En la construcción naval , una hélice es un medio de propulsión que se utiliza con mayor frecuencia para mover vehículos marinos o de agua dulce, como barcos y submarinos .
En Francia, la promoción de la propulsión de los barcos por la hélice se atribuye al ingeniero francés Frédéric Sauvage que llevó a cabo sus primeros experimentos en 1832.
En el extranjero, la suerte tendría que durante su trabajo realizado a partir de 1835 sobre este modo de propulsión, Francis Pettit Smith , un agricultor e inventor inglés, rompió un trozo de su hélice durante una prueba, que enseguida dio mejores resultados que con todo el prototipo. . FP Smith y John Ericsson , un inventor sueco que colaboró con él, contribuyeron al desarrollo de la propulsión de hélice primero en los Estados Unidos, luego en Inglaterra, Suecia y Francia.
En muchos países, las hélices se llaman tornillos, hélices de tornillo en inglés. Contrariamente a la creencia popular, la propulsión por hélice es el resultado de un impulso "como lo hace una pelota de tenis en una raqueta, no un impulso como lo hace un tornillo". Para hélices cortas, la velocidad del agua detrás de la hélice es consistente con los resultados descritos por la investigación de Morosi y Bidone : un poco menos del doble de la velocidad que daría una hélice larga como fue diseñada antes de 1837.
La función de la hélice es acelerar una masa de agua para crear una fuerza propulsora. Para producir esta fuerza, la hélice se puede diseñar grande y girando lentamente, o pequeña y girando más rápido. La teoría termodinámica y físico-mecánica de la hélice se enseña en hidrodinámica.
Hay otros medios modernos de propulsión como el sistema Voith Schneider . Estos no son propulsores que reciben un impulso como las hélices, sino sistemas impulsados como ruedas de paletas en el pasado. Estos sistemas son muy prácticos en maniobras en babor por la facilidad de orientación del jet. Las turbinas centrífugas se utilizan poco y su eficiencia es menos buena.
Páginas 28-29 del tratado
Páginas 40-41 del tratado
Páginas 42-43 del Tratado
Ya en 1855, todos los ingredientes estaban presentes para comprender el funcionamiento de las hélices marinas:
En su obra titulada L'Hélice propulsive , edición de 1855, François-Edmond Pâris describe los altibajos de la evolución de las hélices marinas. Sin embargo, quedó un completo malentendido para el cálculo de la hélice debido al diseño mental de la hélice en sacacorchos (o en forma de tornillo). Esta noción aún persiste hoy.
| Primer ingrediente : el propulsor, habiendo experimentado un impacto, se rompió a la mitad de su longitud e inmediatamente dio mejores resultados. |
| Capítulo II - Introducción práctica a la hélice propulsora. “ En este capítulo, propongo presentar los incidentes más importantes de la introducción de la hélice como propulsor. Comienzan en el momento en que F.-P. Smith y el capitán Ericsson se encargaron de ello. Habiendo abordado las invenciones para hacer funcionar barcos por la hélice, que no produjeron resultados útiles, ahora tengo que informar cómo se introdujo este propulsor en la práctica. " “ En 1835, F.-P. Smith, un granjero de Hendon, dirigió su atención en esa dirección. En la primavera de 1836 obtuvo la asistencia del Sr. Wright, banquero, y se le concedió una patente el 31 de mayo de 1836. A continuación, se equipó un barco modelo con una hélice de madera y se puso en movimiento en un estanque en Hendon, y en la Adelaide Gallery, Londres. Allí fue examinado por Sir John Barrow, entonces secretario del Almirantazgo, y por MM. Harris y Bell, de Alejandría, que ofrecieron comprar el invento para el Pasha de Egipto, pero esta oferta fue rechazada. " " Los resultados fueron tan satisfactorios, que el Sr. Smith y sus amigos construyeron un bote de seis toneladas, al que le pusieron una hélice de madera de dos vueltas: el 1 de noviembre de 1836, este bote marchó sobre el Canal de Paddington y continuó Navegar por el río Támesis hasta septiembre de 1837. El propulsor, habiendo sufrido un choque, se rompió a la mitad de su longitud e inmediatamente dio mejores resultados, lo que provocó que una nueva hélice se ejecutara en un solo paso. " |
Por tanto, fue en septiembre de 1837 cuando ocurrió el hecho, que supuso un punto de inflexión en la propulsión marítima.
| Segundo ingrediente : Bidone ha descubierto que el impacto repentino de un chorro en una superficie es, cuando es permanente, como 1,84 en 1 |
| Capítulo III - Principios científicos relacionados con los buques propulsados por hélice " ... Debido a que el agua que escapa de un depósito tiene la misma velocidad que un cuerpo sólido que cae libremente desde la superficie superior del depósito hasta el nivel de la salida y, según las leyes de los cuerpos que caen, la velocidad final es simplemente el doble la velocidad media: es claro, por tanto, que un chorro que sale horizontalmente, después de haber adquirido la velocidad máxima debido a la altura de la columna, cruzará una distancia igual al doble de la que cubriría un cuerpo al descender de la superficie mayor que esa del orificio. De ahí Bernoulli infirió que la presión hidráulica acumulada, por la cual se proyecta una veta por un orificio, en el costado de un recipiente, es igual a la columna del fluido que tiene por base la sección de la veta y en altura el doble de caída. capaz de producir la velocidad del flujo. " “ La teoría de Bernoulli fue adoptada y desarrollada por Euler quien da una fórmula para el efecto de la percusión de un chorro de agua sobre una superficie plana. Sea R la fuerza impulsora con percusión permanente; A, el área de la vena; H, la altura debida a la velocidad del chorro; N, la altura debida a la velocidad del agua reflejada; Φ el ángulo del agua reflejada con el eje. " “ Entonces R = 2aH (1- (√h / √H) cos Φ). " “ Los experimentos de Morosi y Bidone probaron con hechos materiales las doctrinas de Euler y Bernoulli sobre este tema. Euler dice que el valor teórico de la percusión de una vena fluida, puede aumentar hasta igualar el peso de una columna de fluido de la misma base que la sección de la vena y de una altura cuatro veces mayor que la debida a la velocidad de la vena. Bidone ha descubierto que el impacto repentino de un chorro en una superficie es, cuando es permanente, como 1,84 es 1; pero este efecto puede atribuirse en parte al movimiento adquirido por las partes del instrumento destinadas a medir la fuerza de la percusión. " |
Aún así, según François-Edmond Pâris :
Las patentes más destacadas:
Hasta 1855, fecha de la publicación de su tratado, el número de patentes se multiplicó sin aportar ninguna innovación destacable hasta 1851, salvo quizás la de Bennet Woodcroft (en) en 1844.
Titulares de patentes entre 1838 y 1851
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Las hélices se acortaron y, a partir de 1860, vimos la aparición de hélices como "alas de molino" de cuatro palas, cuya forma cuadrada en los extremos creaba remolinos parásitos.
En el XX ° siglo, el desarrollo de la termodinámica y mecánica física han proporcionado información sobre lo que está sucediendo a nivel mundial entre la entrada de fluido, el agua y la salida con alimentación, los resultados son consistentes con los experimentos Morosi y Bidone. Lo que sucede entre la salida y la entrada es el dominio de la mecánica de fluidos. Entonces entendemos que la propulsión obtenida es el resultado de un impacto y no de un entrenamiento y que lo que habíamos llamado el "retroceso" no es otra cosa que una pérdida de energía entrópica por el desorden provocado por el impacto.
En la segunda mitad del XX ° siglo, buscamos mejorar el rendimiento de los yates de crucero de carreras equipado con hélices propulsoras. La forma de las palas tiene menos importancia, aparte del hecho de que una hélice de forma helicoidal tendrá una presión más uniforme sobre la superficie de las palas, es fácil de moldear para construir hélices de paso variable y hélices de palas plegables.
Dependiendo de su uso, el número de palas y las formas serán diferentes:
En un sistema de propulsión donde las hélices están incluidas en un tubo (túnel), es necesario que el tubo sea corto, o agrandado en los extremos, para no reducir la eficiencia de propulsión.
Las hélices utilizadas son similares a los propulsores. En unidades pequeñas pueden ser de plástico y ocupar el diámetro del tubo.
El mejor rendimiento se obtiene con la hélice libre bajada para su uso debajo del casco y oculta en la navegación.