Jak działa śruba napędowa łodzi?

Śmigło łodzi działa poprzez popychanie wody, która napędza łódź w przeciwnym kierunku. Dokładniej, przekształca energię obrotową w ciąg; w ten sposób obracająca się śruba napędowa zwiększa ciśnienie wody do tyłu i przesuwa się w obszar obniżonego ciśnienia przed śrubą, zabierając ze sobą łódź. Zaangażowane siły są zgodne z trzecim prawem Newtona — na każde działanie odpowiada równa i przeciwna reakcja. Oznacza to, że gdy śruba napędowa łodzi popycha wodę do tyłu, napędza łódź do przodu.

Przed opracowaniem silników napędzanych napęd morski ograniczał się do energii wiatru i ręcznego wiosłowania lub wiosłowania. Wiosłowanie i wiosłowanie zazwyczaj wykorzystuje łopatki do przeciągania łodzi po wodzie, ale jedno użycie łopatki, zwane rumplowaniem, działa najbardziej jak śmigło, ponieważ wiosłowanie popycha wodę do tyłu łodzi. Sculler stoi z tyłu małej łodzi i za pomocą jednego wiosła przesuwa ją po wodzie po łuku mniej więcej prostopadłym do kierunku jazdy łodzi, przy każdym ruchu łuku skręcając wiosło tak, że ostrze jest pod kątem 30 do 60 stopni do kierunku jazdy.

Koncepcja śruby napędowej łodzi została opracowana przez Archimedesa w III wieku p.n.e. Opracował urządzenie zwane Śrubą Archimedesa, które jest używane do dziś, które transportuje wodę z niższych na wyższe wzniesienia. Bardzo podobny do nowoczesnego świdra pod względem konstrukcji i działania, nadal jest szeroko stosowany na całym świecie do wielu różnych zadań, w tym nawadniania i gospodarki odpadami. Eksperymentowano z podobnymi śrubami do napędu morskiego. Słynna jednoosobowa łódź podwodna Turtle, która próbowała zatopić brytyjskie statki w porcie w Nowym Jorku w 1776 roku, wykorzystywała do napędu ręcznie obsługiwane śruby.

Napęd elektryczny stał się dostępny dla jednostek pływających wraz z rozwojem silnika parowego w XVIII wieku. Trend polegał początkowo na używaniu dużych wiosła do zapewnienia ciągu, jak w przypadku łodzi wiosłowych z kołem rufowym i bocznym. Wynalazcy nadal eksperymentowali ze śmigłami śrubowymi, które były dosłownie bardzo dużymi, bardzo długimi śrubami. W 18 r. część takiej śruby odłamała się podczas testów, pozostawiając fragment, który wyglądał jak współczesna łopatka śruby napędowej łodzi. Ta złamana śruba okazała się napędzać łódź szybciej niż konwencjonalna śruba, co doprowadziło do opracowania nowoczesnej śruby napędowej łodzi.

Dynamika związana z napędem morskim jest bardzo podobna do tej stosowanej w lotnictwie. Na przykład, podobnie jak łopaty samolotu, łopaty śruby napędowej łodzi nie są płaskie, ale zamiast tego wydają się być skręcone z płaszczyzny równoległej do płaszczyzny prawie prostopadłej do wału śruby napędowej. Zjawisko to opiera się na badaniach braci Wright z początku XX wieku, w których ustalili, że optymalne kąty ciągu są różne w różnych częściach łopaty śruby napędowej. Aby zwiększyć wydajność śmigła, łopata jest skręcona względem wału.

Ludzkość podróżuje po wodzie od tysięcy lat, przez większość czasu polegając na wietrze lub mięśniach jako napędzie. Śmigła są bardzo niedawnym osiągnięciem w dziedzinie napędów morskich, ale w tym niewielkim ułamku morskiej historii ludzkości urosły one do poziomu niekwestionowanej dominacji w tej dziedzinie, bez widocznego prawdziwego rywala.