Ideja o ugradnji snažnijeg motora s namjerom da se plovi samo na pola gasa, a veći okretaji drže kao rezerva u slučaju nužde, gubi smisao na propeleru. Naime, svaki je propeler, osim onih sa zakretnim palama, na određenom plovilu pogodan samo za neku brzinu. Stoga je uputno ugraditi propeler za onu brzinu koja će se uglavnom koristiti, radnu ili krstareću. Na svim ostalim brzinama propeler je slabije iskoristiv.
Podizanjem gasa učinkovitost propelera progresivno raste do određene brzine, a daljnjim povećanjem okretaja naglo pada, bez obzira što brod ide brže. Ta činjenica nije zanemariva jer se gubici na propeleru i kod pogodnih brzina kreću od 25-50%.
Nadalje, brodski su motori konstruirani tako da optimalno rade na 3/4 do 4/5 maksimalnih okretaja i u tom su režimu najmanje opterećeni. Proračun standardnog propelera bazira se na maksimalnoj iskoristivosti upravo u tom pojasu. Prilagoditi propeler za rad na pola snage je besmisleno jer u tom režimu motor ne radi optimalno, a kada se ona rezerva snage aktivira, iskoristivost takvog propelera pada. S druge strane, propeler dizajniran za optimalan rad motora na pola je gasa također slabo učinkovit.
Dakle, za maksimiziranje učinkovitosti plovila nije dovoljno samo uskladiti snagu motora u odnosu na trup, već tu i propeler ima vrlo važnu ulogu. Plovilo s dobro usklađenim propelerom na slabijem motoru može imati bolje karakteristike nego li sa slabo usklađenim propelerom na znatno jačem motoru.
Uz broj krila, propeler definiraju i dva broja, obično utisnuta na glavčini. Prvi označava promjer, a drugi uspon propelera, brodskog vijka, što je s obzirom na princip rada možda i pravilniji naziv. U komunikaciji se za uspon vijka često koristi i engleski izraz “pitch”. Mjerna jedinica može biti inch ili milimetar, što uglavnom nije naznačeno, pa na to treba pripaziti.
Promjer propelera je promjer kružnice koju u okretu opisuje vrh krila. Ukoliko to na propeleru nije označeno, mjeri se udaljenosti od njegova vrha od osi vrtnje, a ako je krilo nagnuto, tada se mjeri okomica od vrha do osi. Naravno, izmjerena udaljenost množi se s dva. Generalno, propeler većeg promjera ima i veću snagu, a ako je postavljen na većoj dubini promjer mu može biti manji. Manjeg su promjera i na vanbrodskim motorima i Z-nogama, čime se kod visokog trima smanjuje mogućnost da pokupi zrak s površine i oko propelera stvara ventilaciju, a kako imaju pozitivan nagib gubitak snage im je umanjen.
Uspon vijka, pitch, definira koliko propeler u jednom okretu prema naprijed teoretski može prijeći puta. Ako na njemu nema oznake, može se približno odrediti mjerenjem. Propeler se položi na ravnu površinu i negdje na 2/3 krila, odrede točke na kojima se mjere visine prednjeg i stražnjeg ruba, te izračuna njihova razlika. Na ploči ili papiru nacrta se kružnica radijusa jednakog udaljenosti od osi vrtnje do mjernih točaka na krilu, iznad središta kružnice postavi centar propelera, te ga se zakreće za širinu krila na mjernim točkama. Razlika visina prednjeg i stražnjeg ruba množi se s brojem koliko puta krilo stane u puni krug. Ovakvo mjerenje nije apsolutno precizno, ali je prilično točno za pretvaranje u inche.
Osnovni faktori za određivanje uspona vijka su brzine broda i okretaja propelera. Naime, smjer rezultante tih dviju sila mora biti okomit na krilo propelera. Promjenom omjera brzine plovila i okretaja propelera mijenja se i smjer njihove rezultante, koja na krila više nije okomita i učinkovitost propelera opada. Kako je za motor dobro da radi u optimalnom pojasu, onda je i logično da se za proračun propelera uzimaju faktori iz tog režima rada.
Pitch može biti stalan ili progresivan. Stalni pitch ima isti uspon na prednjem i stražnjem rubu krila, a kod progresivnog je uspon na prednjem rubu manji nego li na stražnjem, što se na potisnoj strani krila jasno vidi kao udubljenje. Propeleri s progresivnim pitchom koriste se kod nekih brzih brodova jer mogu poboljšati karakteristike glisiranja.
Kako se propeler okreće kroz vodu, brzina plovila se ne može računati kao umnožak uspona vijka i broja okretaja, već je radi proklizavanja ona manja. Razlika između teoretskog i realno prijeđenog puta propelera naziva se skliz, a često se koristi i engleski naziv “slip”. Prilikom projektiranja cilj je postići optimalan skliz, što se dobije pravilnim odabirom promjera i uspona vijka. Kod dobro odabranog propelera skliz je 10-20% uspona vijka.
Nadalje, krila u odnosu na os vrtnje mogu stati okomito ili imati određen nagib, pozitivan ili blago negativan. Nagnuta prema nazad, krmi, imaju pozitivan, a prema naprijed negativan nagib. Raspon može varirati od +30 do -5 stupnjeva, a na većini vanbrodskih motora je približno +15.
Nagib krila utječe na protok vode kroz propeler, pa tako direktno i na karakteristike plovila. Pozitivan nagib povećava potisak, čime doprinosi podizanju pramca i plovilo lakše izglisira. Suprotno tome, negativni nagib smanjuje podizanje pramca, pa se češće koristi na radnim brodicama, poboljšavajući im manevarske sposobnosti. Na plovilima s osovinskim vodom pozitivan nagib ima i jednu manu, slabiju upravljivost u vožnji krmom.
Oblik krila može biti simetričan, ali je češće nejednako zakrivljenih rubova. Prednji je rub više ispupčen, a to je iz razloga što polje strujanja vode pod krmom nije homogeno, pa se ulaskom krila s više različitih točaka donekle smanjuje opterećenje, te prigušuju vibracije i buka.
Blaga zakrivljenost na stražnjem, izlaznom rubu može povećati efektivni uspon propelera. Krilo zahvati manje vode, čime rasterećuje motor, poveća efikasnost, smanje se vibracije i skliz, te plovilo lakše izglisira. Ovakvi propeleri rade vrlo dobro na motorima koji se mogu trimati do površine mora, a daju i veću maksimalnu brzinu. Primjetno je smanjena i mogućnost stvaranja kavitacije, međutim, ako je zakrivljenost izlaznog ruba prevelika učinkovitost propelera će se smanjiti, a kavitacija povećati.
Oblikom krila određuje se radijus mjesta njene najveće širine i izbjegava pojava kavitacije. Kavitacija se često brka s ventilacijom, toliko da se i ploča iznad propelera vanbrodskog motora, koja sprječava da zrak s površine dođe u područje propelera, naziva kavitacijskom pločom.
Kavitacija je proces koji nastaje sa stražnje strane propelera kada se voda uslijed ekstremno smanjenog tlaka pretvara u paru. Mnogi propeleri djelomično kavitiraju tijekom normalnog rada, ali prevelika kavitacija, zbog implodiranja mikroskopskih mjehurića zraka, može fizički oštetiti propeler. Uzroci pretjerane kavitacije mogu biti brojni, a uglavnom je to neodgovarajući propeler ili oštećenja po rubovima. Zrak u području propelera smanjuje pritisak, motor se pretjerano rastereti, okretaji podignu, a brzina pada.
Ipak, to se češće događa uslijed ventilacije, odnosno dolaska zraka s površine, negdje i od ispušnih plinova, u područje propelera. Može se pojaviti u plovidbi po teškom moru, kao posljedica pretjeranog tima, visoko montiranog vanbrodskog motora ili kod glisiranja u oštrom okretu.
Što je površina krila veća razlika tlakova s prednje i stražnje strane je manja, time i opterećenje, a i mogućnost nastanka kavitacije. Ukupna površina propelera je zbroj projiciranih površina svih krila gledanih u tlocrtu, izražava se u postocima, a može biti i veća od površine kruga promjera propelera.
Opterećenje se može smanjiti i većim brojem krila. Na brodskim propelerima ih može biti od dva pa čak i do devet. Općenito, propeleri s većim brojem krila rade mirnije, a ugrađuju se i na plovila kojima je potreban snažniji statički potisak. Istina, snažniji se potisak može dobiti i ugradnjom sapnice koja porivnu silu poveća i za 40%, ali samo do brzine tri čvora, a već na pet čvorova učinak sapnice se poništava. Ipak, na brodicama se najčešće koriste trokraki i četverokraki propeleri, dok se oni s više krila ugrađuju na neke sportske glisere visokih performansi.
Zadaća je propelera da motoru omogući maksimalne okretaje, odnosno okretaje preporučene od proizvođača. Ukoliko okretaji motora odstupaju od nominalnih to je vrlo vjerojatno znak da propeler nije dobro usklađen. Kod propelera s jačim usponom maksimalni se okretaji ne mogu postići, a kada je uspon slabiji okretaji motora su veći i dosežu maksimum prije nego li je ručica gasa došla do kraja, ali u oba slučaja plovilo ne postiže potrebnu brzinu. Ugrubo, odstupanja uspona od jednog incha na motoru mijenjaju otprilike 200 okretaja.
Promjenom karakteristika plovidbe mijenjaju se i faktori koji utječu na učinkovitost propelera. Često je to samo nečisto dno obraslo algama i školjkama, ali i promjena rasporeda težine ili nekakva dogradnja na trupu mogu smanjiti učinkovitost propelera i poremetiti normalan rad motora.
Međutim, to ne znači da je neophodna kupovina novog jer postoje firme koje se bave optimizacijom, popravcima i modifikacijom propelera. Bronca od koje su izrađeni je elastična, te se na manjim propelerima uspon može korigirati i do šest incha, a na većima i do deset.
Tekst i foto: Damir Višić