גליון 71 - יולי 2017
חפשו אותו בתיבת הדואר, בחנויות הציוד הימי ובסטימצקי



 
דף הבית > כתבות טכניות > כללי > מה דוחף אותן?
מה דוחף אותן?
כל מה שרצית לדעת על מדחף היאכטה או סירת המרוץ שלך, איזה מדחף לבחור? איך זה עובד? גים קלי מספר את סיפור המדחף.
מה דוחף אותן?
גליון 3
מאת גים קלי
 
רוב הזמן מוסתר המדחף מתחת לפני המים. גם כשמוציאים את היאכטה מהמים או מרימים את ברך מנוע סירת המרוץ המדחף נראה כגוף פשוט למדי. צורה מעוצבת של ברונזה, חמרן (אלומיניום) או פלדת אל-חלד ללא שום חלקים נעים – וזהו. המראה הפשוט - מטעה. גם היום למרות ההתקדמות המדעית: תכנון ממוחשב, צילומי לייזר, בריכות ניסוי ועוד, עדיין יצור מדחף מעולה הוא גם עניין של אומנות ורגש הנצבר עם הניסיון.
מדחף לא מתאים מוריד את מהירות ההפלגה ועלול לגרום לעליה משמעותית בעלויות הדלק עלויות שיהיו יקרות פי כמה וכמה ממחירו של מדחף מתאים. זו הסיבה שצוותים מקצועיים של סירות מרוץ מבלים שעות וימים בניסוי-ים המיועדים לבדוק את המדחף המתאים ביותר. יצרני כלי השייט יבחנו את ביצועי המודל החדש שלהם עם תריסרי מדחפים לפני שיחליטו איזה מדחף מתאים ביותר לדגם החדש. גם לאחר הבדיקות העיוניות, הממוחשבות, המעשיות וניסויי הים הארוכים עשוי יצרן לאבזר את אותו כלי שייט בשני דגמי מדחף שונים. מדחף מסוג אחד לכלי שייט המיועד להפליג בים התיכון ומדחף מסוג שני לכלי שייט המיועד להפליג בצפון אירופה.
כדי להבין איך עובד מדחף אנו חייבים לראות את התמונה משלושה כיוונים שונים לחלוטין. שלושתם יחד נותנים את התמונה המלאה כלומר, המדחף המתאים ביותר לכלי השייט הספציפי.
הבורג
ויליאם ליטלטון היה הראשון שתכנן מדחף בצורה המוכרת לנו כבר בשנת 1794. בתקופה ז כבר הבינו והשתמשו בעקרון הבורג החודר דרך חומר מוצק. ליטלטון פיתח מדחף עץ שהיה דומה מאד לבורג. הוא הבין שאותו העיקרון הפועל על בורג בחומר מוצק יפעל גם בנוזל בשינויים מסוימים.
כדי להבין איך פועל המדחף חשוב שנראה בורג לנגד עיננו. ואכן, למדחף ולבורג משתמשים באותם מונחים טכניים. הקוטר הוא מונח ברור, זה קוטר המעגל אותו יוצר המדחף בסיבובו. הפסיעה (PITCH ) הוא המרחק אותו מתקדם המדחף או הבורג בסיבוב אחד מלא. מיותר לאמר שמדחף לא מתקדם בדיוק את המרחק התיאורטי אותו מאפשרת הפסיעה. ההבדל בין מרחק הפסיעה למרחק ההתקדמות נקרא החלקה (SLIP ). ברור שכל בעל כלי שייט מעונין שמרחק ההחלקה יהיה קטן עד כמה שאפשר. גורמים רבים עלולים להגדיל את ההחלקה. מבנה גוף כלי השייט, צמדת הים (זקן) בתחתית כלי השייט ועוד. בסירות מרוץ לדוגמא הצליחו היצרנים להביא להחלקה קטנה ביותר. כדי להמחיש את נושא ההחלקה ניקח לדוגמא בעל יאכטה השוקלת 10 טון ואשר מעמיס עליה עוד 10% משקל (מיזוג אויר, גנרטור. מכלי דלק ומים נוספים וכו’). שקיעת היאכטה תשנה את צורת כלי השייט , ההחלקה עלולה לגדול במקרים מסוימים עד כדי פי שתיים.
כנף – זווית הלהבים FOIL
המילה החלקה נשמעת רע. קל לדמיין החלקה של מכוניות או החלקה על מדרגות. המעניין הוא שכאשר החלו לתכנן מדחפים הבינו המתכננים כי ההחלקה חיונית לפעולה יעילה של המדחף. אפשר להבין את הנושא טוב יותר אם חושבים על כל להב המדחף כעל כנף או מפרש. למפרש "שפת התקפה" זוהי הזווית שבה המפרש מפיק את מירב הכוח מהרוח הנושבת על פניו. אם נשחרר את המפרש או נמתח אותו יתר על המידה מהירות הסירה תקטן. אותו עקרון פועל על להב המדחף. להב מעוגל בזוית מסוימת יחסית לבסיס המדחף. בדרך כלל הזווית הינה בת 3-4 מעלות (לעומת 20-25 מעלות במפרש). כמובן שאין זאת אומרת שזווית הלהבים חייבת להיות תמיד באותה הזווית, נהפוך הוא. לכלי שייט מהירים וקלים נחוצה זווית התקפה שונה מאשר לכלי שייט כבדים ואיטיים.
כלי שייט הנע במים יוצר זרימת מים אמיתית ומדומה. בדומה ל"רוח אמיתית" הנושבת ביחס לכלי שייט ול"רוח מדומה" שהיא הצירוף של כיוון הרוח האמיתית, כיוון הפלגת כלי השייט ומהירותו. "זרימת המים האמיתית" היא הזרימה הנוצרת כתוצאה מתנועת כלי השייט במים "הזרימה המדומה" היא שילוב של תנועת כלי השייט וסחרור המים סביב המדחף. הלהב התחתון ביותר של המדחף יקבל "זרימת מים אמיתית" חזקה יותר מאשר הלהב הנמצא באותו זמן גבוה ממנו. הזווית בה הלהבים מקובעים לבסיס מבטיח שהשינויים בעוצמת הזרימה לא יקטינו את יעילות המדחף.
אפקט המשאבה
קצת פיסיקה למי שאינו זוכר : החוק השלישי של ניוטון אומר כי "לכל פעולה קיימת תגובה השווה לה בעוצמתה בכיוון הנגדי". ומכאן שהדרך השלישית לבחון את נושא המדחף הוא הסתכלות על המדחף כעל משאבה. משאבה השואבת מים מצד אחד (קדימה) ודוחפת אותם לצד השני (אחורנית) במנוע. סילון מים JET (כמו באופנועי הים) אכן המדחף דוחס את המים ופולט אותם בצורת סילון מים לאחור. בכלי שייט רגיל המדחף דוחף את המים לאחור והפעולה הנגדית (ניוטון – זוכרים) דוחפת אותו קדימה. כמות המים אותה מסוגלת משאבה לדחוף לאחור (כלומר לשאוב) בפרק זמן נתון תלויה בכוח המפעיל אותה. לצורך המחשה נניח שמשאבה המונעת במנוע של 1- כוח סוס מסוגלת לשאוב 3 רגל מעוקב של מיל לשניה. משאבה המונעת במנוע של 100 כ"ס תשאב 30 רגל מעוקב מים לשניה. נניח שזרימת מים זאת צורתה כצורת גליל שקוטרו כקוטר המדחף הדוחף את המים. אורכו של הגליל כמרחק אותו עשה המדחף בזמן הנתון. ליאכטה מנועית איטית הנעה במהירות של 10 רגל/בשניה (בערך 6 קשר, מהירות יאכטה של 40 רגל) כלומר הגליל המכיל את 30 הרגל המעוקבים אותו "שאב" המדחף צריך להיות בשטח בסיס של 3 רגל מרובע ולכן קוטרו 24 אינץ. לסירת מרוץ המפליגה ב - 30 קשר (זכרו מדובר באותו הספק מנוע) כמות המים שנשאבת ע"י המדחף בשניה אחת צריכה להיות באורך של 50 רגל, ושטח בסיס הגליל יורד ל – 0.6 רגל מרובע, כלומר המדחף יהיה של 10 אינץ בלבד לעומת מדחף של 24 אינץ במנועית האיטית. כמובן שיש לזכור את הבדלי המבנה, המשקל ומטרות השימוש בין שני כלי השייט. הסבר זה אינו הסבר מדעי אך הוא ממחיש את העובדה שמנוע גדול יותר זקוק למדחף בקוטר גדול יותר, וכן שכלי שייט מהירים זקוקים למדחפים קטנים יותר (המופעלים במהירות סיבוב גדולה יותר).
אוורור וסחרור – קויטציה
כל שייט מפרשים מתקדם יודע שסירת המפרש אינה מתקדמת רק בשל לחץ הרוח על המפרש אלא בעיקר ע"י כוח השאיבה הנוצר בשפה המוציאה של המפרש כתוצאה מהפרשי לחצים. הפרשי לחצים הנוצרים כתוצאה ממהירויות שונות של האוויר בצידיו השונים של המפרש. במדחף נוצר מצב דומה, לפחות 50 אחוז מהכוח הדוחף נוצר כתוצאה מאפקט שאיבה בצד המוציא של הלהבים (זוכרים הלהבים צורתם מעוקלת כמפרש או ככנף). כאשר הלחץ יורד נקודת הרתיחה של המים יורדת. אז, בנקודה מסוימת נוצרות בועות אפילו בטמפרטורה של מי ים. הבועות הראשונות יופיעו בקצוות הלהבים. לבועות אלו השפעה מועטה, בהמשך יכולות להופיע בועות גם על פני הלהבים ובבסיס הלהבים. הבועות טבען לפקוע, בועה אחת שפוקעת אינה יוצרת אפקט משמעותי, אך כשהתופעה היא בקנה מידה גדול, בתחילה תופרע הזרימה על פני הלהבים ובסופו של התהליך יפעל המדחף באוויר, (או נכון יותר בריק) ניתן להמחיש את התופעה אם נחשוב על מכונית בנסיעה אשר תיבת ההילוכים שלה נתפסה בהילוך סרק או במכונית שגלגליה מחליקים על קרח. המנוע עובד "פול טיים בניוטרל" במילים פשוטות תופעה זאת גורמת למדחף לאבד את אחיזתו במים. הפתרון למצב זה הוא הורדת מהירות עד שהמדחף "יתפוס". כדי להקטין את ממדי התופעה יש לוודא שפני המדחף חלקים ולא פגועים, כדאי ללטש את המדחף ובסירות מרוץ אף מומלץ השימוש במשחות פוליש. במיקרים קיצוניים יש לבדוק האם אין צורך להשתמש במדחף בעל שטח פנים גדול יותר, כלומר קוטר גדול יותר או עם מספר רב יותר של להבים.
נושא האוורור דומה. גם כאן בועות האוויר משפיעות על המדחף ועלולות לגרום לכך כי המדחף יפעל באוויר. אלא שהסיבה במקרה זה היא שונה, בשל פעולת חלק מהמדחף מחוץ למים נוצרת בועת האוויר הגורמת לכך שהמדחף ינק אויר מחוץ למים לתוכם. מצב זה אופייני לסירות מנוע עם מנועי חיצון או בעת פניות חזות בסירות מרוץ או יאכטות מהירות. פניה כזאת עשויה לגרום להטיה משמעותית של כלי השייט, הטיה זו עשויה להוציא חלק מהמדחף הנמצא בצד המורם מהמים ואז נוצרת יניקת אוויר. יצרני המנועים מנסים להקטין את התופעה בעזרת פלטה הקרויה פלטת קויטציה. פלטה זאת ממוקמת מעל המדחף. במיקרים רבים של שייט בסיבובים חדים הפלטה איננה יעילה.
בעלי סירות בעלות 2 מנועים יכולים להבחין בין אוורור לקויטציה באופן הבא: פנה פנייה חזקה, באם יש בעיה במנוע הפונה החוצה מקוטר הסיבוב הבעיה היא אוורור אם הבעיה הנה במנוע הנמצא בצידו הפנימי של הסיבוב, הבעיה היא קויטציה. כדי שנבין עד כמה חשוב לפתור בעיות אלו די אם נאמר כי עד שנות החמישים של המאה לא הצליחו יצרני כלי השייט ליצר כלי שייט שמהירותו עלתה על 40 קשר! וזאת בשל בעיות קויטציה שלא נמצא להם פתרון בזמנו. כיום ניתן לקנות כלי שייט המגיעים למהירות של 90 קשר. לסירות מרוץ מיוחדות אלו פיתחו היום מדחפי-על מקטיני קוטציה. מדחפים אלו נראים כאילו מדחף רגיל נחתך לשנים. כמובן שמדחפים אלו מתאימים רק לכלי שייט מהירים ביותר. במידה והם יורכבו על כלי שייט רגילים הם עלולים לפעול פעולה הפוכה ולהגדיל את הקויטציה.
שני להבים או יותר
באופן תיאורטי המדחף היעיל ביותר הוא מדחף בעל להב אחד. לצערנו מדחף כזה יגרום לרעידות (ויברציות) בלתי נסבלות אשר עלולות במיקרים מסוימים להיות גורם הרסני לכלי השייט. בשנים האחרונות כלי שייט רבים עוברים להנעת שטח. (SURFACE – DRIVE ).
עקרון הנעה זאת הוא שלהב אחד בלבד נמצא מתחת למים בנקודת זמן נתונה. ברור שבהנעה זאת קיימות בעיות רציניות של קויטציה ואוורור עליהם מנסים להתגבר באמצעים שונים. ואולם בסך הכל יתרון היעילות של להב אחד "מנצח" את הבעיות האחרות. להנעה כזו כמובן בעיות אחרות שלא נדון בהן כאן. באופן כללי ככל שיהיו יותר להבים תקטן יעילות המדחף. מדחף בעל מספר לא זוגי של להבים יגרום לפחות רעידות בכלי השייט לעומת מדחף בעל מספר זוגי של להבים. יאכטות מצוידות בדרך כלל במדחפים בעלי שלושה להבים, זוהי למעשה פשרה בין רעידות ליעילות. בזמן האחרון מציידים יצרני יאכטות מנועיות רבות את היאכטות במדחפים בעלי ארבע להבים. הסיבה נעוצה באפשרות להפיק כוח גדול יותר יחסית ממנועים קטנים וקומפקטיים יותר. מדחפים אלו מותקנים בדרך כלל בכלי שייט בעלי תכנון גוף מתקדם הכולל תעלות מדחף המחייבות מדחפים קטנים יותר.

חשב את המדחף המתאים לכלי השייט שלך:
מתכנני מדחף משתמשים בתוכנות מחשב מתוחכמות ובניסוי בריכה מבוקרי מצלמות לייזר כדי לבחור את המדחף המתאים ביותר לגוף כלי שייט נתון. ישנם משתנים רבים הגורמים גם למומחים הגדולים ביותר לטעות לפעמים בבחירת המדחף. כמובן שסיכוייהם להגיע למדחף המיטבי גדולים לאין שעור מסיכוייו של החובבן. צריך לזכור שאף יצרן כלי שייט או מדחף לא ירוויח יותר מהתקנת מדחף לא מתאים. כך שכדאי מאוד לשמוע לעצתם. בהמשך תוכלו למצוא שיטת חישוב אשר תאפשר לקבל תמונה כללית על מידות המדחף אותו יש להרכיב בכלי שייט נתון. קוטר הוא הנתון החשוב ביותר.
חלק א’ של החישוב
את הספק המנוע בכוחות סוס (H.P. ). על פי היצרן הכפל ב – 0.3.
קבע באופן מעשי או על פי נתוני היצרן את המהירות המרבית והפוך אותה לרגל לשניה (1 קשר = 1.69 רגל לשניה).
חלק את תוצאת סעיף 1 בתוצאה של סעיף 2.
חלק את תוצאת סעיף 3 ב – 3.14.
מצא את השורש הריבועי של סעיף 4. תוצאה זאת תיתן לך את רדיוס המדחף ברגל (FEET ).
הכפל את התשובה בסעיף 5 ב – 24 כדי לקבל את הקוטר באינצ’ים.

דוגמא:
יאכטה מנועית בעלת הספק מנוע של 350 כ"ס ומהירות מירבית מתוכננת של 21 קשר.
1. 350 כ"ס * 0.3 = 105
21 * 1.69 = 35.5
105 : 35.5 = 2.96
2.96 : 3.14 = 0.94
0.94 שורש = 0.97
0.97 * 24 = 24 אינצ’ = קוטר המדחף המתאים.
חישוב הפסיעה:
הפסיעה היא פחות קריטית והיא מחייבת פעולת השערה מסוימת כדי לחשב את ההחלקה. המרווח הוא בין 10% ל – 60% ובדגמים מיוחדים גם מעבר למרווח זה. כ"כלל – אצבע" השתמשו ב – 50% לכלי שייט בעלי הדחק מלא (כמו יאכטות מפרשים ויאכטות מנוע איטיות ). 25% לכלי שייט בעלי חצי הדחק כמו יאכטות מנוע גדולות ומהירות ו – 15% לכלי שייט בעלי גוף החלקה (PLANING – HULL ) כמו יאכטות מהירות וסירות מרוץ.

חלק שני של החישוב:
חלק את מהירות סיבובי המנוע (RPM ) ביחס תיבת ההילוכים (GEAR-BOX ).
שער את המהירות המכסימלית של כלי השייט (או השתמש בנתוני היצרן המוטים בד"כ כלפי מעלה) והפוך אותם לרגל לדקה (1 קשר = 101.3 רגל לדקה).
חלק את תשובתך מסעיף 8 לתשובתך בסעיף 7 כדי למצוא את המרחק אותו תעשה היאכטה בכל סיבוב של המדחף. הפחת את ההחלקה המשוערת מ – 100 . חלק מאה בתוצאה סעיף 10. הכפל תשובתך בסעיף 9 בתוצאה של סעיף 11 וקבל את הפסיעה בפיט. הכפל את התשובה מסעיף 12 ב – 12 כדי לקבל את הפסיעה באינצ’.
דוגמא:
אותה יאכטה מנועית מצוידת במנוע הפועל במהירות של 2800 סיבוב לדקה. תיבת הילוכים של (GEAR-BOX ) פועלת ביחס של 2:1.
7. 2800 : 2 = 1400

8. 21 * 101.3 = 2127.3
9. 2127 : 1400 = 1.52
10. 100 - 25 = 75
11. 100 : 75 = 1.33
12. 1.52 * 1.33 = 2.02 רגל
13. 2.02 * 12 = 24 אינצ’

תגובות
שם הכותב
כותרת

טוען תגובות..
© כל הזכויות שמורות | טלפון: 03-6950950 | פקס: 03-6957282
<