Kā darbojas laivas propelleris?

Laivas dzenskrūve darbojas, spiežot ūdeni, kas dzen laivu pretējā virzienā. Precīzāk, tas pārveido rotācijas enerģiju par vilci; tādējādi pagriežamais dzenskrūve palielina ūdens spiedienu uz aizmuguri, un virzās pazemināta spiediena zonā dzenskrūves priekšā, paņemot līdzi laivu. Iesaistītie spēki atbilst Ņūtona trešajam likumam — katrai darbībai ir vienāda un pretēja reakcija. Tas ir, kad laivas dzenskrūve spiež ūdeni atpakaļ, tas dzen laivu uz priekšu.

Pirms dzinēju izstrādes kuģu piedziņa bija ierobežota ar vēja enerģiju un manuālu airēšanu vai airēšanu. Airēšanā un airēšanā parasti tiek izmantoti lāpstiņas, lai vilktu laivu pa ūdeni, taču viena lāpstiņas izmantošana, ko sauc par dzenskrūvi, visvairāk darbojas kā dzenskrūve, jo skuleris spiež ūdeni uz laivas aizmuguri. Skuleris stāv mazas laivas aizmugurē un, izmantojot vienu airi, slaucīs to pa ūdeni lokā, kas ir vairāk vai mazāk perpendikulārs laivas braukšanas virzienam, katrā loka kustībā pagriežot airi tā, lai asmens ir 30 līdz 60 grādu leņķī pret braukšanas virzienu.

Laivas dzenskrūves pamatā esošo koncepciju izstrādāja Arhimēds trešajā gadsimtā pirms mūsu ēras. Viņš izstrādāja ierīci, ko sauc par Arhimēda skrūvi, kas tiek izmantota joprojām un kas transportē ūdeni no zemākiem uz augstākiem stāvokļiem. Ļoti līdzīgs mūsdienīgam svārpstam pēc konstrukcijas un darbības, tas joprojām tiek plaši izmantots visā pasaulē dažādiem uzdevumiem, tostarp apūdeņošanai un atkritumu apsaimniekošanai. Tika eksperimentētas ar līdzīgām skrūvēm jūras dzinējspēkam. Slavenā viena cilvēka zemūdene Turtle, kas 1776. gadā mēģināja nogremdēt britu kuģus Ņujorkas ostā, piedziņai izmantoja manuāli darbināmas skrūves.

Ar tvaika dzinēja attīstību 18. gadsimtā jūras kuģiem kļuva pieejama motorizēta piedziņa. Sākotnēji tendence bija izmantot lielas lāpstiņas, lai nodrošinātu vilci, piemēram, tvaika airu laivām ar pakaļgala un sānu riteņiem. Izgudrotāji turpināja eksperimentēt ar skrūvju tipa propelleriem, kas burtiski bija ļoti lielas, ļoti garas skrūves. 1835. gadā daļa no šādas skrūves testēšanas laikā nolūza, atstājot daļu, kas izskatījās pēc mūsdienu laivas propellera lāpstiņas. Izrādījās, ka šī salauztā skrūve virza laivu ātrāk nekā parastā skrūve, kā rezultātā tika izstrādāts moderns laivas propelleris.

Jūras piedziņas dinamika ir ļoti līdzīga tai, kas tiek izmantota aviācijā. Piemēram, tāpat kā lidmašīnas lāpstiņas, laivas dzenskrūves lāpstiņas nav plakanas, bet šķiet, ka tās ir savītas no paralēlas plaknes līdz gandrīz perpendikulārai dzenskrūves vārpstai. Šī parādība ir balstīta uz 20. gadsimta sākuma brāļu Raitu pētījumiem, kuros viņi noteica, ka optimālie vilces leņķi dažādās dzenskrūves lāpstiņas daļās ir atšķirīgi. Lai uzlabotu dzenskrūves efektivitāti, lāpstiņa ir savīta attiecībā pret vārpstu.

Cilvēce ir ceļojusi pa ūdeni tūkstošiem gadu, lielāko daļu laika paļaujoties uz vēju vai muskuļiem. Dzenskrūves ir pavisam nesena attīstība jūras dzinējspēka jomā, taču šajā nelielajā cilvēka jūrniecības vēstures daļā ir sasniegts neapstrīdams pārsvars šajā jomā, un nav redzams neviens īsts izaicinājums.