可変ピッチスクリューのトラブル

 水陸で何が違う?
  何とか出来上がった可変ピッチスクリューを搭載したアフリカンクイーンを走らせてみると、時々困った現象が起こることに気付きました。
 後退になったきりで中立(停止)に戻らなくなることがあるのです。
 送信機のレバーを前進後退と何回か切り替えてやると復帰するので、水上での立ち往生は避けられますが、岸やほかの船にぶつけたりしては困ります。
 どこかの動きが渋いのだろうと、家に持ち帰ってあれこれ点検したり、たっぷり油を差したりしてから試運転してみましたが、動きはスムースで問題点と思われることは見つかりません。
 ハテおかしいなと、今度は風呂桶に浮かべて運転し、前進・中立・後退と何回も繰り返してみたところ、たまにではあるものの中立に戻らないことがあるのです。
 どうやら可変ピッチの動作に陸上と水上とで違いがあるようです。
 その違いとは何か全く見当がつかずに月日が過ぎてゆきましたが、ある日ハタとこれが原因であろうということに思い当りました。
 スクリューは何のため? 

  
   陸上と水上とでそのはたらきに違いがあるのは、可変ピッチのメカニズムではなく、スクリューのほうにあるのではないか、ということに気付いたのです。
 空中でのスクリューはただ回っているだけですが、水中では水を押しやって推力を得ています。
 今まではまったく気にしていなかったのですが、スクリューが発生させた推力は船体のどこで受け止めているのでしょうか。
 左に示した普通のスクリューでは、推力は矢印のところ、つまりスタンチューブの先端で受け止めています。 
 ところが右の可変ピッチスクリューでは、スタンチューブとスクリュー本体とは離れており、ここでは推力を受け止めてはいません。
 じゃぁ一体どこで受け止めているんだい?
 
 最初の可変ピッチスクリュー 

   
   これは最初に作ったときの可変ピッチスクリューで、前項の右の写真はこれの改良型です。
 改良型と比べると、こちらではスクリューとスタンチューブとが接触しています。
 そうしたのは、深く考えもせずに、普通のスクリューの取り付けと同じにしたのです。
 可変ピッチスクリューの軸は、中心にあるスクリューを回す推進軸と、それを覆っているピッチコントロールのための軸とで二重になっており、その2軸の相対的な位置を前後に何ミリか動かしてピッチを変えています。
 最初に作った時には、ご覧のとおり、コントロール軸はスタンチューブに接触させたままで前後の位置は変えず、推進軸を前後させてピッチを変えています。
 これが後々トラブルの原因になろうとは全く予想もしませんでした。
 え? 推進軸を前後させるとエンジンのシャフトとの関係はどうなるのかですか?
 いやぁ、お気付きになりましたか。
 まさかエンジンごと前後させるわけにはいきませんから、ごく簡単なスプライン継ぎ手を作ってつなげました。 
 
推力の受け止め場所 

 
 左の写真は初めに作ったピッチの可変法で、推進軸を前後させています。
 推進軸にはめたカラーにピンを立て、そのピンをサーボにつけたカムで前後させます。 カムの下に見える溝は、ピンが推進軸と一緒に回ってしまわないようにするためのものです。
 水中で回るスクリューが生み出す推力は、このピンを通してカムそしてサーボに伝えられていたのです。
 つまり、走り出すとピッチコントロールサーボに推力が加わってしまい、これが水上でのピッチコントロールトラブルの原因だったのです。
 そこで、中央の写真のように、推進軸はエンジン直結にし、ピン付きカラーはピッチコントロール軸にはめて前後させることにしたので、トラブルは解消しました。
 しかし、そのままだとエンジンのクランクシャフトに推力がかかりエンジン回転の妨げになるので、右の写真のように、ハルに固定したスラストベアリングで受け止めています。
 これで問題解決かというと、まだ何とかしたいことが残っています。
 それは、スクリューのピッチを中立にするとエンジンが無負荷となり、高回転の空回り状態になって蒸気を無駄にしてしまうことです。
 これを防ぐのは、エンジンにスロットルが必要になるなど、簡単ではなさそうです。
 
 
スロットルを付ける

    給気配管の途中にスロットルを入れ、可変ピッチのコントロールサーボと並列につないだサーボで動かすようにしました。
 スロットルというとバタフライバルブを思い浮かべますが、小さなものは作れそうもありませんので、試作したのが下の画像の上にあるスロットルバルブです。
 スクリューのピッチが中立のときには、細いV溝だけを通る蒸気をエンジンに送って回転を落とし、前進・後退時には丸穴を通る蒸気によってフル回転させるというもくろみです。
 しかし、実際に作動させてみるとV溝の深さなどの加減が微妙で、うまくはたらきません。
 そこでV溝をやめて浅く広い溝にし、その深さを変えたものをいくつか作り、中立時の程よい回転数が得られるものを選び出し、なんとか目的を果たせています。 

スクリューの改造 


 
 初めに作ったスクリューブレードは、ピッチなどの考慮 なしの単なる団扇形のものでしたので、推力も小さくスピードも出ませんでした。
 そこでRivaboのスクリューブレードを外して付け替えたところ快適に走るようになりました。
 なお、ブレードは中心軸のスリ割りに差し込みハンダ付けし、軸の先に切ってあるネジをボスにねじ込んで止めてあります。
 ブレードの端のピッチ可変用の小さいピンは、ハンダ付けだと中心軸をハンダ付けするときに溶けてしまうので、銀ロウ付けしてあります。