Πώς λειτουργεί μια προπέλα σκαφών;

Μια προπέλα σκάφους λειτουργεί πιέζοντας το νερό, το οποίο ωθεί το σκάφος προς την αντίθετη κατεύθυνση. Πιο συγκεκριμένα, μετατρέπει την περιστροφική ενέργεια σε ώθηση. Έτσι, η προπέλα περιστροφής αυξάνει την πίεση του νερού στο πίσω μέρος της και μετακινείται στην περιοχή της μειωμένης πίεσης μπροστά από την έλικα, παίρνοντας το σκάφος μαζί της. Οι δυνάμεις που εμπλέκονται είναι συνεπείς με τον τρίτο νόμο του Νεύτωνα – για κάθε ενέργεια, υπάρχει μια ίση και αντίθετη αντίδραση. Δηλαδή, όταν η προπέλα του σκάφους σπρώχνει το νερό προς τα πίσω, προωθεί το σκάφος προς τα εμπρός.

Πριν από την ανάπτυξη κινητήρων, η θαλάσσια πρόωση περιοριζόταν στην αιολική ενέργεια και τη χειροκίνητη κωπηλασία ή κωπηλασία. Η κωπηλασία και η κωπηλασία χρησιμοποιούν γενικά λεπίδες για να σέρνουν μια βάρκα μέσα στο νερό, αλλά μία χρήση της λεπίδας, που ονομάζεται sculling, μοιάζει περισσότερο με μια προπέλα επειδή το sculler σπρώχνει το νερό στο πίσω μέρος του σκάφους. Ένας τροχός στέκεται στο πίσω μέρος ενός μικρού σκάφους και, χρησιμοποιώντας ένα μόνο κουπί, θα το σκουπίσει μέσα από το νερό σε τόξο λίγο πολύ κάθετα προς την κατεύθυνση του σκάφους, με κάθε σκούπισμα του τόξου να στρίβει το κουπί έτσι ώστε η λεπίδα είναι υπό γωνία 30 έως 60 μοίρες προς την κατεύθυνση του ταξιδιού.

Η έννοια που βρίσκεται πίσω από την προπέλα του σκάφους αναπτύχθηκε από τον Αρχιμήδη τον τρίτο αιώνα π.Χ. Ανέπτυξε μια συσκευή που ονομάζεται Βίδα Αρχιμήδης, η οποία χρησιμοποιείται ακόμη και σήμερα, η οποία μεταφέρει νερό από χαμηλότερα σε υψηλότερα υψόμετρα. Πολύ παρόμοιο με ένα σύγχρονο τρυπάνι στο σχεδιασμό και τη λειτουργία, εξακολουθεί να χρησιμοποιείται ευρέως παγκοσμίως για μια μεγάλη ποικιλία εργασιών, συμπεριλαμβανομένης της άρδευσης και της διαχείρισης απορριμμάτων. Παρόμοιες βίδες πειραματίστηκαν για θαλάσσια πρόωση. Η διάσημη υποβρύχια ενός ατόμου Turtle, η οποία προσπάθησε να βυθίσει τα βρετανικά πλοία στο λιμάνι της Νέας Υόρκης το 1776, χρησιμοποίησε βίδες χειροκίνητης λειτουργίας για πρόωση.

Η κινητήρια πρόωση έγινε διαθέσιμη για ναυτιλιακά σκάφη με την ανάπτυξη της ατμομηχανής τον 18ο αιώνα. Η τάση ήταν αρχικά να χρησιμοποιηθούν μεγάλα κουπιά για να παρέχουν ώθηση, όπως στα πτερύγια και στους πλευρικούς τροχούς ατμόπλοια. Οι εφευρέτες συνέχισαν να πειραματίζονται με προπέλες τύπου βίδας, οι οποίες ήταν κυριολεκτικά πολύ μεγάλες, πολύ μακριές βίδες. Το 1835, μέρος μιας τέτοιας βίδας έσπασε κατά τη διάρκεια των δοκιμών, αφήνοντας ένα τμήμα που έμοιαζε πολύ με μια σύγχρονη λεπίδα έλικας σκάφους. Αυτή η σπασμένη βίδα αποδείχθηκε ότι προωθεί το σκάφος γρηγορότερα από τη συμβατική βίδα, οδηγώντας στην ανάπτυξη της σύγχρονης προπέλας σκάφους.

Η δυναμική που εμπλέκεται στη θαλάσσια πρόωση είναι πολύ παρόμοια με εκείνη που χρησιμοποιείται στην αεροπορία. Για παράδειγμα, όπως οι λεπίδες ενός αεροπλάνου, οι λεπίδες σε μια προπέλα σκάφους δεν είναι επίπεδες, αλλά αντίθετα φαίνεται να έχουν στρίψει από ένα παράλληλο επίπεδο σε ένα σχεδόν κάθετο στον άξονα της έλικας. Αυτό το φαινόμενο βασίζεται στην έρευνα των αδελφών Ράιτ στις αρχές του 20ού αιώνα, στην οποία διαπίστωσαν ότι οι βέλτιστες γωνίες για την ώθηση είναι διαφορετικές σε διάφορα μέρη της λεπίδας της προπέλας. Για να ενισχυθεί η απόδοση της έλικας, η λεπίδα περιστρέφεται σε σχέση με τον άξονα.

Η ανθρωπότητα ταξιδεύει στο νερό για χιλιάδες χρόνια, τις περισσότερες φορές στηριζόμενη είτε στον άνεμο είτε στους μυς για την πρόωση. Οι έλικες είναι μια πολύ πρόσφατη εξέλιξη στον τομέα της θαλάσσιας πρόωσης, αλλά σε εκείνο το μικρό κλάσμα της θαλάσσιας ιστορίας του ανθρώπου έχουν ανέλθει σε ένα επίπεδο αδιαμφισβήτητης κυριαρχίας στον τομέα, χωρίς κανέναν πραγματικό αμφισβητία.