Эпоха двигателей с крыльчатым ветроколесом (напоминающим воздушный винт) началась, по-видимому, в то время, когда ветряные установки стали получать все большее распространение в западных странах и когда в их конструкцию были привнесены элементы парусного вооружения судов, плававших в Персидском заливе и Средиземном море. Ветроколеса с лопастями из слабо натянутых треугольных кусков парусины, напоминающих парус небольшого судна, до сих пор можно видеть на островах Средиземноморья.
По мере того как ветряные двигатели получали распространение все дальше к западу и северу от Средиземноморья, они оказывались в районах, где часты сильные ветры. Это заставляло использовать более прочные лопасти. Деревянный решетчатый каркас лопастей обтягивался парусиной. Эволюцию таких двигателей можно проследить по рисункам средневековых английских графиков и живописным полотнам голландских мастеров.
Форма ветряного колеса в целом сохранялась прежней; усовершенствование шло по пути изменения пропорций. Лонжерон, который первоначально проходил по оси каркаса лопасти, постепенно смещался к передней кромке, пока не нашел окончательного положения на расстоянии примерно 1/4 длины хорды. (Хорда — это линия, соединяющая переднюю кромку сечения лопасти с задней; в точке, отстоящей на 1 /4 длины хорды от передней кромки, как правило, находится центр давления профиля лопасти.) На основании собственного опыта строители поняли, что размещение лонжерона в этом месте уменьшает крутильные деформации лопастей у работающего двигателя.
Принципиальное конструктивное изменение в тот же период претерпела и башня двигателя. У самых первых двигателей, построенных к северу от Средиземноморья, всю башню поворачивали вручную, как только ветер менял свое направление. Соответственно основание башни нельзя было жестко закреплять на твердом фундаменте и поэтому прочность конструкции была невысокой. Позже башни стали жестко крепить к основанию, и только верхнюю ее часть делали свободно поворачивающейся. За счет этих усовершенствований оказалось возможным делать двигатели гораздо больших размеров, чем до этого.
Другое усовершенствование начали внедрять примерно 400 лет назад, когда строители поняли, что лопасти работают лучше, если их слегка закрутить. К этой идее они пришли, очевидно, интуитивно, сообразив, что крутка лопасти компенсирует неравномерность распределения скорости обтекания различных сечений лопасти: сечения движутся с тем меньшей скоростью, чем ближе к оси они находятся. У лопасти, не имеющей крутки, углы между хордами сечений и направлением ветра далеки от оптимальных, а это ведет к потере мощности.
Самые хитроумные усовершенствования были связаны с изменением поперечного сечения (профиля) лопастей. Скашивание носовой части лопасти, примененное на ветряных двигателях в Голландии примерно в 1600 г., сделало лопасть вогнутой. Вогнутость способствует увеличению подъемной силы и уменьшению лобового сопротивления. Усовершенствование носовой части лопасти у английских ветряных двигателей конца XIX в. было связано не только с созданием вогнутости, но и с приданием ей аэродинамически выгодного контура за счет ее утолщения. В результате лопасть превратилась в настоящее самолетное крыло.
Эта медленная эволюция шла практически в отсутствие какой-либо теории и ясного понимания законов аэродинамики. Методом проб и ошибок, передавая опыт от поколения к поколению, люди улучшали форму лопасти, повышая тем самым эффективность ее работы. В то же время экономические факторы диктовали необходимость создания ветряных двигателей больших размеров.
