船舶的推进装置从最初的风帆进化到明轮，直至演化出如今应用广泛的螺旋桨，体现了人类在船舶推进技术领域的重大进步。螺旋桨作为船上的重型机械设备，对船舶的快速性、舒适度和操纵性有着至关重要的影响。如今作为船舶标配的螺旋桨在设计与制造上已到达了较高水准，但其诞生却是源于一次发明实验的意外。
那么，螺旋桨到底是如何诞生的？它又经历了怎样的技术演进呢？让我们一起来探索这段充满智慧的航海历程。
自1807年第一艘用于商业运营的蒸汽明轮船“克莱蒙特”号诞生以来，蒸汽明轮船在19世纪的航运中，特别是内河和沿海航运中，发挥了重要作用。然而，蒸汽明轮船在推进效率、推力受吃水影响、远洋航行等方面的短板与不足，催生了一种新的推进装置——螺旋桨，由两个或较多的桨叶与轮毂相连，安装于船艉。1827年，一位奥地利林业工程师约瑟夫·雷塞尔获得了螺旋桨专利，两年后他将该螺旋桨装配上了蒸汽船“Civetta”号（图1），在Trieste港区试航时航速达到6节，但因试航过程中蒸汽管爆炸，警方禁止了后续试验。
1836年，英国工程师史密斯，从阿基米德螺旋泵上获得灵感，设计了一种螺旋形推进器，材料为木质，长度为两个螺旋，外形上看类似于红酒的起瓶器。为测试该螺旋形推进器的效果，史密斯专门建造了一艘约9米长的平底船，在船尾安装了其设计的螺旋形推进器，并用自己的名字为这艘船命名“法兰西斯·史密斯”号。该船于11月开始在帕丁顿运河上进行航行试验，船舶的航速仅能达到3.5节。在次年2月的一次航行中，一场偶然的事故使得螺旋形推进器被意外损坏、断裂，只剩下一小段螺旋叶片在船尾旋转，史密斯惊喜地发现破损的螺旋形推进器反而使船舶航速意外加快到了7节，整整提高了一倍。于是，人们开始将推进器由长螺杆状变成螺旋叶片状，螺旋桨就这样诞生了。
图1 蒸汽船“Civetta”号的模型/CIEXPO
与此同时，瑞典工程师艾瑞克森也在进行他的螺旋桨测试。1837年，艾瑞克森建造了一艘约14米长的螺旋桨动力蒸汽船，在泰晤士河上向英国海军部展示航行效果，船速达到了8.7节，可惜的是当时并未获得海军部的重视。同年9月，史密斯驾驶安装了改良版的铁制螺旋桨驱动船舶进行了长距离海上航行，虽然船舶在航行途中遭遇了暴风，但仍顺利到达目的地。这次航行是螺旋桨作为船舶推进器的一个重要里程碑。英国海军部目睹了螺旋桨推进的效率和实用性，积极鼓励史密斯建造更大尺度的船舶，以进一步验证螺旋桨推进技术的有效性。得到海军的重视后，史密斯开始吸引投资者共同成立了船舶螺旋桨公司（Ship Propeller Company），专门用于研究螺旋桨推进技术。1839年，该公司推出了世界上第一艘由螺旋桨驱动的船舶“阿基米德（SS Archimedes）”号（图2），该船长38米，船宽6.7米，是第一艘横渡大西洋的螺旋桨驱动船舶。
展开全文
图2 第一艘横渡大西洋的螺旋桨驱动船舶“阿基米德”号画像/WIKIPEDIA
艾瑞克森随后也建造了一艘更大的螺旋桨驱动船舶，于1839年航行到了美国，很快得到了美国海军的重视，该船成为了美国海军第一艘螺旋桨驱动的战舰“普林斯顿（USS Princeton）”号（图3）。该船长50米，船宽9.3米，装备了直径4.3米的六叶片螺旋桨。
图3 美国海军第一艘螺旋桨驱动的战舰“普林斯顿”号/美国海军国家博物馆
到19世纪中期，螺旋桨的设计在推进效率、减振降噪等方面经历了多次技术革新，钢铁等新型材料的使用也提高了螺旋桨的强度和使用寿命。1858年建造的蒸汽邮船“SS Great Eastern”号两侧安装有明轮，船艉装备有当时世界上最大的螺旋桨，配有四个叶片，直径7.3米，重量达36吨。由于螺旋桨的推进效率接近明轮，而且具有许多明轮无法竞争的优势，因此明轮在海船上逐渐消失。20世纪初，随着船舶工业的快速发展，螺旋桨的应用逐渐普及到各类商船、军舰和潜艇中。为了满足不同类型船舶对推进系统的需求，螺旋桨的设计进一步多样化，开始出现了可调螺距螺旋桨等新型设计，助力船舶在不同海洋环境下更加高效地航行。
作者：
大连海事大学综合运输研究所 赵瑞嘉
吉林省航道管理局 周炳丞
大连海事大学综合运输研究所 谢新连
️蛇来运转，鸿运新年
