έλικα

Σπειροειδής γραμμή· γενικότερα καθετί που έχει συστραφεί σπειροειδώς. (Γεωμ.) Κάθε καμπύλη επάνω σε μια κυλινδρική επιφάνεια S, που έχει την ιδιότητα να τέμνει κάθε γενέτειρα της επιφάνειας S κατά την ίδια πάντοτε γωνία (σταθερογώνια τροχιά των γενετειρών της κυλινδρικής επιφάνειας S). Στην περίπτωση που η επιφάνεια S είναι κυκλική κυλινδρική, η έ. ονομάζεται κυκλική. Η κυκλική έ. μπορεί να νοηθεί ως η τροχιά ενός σημείου Ρ, που κινείται επάνω σε μια κυκλική κυλινδρική επιφάνεια S με τον εξής τρόπο: η κίνηση του Ρ είναι σύνθεση μιας κυκλικής ομαλής κίνησης γύρω από τον άξονα της S και μιας μεταφορικής ομαλής κατά διεύθυνση του άξονα της S. Βήμα της έ., έστω ρ, ονομάζεται η (σταθερή) απόσταση μεταξύ δύο διαδοχικών τομών της με την ίδια γενέτειρα της S. Το τμήμα της έ. με μήκος ρ καλείται σπείρα της έ. Αν η S κοπεί κατά μία γενέτειρα και αναπτυχθεί επάνω σε ένα επίπεδο, τότε καθεμία σπείρα της έ. μετασχηματίζεται σε ένα ευθύγραμμο τμήμα (βλ. σχήμα). Αυτό σημαίνει πως η έ. είναι γεωδαισιακή καμπύλη για την επιφάνεια S· για τον λόγο αυτό ισχύει και ότι σε κάθε σημείο της έ. η πρώτη της κάθετος συμπίπτει με την κάθετο της επιφάνειας S στο ίδιο ακριβώς σημείο. Αν, προκειμένου για την κυκλική έ., λάβουμε ένα σύστημα κυλινδρικών συντεταγμένων με άξονα των z τον άξονα του κυλίνδρου, τότε οι εξισώσεις της έ. είναι: x = r συνΘ, y = r ημΘ, z = ± pΘ/2π, όπου r η ακτίνα του κυκλικού κυλίνδρου (το πρόσημο + ή – εξαρτάται από τη φορά της έ.). Ανάλογα ορίζεται η κωνική έ. ως η καμπύλη επάνω σε κωνική επιφάνεια, που τέμνει τις γενέτειρες της επιφάνειας υπό σταθερή γωνία. (Μηχαν.) Στη μηχανική έ. ονομάζεται το όργανο προώθησης πλοίων και αεροσκαφών, το οποίο, σε ορισμένους τύπους αεροσκαφών, έχει και άμεση αποστολή την αεροδυναμική στήριξή τους. Η έ. αποτελείται από μια πλήμνη ή ομφαλό, η οποία είναι ενσφηνωμένη στο άκρο ενός ελικοφόρου άξονα. Η πλήμνη φέρει δύο ή περισσότερα πτερύγια, που έχουν ίση απόσταση ίσα γωνιακώς, τα οποία έχουν σχήμα τομέων ελικοειδούς επιφάνειας. Αυτά μπορούν να θεωρηθούν ως ένα τμήμα μιας ελικοειδούς, η οποία, όταν περιστρέφεται, κοχλιώνεται στο υγρό στο οποίο είναι βυθισμένη, όπως ένας κοχλίας κοχλιώνεται στο περικόχλιό του. Η διαφορά προκύπτει από το γεγονός ότι η έ. κοχλιώνεται σε ένα υγρό και όχι στερεό μέσο, το οποίο έχει την ιδιότητα να υποχωρεί πολύ. Συνεχώς, σε κάθε περιστροφή, η έ. δεν προχωρά κατά το μέσο γεωμετρικό βήμα της, αλλά κατά μία μικρότερη ποσότητα, η οποία καλείται προχώρηση. Η διαφορά μεταξύ του βήματος και της προχώρησης ονομάζεται προσολίσθηση. Η τιμή της φτάνει στο νερό σε ποσοστό 25% και στον αέρα 30%-35% του γεωμετρικού βήματος. Εκτός από το βήμα, άλλο γεωμετρικό στοιχείο μιας έ. είναι η διάμετρος της περιφέρειας που διαγράφεται από τα άκρα των πτερυγίων. Δυναμικά χαρακτηριστικά της έ. είναι το ανθιστάμενο ζεύγος, το οποίο αντιστέκεται στην περιστροφή και υπερνικείται από τον κινητήρα, και η ώθηση, δηλαδή η δύναμη που αναπτύσσει η έ. κατά τη διεύθυνση του άξονά της και είναι ίση, κατά απόλυτη τιμή, με την ώθηση που εφαρμόζεται επί του υγρού μέσα στο οποίο περιστρέφεται. Μια έ. ονομάζεται δεξιόστροφη αριστερόστροφη ανάλογα με το αν κατά την κανονική πορεία της, δηλαδή κατά την πορεία προς τα εμπρός προκειμένου για προωθητικές έ., περιστρέφεται κατά τη διεύθυνση των δεικτών του ρολογιού ή αντίστροφα, όταν παρατηρείται από τη φορά της προώθησης. Τα πτερύγια των ε. μπορούν να έχουν διάφορα σχήματα. Συνηθέστερα, στις έ. των πλοίων τα πτερύγια είναι κοντά και πλατιά, ενώ στις έ. αεροσκαφών είναι επιμήκη και μακριά. Μπορεί να είναι σταθερά στερεωμένα στον ομφαλό, και συνεπώς να έχουν αμετάβλητο προσανατολισμό και χαρακτηριστικά λειτουργίας, ή να είναι κινητά ως προς τον ομφαλό, δηλαδή να μεταβάλλουν τον προσανατολισμό τους ανάλογα με τον χειρισμό ή ακόμα και αυτόματα, ώστε να αλλάζουν, μαζί με το βήμα, την ώθηση, ώσπου να την καταστήσουν μηδενική ή αρνητική (η οποία, στην τελευταία περίπτωση, αντιστοιχεί σε πορεία προς τα πίσω). Χωρίς αυτή τη μέθοδο θα έπρεπε υποχρεωτικά να μεταβάλλεται η φορά περιστροφής του κινητήρα και ο αριθμός των στροφών του. Ράχη ενός πτερυγίου ονομάζεται η μπροστινή επιφάνεια κατά τη φορά της κανονικής προωθητικής πορείας. Όψη καλείται η αντίθετη επιφάνεια και ποσοστό βήματος, μέγεθος που είναι σημαντικό εξαιτίας της αλληλεπίδρασης των πτερυγίων, ο λόγος της επιφάνειας της προβολής των πτερυγίων στον κύκλο που διαγράφουν τα άκρα τους προς ολόκληρη την επιφάνεια αυτού του κύκλου. Το ποσοστό αυτό είναι μεγαλύτερο για τις έ. των πλοίων σε σχέση με τις έ. των αεροπλάνων, γιατί οι πρώτες έχουν μεγαλύτερο πλάτος πτερυγίων ως προς το μήκος τους. Οι έ. ονομάζονται προωστικές αν έχουν συνδεθεί στο πίσω μέρος του κινητήρα ως προς την κανονική πορεία προς τα εμπρός (οι έ. των πλοίων) και ελκτικές αν είναι τοποθετημένες πριν από τον κινητήρα. Είναι, επίσης, δυνατόν να ενσφηνωθούν στον ίδιο ελικοφόρο άξονα δύο προσκείμενες έ., οι οποίες καλούνται αντιστρεφόμενες, γιατί περιστρέφονται κατά αντίθετη φορά (η μία είναι δεξιόστροφη και η άλλη αριστερόστροφη). Η λύση αυτή υιοθετείται όταν πρόκειται να χρησιμοποιηθεί πολύ υψηλή ισχύς και δεν είναι δυνατόν να αυξηθεί η διάμετρος της έ. πάνω από μια ορισμένη τιμή, ή, για παράδειγμα, στις τορπίλες, όταν χρειάζεται να αποφευχθεί ένα ζεύγος κλίσης. Οι έ. χρησιμοποιούνται, εκτός από την προώθηση των πλοίων, και για την προώθηση και στήριξη των αεροσκαφών, καθώς και σε άλλους τεχνικούς τομείς (π.χ. αποτελούν τμήματα των υδροστροβίλων και των ανεμοκινητήρων). έ. αεροσκαφών. Κατασκευάζεται από ξύλο, από ελαφρύ κράμα ή από χάλυβα. Μπορεί να έχει 2 έως 6 πτερύγια, σταθερά στον ομφαλό ή προσανατολιζόμενα. Η απόδοσή της μπορεί να φτάσει σε ποσοστό 85-90%, με την προϋπόθεση ότι ο υπολογισμός γίνεται στο πεδίο των υποηχητικών ταχυτήτων. Η περιφερειακή ταχύτητα των πτερυγίων δεν πρέπει να υπερβαίνει τα 9/10 της ταχύτητας του ήχου, γιατί τότε θα υπάρχει σημαντική μείωση της απόδοσης. Όταν προσεγγιστεί αυτό το όριο, προκρίνεται η αεριοώθηση. Η απόδοση, πάντα στο υποηχητικό πεδίο, μεταβάλλεται σε μεγάλο βαθμό ανάλογα με τον λόγο της ταχύτητας πρόωσης προς την περιφερειακή ταχύτητα των πτερυγίων. Συνεπώς, αν η έ. εξετάζεται για έναν δεδομένο αριθμό στροφών (π.χ. τη μέγιστη ταχύτητα), η απόδοσή της στις άλλες συνθήκες θα είναι μικρότερη, όπως, για παράδειγμα, κατά την απογείωση και την ανοδική πορεία. Εξάλλου, έξω από τα όρια για τα οποία έχει μελετηθεί, η έ. τείνει να μεταβάλλει τον αριθμό στροφών στον κινητήρα. Για να ξεπεραστεί αυτό το φαινόμενο κατασκευάστηκαν έ. με πτερύγια μεταβλητού προσανατολισμού, που επιτρέπουν την προσαρμογή της έ. στις διάφορες συνθήκες πτήσης· έτσι ο κινητήρας μπορεί να αναπτύσσει την επιθυμητή ισχύ διατηρώντας υψηλή την προωστική απόδοσή του. Υπάρχουν έ. με πτερύγια μεταβαλλόμενου προσανατολισμού, οι οποίες έχουν τη δυνατότητα να ανατρέπουν τον ορισμένο προσανατολισμό. Στην περίπτωση αυτή, απορροφώντας ισχύ από τον κινητήρα, παρέχουν μια δύναμη πέδησης. Το φαινόμενο αυτό μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να επιβραδύνει το αεροσκάφος κατά τις βυθίσεις ή για να ελαττώσει τη διαδρομή στο έδαφος κατά την προσγείωση. Υπάρχουν, επίσης, έ. οι οποίες τοποθετούνται ελεύθερες στον ελικοφόρο άξονα και τίθενται σε περιστροφή από τον άνεμο, ο οποίος οφείλεται στη μετατόπιση του αεροσκάφους (έ. αυτοπεριστρεφόμενη) ή έ. που όταν τεθούν σε περιστροφή από τον άνεμο υπερνικούν μια ανθιστάμενη ροπή που εφαρμόζεται στον άξονά τους (κινητήρια έ.). Οι πρώτες παράγουν μια δύναμη αεροδυναμικής στήριξης, ενώ οι άλλες χρησιμοποιούνται ως ανεμοκινητήρες. έ. πλοίων. Η χρήση των ε. για την πρόωση των πλοίων άρχισε να εφαρμόζεται γύρω στο 1840. Έτσι, η νέα προωστική συσκευή αντικατέστησε τους τροχούς, οι οποίοι αποδείχτηκαν ελάχιστα αποτελεσματικοί και ασφαλείς, ιδιαίτερα σε ταραγμένη θάλασσα. Η έ. τοποθετείται στην άκρη της πρύμνης, κάτω από την ίσαλο γραμμή, και είναι προωστική στην πορεία προς τα εμπρός. Συνήθως έχει τρία ή τέσσερα πτερύγια, σπάνια 2 ή 5, τα οποία τις περισσότερες φορές είναι σταθερά. Οι έ. των πλοίων κατασκευάζονται συνήθως από ορείχαλκο ή χυτοσίδηρο και ενίοτε από χάλυβα. Ο αριθμός τους μπορεί να κυμαίνεται από μία έως τέσσερις, ανάλογα με την ολική ισχύ και την υποδιαίρεση του κινητήριου μηχανισμού σε κάθε πλοίο. Η έ. των πλοίων έχει απόδοση μάλλον χαμηλή (όχι άνω του 65%), γιατί η μάζα του νερού μέσα στο οποίο εργάζεται διαταράσσεται από την τρόπιδα και διότι η ύπαρξη μεγάλης ποσότητας αέρα διαλυμένου στο νερό ευνοεί την εμφάνιση του φαινομένου της σπηλαίωσης, το οποίο παράγεται όταν ένα σώμα κινείται με ταχύτητα μέσα σε ένα υγρό. Εξαιτίας αυτής της κίνησης, για παράδειγμα, της περιστροφής της έ., παράγονται υπερπιέσεις και υποπιέσεις μέσα στη μάζα του περιβάλλοντος υγρού. Όταν η υποπίεση είναι ανώτερη από την τάση ατμών του υγρού και την τάση διάλυσης του διαλυμένου αέρα μέσα στο υγρό, σχηματίζονται σπήλαια που γεμίζουν αμέσως από διαλυμένα αέρια και από υδρατμό. Το φαινόμενο της σπηλαίωσης είναι επιβλαβές γιατί προκαλεί καταστροφικές διαβρώσεις στα άκρα των πτερυγίων και κραδασμούς από τις διαταραχές της ισορροπίας της πίεσης, οι οποίοι επιφέρουν κόπωση του υλικού. Εξάλλου, αυξάνει σημαντικά τον σχηματισμό στροβίλων και συνεπώς την αντίσταση από την τριβή. Τελικά, εκτός από τη φθορά στα υλικά, προκαλείται και ισχυρή μείωση της απόδοσης, γιατί το φαινόμενο αποτελεί ένα σύνολο παρασιτικών έργων. Για να αποφευχθεί η σπηλαίωση πρέπει να υπάρχει μια σχέση μεταξύ της διαμέτρου της έ. και του αριθμού των στροφών της, έτσι ώστε η περιφερειακή ταχύτητα των πτερυγίων να μη φτάνει την κρίσιμη ταχύτητα που προκαλεί το φαινόμενο (συνήθως δεν υπερβαίνει τα 60 μ./δευτ.). Για τον λόγο αυτό τα πτερύγια των ε. των πλοίων είναι βραχύτερα και έχουν σχετικά μεγαλύτερη επιφάνεια από τα πτερύγια της έ. των αεροσκαφών, στα οποία δεν εμφανίζεται σπηλαίωση. Συνεπώς η έ. των πλοίων έχει μεγαλύτερο ποσοστό βήματος από την έ. των αεροσκαφών. ε. του Αρχιμήδη. Μηχανική συσκευή για τη μεταφορά υλικών (υγρών και στερεών), που αποτελείται από μια έ. προσαρμοσμένη σε έναν σωλήνα, η οποία περιστρέφεται μαζί ή ανεξάρτητα από αυτόν. Η πιο γνωστή μορφή αυτής της συσκευής είναι η έ. του Αρχιμήδη που χρησιμοποιήθηκε από την αρχαιότητα για την ανύψωση νερού. Στη σύγχρονη μορφή της αποτελείται από μία έ., η οποία συνδέεται σταθερά με έναν σωλήνα και τοποθετείται με το ένα άκρο μέσα στο νερό, με κλίση περίπου 30° ως προς το οριζόντιο επίπεδο. Αν η περιστροφή, χειροκίνητη ή με κινητήρα, γίνει κατά τη φορά που θα επέτρεπε στην έ. να εισχωρήσει στο νερό, αυτό εγκλωβίζεται στο κατώτερο άκρο της συσκευής, μεταξύ της έ. και του σωλήνα, και υποχρεώνεται σε ανύψωση. Σήμερα η συσκευή αυτή έχει γενικά αντικατασταθεί από την αντλία· ωστόσο, έχει αποδειχτεί ότι με την έ. αυτή μπορούν να ανυψωθούν 12 κ.μ. νερό σε μία ώρα και σε 1 μ. ύψος, ενώ μια απλή χειροκίνητη αντλία ανυψώνει 15 κ.μ. Πιο διαδεδομένη είναι η χρήση της έ. ως μεταφορικό μέσο υλικών κατά μήκος οριζόντιων ή λίγο κεκλιμένων διαδρομών. Στις περιπτώσεις αυτές, η έ. περιστρέφεται ανεξάρτητα από τον σωλήνα με τον οποίο είναι συνδεδεμένη και έχει διάφορα σχήματα και κατασκευές, ανάλογα με τα μεταφερόμενα υλικά (δημητριακά, άλευρα, άμμοι, τσιμέντο κλπ.). Η συσκευή προσφέρει το διπλό πλεονέκτημα της απλής κατασκευής και της ελάχιστης απώλειας του μεταφερόμενου υλικού. Δεν είναι δυνατή η εφαρμογή της, όταν το υλικό μπορεί να υποστεί αλλοιώσεις από τη συνεχή ανάμειξη στην οποία υποβάλλεται με την έ. Η απόσταση μεταξύ των σημείων που συνδέονται με μια μεταφορική έ. είναι δυνατόν να φτάσει τα 80 μ. Παλαιοί τύποι ελίκων πλοίων κατασκευασμένοι το 1836 (α), το 1846 (β) και στις αρχές του 20ού αι. (γ, δ). Οι έλικες αυτού του αεροπλάνου είναι του τύπου μεταβλητού βήματος, με τέσσερα πτερύγια από ελαφρό κράμα, πολύ πιο στενά και πολύ πιο μακριά από τα πτερύγια των ναυτικών ελίκων. Η έλικα του Αρχιμήδη είναι συσκευή αρχαίας προέλευσης, που χρησιμοποιείται για την ανύψωση νερού και τη μεταφορά διαφόρων υλικών. Στο σχέδιο, αριστερόστροφη έλικα πλοίου με σταθερό βήμα: 1) φορά περιστροφής των πτερυγίων, 2) κόψη εισόδου του πτερυγίου στο νερό, 3) κόψη εξόδου. Στις φωτογραφίες, κάτω αριστερά: όταν μια έλικα πλοίου περιστρέφεται μέσα στο νερό, η άκρη των πτερυγίων δημιουργεί στροβίλους, οι οποίοι ακολουθούν την κυλινδρική επιφάνεια που διαγράφεται κατά την κίνηση προς τα εμπρός· δεξιά, έλικα μεγάλου πετρελαιοφόρου· έχει διάμετρο 7,10 μ. και βάρος 33 τόνους. Αριστερά, έλικα που διαγράφεται από το σημείο Ρ πάνω στον κύλινδρο με κίνηση περιστροφική-μεταφορική. Δεξιά, το επίπεδο ανάπτυγμα της παράπλευρης επιφάνειας του κυλίνδρου· οι σπείρες σχηματίζονται σε ευθύγραμμα τμήματα.