wczesne rozwinięciaedytuj
zasada zastosowana w użyciu śruby napędowej pochodzi od scullingu. W scullingu pojedyncze ostrze jest przesuwane przez łuk, z boku na bok, dbając o to, aby utrzymać prezentację ostrza do wody pod efektywnym kątem. Innowacją wprowadzoną w śmigle śrubowym było wydłużenie tego łuku o ponad 360° poprzez przymocowanie ostrza do obracającego się wału. Śmigła mogą mieć pojedyncze ostrze, ale w praktyce prawie zawsze jest ich więcej niż jedno, aby zrównoważyć zaangażowane siły.
pochodzenie śruby śrubowej zaczyna się od Archimedesa, który użył śruby do podnoszenia wody do nawadniania i cumowania łodzi, tak słynnie, że stała się znana jako śruba Archimedesa. Prawdopodobnie było to zastosowanie ruchu spiralnego w przestrzeni (spirale były specjalnym opracowaniem Archimedesa) do wydrążonego, segmentowego koła wodnego używanego przez Egipcjan od wieków do nawadniania. Leonardo da Vinci przyjął zasadę kierowania swoim teoretycznym śmigłowcem, którego szkice dotyczyły dużej śruby płóciennej nad głową.
w 1661 roku Toogood i Hays zaproponowali użycie śrub do napędu strumieniem wody, choć nie jako śmigła. Robert Hooke w 1681 roku zaprojektował poziomy młyn wodny, który był niezwykle podobny do pionowego śmigła Kirsten-Boeing, zaprojektowanego prawie dwa i pół wieku później w 1928 roku; dwa lata później Hooke zmodyfikował projekt, aby zapewnić moc napędową dla statków przez wodę. W 1693 roku Francuz o imieniu Du Quet wynalazł śmigło śrubowe, które próbowano wypróbować w 1693 roku, ale później porzucono. W 1752 roku Academie des Sciences w Paryżu przyznała Burnellemu nagrodę za projekt koła napędowego. Mniej więcej w tym samym czasie francuski matematyk Alexis-Jean-Pierre Paucton zaproponował napęd wodny oparty na śrubie Archimedeańskiej. W 1771 roku wynalazca silników parowych James Watt w prywatnym liście zasugerował użycie „wioseł spiralnych” do napędzania łodzi, chociaż nie używał ich ze swoimi silnikami parowymi, ani nigdy nie realizował tego pomysłu.
jednym z pierwszych praktycznych i zastosowanych zastosowań śmigła był okręt podwodny o nazwie Turtle, który został zaprojektowany w New Haven, Connecticut, w 1775 roku przez studenta Yale i wynalazcę Davida Bushnella, z pomocą twórcy zegarów, grawera i odlewnika mosiądzu Isaaca Doolittle, a wraz z bratem Bushnella Ezrą Bushnellem i stolarzem okrętowym i zegarmistrzem Phineasem Prattem skonstruował kadłub w Saybrook, Connecticut. W nocy 6 września 1776 roku sierżant Ezra Lee pilotował Turtle ’ a w ataku na HMS Eagle w nowojorskim porcie. „Turtle” wyróżnia się również tym, że jest pierwszym okrętem podwodnym używanym w walce. Bushnell opisał później śmigło w liście z października 1787 do Thomasa Jeffersona: „wiosło utworzone na zasadzie śruby zostało zamocowane w przedniej części statku, jego oś weszła do statku i była obracana w jedną stronę, wiosłowała do przodu, ale była obracana w drugą stronę, wiosłowała do tyłu. Został stworzony do obracania za pomocą ręki lub stopy.”Mosiężne śmigło, podobnie jak wszystkie mosiężne i ruchome części Turtle’ a, zostało wykonane przez „genialnego mechanika” Issaca Doolittle ’ a z New Haven.
w 1785 roku Joseph Bramah z Anglii zaproponował rozwiązanie śmigła pręta przechodzącego przez podwodną rufę łodzi przymocowaną do śmigła łopatkowego, chociaż nigdy go nie zbudował.
w lutym 1800 roku Edward Shorter z Londynu zaproponował użycie podobnego śmigła przymocowanego do pręta pochylonego czasowo z pokładu nad linią wodną, przez co nie wymagającego uszczelnienia wodnego, a przeznaczonego jedynie do wspomagania statków żaglowych. Testował go na statku transportowym Doncaster w Gibraltarze i na Malcie, osiągając prędkość 2,4 km / h.
w 1802 roku amerykański prawnik i wynalazca John Stevens zbudował 25-stopową (7,6 m) łódź z obrotowym silnikiem parowym sprzężonym z czterołopatowym śmigłem. Jednostka osiągała prędkość 4 mph (6,4 km/h), ale Stevens porzucił śmigła ze względu na nieodłączne niebezpieczeństwo użycia wysokociśnieniowych silników parowych. Jego kolejnymi okrętami były łodzie wiosłowe.
w 1827 roku czesko-austriacki wynalazca Josef Ressel wynalazł śrubowe śmigło, które miało wiele łopatek zamocowanych wokół stożkowej podstawy. W lutym 1826 roku przetestował swoje śmigło na małym statku napędzanym ręcznie. Udało mu się użyć śrubowego śmigła z brązu na przystosowanym parowcu (1829). Jego okręt „Civetta” o masie 48 ton brutto osiągał prędkość około 6 węzłów (11 km/h). Był to pierwszy okręt z powodzeniem napędzany śrubą typu Archimedes. Po wypadku nowego parowozu (pęknięta spoina rurowa) jego eksperymenty zostały zakazane przez Austro-węgierską policję jako niebezpieczne. Josef Ressel był wówczas inspektorem Leśnictwa w Cesarstwie Austriackim. Wcześniej jednak otrzymał Austro-węgierski patent (licencję) na śmigło (1827). Zmarł w 1857 roku. Ta nowa metoda napędu była ulepszeniem w stosunku do łopaty, ponieważ nie wpłynęły na nią ani ruchy okrętu, ani zmiany w zanurzeniu, ponieważ okręt spalał węgiel.
John Patch, marynarz w Yarmouth, Nowa Szkocja opracował dwułopatowe śmigło w kształcie wachlarza w 1832 roku i publicznie zademonstrował je w 1833 roku, napędzając łódź wiosłową przez port Yarmouth i mały szkuner przybrzeżny w Saint John w Nowym Brunszwiku, ale jego zgłoszenie patentowe w Stanach Zjednoczonych zostało odrzucone do 1849 roku, ponieważ nie był obywatelem amerykańskim. Jego sprawna konstrukcja cieszyła się uznaniem w amerykańskich kręgach naukowych, ale do tego czasu istniało wiele konkurencyjnych wersji śmigła morskiego.
śruby napędoweedit
chociaż przed 1830 rokiem było wiele eksperymentów z napędem śrubowym, niewiele z tych wynalazków zostało wdrożonych do etapu testów, a te, które okazały się niezadowalające z tego czy innego powodu.
w 1835 roku dwaj wynalazcy w Wielkiej Brytanii, John Ericsson i Francis Pettit Smith, zaczęli pracować oddzielnie nad tym problemem. Smith jako pierwszy wyjął patent na śmigło śrubowe 31 maja, podczas gdy Ericsson, utalentowany Szwedzki inżynier pracujący wówczas w Wielkiej Brytanii, zgłosił swój patent sześć tygodni później. Smith szybko zbudował małą modelową łódź, aby przetestować swój wynalazek, który został zademonstrowany najpierw na stawie na jego farmie Hendon, a później w Royal Adelaide Gallery of Practical Science w Londynie, gdzie był widziany przez Sekretarza Marynarki Sir Williama Barrowa. Po zabezpieczeniu patronatu londyńskiego bankiera o imieniu Wright, Smith zbudował wówczas 30-stopowy (9,1 m), 6-konny (4.5 kW) Łódź kanałowa o pojemności 6 ton burthen o nazwie Francis Smith, która była wyposażona w drewniane śmigło własnej konstrukcji i demonstrowana na kanale Paddington od listopada 1836 do września 1837. Przez przypadek drewniane śmigło o dwóch obrotach zostało uszkodzone podczas rejsu w lutym 1837 roku, a ku zaskoczeniu Smitha złamane śmigło, które teraz składało się tylko z jednego obrotu, podwoiło poprzednią prędkość łodzi, z około czterech mil na godzinę do ośmiu. Smith następnie złożył zmieniony patent zgodnie z tym przypadkowym odkryciem.
w międzyczasie Ericsson zbudował 45-stopowy (14-metrowy) parowiec o napędzie śrubowym Francis B. Ogden w 1837 roku i zademonstrował swoją łódź na Tamizie starszym członkom Brytyjskiej Admiralicji, w tym Inspektorowi Marynarki Sir Williamowi Symondsowi. Pomimo tego, że łódź osiągała prędkość 10 mil na godzinę, porównywalną z istniejącymi parowcami wiosłowymi, Symonds i jego świta nie byli zachwyceni. Admiralicja utrzymywała pogląd, że napęd śrubowy będzie nieskuteczny w służbie oceanicznej, podczas gdy sam Symonds uważał, że okręty o napędzie śrubowym nie mogą być sprawnie sterowane. Po tym odrzuceniu Ericsson zbudował drugą, większą łódź z napędem śrubowym, Robert F. Stockton, i popłynął w 1839 roku do Stanów Zjednoczonych, gdzie wkrótce zyskał sławę jako projektant pierwszego okrętu wojennego US Navy z napędem śrubowym, USS Princeton.
najwyraźniej świadomy poglądu Royal Navy, że śruby napędowe okażą się nieodpowiednie do służby na morzu, Smith postanowił udowodnić, że założenie to jest błędne. We wrześniu 1837 roku wypłynął w morze swoim małym statkiem (obecnie wyposażonym w żelazne śmigło o jednym zakręcie), płynąc z Blackwall w Londynie do Hythe w hrabstwie Kent, z przystankami w Ramsgate, Dover i Folkestone. W drodze powrotnej do Londynu 25-go, statek Smitha został zauważony przez oficerów Royal Navy, którzy dokonywali postępów na wzburzonych morzach. Zainteresowanie Admiralicji technologią odrodziło się, a Smith został zachęcony do zbudowania pełnowymiarowego okrętu, aby bardziej jednoznacznie zademonstrować skuteczność tej technologii.
SS Archimedes został zbudowany w 1838 roku przez Henry ’ ego Wimshursta z Londynu, jako pierwszy na świecie parowiec napędzany śrubą napędową.
Archimedes miał znaczny wpływ na rozwój okrętów, zachęcając do przyjęcia napędu śrubowego przez Royal Navy, oprócz swojego wpływu na statki handlowe. Próby z Archimedesem Smitha doprowadziły do słynnej rywalizacji holowników w 1845 roku pomiędzy napędzanym śrubami HMS Rattler a parowcem wiosłowym HMS Alecto; ten pierwszy ciągnął ten drugi do tyłu z prędkością 2,5 węzła (4,6 km/h).
miała również bezpośredni wpływ na projekt innego innowacyjnego statku, Isambard Kingdom Brunel ’ s SS Great Britain w 1843 roku, wówczas największego statku na świecie i pierwszego parowca z napędem śrubowym, który przepłynął Ocean Atlantycki w sierpniu 1845 roku.
HMS Terror i HMS Erebus zostały mocno zmodyfikowane, aby stać się pierwszymi okrętami Royal Navy z silnikami parowymi i śrubami napędowymi. Obaj brali udział w zaginionej wyprawie Franklina, ostatnio widzianej przez Europejczyków w lipcu 1845 roku w pobliżu zatoki Baffina.
konstrukcja śmigła śrubowego stabilizowana w latach 80.
śmigła Bezwałoweedytuj
Śmigła bez wału centralnego składają się z łopatek śmigła przymocowanych do pierścienia, który jest częścią silnika elektrycznego w kształcie koła. Konstrukcja ta jest znana jako ster strumieniowy napędzany obręczą i była używana przez małe, samonaprowadzające się statki-roboty. Łódź z tego typu śmigłem jest znana jako odkręcany statek powierzchniowy.
śmigła Samolotowedytuj
kształt skręconego płata nowoczesnych śmigieł samolotów został zapoczątkowany przez braci Wright. Podczas gdy niektórzy wcześniejsi inżynierowie próbowali modelować śmigła powietrzne na śmigłach morskich, Wrights zdali sobie sprawę, że śmigło powietrzne (znane również jako śruba powietrzna) jest zasadniczo takie samo jak skrzydło i byli w stanie wykorzystać dane z wcześniejszych eksperymentów w tunelu aerodynamicznym na skrzydłach. Wprowadzili również skręt wzdłuż długości ostrzy. Było to konieczne, aby zapewnić, że kąt natarcia ostrzy był względnie stały na całej ich długości. Ich oryginalne śmigła były tylko o około 5% mniej wydajne niż współczesny odpowiednik, około 100 lat później. Zrozumienie aerodynamiki śmigieł o niskiej prędkości było dość kompletne w latach 20., ale późniejsze wymagania dotyczące obsługi większej mocy przy mniejszej średnicy sprawiły, że problem stał się bardziej złożony.
Alberto Santos Dumont, kolejny wczesny pionier, wykorzystał wiedzę zdobytą z doświadczeń ze sterowcami, aby stworzyć śmigło ze stalowym wałem i aluminiowymi łopatkami dla swojego dwupłatowca 14 bis. Niektóre z jego projektów wykorzystywały giętą blachę aluminiową do ostrzy, tworząc w ten sposób kształt płata. Były one mocno podkopane, a to plus brak wzdłużnego skrętu czyniło je mniej wydajnymi niż śmigła Wright. Mimo to było to prawdopodobnie pierwsze zastosowanie aluminium w konstrukcji śrub powietrznych.