阿基米德號蒸汽船

背景

自从阿基米德于公元前三世纪发明了阿基米德式螺旋抽水机后，人们已掌握了使用螺旋构造移动水的原理。但一直到18世纪蒸汽机发明后，螺旋桨推进系统才慢慢从理论变成实际可用的推进方式，但最初人们尝试建造的原型船只都遭遇到了失败。
公元1807年，罗伯特·富尔顿成功建造出世界上第一个蒸汽动力船北河号。这艘船由桨轮驱动，桨轮因此成为当时最先进的推进系统。但螺旋桨的研究也同时在进行着，在1750年和1830年代之间，许多发明家取得了各种有关螺旋桨的专利，但这些发明很少进入实用化的测试阶段，少部分真的进行实用化测试的发明则无法达到令人满意的效果。

艾瑞克森与史密斯

公元1835年，英国的两位发明家约翰·艾瑞克森和法兰西斯·佩蒂特·史密斯各自对螺旋桨展开了研究。史密斯于5月31日首先取得了螺旋桨专利，六周后，在英国工作的瑞典天才工程师艾瑞克森也提交了他的专利。
史密斯随后建造了一艘小型模型船来测试他的发明，并在他自家亨顿农场的一个池塘中展示，之后模型船移到了伦敦的皇家阿德莱德实用科学画廊展出，当时的英国海军部长威廉巴罗爵士也参访了这艘原型船。在获得一位名叫赖特（Wright）的伦敦银行家的赞助后，史密斯建造了一艘30英尺、载重6吨、六匹马力的平底船，并用自己的名字为她命名为法兰西斯·史密斯号。法兰西斯·史密斯号装设了史密斯自己设计的木制螺旋桨，于1836年11月到1837年9月间在帕丁顿运河上展示。1837年2月的一次航行中，一场偶然的事故造成了两圈的木制螺旋桨损坏，变为只剩下一圈，但史密斯惊讶地发现破损的螺旋桨反而让船只的推进速度从每小时四英里增进为到八英里。史密斯随后将提交一份修改后的专利，以配合这一意外的发现。
在史密斯测试螺旋桨推进船只的同时，艾瑞克森也在进行他自己的测试。公元1837年，艾瑞克森建造了一艘45英尺长的螺旋桨动力蒸汽船，并以他的赞助人，美国驻利物浦的领事之名命名为Francis B. Ogden号。1837年夏天，艾瑞克森在泰晤士河上向英国海军部的资深人员展示了他建造的螺旋桨动力蒸汽船，其中包括海军测量员威廉·西蒙德斯爵士。尽管测试的船速达到了每小时10英里，足以媲美当时主流的外轮船，但是西蒙德斯与其他海军人员并不重视。海军部认为螺旋桨推进系统无法于远洋航行中使用，而西蒙德斯则认为螺旋桨推进的船只不能有效地操纵 。被英国海军部否决后，艾瑞克森建造了第二艘更大的螺旋桨推进船只Robert F. Stockton号，并于1839年将她航行到美国，在那里她很快得被美国海军采用，成为美国海军第一艘螺旋桨推进战舰，普林斯顿号。
当时英国海军抱持着螺旋桨不适合用于海上航行的观点，而史密斯决心证明它是错误的。1837年9月，史密斯驾驶他的小船（安装了改良版的单圈铁制螺旋桨）从伦敦的布莱克沃尔出发，航行至肯特郡的海斯，沿途停靠了拉姆斯盖特、多佛和福克斯通等港口。在9月25日返回伦敦的途中，英国海军与官员目睹了史密斯的船只在大海中遭遇到暴风并顺利航行。之后海军部对螺旋桨推进技术的兴趣恢复了，他们鼓励史密斯建造一艘全尺寸的船只，以更确实的验证螺丝桨推进技术的有效性。受到海军重视后，史密斯开始吸引投资者进行投资，包括银行家赖特和J. and G. Rennie工程公司，他们共同成立了一家名为船舶螺旋桨公司（Ship Propeller Company）的新公司。该公司原本预计将首艘建造的船只命名为螺旋桨号（Propeller），但最终以一位公元前三世纪的伟大发明家阿基米德为船命名为阿基米德号（Archimedes）。

设计与建造

1838年，亨利·维姆斯特在伦敦建造了阿基米德号。根据史密斯本人的说法，这艘船是由英国橡木制成的，但在劳氏集团的登记资料里指出该船至少部分的龙骨是采用波罗的海冷杉。该船长125英尺，宽22.5英尺，载重237吨。她被建造成一艘双桅纵帆船，有着经典的船体线条、细长的raking funnel和桅杆，在当时被认为是一艘漂亮的船只
。

机械构造

一开始，史密斯在寻找合适的发动机时遇到了一些困难，因为螺旋推进器不停发生一些他不熟悉的技术问题。最后J. and G. Rennie公司同意为史密斯设计并建造引擎，而Rennies本身也被说服在船舰及相关技术上共同获取经济利益。
由Rennies公司提供的两台引擎，拥有两个37英寸的三冲程气缸，额定马力约为80，实际马力约为60。引擎转速为26 rpm，通过传动装置以140rpm的转速驱动旋桨，锅炉运作压力为6 psi。1838年10月船只下水后，1839年安装引擎。
齿轮传动系统同样也产生了许多技术问题。史密斯透过圆柱齿轮和内齿轮将引擎的动力传至螺旋桨，其中最大的齿轮使用鹅耳枥属（一种传统上用于在风车上传动的白色木材）制造。但实际运作后发现这个齿轮传动装置噪音很大，而且船尾在航行中会产生很强的震动。

航行历史

1839年5月2日，阿基米德号展开了她的首航：从伦敦到泰晤士河口附近的施尔尼斯。5月15日，她开始了第一次海上航行：从格雷夫森德(肯特郡)到朴茨茅斯，她以出乎意料的10节航行速度高速完成了航程。稍后在朴茨茅斯港，阿基米德号在竞速航行中击败了当时英国海军部最快速的船只HMRC Vulcan号，目睹这些表现的海军高级官员因此对阿基米德号产生深刻印象。