Якщо швидкість перших пароплавів не перевищувала 4-6 уз, то вже через 15-20 років вони могли розвивати швидкість близько 12 уз. Захід вітрильного флоту був вирішений наперед, чому сприяла поява рушія принципово нового типу.
Перші спроби застосувати гребний гвинт мали місце в XVIII в. Однак, як стверджують історики, в новий рушій повірили лише в 1836 р коли їм оснастив свій бот англієць Френсіс П. Сміт. Винахіднику допоміг «його величність випадок»; розповідь про це деякі дослідники відносять до області історичних анекдотів.
Гвинт Сміта з двома витками спіралі був виготовлений з дерева. Одного разу під час чергового випробування бота в каналі судно здригнулося і. додало швидкості. Виявилося, що при ударі об який затонув предмет гвинт втратив половину спіралі. Надалі Сміт виготовляв гвинти з одновітковой спіраллю.
Гвинт Сміта витримав іспит, коли бот пройшов близько 400міль із середньою швидкістю 8 уз. При цьому частина рейсу проходила в штормових умовах, з якими колісному пароплава важко було б впоратися.
Мал. 5. Кормова край «Прінстона» з гвинтом Еріксона
Англійське Адміралтейство, оцінивши гвинт Сміта, в тому ж 1836 р доручив винахіднику побудувати велике гвинтове судно. Так. з'явився «Архімед» водотоннажністю 237 т, який прийнято вважати першим гвинтовим пароплавом. На гвинт діаметром 2,1 м працювали дві парові машини потужністю по 45л. с. На випробуваннях «Архімед» розвинув швидкість 9, 8 уз.
Оригінальним було рішення порівняти ефективність колісного і гвинтового рушіїв. «Архімед» з'єднали тросами, корми до корми, з колісним пароплавом «Вільям Гунстон». Машини дали хід, і «Вільям Гунстон». потягнув за собою первістка гвинтового суднобудування. Однак поспішати з висновками було рано.
Значною подією в історії розвитку корабельних рушіїв з'явився винахід шведом Іоном Еріксоном- в 1836 р гребного гвинта, в якому був використаний принцип лопатевих коліс. На відміну від звичайних коліс, вісь обертання яких розташовувалася поперек судна, колеса Еріксона мали вісь обертання, що проходить уздовж судна, і створювали осьової потік відкидаються мас води. Рушій складався з двох коліс, розташованих один за одним і оберталися в протилежні сторони. Надалі Еріксон спростив рушій, обмежившись одним колесом.
Мал. 6. Випробування на перетягування «Раттлера» і «Алекто»
У 1839г. Еріксон відправився в США і побудував там перший американський пароходофрегат «Прінстон» водотоннажністю 700 т з гвинтом власної конструкції (рис. 5). На випробуваннях корабель розвинув 14 уз - швидкість на ті часи небувалу.
При перетягуванні за описаним вище способом «Прінстон» відбуксирував колісний пароплав «Грейт Вестерн».
У гребного гвинта не бракувало противників. Вони не бажали визнати результати, досягнуті «Прінстоном», посилаючись на те, що водотоннажність порівнюваних судів, їх обводи і потужність машин були неоднакові. Остаточно, однак, крапки над «і» були поставлені, коли англійське Адміралтейство організувало порівняльні випробування двох спеціально побудованих в 1843р. однакових пароходофрегатов водотоннажністю 894т з паровою машиною потужністю 200л. с. - гвинтового «Раттлера» і колісного «Алекто».
Спочатку обидва корабля були випробувані під вітрилами і показали практично однакову швидкість, що служило підтвердженням їх геометричної подоби. Потім фрегати піддалися випробуванню перетягуванням. Після того як машини розвинули повну потужність, «Раттлера» почав буксирувати «Алекто» зі швидкістю понад 2 уз (рис. 6). Цим випробування не обмежувалися. Кораблі були перевірені на різних режимах, результати яких зведені в табл. 1. Скептики були осоромлені; «З'ясування стосунків» між колісними і гвинтовим рушіями закінчилося.
Таблиця 1 Швидкість порівнюваних кораблів на режимах
Гребний гвинт отримав визнання завдяки перевагам, головні з яких простота конструкції, невеликі розміри і відносно високий ККД. У міру вдосконалення гвинт придбав стабільну форму, з невеликими відхиленнями зберігається і понині.
Мал. 7. Схема створення упору при роботі гребного гвинта
Гребний гвинт складається з маточини з розташованими на ній лопатями (рис. 7). В основі роботи гребного гвинта лежить гідродинамічна сила, створювана різницею тисків на сторонах лопатей. Будь-яке концентрично перетин лопаті є елементом несе крила. Тому при обертанні гвинта на кожному елементі лопаті виникають такі ж сили, як на крилі.
Потік, що обтікає опуклу сторону лопаті (засмоктує сторона), злегка поджимается і внаслідок цього рух його прискорюється. Потік, що обтікає плоску (іноді злегка увігнуту) сторону лопаті (нагнітає сторона), зустрічаючи на своєму шляху перешкоду, пригальмовує і кілька уповільнює швидкість. Відповідно до закону Бернуллі, на засмоктує стороні лопаті тиск потоку падає і виникає зона розрідження. У той же час на нагнітаючої стороні лопаті, навпаки, тиск зростає і виникає зона
тиску. Внаслідок різниці тисків на боку лопаті утворюється гідродинамічна сила. Теорією і експериментальними дослідженнями встановлено, що основна частина гідродинамічної сили - 70-75% - створюється за рахунок розрідження на засмоктує стороні лопатей гвинта і тільки 30-25% - за рахунок тиску на нагнітаючої стороні лопатей.
Мал. 8. гвинтоподібно закручена струмінь, що відкидається гребним гвинтом
Проекція гідродинамічної сили на вісь гвинта являє собою упор гвинта. Ця сила сприймається лопатями, які через маточину і гребний вал передають її кораблю.
Оскільки лопаті мають гвинтоподібну поверхню, при обертанні гвинта вода не тільки відкидається назад, але і закручується в сторону обертання лопатей (рис. 8). Тим часом завдання рушія - тільки відкидати воду, не обертаючи її, створюючи реактивний імпульс - силу тяги. На закручування потоку і на подолання опору обертання гвинта в воді витрачається значна частка потужності, що підводиться до нього від двигуна.
Тому коефіцієнт корисної дії гвинта, рівний відношенню потужності, витраченої на створення тяги гвинта (корисна потужність), до всієї потужності, витраченої на обертання гвинта, завжди буде менше одиниці.
ККД гребних гвинтів коливається в діапазоні 0,5-0,7. Верхня межа вважається дуже високим і досяжний на малооборотних гвинтах великого діаметру. Для швидкохідних гвинтів невеликого діаметра ККД рідко перевищує 0,5-0,95. Але це в наші дні; у розглянутий же період гребні гвинти підбиралися зазвичай по прототипу або досвідченим шляхом і мали значно менший ККД.
Якщо на кораблях гребний гвинт порівняно швидко отримав визнання, то в комерційному флоті його поширення затрималося. Колісні пароплави часто не поступалися в швидкості гвинтовим, а побудована в Англії в 1866 році на замовлення турецького султана Абдула-Азіза, який живив пристрасть до швидкохідних судам, яхта «Махарусса» водотоннажністю 3185 т з паровою машиною потужністю 6400 л. с. і бортовими колесами діаметром 8,5 м на той період була самим швидкохідним паровим судном і розвивала на повному ходу 18,5 уз.
На трансатлантичних лініях аж до 1875р. все ще плавали колісні пароплави. Останнім з них була «Скотина» - володарка «Блакитної стрічки Атлантики» в 1862- 1867 рр.