Колёсный пароход — это пароход, приводимый в движение паровым двигателем, который приводит в движение гребные колеса, чтобы продвигать судно по воде. В древности, лопастные колёса последовали за развитием шестов, вёсел и парусов, где первое использование было колёсами, приводимыми в движение животными или людьми.
В начале XIX века гребные колёса были преобладающим движителем паровых судов. Уже ближе к концу XIX века гребные колёса были в значительной степени вытеснены гребными винтами и другими морскими силовыми установками, которые имели более высокий КПД, особенно в бурной или открытой воде. Гребные колёса продолжают использоваться небольшими прогулочными лодками с педальным приводом и некоторыми судами, совершающими туристические рейсы. Последние часто приводятся в действие дизельными двигателями.
Гребные колёса
Лопастное колесо — это большое колесо со стальным каркасом. Наружный край колеса снабжен многочисленными, равномерно расположенными лопастями (называемыми плицами). Примерно нижняя четверть колеса движется под водой. Двигатель вращает колесо в воде, создавая тягу вперед или назад по мере необходимости. В более продвинутых конструкциях гребных колес используются методы «флюгирования», которые удерживают каждую лопасть колеса ближе к вертикали, находясь в воде, чтобы повысить эффективность. Надводная часть гребного колеса обычно заключена в кожух, чтобы свести к минимуму разбрызгивание воды. Боковую поверхность кожуха, так называемое сияние, часто используют для размещения названия судна, герба и т. п.
Типы колёсных пароходов
Существует два типа колёсных пароходов — заднеколёсные с одним или двумя колёсами на корме и пароходы с бортовыми колёсами - по колесу с каждого борта. Оба типа повсеместно использовались в качестве речных судов. Некоторые до сих пор работают для туристов, например, на реке Миссисипи.
Кормовое колесо Хотя первые пароходы с кормовыми колёсами были изобретены в Европе, наибольшей популярностью они пользовались в Северной Америке, особенно на реке Миссисипи. Enterprise был построен в Браунсвилле, штат Пенсильвания, в 1814 году в качестве усовершенствованной модели по сравнению с менее эффективными боковыми колесами. Второй пароход с кормовым колесом Washington (1816), имел две палубы и служил прототипом для всех последующих пароходов Миссисипи, включая те, которые прославились в книге Марка Твена Жизнь на Миссисипи.Life on the Mississippi, by Mark Twain
Боковое колесо Пароходы с боковыми колёсами используются как речные и прибрежные суда. Хотя боковые колёса и закрывающие обносы делают их шире, чем кормовое колесо, они могут быть более манёвренными, так как конструкции без постоянной механической связи между колёсами позволяют работать ими на разных скоростях и в противоположных направлениях (работа враздрай). Эта дополнительная манёвренность делает пароходы с бортовыми колёсами популярными на более узких извилистых реках системы Мюррей-Дарлинг в Австралии, где некоторые из них ходят до сих пор.
Европейские суда с боковыми колёсами, такие как PS Waverley, имеют жёсткую механическую связь между колёсами посредством общего вала, что ограничивает маневренность и придает судну большой радиус поворота. Некоторые из них были построены с лопастными муфтами, которые отключают одно или оба колеса, чтобы они могли вращаться независимо. Однако мудрость, почерпнутая из раннего опыта работы с боковыми колёсами, предполагала, что они должны эксплуатироваться с выключенными сцеплениями или как суда с твердым валом. Экипажи заметили, что по мере приближения кораблей к причалу пассажиры переходили к борту корабля, готовые к высадке. Сдвиг веса, добавленный к независимым движениям лопастей, может привести к дисбалансу и возможному опрокидыванию. Гребные суда-буксиры часто эксплуатировались со включенным сцеплением, так как отсутствие пассажиров на борту означало, что независимое движение гребного колеса можно было использовать безопасно, а добавленная манёвренность использовалась в полной мере.
Оперение гребного колеса
В простом гребном колесе, где лопасти закреплены по периферии, мощность теряется из-за вспенивания воды, когда лопасти входят и выходят из поверхности воды. В идеале лопасти должны оставаться вертикальными под водой. Этот идеал может быть приближен с помощью рычагов и рычажных систем, соединённых с неподвижным эксцентриком. Эксцентрик закреплен немного впереди центра главного колеса. Он соединен с каждой лопастью стержнем и рычагом. Геометрия спроектирована таким образом, что лопасти остаются почти вертикальными в течение короткого времени нахождения в воде.
История
Западный мир
Использование гребного колеса в навигации впервые появляется в механическом трактате римского инженера Витрувия (De architectura, X 9.5-7), где он описывает многозубые гребные колёса, работающие как судовой одометр. Первое упоминание о гребных колёсах, как средства передвижения происходит из военного трактата IV или V веков О военных делах (глава XVII), где анонимный римский автор описывает военный корабль с гребными колесами, запряжёнными быками:
Итальянский врач Гвидо да Виджевано (около 1280—1349 гг.), планируя новый крестовый поход, сделал иллюстрации для весельной лодки, которая приводилась в движение ручными поворотными кривошипами.
На одном из рисунков анонимного автора «Гуситских войн» изображена лодка с парой гребных колес на каждом конце, вращаемых людьми, управляющими составными кривошипами. Эту концепцию усовершенствовал итальянец Роберто Валтурио в 1463 году, который разработал лодку с пятью наборами, где параллельные кривошипы соединены с одним источником питания одним шатуном, идея, принятая его соотечественником Франческо ди Джорджо.
В 1704 году французский физик Дени Папен построил первый корабль, приводимый в движение его паровой машиной, механически связанной с лопастями. Это сделало его первым, кто построил паровую лодку (или транспортное средство любого рода). Затем он выплавил первый в мире паровой цилиндр на чугунолитейном заводе в Феккерхагене.
В 1787 году Патрик Миллер из Далсуинтона изобрел двухкорпусную лодку, которая приводилась в движение на заливе Ферт-оф-Форт людьми, работающими на шпиле, которое приводило в движение весла с каждой стороны.
Один из первых действующих пароходов, Palmipède, который также был первым гребным пароходом, был построен во Франции в 1774 году маркизом Клодом де Жуффруа и его коллегами. Пароход длиной 13 м (42 фута 8 дюймов) с вращающимися лопастями испытывался на реке Ду в июне и июле 1776 года. В 1783 году новый гребной пароход де Жуффруа, Pyroscaphe, успешно плыл по реке Сона в течение 15 минут, прежде чем двигатель вышел из строя. Бюрократия и Французская революция помешали дальнейшему прогрессу де Жуффруа.
Следующая успешная попытка построить гребное паровое судно была предпринята шотландским инженером Уильямом Симингтоном, который предложил паровую энергию Патрику Миллеру из Далсуинтона. Опытные лодки, построенные в 1788 и 1789 годах, успешно работали на озере Лочмабен. В 1802 году Симингтон построил баржу-бурлак, Charlotte Dundas, для Forth and Clyde Canal Company. Во время испытаний в 1802 году он успешно вытащил две 70-тонные баржи почти на 32 км за 6 часов против сильного встречного ветра. Энтузиазм был высок, но некоторые директора компании были обеспокоены тем, что берега канала были повреждены водой от прохода судна с двигателем, и больше ничего не заказывали.
Хотя Charlotte Dundas была первым коммерческим колёсным пароходом и пароходом, первым коммерческим успехом, возможно, был Clermont Роберта Фултона в Нью-Йорке, который поступил на коммерческую службу в 1807 году между Нью-Йорком и Олбани.
В 1812 году из Нового Орлеана начал курсировать первый в США колёсный пароход по реке Миссисипи. К 1814 году капитан Генри Шрив разработал «пароход» , подходящий для местных условий. Число высадок в Новом Орлеане возросло с 21 в 1814 году до 191 в 1819 году и более 1200 в 1833 году.
Первый колёсный пароход с кормовым колесом был построен в 1827 году в Роттердаме господином Roentgeres и использовался между Антверпеном и Гентом.
Коноводное судно — гребные лодки, приводимые в движение лошадьми, использовались для паромов в Соединённых Штатах с 1820—1850-х годов, поскольку они были экономичными и не несли лицензионных расходов, навязанных монополией пароходства. В 1850-х годах их заменили пароходы.
После Гражданской войны в США, когда расширяющиеся железные дороги принимали много пассажиров, перевозить стали в основном насыпные грузы. Самым большим и одним из последних колёсных пароходов на Миссисипи был Sprague — колёсный пароход с кормовым колесом. Построенный в 1901 году, он перевозил уголь и нефть до 1948 года.
Китай
Первое упоминание о гребном корабле из Китая содержится в Истории южных династий, составленной в VII веке, но описывающей военно-морские корабли династии Лю Сун (420—479), использовавшиеся в 418 г. н. э. адмиралом Ван Чжэнем в его кампании против Цян. Древнекитайский математик и астроном Цзу Чунчжи (429—500) построил на реке Синьтин (к югу от Нанкина) гребное судно, известное как «лодка тысячи ли»Needham, Joseph (1965). Science and Civilization in China, Vol. IV: Physics and Physical Technology, p.416. .. Во время кампании против Хоу Цзин в 552 году адмирал династии Лян (502—557) Сюй Шипу использовал гребные лодки, которые назывались «лодками с водяными колесами». При осаде Лияна в 573 году адмирал Хуан Фацю использовал гребные лодки с педальным приводом. Успешная конструкция колесного военного корабля была сделана в Китае принцем Li Gao в 784 году нашей эры во время имперского осмотра провинций императором династии Тан (618—907). Китайская династия Сун (960—1279) построила множество гребных кораблей для своего постоянного флота, и, по словам британского биохимика, историка и китаеведа Джозефа Нидема:
«… между 1132 и 1183 годами (н. э.) было построено большое количество гребных колёсных судов, больших и малых, включая суда с кормовыми колёсами и суда с 11 гребными колёсами на борту».Needham, 476
Стандартный китайский термин «колесный корабль» использовался в период Сун, тогда как для его описания использовалось множество красочных терминов. В 12 веке правительство Сун массово использовало гребные корабли для разгрома противостоящих армий пиратов, вооруженных их собственными гребными кораблями. В битве при Кайши в 1161 году гребные суда также с большим успехом использовались против флота династии Цзинь (1115—1234). Китайцы использовали колёсный корабль даже во время Первой опиумной войны (1839—1842) и для передвижения по Чжуцзян в начале 20 века.
Морские колёсные пароходы
Первое морское путешествие на колёсном пароходе было совершено на Олбани в 1808 году. Он шел от Гудзона вдоль побережья до реки Делавэр. Это было сделано исключительно с целью переправить речную лодку на новый рынок, но вскоре после этого колёсные пароходы начали регулярно совершать короткие поездки вдоль побережья. В 1816 году Pierre Andriel, французский бизнесмен, купил в Лондоне гребной пароход Margery мощностью 15 л. с. (позже переименованный в Elise) и совершил насыщенный событиями переход Лондон-Гавр-Париж, столкнувшись по пути с плохой погодой. Позже он управлял своим кораблем, как пакетботом на Сене, между Парижем и Гавром.
Первым колёсным пароходом, совершившим длительное морское плавание через Атлантический океан, была Саванна, построенная в 1819 году специально для этой службы. Саванна отправилась в Ливерпуль 22 мая 1819 года и увидела Ирландию после 23 дней в море. Это было первое пересечение Атлантики транспортным средством с мотором, хотя Саванна была построена как парусное судно с паровым вспомогательным оборудованием; она также несла полный комплект парусов для тех случаев, когда ветер был благоприятным, будучи не в состоянии завершить плавание самостоятельно. В 1822 году «Аарон Мэнби» Чарльза Нейпира, первое в мире железное судно, совершило первый прямой паровой переход из Лондона в Париж и первое морское плавание на железном корабле.