Почему судовой винт победил гребное колесо. И почему весло будет даже в аварийном комплекте звездолета?

Привет! Меня зовут Colt и я пишу посты на яхтенную тематику.
Сегодня предлагаю поговорить про винт и гребное колесо.
Пользуясь случаем -зову с собой в путешествие на парусной яхте на 2 недели НГ 2024. Объявление в конце поста

Гребное колесо известно человечеству очень давно. На римском барельефе 527 г. до н. э. изображена странная либурна (узкое длинное быстроходное судно), у которой три пары колес с лопастями, уходящими в воду. Предполагается что волы ходили по кругу и приводили их в движение. А в Китае согласно источникам еще в 1161 г. была построена речная джонка длиной 110 м с гребными колесами, приводимыми в движение ветряками.

Да и с появлением парового двигателя первые суда тоже получили привод в виде гребных колес. Колесные пароходы - чадившие, дымившие, жрущие уголь как тысяча чертей, двинулись в путь, тесня парусные суда.

Первый из них, перешедший через океан -Сириус, сожрал все топливо (в топку полетела мебель, поручни и настил палуб) но все же достиг Америки. Казалось мир принадлежит колесу -и на море и на земле.
Однако более чем 2000 лет господства гребного колеса прервались в 1843 г.
Два судна «Раттлер» и «Алекто», винтовое и колесное с паровыми машинами одинаковой мощности, были счалены кормами и дан ход. Винтовой «Раттлер» перетянул колесный «Алекто» и буксировал его со скоростью 2,5 узла.

Качество фоток в 1843 было так себе, но вот так это выглядело

Но почему винт начали использовать так поздно, ведь наши предки не были дураками и про винт знали очень давно, с Архимеда? Почему использовали колесо и делали колесные пароходы?

Дело было в 3 вещах:

1. Самое важное -в отсутствии высоко-оборотистого двигателя. Гребному винту нужны обороты. Низкооборотистый паровой двигатель тех времен идеально подходил для неторопливого вращения гребного колеса, а для работы винта же требовалось высокая частота вращения, которую паровые двигатели тогда просто не могли развить.

2. Простоте создания и установки (с учетом технологий тех лет). Сделать лопастное колесо и переоборудовать парусник в моторное судно было относительно просто. На палубу ставился двигатель (от парового до волов), на нее же ставилась ось колеса, вешались колеса. Минимум редукторов (это потери мощности, кпд редуктора ~70%) и сложного оборудования. И дырявить дно не надо.

3. Простоте обслуживания и ремонтопригодности (с учетом технологий тех лет)

Починить сломанное колесо и установить новую плицу взамен сломанной до 19 века было значительно проще, чем создать и обслуживать упорный подшипник вала винта и уплотнение для вала. Если у вас есть топор и молоток, то вы скорее сделаете катамаран с гребным колесом, а не винт с редуктором.

Пример простой системы передачи хода судну

При этом гребным колесам были присущи следующие достоинства:

-Гребные колеса создают хороший "упор" с места, что хорошо для тягача –буксира

-Они позволяли судам разворачиваться на месте и хорошо маневрировать, что удобно в условиях отсутствия инфраструктуры, причалов итд.

-Легко ремонтировались в условиях отсутствия инструмента и серьезных ремонтных мощностей

"Так почему от гребных колес начали отказываться, вон сколько плюсов, были же и недостатки?"- спросят меня. Были недостатки!
Недостатки:
- КПД гребных колес не более 20-30%, что достаточно мало. А с учетом КПД парового двигателя тех времен в 2-8%, все становилось совсем печально. А еще колеса мешали идти под парусами и тормозили корабль.

- Гребные колеса боятся волны, часто одно колесо погружает в воду, а второе оказывается в воздухе. Эксплуатация в море было крайне сложной, терялась управляемость.

-Гребные колеса поднимали центр тяжести судна и занимали место на палубе. Особенно это раздражало военных, которым надо было размещать на палубе пушки. А уж как их бесило то, что колеса были прекрасной незащищенной целью, попадание в которую лишало судно хода...

Куда вам хочется прицелиться? В этот удобный кружок который занимает 20% палубы?

В общем винт с его КПД в 30-50% выглядел со всех сторон очень интересно.

А учитывая что водяное сопротивление винта было в разы меньше колес, он размещался ниже палубы, а машина для него размещалась в трюме, позволяя отказаться от размещения в трюме чушек балласта, то появление винтовых машин было делом времени.

Развитие технологий, появление более оборотистых паровых двигателей и надежных(!) редукторов решило проблему. Попутно пришлось разрабатывать технологию по быстрому переоборудования парусников в пароходы (это было в разы дешевле чем строить новый пароход).

Парусник переоборудованный в пароход.Среди мачт появилась труба, из трюма выкинули чушки балласта и воткнули паровую машину

Цитата из Вики Деревянный корпус разрезали примерно пополам и делали деревянную же вставку с машинным отделением, мощность которого для крупных фрегатов составляла 400—800 л. с. При этом весовая нагрузка только улучшалась, — тяжёлые котлы и машины располагались в основном под ватерлинией и исчезала необходимость в приёме балласта, количество которого на парусниках иногда достигало сотен тонн. Винт размещали в специальном колодце в корме и снабжали его подъёмным механизмом, поскольку при ходе под парусами он только мешал движению, создавая дополнительное сопротивление. Аналогично поступали и с дымовой трубой, — чтобы она не мешала оперировать парусами, её делали телескопической (по типу подзорной трубы). Проблем с парусным вооружением практически не возникало, — оно оставалось на своём месте.

При этом эффективность машины в 700 лошадей с винтом была равна эффективности машины в 1200 лошадей с колесами.

Так винт начал победное шествие по планете. А гребные колеса остались только на мелководных речных кораблях и буксирах, где требовался "упор" и тяговитость. Вот собственно и вся короткая история победы винта над гребным колесом.

"А весло? Весло и космолет то тут причем?!" – спросит внимательный читатель
Смотрите:

КПД лопастного колеса =20- 30% и нужно много места
КПД винта =30-50% и нужны высокие обороты
КПД водомета =55% (до 65% на скоростях больше 100км/ч) и нужно сложное и нежное оборудование боящееся песка и камней

А КПД весла =70-85% при необходимости иметь только весло. Двигатель тоже не нужен.

Идеальная вещь в аварийном комплекте, даже при наличии на технике двигателя. Места много не занимает, а в случае отказа всего –пригодится. Да и с аборигенами спокойнее разговаривать держа в руке весло, а не компактный нейтронный двигатель.

Авиационная спасательная лодка. Предназначена спасения экипажей военных самолетов приземлившихся на воду. Оборудована веслами

Поэтому готов поспорить, что старое доброе весло в том или ином виде всегда будет находиться в спасательном комплекте даже самых продвинутых звездолетов.

That's all, folks!
Желающие читать меня в телеграмме -ищите на канале "Яхта"

Поход по Турции на НГ 2024.

Есть 2 места в команде желающих пойти в яхтенное путешествие-поход под парусом по Турции - от Мармариса до Каша на этот Новый Год. Мы арендуем яхту и делим стоимость на всех.

Желающие присоединиться - велком!

Объявление и описание маршрута закреплено на канале @ProstoYachta.
Или пишите в телегу Colt248

Даты 23.12.2023-06.01.2024 (присоединиться можно с любой даты)
Яхта - Oceanis 43.
Размещение -1 двухместная каюта (2 места)

Знаний и особых навыков не требуется. Идем на 2 недели, пол-дня плывем, пристаем и полдня гуляем, смотрим древние города, бродим по Ликийской тропе, осматриваем старинные прибрежные городки и крепости, пару раз заночуем в диких местах - посмотрим на звезды, остальные ночевки хоть и на яхте, но на обитаемых пирсах в городках. Новый год встретим в турецком Каше. Турция зимой невероятно красива и пустынна, любители видов не пожалеют. Будет холодно, но очень, очень красиво!

Фото из моего похода по Турции в 2022. По этим скалам с кедрами мы еще и погуляли)

Погода-как ранняя осень у нас -днем в футболке, утром/вечером в свитере, иногда дождь. Яхта отапливается)
Будет возможность поставить паруса, научиться управлять яхтой и прочувствовать как именно ходили под парусами предки.

Если не можете пойти со мной, но хотите пойти в путешествие на яхте, то я собираю предложения других капитанов на канале Love Yacht Russia

Почему судовой винт победил гребное колесо. И почему весло будет даже в аварийном комплекте звездолета?⁠⁠

Поход по Турции на НГ 2024.

Мои другие посты