Krótka historia napędu śrubowego

Dwa wynalazki zrewolucjonizowały transport morski. Pierwszych z nich był napęd parowy, który umożliwił statkom pływanie bez uzależnienia od wiatru, a drugim była śruba napędowa, która była znacznie praktyczniejsza niż stosowany w pierwszych parowcach napęd bocznokołowy. Zanim jednak śruba napędowa na stałe weszła do powszechnego użytku, wielu wynalazców nie do końca skutecznie próbowało znaleźć dla niej praktyczne zastosowanie.

Geneza

O ile sama idea śruby napędowej powstała w III wieku p.n.e., a jej autorem był grecki matematyk, fizyk i inżynier Archimedes, musiało minąć wiele stuleci zanim zaczęto ją wykorzystywać do napęd. Śruba Archimedesa była bowiem powszechnie używana, ale nie do napędu, tylko do przenoszenia wody (lub czegoś sypkiego).

Podstawowym źródłem napędu dla statków początkowo była więc siła ludzkich mięśni i wiosła, a następnie przez setki lat żagle. O ile żagle były bardziej praktyczne niż wioślarze, miały istotną wadę – były całkowicie zależne od siły wiatru i warunków pogodowych. Przy silnych sztormach rejs żaglowcem nie należał do łatwych i mógł zakończyć się utratą nie tylko żagli, ale również masztów. Uzależnienie od wiatru oznaczało również brak możliwości dokładnego zaplanowania rejsu i czasu jego trwania. Manewrowanie żaglowcami w portach i na wąskich akwenach także stanowiło spory problem.

Rozwiązaniem tego problemu było wprowadzenie niezależnego od wiatru źródła napędu, jakim były silniki parowe. Pierwszym parowcem był eksperymentalny statek Pyroscaphe zbudowany w 1783 roku. Zainstalowana w nim maszyna parowa napędzała koła łopatkowe umieszczone po bokach kadłuba. W ciągu kilku kolejnych latach podobne statki zaczęły powstawać w różnych częściach świata, zyskując coraz większą popularność, chociaż napęd parowy cały czas traktowany był jako niebezpieczny i problematyczny. W związku z tym wiele parowców zachowywało żagle jako podstawowe, lub dodatkowe źródło napędu. Dopiero w 1807 roku powstał pierwszy praktyczny parowiec bocznokołowy – North River Steamboat Roberta Fultona.

Początkowo parowce bocznokołowe zyskały jednak popularność tylko na krótkich trasach i w portach jako holowniki i jednostki pomocnicze. Dopiero po kilku latach zaczęto projektować większe statki morskie o oceaniczne. W większości były to jednak cywilne jednostki, ponieważ olbrzymie i narażone na uszkodzenia koła łopatkowe nie nadawały się do napędu okrętów wojennych. Wraz z popularnością nowego napędu zaczęto zauważać jego istotne wady. Bocznokołowce źle radziły sobie na otwartym morzu przy złej pogodzie. Dodatkowo olbrzymie koła łopatkowe zabierały sporo miejsca w kadłubie. Rosnąca popularność napędu parowego sprawiła jednak, że kolejni wynalazcy zaczęli szukać innych sposobów na napędzenie statków niż boczne koła.

Narodziny śruby napędowej

Różni wynalazcy eksperymentowali z śrubami napędowymi, ale wyniki ich działań nie przynosiły zbyt praktycznych rezultatów. Dopiero w 1775 roku David Buschnell zaprojektował pierwszy w historii okręt podwodny – Turtle, w którym zainstalował dwie, obracane ręcznie śruby napędowe. Mimo ręcznego napędu okazały się one bardzo praktyczne. Wraz z pojawieniem się napędu parowego wielu wynalazców zeczęło więc rozważać połączenie silnika parowego z śrubą napędową.

Koncepcje budowy takich statków przedstawiano głównie dowódcom flot, ale ich niechęć do mającego wiele wad napędu parowego sprawiły, że nie zrealizowano żadnej z tych koncepcji. W 1802 roku Amerykanin, John Stevens zaprojektował niewielką łódź napędzaną czterołopatową śrubą, ale z powodu problemów z silnikiem, porzucił projekt. W 1826 roku czeski wynalazca Josef Ressel zaprojektował statek Civetta o napędzie śrubowym, ale dalszy rozwój projektu przerwały problemy z zainstalowanym w statku silnikiem parowym/

Punktem zwrotnym w rozwoju napędu śrubowego był rok 1835. Dwóch wynalazców – John Ericsson i Francis Pettit Smith niezależnie zaczęło prace nad własnymi śrubami napędowymi. Pierwszy wniosek patentowy złożył Smith – 6 maja 1836 roku, a Ericsson 13 lipca 1836 roku. Wykorzystując swoje patenty, obaj zaprojektowali eksperymentalne łodzie i niewielkie statki o napędzie śrubowym, które testowali w 1837 roku i zaprezentowali przedstawicielom Royal Navy. Brytyjska Admiralicja nie była jednak specjalnie zainteresowana nowymi statkami, uznając je za niepraktyczne na otwartym morzu.

Ericsson ostatecznie wyjechał do Stanów Zjednoczonych, gdzie słusznie uznał, że zyska większe zainteresowanie swoimi projektami. Smith pozostał w Wielkiej Brytanii i postanowił przekonać Admiralicję, że nie ma racji, a napęd śrubowy ma sens. Aby tego dokonać, we wrześniu 1837 roku zmodyfikował swoją łódź instalując w niej nową śrubę i przepłynął nią z Blackwall do Hythe przez Ramsgate, Dover i Folkestone i z powrotem. W trakcie rejsu, 25 września płynął na otwartym morzu, gdzie obserwowali go oficerowie Royal Navy. Rejs Smitha zrobił na nich tak duże wrażenie, że postanowili zainteresować się projektem śruby napędowej, co otworzyło przed wynalazcą drogę do sukcesu.

SS Archimedes

Dzięki zainteresowaniu Royal Navy, Smith pozyskał inwestorów, dzięki którym mógł rozpocząć prace nad pełnowymiarowym statkiem o napędzie śrubowym. Wspólnie z inwestorami założył firmę Ship Propeller Company, która miała zbudować statek napędzany śrubą. Początkowo nadano mu nazwę Propeller, ale później zmieniono ją na Archimedes.

Budowę statku zlecono stoczni Henry Wimshurt z Londynu. Stępkę położono 18 sierpnia 1838 roku, a wodowanie miało miejsce 18 października 1838 roku. W swój pierwszy rejs Archimedes wyszedł 2 maja 1839 roku. Statek miał drewnianą konstrukcję, 38 m długości oraz wyporność około 240 ton, a napędzany był przez dwa silniki parowe o mocy 30 KM zaprojektowane przez firmę J. and G. Rennie, napędzające jedną śrubę projektu Smitha. Dodatkowo Archimedes posiadał ożaglowanie.

Archimedes po raz pierwszy wyszedł w morze 15 maja i podczas rejsu osiągnął prędkość 10 węzłów. Następnie statek wziął udział w rejsie porównawczym z bocznokołowcem HMRC Vulcan w Portsmouth. Wyniki prób były bardzo pozytywne, ale w trakcie rejsu powrotnego z Portsmouth doszło do eksplozji kotła, przez co statek trafił na remont trwający 5 miesięcy. Po naprawach Archimedes miał popłynąć do Holandii na pokaz, ale w trakcie rejsu doszło do awarii wału napędowego. W trakcie napraw zamieniono pojedynczą śrubę na dwie śruby innej konstrukcji.

Następnie statek poddano w Dover kolejnym próbom porównawczym z różnymi pod względem wielkości bocznokołowcami Royal Navy. W lipcu 1840 roku Archimedes wziął udział w rejsie dookoła Wielkiej Brytanii, w trakcie którego pokonał dystans 3228 km z średnią prędkością około 6 węzłów. W kolejnych miesiącach statek odbył wiele rejsów pokazowych do różnych portów w całej Europie, gdzie demonstrował swoje możliwości.

Mimo pozytywnych wyników prób, wbrew początkowym oczekiwaniom Smitha, Royal Navy nie odkupiła od niego Archimedesa. W związku z tym Ship Propeller Company wystawiał statek na sprzedaż, aby chociaż częściowo odzyskać zainwestowane w niego pieniądze. W 1845 roku Archimedes został wykreślony z rejestru Lloyda, ale w 1847 roku wpisano go ponownie do niego, ale po dużej przebudowie, w trakcie której usunięto z niego silniki i napęd. W kolejnych latach Archimedes pływał na różnych trasach jako tradycyjny żaglowiec, ale w latach 50. ponownie zniknął z rejestru Lloyda. Dokładny los statku nie jest do końca znany. 27 stycznia 1857 roku statek o dokładnie takiej samej nazwie zatonął w trakcie rejsu między Valparaiso a Melbourne, jednak nie wiadomo czy był to ten sam Archimedes.

Podsumowanie

Napęd śrubowy zrewolucjonizował transport morski, a SS Archimedes miał olbrzymi wpływ na jego rozwój, ale… pośrednio. Jego kariera była krótka, a zastosowane w nim rozwiązania wymagały dopracowania. Statkiem, który zdecydowanie wpłynął na popularyzację napędu śrubowego w jednostkach cywilnych był parowiec SS Great Britain zbudowany w 1844 roku. Jego twórca – Isambard Kingdom Brunel zmodyfikował projekt swojego statku w 1840 roku zainspirowany próbami Archimedesa. Po wejściu do służby Great Britain odniósł olbrzymi sukces i zainspirował kolejnych wynalazców do rozwijania napędu śrubowego.

Drugą jednostką, która znacznie wpłynęła na rozwój napędu śrubowego był HMS Rattler. Był to pierwszy brytyjski okręt wojenny wyposażony w śrubę napędową, ale miano to dzieli z amerykańskim okrętem USS Princeton, zaprojektowanym przez Johna Ericssona równolegle.

Ostatecznie napęd śrubowy całkowicie wyparł bocznokołowce, chociaż nie oznaczało to, że był pozbawiony wad. Statki bocznokołowe był zwrotniejsze i lepiej nadawały się do pływania po małych i wąskich akwenach, jednak miały wiele innych wad. Napęd śrubowy był bardziej uniwersalny i lepiej sprawdzał się na otwartym morzu. Minęło też wiele lat zanim opracowano taką śrubę napędową, która zapełniałaby optymalne osiągi.