Гребное колесо¶

Гребное колесо — это движитель судна, преобразующий энергию вращения вала силовой установки (паровой машины, двигателя внутреннего сгорания или мускульной силы) в упор, необходимый для движения судна. Конструктивно представляет собой колесо с лопастями (плицами), частично погружённое в воду. При вращении колеса лопасти отбрасывают воду назад, создавая реактивную силу, толкающую судно вперёд. Гребные колёса исторически предшествовали гребным винтам и получили широкое распространение в XIX веке, особенно на речных и озёрных судах.

¶История

¶Ранние прототипы и мускульный привод

Первые упоминания о гребных колёсах относятся к античности. В римских и китайских источниках описываются суда, приводимые в движение вращающимися колёсами с лопастями, которые вращались вручную или с помощью быков. Однако практическое применение таких устройств было ограничено из-за низкой эффективности мускульного привода. В эпоху Возрождения Леонардо да Винчи создал эскизы судна с гребными колёсами, приводимыми в движение вручную, но проект не был реализован.

¶Пароходы с гребными колёсами

Настоящий прорыв произошёл в начале XIX века с появлением паровой машины. Первым коммерчески успешным пароходом с гребными колёсами стал «Клермонт» (Clermont), построенный Робертом Фултоном в 1807 году. Он совершал регулярные рейсы по реке Гудзон в США. В России первый пароход с гребными колёсами — «Елизавета» — был построен в 1815 году на заводе Карла Берда в Санкт-Петербурге. Он совершал рейсы между Петербургом и Кронштадтом.

В середине XIX века гребные колёса стали доминирующим типом движителя на речных судах в Европе, России и Северной Америке. Особенно популярны они были на реках с мелководьем и извилистым руслом, где колёсные пароходы обладали лучшей манёвренностью и меньшей осадкой по сравнению с винтовыми судами. В России колёсные пароходы активно использовались на Волге, Дону, Неве, Амуре и других реках.

¶Упадок и вытеснение винтом

С конца XIX века гребные колёса начали вытесняться гребными винтами, которые обладали рядом преимуществ: более высокий КПД на глубокой воде, меньшая уязвимость при повреждениях, возможность расположения в кормовой части судна без изменения формы корпуса. Однако на мелководных реках и в условиях ограниченной осадки колёсные пароходы продолжали строиться вплоть до середины XX века. В России последние крупные серии колёсных пароходов были построены в 1950-х годах (например, пароходы типа «Иосиф Сталин»). В настоящее время гребные колёса используются в основном на туристических и прогулочных судах, а также на некоторых речных паромах.

¶Конструкция и типы

¶Основные элементы

Гребное колесо состоит из следующих частей:

• Ступица — центральная часть, крепящаяся к валу.
• Спицы — радиальные элементы, соединяющие ступицу с ободом.
• Обод — внешняя окружность, на которой крепятся лопасти.
• Лопасти (плицы) — пластины, непосредственно взаимодействующие с водой. Могут быть жёсткими или поворотными (шарнирными).

¶Классификация по расположению

• Бортовые колёса — устанавливаются по бортам судна, обычно по одному с каждой стороны. Такая схема характерна для большинства речных пароходов XIX века. Обеспечивает хорошую остойчивость, но увеличивает ширину судна.
• Кормовое колесо — располагается в кормовой части судна, за кормой. Часто применялось на американских речных пароходах (т.н. «миссисипские» колёса). Обеспечивает меньшую ширину судна, но ухудшает манёвренность.
• Внутреннее колесо — редкая конструкция, при которой колесо размещается в специальном канале внутри корпуса. Использовалось на некоторых экспериментальных судах.

¶Классификация по типу лопастей

• Жёсткие лопасти — неподвижно закреплены на ободе. При входе в воду и выходе из неё лопасть движется под углом, что приводит к потерям энергии и ударам. Просты в изготовлении, но менее эффективны.
• Поворотные (шарнирные) лопасти — лопасти подвешены на шарнирах и могут менять угол наклона при вращении колеса. Специальный механизм (эксцентрик) поворачивает лопасть так, чтобы она входила в воду и выходила из неё практически вертикально, минимизируя потери. Такая конструкция значительно повышает КПД колеса. Наиболее совершенные колёса с поворотными лопастями называются колёсами Фейрбэнка или колёсами Моргана.

¶Принцип действия

Гребное колесо работает по принципу реактивного движения. Вращаясь, лопасти захватывают воду и отбрасывают её назад. По третьему закону Ньютона, вода оказывает на лопасти силу, направленную вперёд — упор. Величина упора зависит от площади лопастей, скорости их движения относительно воды, угла атаки и плотности воды.

КПД гребного колеса обычно ниже, чем у гребного винта (60–70% против 70–80% у винта), но на мелководье и при малых скоростях колесо может быть эффективнее. Кроме того, колесо создаёт меньшую вибрацию и менее чувствительно к обрастанию корпуса.

¶Преимущества и недостатки

¶Преимущества

• Малая осадка — колесо может работать на мелководье, где винт будет задевать дно.
• Высокая манёвренность — бортовые колёса могут вращаться в разные стороны, позволяя судну разворачиваться на месте.
• Простота конструкции — колёса менее чувствительны к засорению и повреждениям, чем винты.
• Меньшая вибрация — работа колеса более плавная, чем у винта, что важно для пассажирских судов.

¶Недостатки

• Низкий КПД на глубокой воде и высоких скоростях.
• Большая ширина — бортовые колёса увеличивают габариты судна, что затрудняет шлюзование и проход в узких каналах.
• Уязвимость при волнении — при сильной качке лопасти могут выходить из воды, снижая упор.
• Шум и брызги — работа колёс создаёт значительный шум и водяные брызги.

¶Применение

¶Речные пароходы

Основная область применения гребных колёс — речные пароходы. В XIX — первой половине XX века они были основным типом движителя на реках России, США, Европы. В России знаменитые волжские пароходы (например, «Волгарь», «Самолёт») использовали бортовые колёса. В США — миссисипские колёсные пароходы с кормовым колесом (типа «Марк Твен»).

¶Озёрные и морские суда

Гребные колёса применялись и на морских судах, но в основном на небольших и среднеразмерных — паромах, буксирах, прогулочных катерах. На океанских лайнерах колёса уступили винтам уже в конце XIX века.

¶Современное использование

В настоящее время гребные колёса используются:

• На туристических и прогулочных судах (ретро-пароходы, аттракционы). Например, колёсный пароход «Н. В. Гоголь» (1911 года постройки) до сих пор совершает рейсы по Северной Двине.
• На некоторых речных паромах и буксирах в труднодоступных районах (например, в дельте Амазонки).
• В качестве экспериментальных движителей для судов на воздушной подушке и амфибий.

¶Интересные факты

• Самое большое в мире гребное колесо было установлено на американском пароходе «Грейт Истерн» (1858 год). Его диаметр составлял 17 метров, а масса — около 200 тонн.
• В России на реке Волге до сих пор действует несколько колёсных пароходов, используемых как плавучие музеи или рестораны.
• В 2020-х годах в России был построен новый колёсный пароход «Святая Русь» — современная реплика исторического судна для туристических целей.

¶Источники

• Морской энциклопедический словарь. — Л.: Судостроение, 1991.
• Б. И. Бенсон. История пароходства. — М.: Транспорт, 1985.
• А. В. Постников. Речные суда России. — СПб.: Морское наследие, 2010.
• Техническая энциклопедия. Т. 6. — М.: ОГИЗ, 1934.
• Материалы Музея речного флота (Нижний Новгород).