پروانه (در عامیانه معمولاً پیچ در کشتی یا پیچ هوا در هواپیما نامیده می شود) وسیله ای با توپی چرخان و پره های تابشی است که در یک گام تنظیم می شوند تا یک مارپیچ مارپیچ را تشکیل دهند که وقتی می چرخد، نیروی رانش خطی به آن وارد می کند. یک سیال عامل مانند آب یا هوا. [1] پروانه ها برای پمپاژ سیال از طریق لوله یا مجرا یا ایجاد نیروی رانش برای به حرکت درآوردن یک قایق از طریق آب یا یک هواپیما از طریق هوا استفاده می شوند. شکل تیغه ها به گونه ای است که حرکت چرخشی آنها در سیال باعث ایجاد اختلاف فشار بین دو سطح تیغه بر اساس اصل برنولی می شود که به سیال نیرو وارد می کند. [2] بیشتر ملخ‌های دریایی پروانه‌های پیچی با تیغه‌های مارپیچ هستند که روی محور پروانه با محور تقریباً افقی می‌چرخند. [a]
اصل به کار گرفته شده در استفاده از پروانه پیچ از اسکالینگ استرن نشأت می گیرد . در اسکالینگ، یک تیغه از یک طرف قوس به سمت دیگر حرکت می‌کند و مواظب است که تیغه را با زاویه مؤثر به آب نشان دهد. نوآوری معرفی شده با پروانه پیچ، گسترش آن قوس بیش از 360 درجه با اتصال تیغه به یک محور چرخان بود. ملخ ها می توانند یک پره داشته باشند ، اما در عمل تقریباً همیشه بیش از یک تیغه وجود دارد تا نیروهای درگیر را متعادل کنند.
پیدایش ملخ پیچ حداقل از زمان ارشمیدس (حدود 287 - حدود 212 قبل از میلاد) شروع می شود، که از یک پیچ برای بلند کردن آب برای آبیاری و قایق های قایق استفاده می کرد، به طوری که به پیچ ارشمیدس معروف شد . این احتمالاً کاربرد حرکت مارپیچی در فضا (مارپیچ ها مطالعه ویژه ای از ارشمیدس بود) برای چرخ آبی قطعه قطعه شده توخالی بود که برای قرن ها توسط مصریان برای آبیاری استفاده می شد . یک اسباب بازی پرنده، بامبو-کوپتر ، در حدود سال 320 بعد از میلاد در چین مورد استفاده قرار می گرفت. بعدها، لئوناردو داوینچی اصل پیچ را برای هدایت هلیکوپتر نظری خود اتخاذ کرد، طرح هایی که شامل یک پیچ بزرگ بوم در بالای سر بود.
در سال 1661، توگود و هیز پیشنهاد کردند که از پیچ برای نیروی محرکه واترجت استفاده شود، البته نه به عنوان پروانه. [3] رابرت هوک در سال 1681 آسیاب آبی افقی را طراحی کرد که به طور قابل توجهی شبیه به پروانه محور عمودی کرستن-بوئینگ بود که تقریباً دو قرن و نیم بعد در سال 1928 طراحی شد. دو سال بعد هوک طراحی را اصلاح کرد تا نیروی محرکه کشتی ها را از طریق آب فراهم کند. [4] در سال 1693 یک فرانسوی به نام Du Quet یک پروانه پیچی اختراع کرد که در سال 1693 آزمایش شد اما بعداً رها شد. [5] [6] در سال 1752، آکادمی علوم در پاریس به برنلی جایزه ای برای طراحی یک چرخ پروانه اعطا کرد. تقریباً در همان زمان، ریاضیدان فرانسوی الکسیس-ژان-پیر پاوکتون یک سیستم رانش آب را بر اساس پیچ ارشمیدسی پیشنهاد کرد. [4] در سال 1771، مخترع موتور بخار جیمز وات در نامه ای خصوصی استفاده از "پاروی مارپیچ" را برای به حرکت درآوردن قایق ها پیشنهاد کرد، اگرچه او آنها را با موتورهای بخار خود استفاده نکرد یا هرگز این ایده را اجرا نکرد. [7]
یکی از اولین کاربردهای عملی و کاربردی پروانه در زیردریایی به نام Turtle بود که در سال 1775 در نیوهیون، کانکتیکات توسط دانش‌آموز و مخترع دانشگاه ییل، دیوید بوشنل ، با کمک ساعت‌ساز، حکاکی و ریخته‌گر برنج، ایزاک دولیتل طراحی شد . . برادر بوشنل ازرا بوشنل و فینیاس پرت، نجار و ساعت ساز کشتی، بدنه را در سیبروک، کانکتیکات ساختند . [8] [9] در شب 6 سپتامبر 1776، گروهبان ازرا لی لاک پشت را در حمله به HMS Eagle در بندر نیویورک هدایت کرد . [10] [11] لاک پشت همچنین دارای تمایز به عنوان اولین زیردریایی مورد استفاده در نبرد است. بوشنل بعداً پروانه را در نامه‌ای به توماس جفرسون در اکتبر 1787 توضیح داد : «یک پارو که بر اساس اصل پیچ در قسمت جلوی کشتی ثابت شده بود، محور آن وارد کشتی می‌شد و با چرخاندن به یک سمت، کشتی را به سمت جلو می‌چرخانید، اما در حال چرخش به سمت کشتی بود. از راه دیگر آن را به عقب برگرداند تا با دست یا پا بچرخد. [12] ملخ برنجی، مانند تمام قطعات برنجی و متحرک لاک پشت ، توسط ایساک دولیتل از نیوهیون ساخته شد. [13]
در سال 1785، جوزف براماه از انگلستان، راه حل پروانه ای را پیشنهاد کرد که میله ای از پشت زیر آب یک قایق متصل به پروانه تیغه ای می گذرد، اگرچه او هرگز آن را نساخته است. [14]
در فوریه 1800، ادوارد شورتر از لندن پیشنهاد استفاده از پروانه مشابهی را پیشنهاد کرد که به میله ای که به طور موقت از عرشه بالای خط آب مستقر شده بود و در نتیجه نیازی به آب بندی نداشت، متصل شده بود و فقط برای کمک به کشتی های بادبانی آرام شده بود. او آن را در کشتی حمل و نقل Doncaster در جبل الطارق و مالت آزمایش کرد و به سرعت 1.5 مایل در ساعت (2.4 کیلومتر در ساعت) دست یافت. [15]
در سال 1802، جان استیونز، وکیل و مخترع آمریکایی، یک قایق 25 فوتی (7.6 متری) با یک موتور بخار چرخشی و یک پروانه چهار پره ساخت. این کشتی به سرعت 4 مایل در ساعت (6.4 کیلومتر در ساعت) دست یافت، اما استیونز به دلیل خطر ذاتی در استفاده از موتورهای بخار پرفشار، ملخ ها را رها کرد. کشتی های بعدی او قایق های پارویی بودند. [15]
تا سال 1827، جوزف رسل، مخترع چک، یک پروانه پیچی با چندین تیغه روی یک پایه مخروطی اختراع کرد. او آن را در فوریه 1826 بر روی یک کشتی دستی آزمایش کرد و در سال 1829 با موفقیت از آن در یک قایق بخار استفاده کرد. کشتی 48 تنی او Civetta به 6 گره دریایی رسید. این اولین کشتی موفق ارشمیدس پیچی پیشرانه بود. آزمایش های او پس از تصادف با موتور بخار توسط پلیس ممنوع شد. رسل، یک بازرس جنگلداری، یک حق اختراع اتریش-مجارستانی برای پروانه خود داشت. پروانه پیچ نسبت به چرخ‌های پدال بهبود یافته بود، زیرا تحت تأثیر حرکات کشتی یا تغییرات پیش‌نویس قرار نمی‌گرفت. [16]
جان پچ ، یک دریانورد در یارموث، نوا اسکوشیا در سال 1832 یک ملخ دو پره به شکل فن ساخت و در سال 1833 به طور عمومی آن را به نمایش گذاشت و یک قایق ردیفی را در بندر یارموث و یک اسکله کوچک ساحلی در سنت جان، نیوبرانزویک به حرکت درآورد . درخواست ثبت اختراع در ایالات متحده تا سال 1849 رد می شد زیرا او شهروند آمریکایی نبود. [17] طراحی کارآمد او مورد تحسین محافل علمی آمریکا قرار گرفت [18] اما در آن زمان او با رقبای متعددی روبرو شد.
علیرغم آزمایش پیشرانه پیچی قبل از دهه 1830، تعداد کمی از این اختراعات تا مرحله آزمایش دنبال شدند و آنهایی که به دلایلی رضایت بخش نبودند. [19]
در سال 1835، دو مخترع در بریتانیا، جان اریکسون و فرانسیس پتیت اسمیت ، به طور جداگانه روی این مشکل کار کردند. اسمیت برای اولین بار در 31 مه حق امتیاز پروانه پیچ را گرفت، در حالی که اریکسون، مهندس سوئدی با استعدادی که در آن زمان در بریتانیا کار می کرد، اختراع خود را شش هفته بعد به ثبت رساند. [20] اسمیت به سرعت یک قایق مدل کوچک ساخت تا اختراع خود را آزمایش کند، که ابتدا در حوضچه ای در مزرعه هندون او نشان داده شد ، و بعداً در گالری سلطنتی آدلاید علوم عملی در لندن ، جایی که توسط وزیر نیروی دریایی مشاهده شد. ، سر ویلیام بارو. اسمیت پس از حمایت یک بانکدار لندنی به نام رایت، پس از آن یک قایق کانالی 30 فوتی (9.1 متری)، 6 اسب بخاری (4.5 کیلووات) 6 تنی به نام فرانسیس اسمیت ساخت که با ملخ چوبی خود نصب شده بود و روی آن به نمایش گذاشته شد. کانال پدینگتون از نوامبر 1836 تا سپتامبر 1837. در یک حادثه تصادفی، ملخ چوبی دو پیچ در طی یک سفر دریایی در فوریه 1837 آسیب دید و در کمال تعجب اسمیت، ملخ شکسته، که اکنون تنها از یک پیچ تشکیل شده بود، باعث دو برابر شدن پروانه قایق شد. سرعت قبلی، از حدود چهار مایل در ساعت تا هشت. [20] اسمیت متعاقباً یک حق اختراع تجدید نظر شده را مطابق با این کشف تصادفی ثبت کرد.
در همین حال، اریکسون یک قایق بخار پیچ 45 فوتی (14 متری) به نام فرانسیس بی اوگدن در سال 1837 ساخت و قایق خود را در رودخانه تیمز به اعضای ارشد دریاسالاری بریتانیا از جمله نقشه بردار نیروی دریایی سر ویلیام سیموندز نشان داد. . علیرغم اینکه قایق به سرعتی معادل 10 مایل در ساعت می‌رسید، قابل مقایسه با قایق‌های بخارشوی موجود ، سیموندز و همراهانش تحت تأثیر قرار نگرفتند. دریاسالاری بر این عقیده بود که پیشرانه پیچی در خدمات اقیانوس پیما بی اثر خواهد بود، در حالی که خود سیموندز معتقد بود که کشتی های پیچ دار را نمی توان به طور موثر هدایت کرد. [b] به دنبال این رد، اریکسون دومین قایق پیچ دار بزرگتر به نام رابرت اف استاکتون را ساخت و او را در سال 1839 به ایالات متحده فرستاد، جایی که به زودی به عنوان طراح نیروی دریایی ایالات متحده به شهرت رسید . اولین کشتی جنگی پیچ دار، USS Princeton . [21]
اسمیت که ظاهراً از دیدگاه نیروی دریایی سلطنتی مبنی بر اینکه پروانه های پیچی برای خدمات دریایی نامناسب هستند آگاه بود، تصمیم گرفت این فرض را ثابت کند که اشتباه است. در سپتامبر 1837، او کشتی کوچک خود را (که اکنون به یک ملخ آهنی مجهز شده است) به دریا برد، از بلک وال، لندن به هایث، کنت ، با توقف در Ramsgate ، Dover و Folkestone . افسران نیروی دریایی سلطنتی در راه بازگشت به لندن در 25th، کشتی اسمیت در حال پیشرفت در دریاهای طوفانی مشاهده شد. این امر علاقه دریاسالاری را احیا کرد و اسمیت تشویق شد تا یک کشتی با اندازه کامل بسازد تا این فناوری را به طور قطعی نشان دهد. [22]
SS Archimedes در سال 1838 توسط هنری Wimshurst لندن ساخته شد ، به عنوان اولین کشتی بخار جهان [c] که توسط یک ملخ پیچی رانده شد. [23] [24] [25] [26]
ارشمیدس تأثیر قابل‌توجهی بر توسعه کشتی‌ها داشت و علاوه بر تأثیر او بر کشتی‌های تجاری، نیروی دریایی سلطنتی را به پیشرانه پیچی تشویق کرد . آزمایشات با آرشمیدس اسمیت منجر به مسابقه طناب کشی در سال 1845 بین HMS Rattler و HMS Alecto شد با Rattler پیچ‌دار که بخارشوی پارویی Alecto را با سرعت 2.5 گره (4.6 کیلومتر در ساعت) به عقب می‌کشید. [27]
ارشمیدس همچنین بر طراحی کشتی ایزامبارد پادشاهی برونل SS بریتانیا در سال 1843 تأثیر گذاشت، سپس بزرگترین کشتی جهان و اولین کشتی بخار پیچی که در اوت 1845 از اقیانوس اطلس عبور کرد .
HMS Terror و HMS Erebus هر دو به شدت اصلاح شدند تا به اولین کشتی های نیروی دریایی سلطنتی تبدیل شوند که دارای موتورهای بخار و پروانه های پیچی هستند. هر دو در اکسپدیشن گمشده فرانکلین شرکت کردند که آخرین بار در ژوئیه 1845 در نزدیکی خلیج بافین دیده شد .
طراحی پروانه پیچ در دهه 1880 تثبیت شد.
برادران رایت پیشگام شکل هواپیمای پیچ خورده پروانه های هواپیما بودند. آنها متوجه شدند که یک پروانه هوا شبیه یک بال است. آنها این موضوع را با استفاده از آزمایشات تونل باد تأیید کردند . آنها برای ثابت نگه داشتن زاویه حمله، یک پیچ در تیغه های خود ایجاد کردند. تیغه های آن ها تنها 5 درصد کمتر از تیغه هایی بود که 100 سال بعد استفاده شد. [28] درک آیرودینامیک پروانه های سرعت پایین در دهه 1920 کامل شد، اگرچه افزایش قدرت و قطرهای کوچکتر محدودیت های طراحی را اضافه کرد. [29]
آلبرتو سانتوس دومونت ، یکی دیگر از پیشگامان اولیه، دانشی را که از تجربیات کشتی های هوایی به دست آورده بود، برای ساخت یک ملخ با شفت فولادی و تیغه های آلومینیومی برای هواپیمای 14 bis خود به کار گرفت . برخی از طرح های او از یک ورق آلومینیومی خم شده برای تیغه ها استفاده می کردند، بنابراین شکل ایرفویل ایجاد می کردند. آنها به شدت تحت پوشش بودند ، و این به علاوه عدم وجود پیچش طولی باعث شد کارایی آنها کمتر از پروانه های رایت باشد. با این حال، این ممکن است اولین استفاده از آلومینیوم در ساخت یک پیچ هوا باشد.
در قرن نوزدهم، چندین نظریه در مورد پروانه ها ارائه شد. نظریه حرکت یا تئوری محرک دیسک - نظریه ای که مدل ریاضی یک پروانه ایده آل را توصیف می کند - توسط WJM Rankine (1865)، AG Greenhill (1888) و RE Froude (1889) توسعه یافت . پروانه به عنوان یک دیسک بی نهایت نازک مدل شده است که سرعت ثابتی را در امتداد محور چرخش ایجاد می کند و جریانی را در اطراف پروانه ایجاد می کند.
پیچی که از یک جامد بچرخد "لغزش" صفر خواهد داشت. اما همانطور که یک پیچ ملخ در یک سیال (یا هوا یا آب) کار می کند، مقداری تلفات وجود خواهد داشت. کارآمدترین پروانه‌ها پیچ‌هایی با قطر بزرگ و آهسته هستند، مانند کشتی‌های بزرگ. کمترین کارآمدی آنها با قطر کم و چرخش سریع (مانند موتورهای بیرونی) است. با استفاده از قوانین حرکت نیوتن ، می‌توان فکر کرد که رانش به جلو پروانه واکنشی متناسب با جرم سیالی است که در هر زمان به عقب فرستاده می‌شود و سرعتی که ملخ به آن جرم اضافه می‌کند، و در عمل تلفات بیشتری با تولید جت سریع نسبت به ایجاد یک جت سنگین تر و کندتر. (همین امر در مورد هواپیماها نیز صدق می کند، که در آنها موتورهای توربوفن با قطر بزرگتر نسبت به توربوفن های قبلی با قطر کمتر و حتی توربوجت های کوچکتر که جرم کمتری را در سرعت های بیشتر پرتاب می کنند، کارآمدتر هستند .) [30]
هندسه پروانه پیچ دریایی بر روی سطح هلیکوئیدی شکل است . این ممکن است صفحه تیغه را تشکیل دهد، یا ممکن است چهره تیغه ها با انحراف از این سطح توصیف شود. پشت تیغه با انحراف از سطح هلیکوئید توصیف می شود به همان روشی که یک آئروفویل ممکن است با جابجایی از خط وتر توصیف شود. سطح زمین ممکن است یک هلیکوئید واقعی یا دارای پیچ و تاب باشد تا تطابق بهتری از زاویه حمله با سرعت حرکت روی تیغه ها داشته باشد. یک هلیکوئید تابدار با مشخص کردن شکل خط مرجع شعاعی و زاویه گام بر حسب فاصله شعاعی توصیف می‌شود. رسم پروانه سنتی شامل چهار بخش است: ارتفاع جانبی، که چنگک را مشخص می کند، تغییر ضخامت تیغه از ریشه تا نوک، یک بخش طولی از طریق توپی، و یک طرح کلی از یک تیغه بر روی صفحه وسط طولی. نمای پره‌های منبسط شده، شکل‌های بخش را در شعاع‌های مختلف نشان می‌دهد، با وجه‌های گام آنها موازی با خط پایه و ضخامت موازی با محور. طرح کلی که با خطی که نوک‌های پیشرو و انتهایی بخش‌ها را به هم متصل می‌کند، طرح کلی تیغه منبسط شده را نشان می‌دهد. نمودار گام تغییرات گام را با شعاع از ریشه تا نوک نشان می دهد. نمای عرضی برآمدگی عرضی یک تیغه و طرح کلی توسعه یافته تیغه را نشان می دهد. [31]
تیغه ها صفحات بخش فویل هستند که با چرخاندن پروانه نیروی رانش ایجاد می کنند. توپی قسمت مرکزی پروانه است که تیغه ها را به هم متصل می کند و پروانه را به شفت ثابت می کند. در انگلستان به این می گویند رئیس . Rake زاویه تیغه به شعاع عمود بر محور است. انحراف عبارت است از افست مماس خط حداکثر ضخامت به شعاع
مشخصات پروانه معمولاً به صورت نسبت های بدون بعد بیان می شود: [31]
کاویتاسیون تشکیل حباب های بخار در آب در نزدیکی تیغه پروانه متحرک در مناطقی با فشار بسیار کم است. اگر تلاش برای انتقال نیروی بیش از حد از طریق پیچ انجام شود، یا اگر پروانه با سرعت بسیار بالا کار کند، ممکن است رخ دهد. کاویتاسیون می تواند انرژی را هدر دهد، لرزش و سایش ایجاد کند و به پروانه آسیب برساند. این می تواند به طرق مختلف روی پروانه رخ دهد. دو نوع رایج کاویتاسیون پروانه عبارتند از کاویتاسیون سطح جانبی مکش و کاویتاسیون گردابی نوک.
حفره سطح سمت مکش زمانی شکل می‌گیرد که پروانه با سرعت‌های چرخشی بالا یا تحت بار سنگین کار می‌کند ( ضریب بالا بردن تیغه بالا ). فشار روی سطح بالادست تیغه ("سمت مکش") می تواند کمتر از فشار بخار آب باشد و در نتیجه یک حفره بخار تشکیل شود. در چنین شرایطی، تغییر فشار بین سطح پایین دست تیغه ("سمت فشار") و سمت مکش محدود می شود و در نهایت با افزایش وسعت کاویتاسیون کاهش می یابد. هنگامی که بیشتر سطح تیغه توسط کاویتاسیون پوشانده می شود، اختلاف فشار بین سمت فشار و سمت مکش تیغه به طور قابل توجهی کاهش می یابد، همانطور که رانش تولید شده توسط پروانه کاهش می یابد. به این حالت "شکست رانش" می گویند. کارکردن پروانه در این شرایط انرژی را هدر می دهد، صدای قابل توجهی تولید می کند و با فروپاشی حباب های بخار، به دلیل امواج ضربه ای موضعی به سطح تیغه، به سرعت سطح پیچ را فرسایش می دهد.
کاویتاسیون گرداب نوک ناشی از فشارهای بسیار کم تشکیل شده در هسته گرداب نوک است. گرداب نوک ناشی از پیچیده شدن مایع در اطراف نوک پروانه است. از سمت فشار به سمت مکش. این ویدئو حفره گردابی نوک را نشان می دهد. حفره گردابی نوک معمولاً قبل از کاویتاسیون سطح جانبی مکش اتفاق می‌افتد و آسیب کمتری به تیغه وارد می‌کند، زیرا این نوع کاویتاسیون روی تیغه فرو نمی‌ریزد، بلکه تا حدودی در پایین دست قرار می‌گیرد.
ملخ های گام متغیر ممکن است یا قابل کنترل باشند ( پروانه های گام قابل کنترل ) یا به طور خودکار پر شوند ( پروانه های تاشو ). پروانه های گام متغیر دارای مزایای قابل توجهی نسبت به انواع گام ثابت هستند که عبارتند از:
نوع پیشرفته پروانه مورد استفاده در زیردریایی آمریکایی کلاس لس آنجلس و همچنین زیردریایی نوع 212 آلمانی پروانه برگشتی نامیده می شود . همانطور که در تیغه های اسکیتار استفاده شده در برخی از هواپیماها، نوک تیغه های پروانه کج به عقب بر خلاف جهت چرخش جاروب می شود. علاوه بر این، تیغه ها در امتداد محور طولی به سمت عقب متمایل می شوند و ظاهری کلی به پروانه می دهند. این طراحی ضمن کاهش کاویتاسیون، راندمان رانش را حفظ می‌کند و در نتیجه طراحی آرام و پنهانی ایجاد می‌کند . [32] [33]
تعداد کمی از کشتی‌ها از ملخ‌هایی با بال‌هایی شبیه به بال‌های برخی از بال‌های هواپیما استفاده می‌کنند که باعث کاهش گردابه‌های نوک و بهبود کارایی می‌شود. [34] [35] [36] [37] [38]
یک ملخ مدولار کنترل بیشتری بر عملکرد قایق فراهم می کند. وقتی فرصتی برای تغییر گام یا تیغه های آسیب دیده وجود دارد، نیازی به تعویض کل پروانه نیست. توانایی تنظیم زمین به قایقرانان این امکان را می دهد که در ارتفاعات مختلف، ورزش های آبی یا کروز، عملکرد بهتری داشته باشند. [39]
پروانه‌های Voith Schneider از چهار تیغه مستقیم غیرپیچ‌خورده استفاده می‌کنند که به‌جای تیغه‌های مارپیچ می‌چرخند و می‌توانند نیروی رانش را در هر جهت در هر زمان، به قیمت پیچیدگی مکانیکی بالاتر، فراهم کنند.
یک رانشگر رینگی یک موتور الکتریکی را در یک ملخ مجرای ادغام می کند. استوانه ای به عنوان استاتور عمل می کند، در حالی که نوک تیغه ها به عنوان روتور عمل می کند. آنها معمولاً گشتاور بالایی دارند و در دورهای پایین کار می کنند و صدای کمتری تولید می کنند. این سیستم به شفت نیاز ندارد و باعث کاهش وزن می شود. واحدها را می توان در مکان های مختلف در اطراف بدنه قرار داد و به طور مستقل عمل کرد، به عنوان مثال، برای کمک به مانور. عدم وجود شفت امکان طراحی جایگزین بدنه عقب را فراهم می کند. [40]
ملخ های پیچ خورده حلقوی ( حلقه ای شکل) که برای اولین بار بیش از 120 سال پیش اختراع شدند، [ نیاز به نقل از منبع ]، تیغه ها را با حلقه های دایره ای جایگزین کردند. آنها به طور قابل توجهی ساکت تر (به ویژه در فرکانس های شنیداری) و کارآمدتر از ملخ های سنتی برای کاربردهای هوا و آب هستند. این طرح گرداب های تولید شده توسط پروانه را در کل شکل توزیع می کند و باعث می شود آنها سریعتر در جو پخش شوند. [41] [42]
برای موتورهای کوچکتر، مانند موتورهای بیرونی، که در آن ملخ در معرض خطر برخورد با اجسام سنگین است، ملخ اغلب شامل دستگاهی است که به گونه ای طراحی شده است که در هنگام بارگذاری بیش از حد از کار بیفتد. دستگاه یا کل ملخ قربانی می شود تا گیربکس و موتور گرانتر آسیب نبیند.
به طور معمول در موتورهای کوچکتر (کمتر از 10 اسب بخار یا 7.5 کیلو وات) و قدیمی تر، یک پین برشی باریک از طریق محور محرک و توپی پروانه، قدرت موتور را در بارهای معمولی منتقل می کند. این پین طوری طراحی شده است که وقتی ملخ تحت باری قرار می گیرد که می تواند به موتور آسیب برساند، بریده شود . پس از برش دادن پین، موتور قادر به تامین نیروی محرکه برای قایق نیست تا زمانی که یک پین برشی جدید نصب شود. [43]
در موتورهای بزرگتر و مدرن تر، یک بوش لاستیکی، گشتاور محور محرک را به توپی پروانه منتقل می کند . تحت یک بار آسیب رسان، اصطکاک بوش در هاب غلبه می کند و پروانه چرخان روی شفت می لغزد و از بارگذاری بیش از حد اجزای موتور جلوگیری می کند. [44] پس از چنین رویدادی، بوش لاستیکی ممکن است آسیب ببیند. اگر چنین است، ممکن است به انتقال توان کاهش یافته در دورهای کم ادامه دهد، اما ممکن است به دلیل کاهش اصطکاک، در دورهای بالا، توانی را ارائه نکند. همچنین، بوش لاستیکی ممکن است در طول زمان از بین برود که منجر به شکست آن در زیر بارهای کمتر از بار شکست طراحی شده آن شود.
اینکه یک بوش لاستیکی قابل تعویض یا تعمیر باشد بستگی به پروانه دارد. برخی نمی توانند برخی می توانند، اما به تجهیزات خاصی برای وارد کردن بوش بزرگ برای تداخل نیاز دارند . بقیه را می توان به راحتی تعویض کرد. «تجهیزات ویژه» معمولاً از یک قیف، یک پرس و روان کننده لاستیکی (صابون) تشکیل شده است. اگر کسی به ماشین تراش دسترسی نداشته باشد، می توان یک قیف بداهه از لوله فولادی و پرکننده بدنه ماشین ساخت. از آنجایی که پرکننده فقط در معرض نیروهای فشاری است، می تواند کار خوبی انجام دهد. اغلب، بوش را می توان با چیزی پیچیده تر از چند مهره، واشر و یک میله رزوه ای در جای خود کشید. یک مشکل جدی تر در مورد این نوع پروانه، بوش اسپلاین "یخ زده" است که حذف پروانه را غیرممکن می کند. در چنین مواردی پروانه باید گرم شود تا عمداً قسمت لاستیکی از بین برود. پس از برداشتن پروانه، می توان لوله اسپلینت شده را با آسیاب جدا کرد و سپس به یک بوش اسپلین جدید نیاز است. برای جلوگیری از عود مشکل، می توان اسپلاین ها را با ترکیب ضد خوردگی پوشش داد.
در برخی از ملخ های مدرن، یک درج پلیمری سخت به نام آستین درایو جایگزین بوش لاستیکی می شود. سطح مقطع غیر دایره ای آستین که بین شفت و توپی پروانه قرار گرفته است، به جای اصطکاک، گشتاور موتور را به پروانه منتقل می کند . پلیمر ضعیف‌تر از اجزای ملخ و موتور است، بنابراین در هنگام بارگذاری بیش از حد ملخ، قبل از خراب شدن از کار می‌افتد. [45] این به طور کامل تحت بار بیش از حد از کار می افتد، اما می تواند به راحتی جایگزین شود.
در حالی که ملخ یک کشتی بزرگ در آب های عمیق غوطه ور می شود و بدون موانع و شناور است ، قایق های بادبانی ، قایق ها و قایق های رودخانه ای اغلب در پروانه ها توسط زباله هایی مانند علف های هرز، طناب ها، کابل ها، توری ها و پلاستیک ها رسوب می کنند. قایق‌های باریک بریتانیایی همیشه دارای یک دریچه علف‌های هرز بر روی پروانه هستند، و هنگامی که قایق باریک ثابت است، دریچه ممکن است باز شود تا به ملخ دسترسی پیدا کند و زباله‌ها پاک شوند. قایق های تفریحی و قایق های رودخانه ای به ندرت دارای دریچه علف های هرز هستند. در عوض آنها ممکن است یک طناب برش را نصب کنند که در اطراف محور پایه قرار می گیرد و با ملخ می چرخد. این کاترها زباله ها را پاک می کنند و نیاز غواصان را برای رسیدگی دستی به رسوب گیری از بین می برند. چندین شکل از طناب برش در دسترس است: [46]
قیچی نوعی طرح پروانه است که به ویژه برای مسابقات قایق استفاده می شود. لبه جلویی آن به صورت گرد است، در حالی که لبه انتهایی مستقیما بریده شده است. بالابر کمان کمی فراهم می کند، به طوری که می توان از آن در قایق هایی استفاده کرد که نیازی به بالابر کمان زیادی ندارند، به عنوان مثال هواپیماهای آبی که به طور طبیعی بالابر کمان هیدرودینامیکی کافی دارند. برای جبران کمبود کمان بالابر، ممکن است یک هیدروفویل در واحد پایینی نصب شود. [ توضیحات مورد نیاز ] [ نیاز به نقل از ] هیدروفویل‌ها بالابر کمان را کاهش می‌دهند و به بیرون آمدن قایق از سوراخ و سوار شدن به هواپیما کمک می‌کنند. [ توضیحات لازم است ] [ نیازمند منبع ]
