Varhaiskehitysedit
ruuvipotkurin käytössä käytetty periaate on peräisin scullingista. Scullingissa yhtä terää siirretään kaaren läpi puolelta toiselle pitäen huolta siitä, että terä esitetään edelleen veteen tehokkaassa kulmassa. Ruuvipotkurin mukana tullut innovaatio oli kaaren laajentaminen yli 360°: n läpi kiinnittämällä terä pyörivään akseliin. Potkureissa voi olla yksi terä, mutta käytännössä niitä on lähes aina useampia, jotta niihin liittyvät voimat saadaan tasapainoon.
ruuvipotkurin alkuperä alkaa Arkhimedeestä, joka käytti ruuvia nostaakseen vettä kastelu-ja veneiden nostamiseen, niin tunnetusti, että sitä alettiin kutsua Arkhimedeen ruuviksi. Se oli luultavasti spiraalin liikkeen sovellus avaruudessa (spiraalit olivat Arkhimedeen erikoistutkimus) onttoon segmentoituun vesipyörään, jota egyptiläiset käyttivät kasteluun vuosisatojen ajan. Leonardo da Vinci omaksui periaatteen ajaa hänen teoreettinen helikopteri, luonnoksia, jotka mukana suuri kangas ruuvi yläpuolella.
vuonna 1661 Toogood ja Hays ehdottivat ruuvien käyttämistä vesisuihkun työntövoimana, joskaan ei potkurina. Robert Hooke suunnitteli vuonna 1681 vaakasuoran vesileiman, joka oli huomattavan samanlainen kuin Kirsten-Boeing pystyakselinen potkuri, joka suunniteltiin lähes kaksi ja puoli vuosisataa myöhemmin vuonna 1928; kaksi vuotta myöhemmin Hooke muokkasi rakennetta niin, että alusten käyttövoima saatiin veden avulla. Vuonna 1693 ranskalainen nimeltä Du Quet keksi ruuvipotkurin, jota kokeiltiin vuonna 1693, mutta joka myöhemmin hylättiin. Vuonna 1752 Pariisin Academie des Sciences myönsi Burnellille palkinnon potkuripyörän suunnittelusta. Samoihin aikoihin ranskalainen matemaatikko Alexis-Jean-Pierre Paucton ehdotti Arkhimedeen ruuviin perustuvaa vesipropulsiojärjestelmää. Vuonna 1771 höyrykoneen keksijä James Watt ehdotti yksityisessä kirjeessään ”spiraalimoottorien” käyttämistä veneiden kuljettamiseen, vaikka hän ei käyttänyt niitä höyrykoneidensa kanssa, eikä koskaan toteuttanut ideaa.
yksi ensimmäisistä käytännöllisistä ja sovelletuista potkurin käyttökohteista oli kilpikonna-nimisessä sukellusveneessä, jonka Yalen opiskelija ja keksijä David Bushnell suunnitteli New Havenissa Connecticutissa vuonna 1775 kelloseppä, kaivertaja ja messinkitehtailija Isaac Doolittlen avustuksella ja Bushnellin veljen Ezra Bushnellin ja laivan puuseppä ja kelloseppä Phineas Prattin rakentaessa rungon Saybrookissa Connecticutissa. Syyskuun 6.päivän iltana 1776 kersantti Ezra Lee luotsasi Turtlea hyökkäyksessä ”HMS Eaglea” vastaan New Yorkin satamassa. Turtlella on myös kunnia olla ensimmäinen taisteluissa käytetty sukellusvene. Bushnell kuvaili potkuria myöhemmin lokakuussa 1787 Thomas Jeffersonille lähettämässään kirjeessä: ”ruuvin periaatteella muodostettu Airo kiinnitettiin aluksen keulaosaan, jonka akseli tuli alukseen ja jota käännettiin toiseen suuntaan soutaen alusta eteenpäin, mutta toiseen suuntaan käännettynä se souti taaksepäin. Se tehtiin käännettäväksi kädellä tai jalalla.”Messinkisen potkurin, kuten kaikki Turtlen messinkiset ja liikkuvat osat, on valmistanut ”nerokas mekaanikko” Issac Doolittle New Havenista.
vuonna 1785 englantilainen Joseph Bramah ehdotti potkuriratkaisua, jossa tanko kulkisi teräpotkuriin kiinnitetyn veneen vedenalaisen perän läpi, vaikka hän ei sitä koskaan rakentanutkaan.
helmikuussa 1800 lontoolainen Edward Shorter ehdotti samanlaisen potkurin käyttöä, joka oli kiinnitetty vesiviivan yläpuolella olevasta kannesta alaspäin käännettyyn tankoon ja joka siten ei vaatinut vesitiiviyttä, ja jonka tarkoituksena oli ainoastaan avustaa becalmed-purjealuksia. Hän testasi sitä kuljetusalus Doncasterilla Gibraltarilla ja Maltalla saavuttaen 1,5 mph: n (2,4 km/h) nopeuden.
vuonna 1802 yhdysvaltalainen lakimies ja keksijä John Stevens rakensi 7,6-metrisen veneen, jossa oli pyörivä höyrykone yhdistettynä neliteräiseen potkuriin. Alus saavutti 4 mph: n (6,4 km/h) nopeuden, mutta Stevens hylkäsi potkurit korkeapaineisten höyrykoneiden käyttöön liittyvän vaaran vuoksi. Hänen seuraavat aluksensa olivat melapyöräisiä veneitä.
vuoteen 1827 mennessä tšekkiläis-itävaltalainen keksijä Josef Ressel oli keksinyt ruuvipotkurin, jossa oli useita teriä kiinnitettynä kartiomaisen pohjan ympärille. Hän oli testannut potkuriaan helmikuussa 1826 pienessä käsikäyttöisessä aluksessa. Hän onnistui käyttämään pronssista ruuvipotkuriaan mukautetussa höyrylaivassa (1829). Hänen aluksensa, 48 bruttorekisteritonnin Civetta, saavutti noin 6 solmun (11 km/h) nopeuden. Tämä oli ensimmäinen alus, jota onnistuneesti ajettiin Arkhimedeen ruuvityyppisellä potkurilla. Uuden höyrykoneen jouduttua onnettomuuteen (haljennut putkihitsaus) Itävalta-Unkarin poliisi kielsi hänen kokeensa vaarallisina. Josef Ressel oli tuolloin Itävallan keisarikunnan metsätarkastaja. Mutta ennen tätä hän sai Potkurilleen Itävalta-Unkarin patentin (lisenssin) (1827). Hän kuoli vuonna 1857. Tämä uusi työntövoima oli parempi kuin paddlewheel, koska siihen eivät vaikuttaneet niin paljon laivan liikkeet tai muutokset vedossa kuin alus poltti hiiltä.
John Patch, merenkulkija Yarmouthissa, Nova Scotiassa kehitti kaksiteräisen, viuhkamaisen potkurin vuonna 1832 ja esitteli sitä julkisesti vuonna 1833 kuljettaen soutuvenettä Yarmouthin sataman poikki ja pientä rannikkokuunaria Saint Johnissa, New Brunswickissa, mutta hänen patenttihakemuksensa Yhdysvalloissa hylättiin vuoteen 1849 asti, koska hän ei ollut Yhdysvaltain kansalainen. Hänen tehokas muotoilu sai kiitosta Yhdysvaltain tiedepiireissä, mutta tällä kertaa oli olemassa useita kilpailevia versioita marine potkuri.
Ruuvipotkureita
vaikka ruuvipotkureita kokeiltiin paljon ennen 1830-lukua, vain harvat näistä keksinnöistä vietiin testivaiheeseen asti, ja ne, jotka syystä tai toisesta osoittautuivat epätyydyttäviksi.
vuonna 1835 Britanniassa kaksi keksijää, John Ericsson ja Francis Pettit Smith, alkoivat työskennellä erikseen ongelman parissa. Smith sai ensimmäisenä ruuvipotkuripatentin 31. toukokuuta, kun taas Britanniassa tuolloin työskennellyt lahjakas ruotsalainen insinööri Ericsson jätti patenttinsa kuusi viikkoa myöhemmin. Smith rakensi nopeasti keksintöään testaamaan pienen pienoismalliveneen, joka esiteltiin ensin lammella hänen hendonin maatilallaan ja myöhemmin Royal Adelaide Gallery of Practical Sciencessa Lontoossa, jossa sen näki laivastoministeri Sir William Barrow. Saatuaan lontoolaisen pankkiirin Wrightin suojelijan aseman Smith rakensi 9,1-metrisen, 6-hevosvoimaisen (4.5 kW) kuuden tonnin kanavavene burthen nimeltään Francis Smith, johon oli asennettu hänen suunnittelemansa puinen potkuri ja joka oli esillä Paddingtonin kanavalla marraskuusta 1836 syyskuuhun 1837. Sattumanvaraisessa onnettomuudessa puinen potkuri, jossa oli kaksi käännöstä, vaurioitui matkan aikana helmikuussa 1837, ja Smithin yllätykseksi rikkoutunut potkuri, joka koostui nyt vain yhdestä käännöksestä, kaksinkertaisti veneen aiemman nopeuden noin neljästä Mailista tunnissa kahdeksaan. Smith myöhemmin hakea tarkistetun patentin sopusoinnussa tämän vahingossa löydön.
sillä välin Ericsson rakensi 14-metrisen ruuvikäyttöisen höyrylaivan Francis B. Ogden vuonna 1837 ja esitteli venettään Thames-joella Britannian Amiraliteetin vanhemmille jäsenille, muun muassa laivaston maanmittari Sir William Symondsille. Huolimatta siitä, että vene saavutti 10 mailin tuntinopeuden, joka oli verrattavissa olemassa oleviin melahöyryaluksiin, Symonds seurueineen ei tehnyt vaikutusta. Amiraliteetti piti kiinni näkemyksestä, jonka mukaan ruuvien työntövoima olisi tehoton valtamerihuollossa, kun taas Symonds itse uskoi, ettei ruuveilla kulkevia aluksia voitu ohjata tehokkaasti. Hylkäyksen jälkeen Ericsson rakensi toisen, suuremman ruuvikäyttöisen veneen Robert F. Stocktonin ja purjehti vuonna 1839 Yhdysvaltoihin, jossa hän pian saavutti mainetta Yhdysvaltain laivaston ensimmäisen ruuvikäyttöisen sotalaivan USS Princetonin suunnittelijana.
ilmeisesti tietoisena Kuninkaallisen laivaston näkemyksestä, jonka mukaan ruuvipotkurit osoittautuisivat sopimattomiksi meripalvelukseen, Smith päätti todistaa tämän olettamuksen vääräksi. Syyskuussa 1837 hän lähti pienelle alukselleen (joka oli nyt varustettu yhden käännöksen rautaisella potkurilla) merelle höyryillen Lontoon Blackwallista Kentin Hytheen pysähtyen Ramsgatessa, Doverissa ja Folkestonessa. Paluumatkalla Lontooseen 25. päivä-Britannian Kuninkaallisen laivaston upseerit havaitsivat Smithin aluksen etenevän myrskyisellä merellä. Amiraliteetin kiinnostus teknologiaan heräsi uudelleen, ja Smithiä rohkaistiin rakentamaan täysikokoinen alus, jotta teknologian tehokkuus voitaisiin paremmin osoittaa.
SS Archimedes oli lontoolaisen Henry Wimshurstin vuonna 1838 rakentama, maailman ensimmäinen ruuvipotkurilla varustettu höyrylaiva.
Arkhimedeellä oli huomattava vaikutus laivojen kehitykseen, sillä hän rohkaisi kuninkaallista laivastoa ottamaan käyttöön ruuvipropulsion sen lisäksi, että hänellä oli vaikutusvaltaa kauppa-aluksiin. Kokeet Smithin Arkhimedeen kanssa johtivat vuonna 1845 kuuluisaan köydenvetokilpailuun ruuvikäyttöisen HMS Rattlerin ja melahöyrylaiva HMS Alecton välillä; edellinen veti jälkimmäistä taaksepäin 2,5 solmun (4,6 km/h) nopeudella.
hänellä oli myös suora vaikutus toisen innovatiivisen aluksen, Isambard Kingdom Brunelin SS Great Britainin suunnitteluun vuonna 1843, silloisen maailman suurimman aluksen ja ensimmäisen ruuvikäyttöisen höyrylaivan, joka ylitti Atlantin valtameren elokuussa 1845.
”HMS Terror” ja ”HMS Erebus” olivat molemmat raskaasti muokattuja, ja niistä tuli ensimmäiset Kuninkaallisen laivaston alukset, joissa oli höyrykäyttöinen moottori ja ruuvipotkuri. Molemmat osallistuivat Franklinin kadonneeseen retkikuntaan, jonka eurooppalaiset näkivät viimeisen kerran heinäkuussa 1845 Baffininlahden lähellä.
Ruuvipotkurin rakenne vakiintui 1880-luvulla.
Akselittomat potkurit
potkurit, joissa ei ole keskiakselia, koostuvat potkurin lapoista, jotka on kiinnitetty renkaaseen, joka on osa ympyrän muotoista sähkömoottoria. Tämä malli tunnetaan Vannepotkurina, ja sitä on käytetty joissakin pienissä itseohjautuvissa robottialuksissa. Vene, jossa on tällainen potkuri, tunnetaan ruuvattuna pinta-aluksena.
ilma-alusten potkurimittarit
nykyaikaisten lentokoneiden potkurien kieroutuneen aerofoilin muodon pioneereina olivat Wrightin veljekset. Vaikka jotkut aikaisemmat insinöörit olivat yrittäneet mallintaa ilmapotkureita laivojen potkureihin, Wrightit ymmärsivät, että ilmapotkuri (joka tunnetaan myös nimellä ilmapotkuri) on pohjimmiltaan sama kuin siipi, ja pystyivät käyttämään aikaisempien tuulitunnelikokeilujensa tietoja siipiin. He ottivat käyttöön myös terien pituussuuntaisen kierteen. Tämä oli tarpeen sen varmistamiseksi, että terien kohtauskulma pidettiin suhteellisen vakiona niiden pituudella. Niiden alkuperäiset potkurinlavat olivat vain noin 5% vähemmän tehokkaita kuin nykyiset vastaavat, noin 100 vuotta myöhemmin. Matalanopeuksisen potkurin aerodynamiikan ymmärtäminen oli melko täydellistä 1920-luvulle tultaessa, mutta myöhemmät vaatimukset käsitellä enemmän tehoa pienemmällä halkaisijalla ovat tehneet ongelmasta monimutkaisemman.
Alberto Santos Dumont, toinen varhainen uranuurtaja, sovelsi ilmalaivoista saamiaan kokemuksia tehdäkseen 14 bis-kaksitasoonsa potkurin, jossa oli teräsakseli ja alumiiniterät. Osassa hänen suunnittelemistaan teristä käytettiin taivutettua alumiinilevyä, jolloin syntyi airfoilin muoto. Ne olivat voimakkaasti alimoottorisia, ja tämä sekä pituussuuntaisen väännön puuttuminen tekivät niistä tehottomampia kuin Wrightin potkurit. Tästä huolimatta kyseessä oli ehkä ensimmäinen alumiinin käyttö ilmaruuvin rakentamisessa.