diferencia de presión entre el lado de presión y el lado de succión de la pala cae considerablemente, al igual que el empuje producido por la hélice. Esta condición se llama "ruptura de empuje". Operar la hélice en estas condiciones desperdicia energía, genera un ruido considerable y, a medida que las burbujas de vapor colapsan, erosiona rápidamente la superficie del tornillo debido a las ondas de choque localizadas contra la superficie de la pala.

La cavitación del vórtice de la punta es causada por las presiones extremadamente bajas formadas en el núcleo del vórtice de la punta. El vórtice de la punta es causado por el fluido que envuelve la punta de la hélice; desde el lado de presión al lado de succión. Este video muestra la cavitación del vórtice de la punta. La cavitación del vórtice de la punta generalmente ocurre antes de la cavitación de la superficie del lado de succión y es menos dañina para la hoja, ya que este tipo de cavitación no colapsa en la hoja, sino a cierta distancia aguas abajo.

Tipos de hélices marinas [ editar ]

Hélice de paso controlable [ editar ]

Una hélice de paso controlable
Una hélice de paso variable en un barco pesquero.

Las hélices de paso variable (también conocidas como hélices de paso controlable ) tienen ventajas significativas sobre la variedad de paso fijo. Las ventajas incluyen:

  • la capacidad de seleccionar el ángulo de hoja más efectivo para cualquier velocidad dada
  • cuando se navega a motor , la capacidad de acortar el ángulo de la pala para lograr el impulso óptimo del viento y los motores
  • la capacidad de moverse a popa (en reversa) de manera mucho más eficiente (los puntales fijos funcionan muy mal en popa)
  • la capacidad de "emplumar" las palas para dar la menor resistencia cuando no están en uso (por ejemplo, al navegar)

Hélice inclinada [ editar ]

Un tipo avanzado de hélice que se utiliza en los submarinos alemanes Tipo 212 se llama hélice inclinada . Al igual que en las palas de cimitarra utilizadas en algunos aviones, las puntas de las palas de una hélice inclinada se mueven hacia atrás contra la dirección de rotación. Además, las palas se inclinan hacia atrás a lo largo del eje longitudinal, lo que le da a la hélice una apariencia general en forma de copa. Este diseño preserva la eficiencia del empuje al tiempo que reduce la cavitación y, por lo tanto, lo convierte en un diseño silencioso y sigiloso . [34] [35]

Un pequeño número de barcos utiliza hélices con aletas similares a las de algunos aviones, lo que reduce los vórtices de las puntas y mejora la eficiencia. [36] [37] [38] [39] [40]

Hélice modular [ editar ]

Una hélice modular proporciona más control sobre el rendimiento del barco. No hay necesidad de cambiar una hélice completa, cuando existe la oportunidad de cambiar solo el paso o las palas dañadas. Ser capaz de ajustar el tono permitirá que los navegantes tengan un mejor rendimiento mientras se encuentran en diferentes altitudes, deportes acuáticos y / o navegando. [41]

Hélice Voith Schneider [ editar ]

Las hélices de Voith Schneider utilizan cuatro palas rectas sin torcer que giran alrededor de un eje vertical en lugar de palas helicoidales y pueden proporcionar empuje en cualquier dirección en cualquier momento, a costa de una mayor complejidad mecánica.

Dispositivos para proteger los motores de daños después de golpes de hélice o ensuciamiento de cuerdas [ editar ]

Protección del eje

Un buje de goma defectuoso en la hélice de un fueraborda

Para motores más pequeños, como fuera de borda, donde la hélice está expuesta al riesgo de colisión con objetos pesados, la hélice a menudo incluye un dispositivo que está diseñado para fallar cuando se sobrecarga; el dispositivo o toda la hélice se sacrifica para que la transmisión y el motor más costosos no se dañen.

Por lo general, en motores más pequeños (menos de 10 hp o 7.5 kW) y más antiguos, un pasador de cizallamiento estrecho a través del eje de transmisión y el cubo de la hélice transmite la potencia del motor a cargas normales. El pasador está diseñado para cortarse cuando la hélice se somete a una carga que podría dañar el motor. Una vez que se corta el pasador, el motor no puede proporcionar potencia propulsora a la embarcación hasta que se coloca un nuevo pasador de corte. [42]

En motores más grandes y más modernos, un buje de goma transmite el par del eje de transmisión al cubo de la hélice. Bajo una carga dañina, se supera la fricción del buje en el cubo y la hélice giratoria se desliza sobre el eje, evitando la sobrecarga de los componentes del motor. [43] Después de tal evento, el casquillo de goma puede resultar dañado. Si es así, puede continuar transmitiendo potencia reducida a bajas revoluciones, pero puede no proporcionar potencia, debido a la reducción de la fricción, a altas revoluciones. Además, el buje de goma puede perecer con el tiempo y provocar su falla bajo cargas por debajo de la carga de falla diseñada.

La sustitución o reparación de un casquillo de goma depende de la hélice; algunos no pueden. Algunos pueden, pero necesitan un equipo especial para insertar el buje sobredimensionado para un ajuste de interferencia. Otros se pueden reemplazar fácilmente. El "equipo especial" generalmente consta de un embudo, una prensa y un lubricante de goma (jabón). Si no se tiene acceso a un torno, se puede hacer un embudo improvisado con tubo de acero y masilla de carrocería; como el relleno solo está sujeto a fuerzas de compresión, puede hacer un buen trabajo. A menudo, el buje se puede colocar en su lugar con nada más complejo que un par de tuercas, arandelas y una varilla roscada. Un problema más serio con este tipo de hélice es un casquillo estriado "congelado", que hace imposible la extracción de la hélice. En tales casos, la hélice debe calentarse para destruir deliberadamente el inserto de goma. Una vez que se retira la hélice, el tubo estriado se puede cortar con una amoladora y luego se requiere un nuevo buje estriado. Para evitar una recurrencia del problema,las estrías se pueden recubrir con un compuesto anticorrosión antiagarrotamiento.

En algunas hélices modernas, un inserto de polímero duro llamado manguito de transmisión reemplaza el buje de goma. La sección transversal estriada u otra no circular del manguito insertado entre el eje y el cubo de la hélice transmite el par motor a la hélice, en lugar de fricción. El polímero es más débil que los componentes de la hélice y el motor, por lo que falla antes que ellos cuando la hélice está sobrecargada. [44] Este falla completamente bajo una carga excesiva, pero se puede reemplazar fácilmente.

Escotillas de malezas y cortadores de cuerda

Hélice de bronce y cortador de cuerda de acero inoxidable

Mientras que la hélice de un barco grande estará sumergida en aguas profundas y libre de obstáculos y restos flotantes , los yates , barcazas y botes fluviales a menudo sufren el ensuciamiento de la hélice por escombros como maleza, cuerdas, cables, redes y plásticos. Los botes angostos británicos invariablemente tienen una trampilla de malezas sobre la hélice, y una vez que el bote angosto está parado, la escotilla puede abrirse para dar acceso a la hélice, lo que permite limpiar los escombros. Los yates y los barcos fluviales rara vez tienen trampillas para las malezas; en su lugar, pueden caber un cortador de cuerdaque encaja alrededor del eje de la hélice y gira con la hélice. Estos cortadores limpian los escombros y evitan la necesidad de que los buzos atiendan manualmente las incrustaciones. Los cortadores de cuerda adoptan cuatro formas: [45] [46]

  • (1) Un simple disco de bordes afilados que corta como una navaja; [47]
  • (2) Un rotor con dos o más hojas salientes que cortan contra una hoja fija, cortando con una acción de tijera; [48] [49] [50]
  • (3) Un rotor dentado con un filo de corte complejo formado por bordes afilados y salientes. [51]
  • (4) Un desarrollo del cortador de tipo 2, el "QuickKutter" es una alternativa más simple y resistente. Al no tener rotor, utiliza las palas de la hélice para enrollar la cuerda (o escombros) hacia adelante en un carrete compuesto por delante del cubo de la hélice y, a continuación, la cuerda es cortada por una cuchilla fija robusta. [52]

Variaciones de la hélice [ editar ]

Cleaver [ editar ]

Una cuchilla es un tipo de diseño de hélice que se utiliza especialmente para las regatas. Su borde de ataque se forma redondo, mientras que el borde de salida se corta recto. Proporciona poca sustentación de proa, por lo que se puede utilizar en barcos que no necesitan mucha sustentación de proa, por ejemplo , hidroaviones , que naturalmente tienen suficiente sustentación de proa hidrodinámica. Para compensar la falta de elevación de proa, se puede instalar un hidroplano en la unidad inferior. Los hidroalas reducen la elevación de la proa y ayudan a sacar un barco del agujero y al avión.

Ver también [ editar ]

  •  Vehículo propulsado por tornillos : vehículo propulsado por bridas helicoidales giratorias que soportan carga

Características de la hélice [ editar ]

  • Relación de avance  - Relación entre la velocidad de corriente libre a velocidad de la punta
  • Diseño de ventilador axial

Fenómenos de la hélice [ editar ]

  • Paseo de hélice  : tendencia de una hélice a guiñar un barco durante la aceleración.
  • Cavitación  : formación de vacíos de baja presión llenos de vapor en un líquido.

Otro [ editar ]

  • Propulsor de azimut  : cápsula de propulsión orientable debajo de una embarcación
    • Azipod  : propulsor azimutal de accionamiento eléctrico
  • Hélice de proa / popa  : dispositivo de propulsión transversal o direccional en una embarcación
  • Hélice con conductos: hélice  marina con una boquilla no giratoria
    • Pump-jet  - Sistema de propulsión marino
  • Hélice plegable  : hélice con palas que se abren al girar
  • Hélice  : tipo de curva espacial suave
  • Impulsor  : rotor utilizado para aumentar (o disminuir en el caso de las turbinas) la presión y el flujo de un fluido o gas.
  • Timón de cocina  - Tipo de sistema de propulsión direccional para embarcaciones
  • Hélice modular
  • Vaporizador de paletas  : barco de vapor propulsado por ruedas de paletas
  • Timón Pleuger  : un timón de barco asistido por un propulsor
  • Propulsor  : un dispositivo mecánico para propulsar una embarcación.
  • Hélice supercavitante: hélice  marina diseñada para funcionar con una burbuja de cavitación completa
  •  Hélice de paso variable : hélice con palas que se pueden girar para controlar su paso mientras está en uso
  • Hélice Voith-Schneider  - Sistema de propulsión marina de eje perpendicular
  • Conducto de ecualización de estela  : apéndice del casco del barco para modificar el flujo de entrada de la hélice

Materiales y fabricación [ editar ]

  • Equilibradora
  • Materiales compuestos

Notas [ editar ]

  1. ^ "Hélice" . Enciclopedia Británica . Consultado el 4 de diciembre de 2019 .
  2. ^ "Artículo del sitio web de la NASA - Propulsión de hélice" . 5 de mayo de 2015.
  3. ^ Nota: en muchos barcos, el eje de hélice no es horizontal sino que se inclina hacia la popa. Aunque esto a menudo se impone al diseñador por la forma del casco, brinda un pequeño beneficio al ayudar a contrarrestar cualquier efecto de sentadilla .
  4. ^ Carlton, John, hélices marinas y propulsión Butterworth-Heinemann, 2012, p. 363
  5. ↑ a b Carlton, pág. 1
  6. ^ Bourne, John (10 de abril de 1855). "Un tratado sobre la hélice de tornillo: con varias sugerencias de mejora" . Longman, Brown, Green y Longmans, a través de Google Books.
  7. ^ "Patentes de invención: resúmenes de especificaciones: Clase ..." Oficina de Patentes. 10 de abril de 1857 - a través de Google Books.
  8. ^ Murihead, James Patrick, La vida de James Watt, con selecciones de su correspondencia ... Con retratos y grabados en madera , Londres: John Murray, 1858, p. 208
  9. ^ Stein, Stephen K. The Sea in World History: Exploration, Travel, and Trade [2 volúmenes] , Editor Stephen K. Stein, ABC-CLIO, 2017, Volumen 1, p. 600
  10. ^ Manstan, Roy R .; Frese, Frederic J., Tortuga: Barco revolucionario de David Bushnell , Yardley, Pensilvania: Westholme Publishing. ISBN 978-1-59416-105-6 . OCLC 369779489, 2010, págs. Xiii, 52, 53 
  11. ^ Tucker, Spencer, Almanaque de la historia militar estadounidense , ABC-CLIO, 2013, Volumen 1, p. 305
  12. ^ Mansten págs. Xiii, xiv
  13. ^ Nicholson, William, Una revista de filosofía natural, química y las artes , volumen 4, GG y J. Robinson, 1801, p. 221
  14. Manstan, p. 150
  15. ^ Carlton, págs. 1-2
  16. ↑ a b Carlton, p.2
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  20. ^ Smith, Edgar C. (1905). Breve historia de la ingeniería naval y marina . University Press, Cambridge. págs. 66–67.
  21. ↑ a b Bourne, pág. 84.
  22. En el caso de Francis B. Ogden , Symonds tenía razón. Ericsson había cometido el error de colocar el timón delante de las hélices, lo que hizo que el timón fuera ineficaz. Symonds creía que Ericsson trató de disfrazar el problema remolcando una barcaza durante la prueba.
  23. ^ Bourne, págs. 87–89.
  24. ^ Bourne, pág. 85.
  25. ^ El énfasis aquí está en el barco . Hubo una serie de buques propulsados ​​por hélice exitosos antes de Arquímedes , incluido el propio Francis Smith de Smith y el Francis B. Ogden y Robert F. Stockton de Ericsson. Sin embargo, estos buques eran barcos , diseñados para el servicio en vías navegables interiores, a diferencia de los barcos , construidos para el servicio en alta mar.
  26. ^ "El tipo de hélice de tornillo que ahora propulsa a la gran mayoría de barcos y barcos fue patentado en 1836, primero por el ingeniero británico Francis Pettit Smith, luego por el ingeniero sueco John Ericsson. Smith utilizó el diseño en la primera exitosa vapor, Arquímedes , que fue botado en 1839. ". Marshall Cavendish, pág. 1335.
  27. ^ "La hélice fue inventada en 1836 por Francis Pettit Smith en Gran Bretaña y John Ericsson en los Estados Unidos. Primero propulsó un barco de alta mar, apropiadamente llamado Arquímedes , en 1839". Macauley y Ardley, pág. 378.
  28. ^ "En 1839, los señores Rennie construyeron los motores, maquinaria y hélice, para el célebre Arquímedes , de donde se puede decir hasta la fecha la introducción del sistema de propulsión de tornillo ...". Revista de mecánica , pág. 220.
  29. ^ "No fue sino hasta 1839 que el principio de propulsar los barcos de vapor mediante una hoja de tornillo se presentó al mundo con justicia, y por esto estamos en deuda, como casi todos los adultos recordarán, con el Sr. FP Smith de Londres. Él era el hombre quien primero hizo que la hélice de tornillo fuera prácticamente útil. Ayudado por enérgicos capitalistas, construyó un gran vapor llamado "Arquímedes", y los resultados obtenidos de ella inmediatamente llamaron la atención del público ". MacFarlane, pág. 109.
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Enlaces externos [ editar ]

  • Hélices del Titanic
  • Hélices y alas de cálculo teórico: artículo detallado con la aplicación de software de teoría de elementos de palas
  • "Lo que debe saber sobre las hélices para nuestros aviones de combate", noviembre de 1943, artículo extremadamente detallado de Popular Science con numerosos dibujos e ilustraciones recortadas
  • Historia del tornillo de Arquímedes : la historia de la propulsión marina
  • historia de las hélices : La historia de las hélices
  • Propulsores y engranajes : hélices marinas Wartsila
  • Caída de la hélice : -Medida por una galga de espesores