Propellern är en självklar del av den moderna sjöfarten, men dess historia är förvånansvärt ung. Trots att principen var känd redan i antikens Grekland, tog det till 1800-talet innan propellern revolutionerade fartygsvärlden.
Hur kunde den här slående enkla tekniken dröja i två tusen år – och hur kan den utvecklas vidare i framtiden?
Titanics gåta och propellerns mekanik
Låt oss börja med att kolla in en debatt som rasar bland skeppshistoriker och tekniknördar. Den handlar om Titanics mittpropeller. I filmerna och på teckningarna som skildrar Titanics förlisning, kan vi se en fyrbladig propeller som pekar mot skyn då fartyget går under.
Inga fotografier av Titanics propellrar existerar, men däremot nog av systerfartyget Olympics propellrar. Och Olympics mittersta propeller (av inalles tre) hade bevisligen fyra blad. Så man utgick intill nyligen från att också Titanic hade samma uppsättning.
Däremot avslöjade ett internt dokument från skeppsbyggaren Harland & Wolff 2008 att Titanic de facto var utrustad med en trebladig mittpropeller. Något som är svårt att bekräfta, eftersom Titanics propellrar ligger inbäddade i gyttjan på havsbottnen.
Varför är det här ens en diskussion, varför är det viktigt? Jo, det illustrerar ingenjörernas eviga balansakt: effektivitet kontra komfort. Tumregeln är ju färre propellerblad, desto effektivare men mer vibrationer.
En tvåbladig propeller är i princip effektivast och snabbast (ett enda blad faktiskt skulle ge den största effekten, åtminstone i teorin). Men vibrationerna och kavitationen blir olidlig på ett stort fartyg.
Inte ens tre blad ger optimal komfort, till det krävs fyra. Passagerarfartyg som RMS Lusitania (sjösatt 1906) med tre stycken trebladiga propellrar skakade så att tekopparna hoppade på salongsborden – en stor skandal på sin tid.
Därför undrar många propellernördar fortfarande varför Titanic skulle ha försetts med en trebladig mittpropeller.
Från Arkimedes till ångmaskinens intåg
Redan de gamla grekerna använde ”Arkimedes skruv” (200 f.vt.) till att pumpa vatten och sädeskorn, bland annat. När idén sent omsider anammades av sjöfarten var det i form av en lång, skruvformad sak i aktern som bokstavligen skruvade fram fartyget genom vattnet.
1836 patenterade britten Francis Pettit Smith och svensk-amerikanen John Ericsson omedvetna om varandra sina egna, moderniserade varianter av skruvpropellern. Smiths genombrott kom när en brusten skruv visade sig effektivare – den var kortare och gav därmed lägre motstånd.
John Ericssons första propeller baserades i sin tur på sjöfåglarnas simfötter. Modellen fick namnet gåsfotpropeller. 1836 års patent var däremot en ny, betydligt modernare och effektivare konstruktion med blad som satt monterade i en ring.
Ericsson demonstrerade propellerns potential 1843 med fartyget USS Princeton, det första propellerdrivna krigsfartyget. Han var också en briljant skeppskonstruktör och väldigt inflytelserik inom amerikansk skeppsbyggnad.
Varför dröjde det så länge för propellern att mogna som innovation? Svaret ligger i kraftkällan. Romarnas galärer var försedda med åror. Åror är långa, de fungerar enligt hävstångsprincipen, så de funkar fint när man utgår från muskelkraft.
Propellern är däremot inte praktisk om man bara har starka armar att tillgå. Den krävde ångmaskinens vridmoment för att utnyttjas fullt ut. Under 1800-talets senare hälft ersatte den gradvis de klumpiga, sårbara och ineffektiva paddelhjulen.
Finländsk innovation tar propellern till följande nivå
Dagens fartygspropellrar har hur som helst kommit en lång väg från Smiths och Ericssons tidiga skruvar. Smith och Ericsson körde med rätt så simpla järn- och bronspropellrar som var bräckliga och känsliga för korrosion.
Moderna propellrar tillverkas ofta av nickel-aluminium-brons (NAB) eller speciallegeringar som är både korrosionsbeständiga och hållbara. För vissa tillämpningar används också kolfiber eller andra lätta kompositmaterial.
Den hydrodynamiska designen har också avancerat enormt. Bladen är numera designade med hjälp av datorstödda simuleringar. Man talar om CFD – Computational Fluid Dynamics. Det här optimerar effektiviteten och minskar på kavitationen.
De tidiga propellrarna hade raka, enkla, symmetriska former. Dagens propellrar har ofta asymmetrisk bladform för att minska vibrationer och buller, särskilt på passagerarfartyg.
Propellerbladens vinkel kan dessutom numera ofta varieras under gång för bästa effekt under olika varvtal och belastning.
Finlands bidrag till propellerns utveckling är Azipod-systemet, som togs fram av Strömberg (numera ABB Marine) i samarbete med Kvaerner Masa-yards på åttiotalet.
Azipod, eller mera allmänt ”roderpropeller”, bygger på en roterbar kapsel under vattnet i båtens akter som kombinerar både en elektrisk motor och själva propellern, vilket ger:
- 360 graders manövrering – perfekt för bland annat isbrytare i svåra isförhållanden och kryssningsfartyg i trånga hamnar.
- Bättre bränsleeffektivitet genom dieselelektrisk drift.
- Mer utrymme ombord när den traditionella propelleraxeln uteblir.
Framtiden: 3D-skrivare och Marshelikoptrar
Framtidens propellrar kommer i allt högre grad att tillverkas med 3D-skrivare. Det här möjliggör snabbare prototypframställning och avancerad design som inte är möjlig med traditionell verkstadstillverkning.
På det hela taget har propellern alltså kommit en lång väg. Det finns ju till och med en propellerdriven farkost på Mars numera, den obemannade minihelikoptern Ingenuity som landade på Mars 2021, tillsammans med rovern Perseverance.
Propellerns styrka ligger i dess enkelhet och tidlöshet. Som en fågelvinge kombinerar den form och funktion – ett bevis på att de bästa innovationerna ofta är de enklaste, och som harmonierar med naturens egna mönster.
