Возвращение гребного колеса
Многие считают, что гребное колесо стало использоваться в качестве судового движителя одновременно с появлением парохода, а первым колесным судном, совершавшим регулярные рейсы, был пароход «Клермонт» (США, 1807). О гребном винте тогда речь даже не шла: его работоспособные версии появились только во второй половине 30-х годов XIX века.
Однако первые упоминания о гребном колесе, для привода которого использовалась мускульная сила человека или животных, относятся еще к древнейшим временам. На римском барельефе, датируемом VI веком до н. э., изображено судно с тремя парами гребных колес, которые приводятся в движение волами.
По свидетельству ряда рукописей, в 1161 году в Китае была построена джонка, снабженная гребными колесами, работавшими от ветряка. Не оставил без внимания этот движитель и Леонардо да Винчи, в бумагах которого найден эскиз колесного судна. Существуют и другие письменные свидетельства о гребных колесах, однако достойного применения им еще найти не могли из-за отсутствия приводного двигателя.
В 1707 году в Германии на реке Фульда появился первый в мире пароход, построенный французским ученым Дени Папеном. Он приводился в движение гребными колесами. И хотя испытания закончились взрывом котла, начало было положено. Первым же действительно работоспособным пароходом принято считать «Клермонт» Роберта Фултона с двумя гребными колесами диаметром 4,7 м с восемью лопастями шириной по 1,2 м. Детищем Фултона явился и первый в истории боевой пароход – пароходофрегат «Демологос», построенный в 1815 году. Интересно отметить, что это был катамаран, в промежутке между корпусами которого помещалось гребное колесо, защищенное таким образом от боевых и навигационных повреждений.
В 1815 году к пароходному клубу присоединилась и Россия: в Петербурге владелец механико-литейного завода Карл Берд построил товаро-пассажирский пароход «Елизавета» с машиной мощностью 4 л.с., приводившей в действие бортовые колеса диаметром 2,4 м с шестью плицами. 3 ноября пароход совершил первый рейс от Петербурга до Кронштадта, показав среднюю скорость 9,3 км/ч. Таким образом, Россия стала третьей страной в мире (после США и Англии) по времени организации собственного пароходостроения.
А что же представляет из себя гребное колесо? Это судовой движитель, представляющий собой частично погруженную в воду цилиндрическую конструкцию с поперечной осью вращения, по окружности которой закреплены прямоугольные лопасти (плицы). Судно приводится в движение упором периодически входящих в воду плиц.
Первоначально простейшая конструкция этого движителя имела неподвижные лопасти, что значительно снижало его эффективность: КПД составлял всего лишь 30–35%. Плицы входили в воду с ударом, а выходили из нее, «выгребая» воду, что влекло за собой вибрацию и повышенный шум. Для смягчения ударов о воду увеличивали диаметр колес, особенно на морских пароходах. Постепенно колеса достигли поистине циклопических размеров. Так, на сконструированном И.К. Брунелем «Грейт Истерне» (1858 г.) два гребных колеса имели диаметр 17,7 м, а каждая из 30 лопастей была 3,9 м в ширину и 1 м в высоту. Их максимальная частота вращения составляла 11 об/мин.
Неоднократно делались попытки избавить колесо от вышеупомянутых недостатков, но только в 1829 году Элайе Гэллоуэю удалось запатентовать гребное колесо, которое было лишено основных недостатков. Поворот лопастей, чтобы они входили в воду и выходили из нее перпендикулярно, обеспечивался с помощью шарнирного эксцентрикового механизма, приводимого в действие от самого колеса. Конструкция эта оказалась настолько удачной, что существует с небольшими изменениями до наших дней.
Эти и другие усовершенствования колеса привели к тому, что с середины XIX по начало XX века КПД гребных колес повысился с 0,30–0,35 до 0,7–0,75, то есть в два раза.
Кроме конструкции лопастей колеса отличаются и по расположению – бортовые и кормовые. Наибольшее распространение кормовые колеса получили на американских реках. Подобные суда не канули в вечность: в новом обличье заднеколесные «пассажиры» «American Queen», «American Heritage», «Belle of Louisville» и другие совершают круизы по Миссисипи.
По американским прототипам подобные пароходы строились и в Российской империи: по Волге ходили «Амазонка», «Ниагара» и т.д. В последние годы заднеколесные суда снова начали строить на отечественных верфях, но этого мы коснемся ниже.
Гребные колеса обладают как рядом преимуществ, так и многими недостатками. Остановимся на основных из них.
Преимущества:
‒ кормовое гребное колесо в условиях ограниченной осадки судна создает упор, намного превышающий упор гребного винта;
‒ бортовые гребные колеса позволяют разворачиваться почти на месте;
‒ тяга при буксировке выше, чем у винтовых судов, кроме того, возможна эксплуатация на малых глубинах, так как размеры колес не превышают осадку судна. Поэтому в СССР строительство речных колесных буксиров продолжалось до 1991 года (буксиры-толкачи серии БТК);
‒ колесный движитель, в отличие от винтового, допускает осмотр и ремонт без докования судна.
Недостатки:
‒ при сильной бортовой качке бортовые гребные колеса поочередно выходят из воды или погружаются слишком глубоко, судно рыскает, что затрудняет удержание на курсе. Кроме того, колеса подвергаются большим динамическим нагрузкам, могущим привезти к их поломке;
‒ более низкий КПД по сравнению с гребным винтом;
‒ снижение эффективности работы при изменении глубины погружения (например, при качке или вследствие изменения осадки судна);