dezvoltare timpurie
principiul folosit în utilizarea unei elice cu șurub este derivat din sculling. În sculling, o singură lamă este deplasată printr-un arc, dintr-o parte în alta, având grijă să prezinte lama în apă la unghiul efectiv. Inovația introdusă cu elicea cu șurub a fost extinderea acelui arc prin mai mult de 360 de centimi prin atașarea lamei la un arbore rotativ. Elicele pot avea o singură lamă, dar în practică există aproape întotdeauna mai multe pentru a echilibra forțele implicate.
originea elicei cu șurub începe cu Arhimede, care a folosit un șurub pentru a ridica apa pentru irigații și bărci de salvare, atât de faimos încât a devenit cunoscut sub numele de șurubul lui Arhimede. A fost probabil o aplicare a mișcării spirale în spațiu (spiralele au fost un studiu special al lui Arhimede) la o roată de apă segmentată goală folosită pentru irigații de egipteni timp de secole. Leonardo da Vinci a adoptat principiul de a-și conduce elicopterul teoretic, ale cărui schițe implicau un șurub mare de pânză deasupra capului.
în 1661, Toogood și Hays au propus utilizarea șuruburilor pentru propulsia cu jet de apă, deși nu ca elice. Robert Hooke în 1681 a proiectat o moară de apă orizontală care era remarcabil de asemănătoare cu elicea axei verticale Kirsten-Boeing proiectată aproape două secole și jumătate mai târziu în 1928; doi ani mai târziu, Hooke a modificat designul pentru a oferi putere motrice navelor prin apă. În 1693, un francez pe nume Du Quet a inventat o elice cu șurub care a fost încercată în 1693, dar ulterior abandonată. În 1752, Academia de științe din Paris i-a acordat lui Burnelli un premiu pentru proiectarea unei roți cu elice. Cam în același timp, matematicianul francez Alexis-Jean-Pierre Paucton, a sugerat un sistem de propulsie cu apă bazat pe șurubul Arhimedean. În 1771, inventatorul motorului cu aburi James Watt într-o scrisoare privată a sugerat utilizarea „vâslelor spiralate” pentru a propulsa bărcile, deși nu le-a folosit cu motoarele sale cu aburi și nici nu a implementat vreodată ideea.
una dintre primele utilizări practice și aplicate ale unei elice a fost pe un submarin numit Turtle, care a fost proiectat în New Haven, Connecticut, în 1775 de către studentul și inventatorul Yale David Bushnell, cu ajutorul producătorului de ceasuri, gravorului și turnătorului de alamă Isaac Doolittle, și cu fratele lui Bushnell Ezra Bushnell și tâmplarul navei și producătorul de ceasuri Phineas Pratt construind carena în Saybrook, Connecticut. În noaptea de 6 septembrie 1776, sergentul Ezra Lee a pilotat Turtle într-un atac asupra HMS Eagle în portul New York. Turtle are, de asemenea, distincția de a fi primul submarin folosit în luptă. Bushnell a descris mai târziu elicea într-o scrisoare din octombrie 1787 către Thomas Jefferson: „o vâslă formată pe principiul șurubului a fost fixată în partea din față a navei axa sa a intrat în navă și fiind întoarsă într-un fel a vâslit nava înainte, dar fiind întoarsă în celălalt sens a vâslit-o înapoi. A fost făcută pentru a fi întoarsă de mână sau de picior.”Elicea din alamă, la fel ca toate piesele din alamă și în mișcare de pe Turtle, a fost realizată de „mecanicul ingenios” Issac Doolittle din New Haven.
în 1785, Joseph Bramah din Anglia a propus o soluție de elice a unei tije care trece prin pupa subacvatică a unei bărci atașate la o elice cu lame, deși nu a construit-o niciodată.
în februarie 1800, Edward Shorter din Londra a propus utilizarea unei elice similare atașate la o tijă înclinată în jos desfășurată temporar de pe puntea de deasupra liniei de plutire și, prin urmare, nu necesită sigiliu de apă și intenționa doar să asiste navele cu vele calmate. El a testat-o pe nava de transport Doncaster în Gibraltar și la Malta, atingând o viteză de 1,5 mph (2,4 km/h).
în 1802, avocatul și inventatorul American John Stevens a construit o barcă de 25 de picioare (7,6 m) cu un motor rotativ cu aburi cuplat la o elice cu patru lame. Ambarcațiunea a atins o viteză de 4 mph (6,4 km/h), dar Stevens a abandonat elicele din cauza pericolului inerent în utilizarea motoarelor cu aburi de înaltă presiune. Navele sale ulterioare erau Bărci cu roți cu palete.
până în 1827, inventatorul ceh-austriac Josef Ressel inventase o elice cu șurub care avea mai multe lame fixate în jurul unei baze conice. El își testase elicea în februarie 1826 pe o navă mică care era condusă manual. A reușit să-și folosească elicea cu șurub din bronz pe o barcă cu aburi adaptată (1829). Nava sa, Civetta de 48 de tone brute, a atins o viteză de aproximativ 6 noduri (11 km/h). Aceasta a fost prima navă condusă cu succes de o elice de tip șurub Arhimede. După ce un nou motor cu aburi a avut un accident (sudură de țeavă crăpată), experimentele sale au fost interzise de poliția Austro-ungară ca fiind periculoase. Josef Ressel era la acea vreme inspector forestier pentru Imperiul Austriac. Dar înainte de aceasta a primit un brevet Austro-Ungar (licență) pentru elicea sa (1827). A murit în 1857. Această nouă metodă de propulsie a fost o îmbunătățire față de roata cu palete, deoarece nu a fost atât de afectată nici de mișcările navei, nici de modificările pescajului, pe măsură ce nava ardea cărbune.
John Patch, un marinar din Yarmouth, Nova Scotia a dezvoltat o elice cu două lame, în formă de evantai, în 1832 și a demonstrat-o public în 1833, propulsând o barcă cu vâsle peste portul Yarmouth și o mică goeletă de coastă la Saint John, New Brunswick, dar cererea sa de brevet în Statele Unite a fost respinsă până în 1849 pentru că nu era cetățean American. Designul său eficient a atras laude în cercurile științifice americane, dar până în acest moment existau mai multe versiuni concurente ale elicei marine.
propulsoare cu Șurubedit
deși au existat multe experimente cu propulsie cu șurub înainte de anii 1830, puține dintre aceste invenții au fost urmărite până la etapa de testare, iar cele care s-au dovedit nesatisfăcătoare dintr-un motiv sau altul.
în 1835, doi inventatori din Marea Britanie, John Ericsson și Francis Pettit Smith, au început să lucreze separat la această problemă. Smith a fost primul care a obținut un brevet cu elice cu șurub la 31 mai, în timp ce Ericsson, un inginer suedez talentat care lucra atunci în Marea Britanie, și-a depus brevetul șase săptămâni mai târziu. Smith a construit rapid o mică barcă model pentru a-și testa invenția, care a fost demonstrată mai întâi pe un iaz la ferma sa Hendon, iar mai târziu la Royal Adelaide Gallery of practice Science din Londra, unde a fost văzută de Secretarul Marinei, Sir William Barrow. După ce a asigurat patronajul unui bancher londonez pe nume Wright, Smith a construit apoi un 30 de picioare (9,1 m), 6 cai putere (4.5 kW) barca canalului de șase tone burthen numit Francis Smith, care a fost echipat cu o elice din lemn de design propriu și demonstrat pe canalul Paddington din noiembrie 1836 până în septembrie 1837. Printr-un accident fortuit, elicea de lemn de două viraje a fost avariată în timpul unei călătorii în februarie 1837 și, spre surprinderea lui Smith, elicea spartă, care acum consta doar dintr-o singură viraj, a dublat viteza anterioară a bărcii, de la aproximativ patru mile pe oră la opt. Smith va depune ulterior un brevet revizuit în conformitate cu această descoperire accidentală.
între timp, Ericsson a construit o barcă cu aburi de 45 de picioare (14 m) cu șurub, Francis B. Ogden în 1837 și și-a demonstrat barca pe râul Tamisa membrilor superiori ai Amiralității Britanice, inclusiv topograf al Marinei Sir William Symonds. În ciuda faptului că barca a atins o viteză de 10 mile pe oră, comparabilă cu cea a vapoarelor cu palete existente, Symonds și anturajul său nu au fost impresionați. Amiralitatea a menținut opinia că propulsia cu șurub ar fi ineficientă în serviciul oceanic, în timp ce Symonds însuși credea că navele propulsate cu șurub nu pot fi direcționate eficient. În urma acestei respingeri, Ericsson a construit o a doua barcă cu propulsie cu șurub mai mare, Robert F. Stockton, și a trimis-o în 1839 în Statele Unite, unde avea să câștige în curând faima ca proiectant al primei nave de război cu propulsie cu șurub a Marinei SUA, USS Princeton.
aparent conștient de opinia Marinei Regale că elicele cu șurub s-ar dovedi nepotrivite pentru serviciul maritim, Smith a hotărât să dovedească această presupunere greșită. În septembrie 1837, și-a luat vasul mic (acum echipat cu o elice de fier de o singură tură) spre mare, aburind de la Blackwall, Londra la Hythe, Kent, cu opriri la Ramsgate, Dover și Folkestone. La întoarcerea la Londra pe 25, ambarcațiunile lui Smith au fost observate făcând progrese în mările furtunoase de către ofițerii Marinei Regale. Interesul Amiralității pentru tehnologie a fost reînviat, iar Smith a fost încurajat să construiască o navă de dimensiuni complete pentru a demonstra mai concludent eficacitatea tehnologiei.
SS Arhimede a fost construit în 1838 de Henry Wimshurst din Londra, ca prima navă cu aburi din lume care a fost condusă de o elice cu șurub.
Arhimede a avut o influență considerabilă asupra dezvoltării navelor, încurajând adoptarea propulsiei cu șurub de către marina regală, pe lângă influența ei asupra navelor comerciale. Încercările cu Arhimedele lui Smith au dus la faimoasa competiție de remorcare în 1845 între HMS Rattler cu șurub și vaporul cu palete HMS Alecto; primul trăgându-l pe acesta din urmă înapoi la 2,5 noduri (4,6 km/h).
ea a avut, de asemenea, o influență directă asupra proiectării unei alte nave inovatoare, Isambard Kingdom Brunel ‘ s SS Marea Britanie în 1843, atunci cea mai mare navă din lume și prima navă cu aburi cu șurub care a traversat Oceanul Atlantic în August 1845.
HMS Terror și HMS Erebus au fost ambele puternic modificate pentru a deveni primele nave Royal Navy care au motoare cu abur și elice cu șurub. Ambii au participat la expediția pierdută a lui Franklin, văzută ultima dată de europeni în iulie 1845 lângă Golful Baffin.
proiectarea elicei cu șurub stabilizată în anii 1880.
propulsoare fără arbori
elicele fără arbore central constau din pale ale elicei atașate la un inel care face parte dintr-un motor electric în formă de cerc. Acest design este cunoscut sub numele de propulsor cu jantă și a fost folosit de unele nave robotizate mici, auto-ghidate. O barcă cu acest tip de elice este cunoscută sub numele de vas de suprafață deșurubat.
propulsoare de Aeronavemodificare
forma aerofoil răsucite de elice de aeronave moderne a fost pionierat de frații Wright. În timp ce unii ingineri anteriori încercaseră să modeleze elice de aer pe elice marine, frații Wright și-au dat seama că o elice de aer (cunoscută și sub numele de șurub de aer) este în esență aceeași cu o aripă și au putut folosi date din experimentele lor anterioare ale tunelului eolian pe aripi. De asemenea, au introdus o răsucire de-a lungul lungimii lamelor. Acest lucru a fost necesar pentru a se asigura că unghiul de atac al lamelor a fost menținut relativ constant pe lungimea lor. Paletele lor originale ale elicei erau cu doar aproximativ 5% mai puțin eficiente decât echivalentul modern, aproximativ 100 de ani mai târziu. Înțelegerea aerodinamicii elicei cu viteză mică a fost destul de completă până în anii 1920, dar cerințele ulterioare pentru a gestiona mai multă putere în diametru mai mic au făcut problema mai complexă.
Alberto Santos Dumont, un alt pionier timpuriu, a aplicat cunoștințele pe care le-a dobândit din experiențele cu dirijabile pentru a realiza o elice cu un arbore de oțel și lame de aluminiu pentru biplanul său 14 bis. Unele dintre desenele sale au folosit o foaie de aluminiu îndoită pentru lame, creând astfel o formă de aripă. Au fost puternic subcamberate, iar acest lucru plus absența răsucirii longitudinale le-a făcut mai puțin eficiente decât elicele Wright. Chiar și așa, aceasta a fost probabil prima utilizare a aluminiului în construcția unui șurub de aer.