Kuidas paadi propeller töötab?

Paadi propeller töötab vett surudes, mis lükkab paati vastupidises suunas. Täpsemalt muudab see pöörlemisenergia tõukejõuks; seega tõstab pöörlev sõukruvi veesurvet oma taha ja liigub sõukruvi ette alandatud rõhuga alasse, võttes paadi endaga kaasa. Kaasatud jõud on kooskõlas Newtoni kolmanda seadusega – iga tegevuse jaoks on võrdne ja vastupidine reaktsioon. See tähendab, et kui paadi propeller lükkab vett tahapoole, tõukab see paati edasi.

Enne jõuliste mootorite väljatöötamist piirdus laeva tõukejõud tuulejõu ja käsitsi sõudmise või aerutamisega. Sõudmisel ja aerutamisel kasutatakse tavaliselt labasid, et lohistada paadi läbi vee, kuid üks tera kasutamine, mida nimetatakse scullingiks, toimib kõige enam nagu sõukruvi, kuna aerutaja surub vee paadi taha. Skuller seisab väikese paadi tagaosas ja pühib ühe aeru abil selle paadi sõidusuunaga enam-vähem risti kaares läbi vee, kusjuures iga kaare pühkimine väänab aeru nii, et tera. on sõidusuunaga 30–60 kraadise nurga all.

Paadi propelleri aluseks oleva kontseptsiooni töötas välja Archimedes kolmandal sajandil eKr. Ta töötas välja seadme nimega Archimedes Screw, mida kasutatakse siiani ja mis transpordib vett madalamalt kõrgemale. See on disainilt ja töölt väga sarnane moodsa tiguga, kuid seda kasutatakse endiselt laialdaselt kogu maailmas mitmesuguste ülesannete jaoks, sealhulgas niisutamiseks ja jäätmekäitluseks. Sarnaseid kruvisid katsetati ka mere jõuseadme jaoks. Kuulus ühemeheallveelaev Turtle, mis üritas 1776. aastal New Yorgi sadamas Briti laevu uputada, kasutas tõukejõuks käsitsi käitatavaid kruvisid.

Mootorajam sai meresõidukitele kättesaadavaks koos aurumasina väljatöötamisega 18. sajandil. Algselt oli suundumus kasutada tõukejõu tagamiseks suuri labasid, nagu ahtri- ja külgrattaga aerupaatidel. Leiutajad jätkasid katsetamist kruvitüüpi propelleritega, mis olid sõna otseses mõttes väga suured ja väga pikad kruvid. 1835. aastal purunes osa sellisest kruvist katsetamise käigus, jättes järele osa, mis nägi välja palju nagu tänapäevane paadi propelleri laba. See katkine kruvi lükkas paati kiiremini kui tavaline kruvi, mis viis kaasaegse paadi propelleri väljatöötamiseni.

Merejõu dünaamika on väga sarnane lennunduses kasutatavaga. Näiteks nagu lennuki labad, ei ole paadi propelleri labad tasased, vaid näivad olevat keeratud paralleelsest tasapinnast propelleri võlliga peaaegu risti. See nähtus põhineb vendade Wrightide 20. sajandi alguses tehtud uuringutel, mille käigus nad tegid kindlaks, et propelleri laba erinevates osades on optimaalsed tõukenurgad erinevad. Propelleri efektiivsuse suurendamiseks on laba võlli suhtes keeratud.

Inimkond on vee peal rännanud tuhandeid aastaid, tuginedes suurema osa ajast kas tuulele või lihastele. Propellerid on merejõuseadmete valdkonnas väga hiljutine arendus, kuid selle väikese osaga inimese merenduse ajaloost on tõusnud selles valdkonnas vaieldamatu ülekaalu tasemele, ilma et oleks näha ühtegi tõelist väljakutsujat.