Utopená veľkou hospodárskou krízou: plachetnica "Barbara" na dieselový pohon. Turboplachty poháňajú lode vďaka magnus efektu Ako funguje vertikálna rotorová plachta?

Slávny dokumentárny seriál „Podvodná odysea tímu Cousteau“ nakrútil veľký francúzsky oceánograf v 60. a 70. rokoch 20. storočia. Hlavnou Cousteauovou loďou v tom čase bola Calypso, prerobená z britskej mínolovky. Ale v jednom z nasledujúcich filmov „Znovuobjavenie sveta“ sa objavila ďalšia loď, jachta Alcyone. Pri pohľade na ňu si mnohí televízni diváci položili otázku: aké sú tieto podivné sťažne a plachty nainštalované na jachte?

Cousteau Foundation získala Halcyone v roku 1985 a táto loď nebola považovaná ani tak za výskumnú loď, ale za základ pre štúdium účinnosti turboplachiet - pôvodného lodného pohonného systému. A keď sa o jedenásť rokov neskôr potopila legendárna Calypso, zaujalo jej miesto Alkyone ako hlavná loď expedície (mimochodom, dnes je Calypso zdvihnutá a v polovyrabovanom stave stojí v prístave Concarneau).

V skutočnosti turboplachtu vynašiel Cousteau. Rovnako ako potápačský výstroj, podvodný tanier a mnoho ďalších zariadení na objavovanie morských hlbín a hladiny svetových oceánov. Myšlienka sa zrodila ešte začiatkom osemdesiatych rokov a bolo vytvoriť čo najekologickejšie, no zároveň pohodlné a moderné hnacie zariadenie pre vodné vtáctvo. Najviac sa zdalo využitie veternej energie sľubný smer výskumu. Ale tu je problém: ľudstvo vynašlo plachtu pred niekoľkými tisíckami rokov a čo by mohlo byť jednoduchšie a logickejšie?

Samozrejme, Cousteau a spol. pochopili, že nie je možné postaviť loď poháňanú výlučne plachtou. Presnejšie, možno, ale ono kvalita jazdy bude veľmi priemerný a závislý od rozmarov počasia a smeru vetra. Preto sa pôvodne plánovalo, že nová „plachta“ bude len pomocnou silou, ktorá pomáha konvenčným dieselovým motorom. Turboplachta by zároveň výrazne znížila spotrebu nafty a v silnom vetre by sa mohla stať jediným pohonným zariadením plavidla.

A tím výskumníkov sa pozrel do minulosti - k vynálezu nemeckého inžiniera Antona Flettnera, slávneho leteckého konštruktéra, ktorý vážne prispel k stavbe lodí.

Flettnerov rotor a Magnusov efekt

16. septembra 1922 dostal Anton Flettner nemecký patent na takzvané „rotačné plavidlo“. A v októbri 1924 opustila experimentálna rotačná loď Buckau sklzy lodiarskej spoločnosti Friedrich Krupp v Kieli. Je pravda, že škuner nebol postavený od nuly: pred inštaláciou Flettnerových rotorov to bola obyčajná plachetnica.

„Flettnerova veterná loď je na perách každého vďaka nezvyčajne horlivej novinovej propagande,“ napísal Louis Prandtl vo svojom článku o vývoji nemeckého inžiniera.

Flettnerovou myšlienkou bolo využiť takzvaný Magnusov efekt, ktorého podstata je nasledovná: Keď prúdenie vzduchu (alebo kvapaliny) obteká rotujúce teleso, vzniká sila kolmo na smer prúdenia a pôsobí na teleso. . Faktom je, že rotujúci objekt vytvára okolo seba vírivý pohyb. Na strane objektu, kde sa smer víru zhoduje so smerom prúdenia kvapaliny alebo plynu, sa rýchlosť média zvyšuje a na opačnej strane znižuje. Tlakový rozdiel vytvára priečnu silu smerujúcu zo strany, kde je smer otáčania a smer prúdenia opačný, na stranu, kde sa zhodujú.

Tento efekt objavil v roku 1852 berlínsky fyzik Heinrich Magnus. Jeden z jeho klasických experimentov znel takto: „Mosadzný valec sa mohol otáčať medzi dvoma bodmi; rýchla rotácia bola udelená valcu, ako v hornej časti, šnúrou. Otočný valec bol umiestnený v ráme, ktorý sa zase mohol ľahko otáčať. Tento systém bol vystavený silnému prúdu vzduchu pomocou malého odstredivého čerpadla. Valec sa odchyľoval v smere kolmom na prúd vzduchu a na os valca, navyše v smere, z ktorého boli smery otáčania a prúdu rovnaké“ (L. Prandtl, „Magnus Effect and the Wind Ship“, 1925 ).

V skutočnosti Flettner urobil pomerne veľa jednoduchá vec. Na meter dlhú testovaciu loď nainštaloval papierový valec-rotor asi meter vysoký a 15 centimetrov v priemere a prispôsobil hodinový mechanizmus na jeho otáčanie. A loď odplávala. Po overení možnosti využitia bočnej sily vyplývajúcej z Magnusovho efektu v praxi sa Flettner rozhodol prestavať trojsťažník Bukau na rotačnú loď.

Dnes je Alkyone jedinou loďou na svete s turboplachtou Cousteau. Smrť veľkého oceánografa v roku 1997 ukončila stavbu druhej podobnej lode, Calypso II, a ďalší stavitelia lodí sa obávajú neobvyklého dizajnu...

Rotory Bukau boli poháňané elektromotormi. V skutočnosti nebol žiadny rozdiel v dizajne od klasických Magnusových experimentov. Na strane, kde sa rotor otáčal smerom k vetru, sa vytvorila oblasť vysokého tlaku a na opačnej strane oblasť nízkeho tlaku. Výsledná sila pohla loďou. Navyše táto sila bola mnohonásobne väčšia ako sila tlaku vetra na stacionárny rotor – asi 50-krát! To otvorilo pre Flettnera obrovské vyhliadky. Okrem iného bola plocha rotora a jeho hmotnosť niekoľkonásobne menšia ako plocha plachetnice, čo by poskytovalo rovnakú hnaciu silu. Rotor sa oveľa ľahšie ovládal a jeho výroba bola pomerne lacná. Zhora Flettner obložil rotory rovinnými doskami - to približne zdvojnásobilo hnaciu silu vďaka správnej orientácii prúdov vzduchu voči rotoru. Optimálna výška a priemer rotora pre Bukau boli vypočítané fúkaním modelu budúceho plavidla vo veternom tuneli.

Flettnerov rotor fungoval vynikajúco. Na rozdiel od bežnej plachetnice sa rotačná loď prakticky nebála zlého počasia a silného bočného vetra, mohla ľahko plávať na striedavých vetroch pod uhlom 25° k protivetru (pre konvenčnú plachtu je limit asi 45°). Dva valcové rotory (výška - 13,1 m, priemer - 1,5 m) umožnili dokonale vyvážiť plavidlo - ukázalo sa, že je stabilnejšie ako plachetnica, ktorou bol Bukau pred reštrukturalizáciou. Loď bola testovaná v pokojných podmienkach, v búrkach a so zámerným preťažením – a neboli zistené žiadne vážne nedostatky. Najvýhodnejším smerom pre pohyb lode bol smer vetra presne kolmo na os lode a smer pohybu (dopredu alebo dozadu) určoval smer otáčania rotorov.

Už vo februári 1925 Bukau úspešne preplávala z Danzigu do Škótska cez Severné more a o rok neskôr loď (premenovaná na Baden Baden) podnikla plavbu z Európy do Ameriky cez Atlantický oceán. V tom istom roku lodenica položila svoju druhú rotačnú loď - mohutný nákladný parník Barbara, poháňaný tromi 17-metrovými rotormi. Na každý rotor zároveň stačil jeden malý motor s výkonom len 35 koní. (pri maximálnej rýchlosti otáčania každého rotora 160 ot./min.)! Ťah rotorov bol ekvivalentný ťahu skrutkovej vrtule spojenej s bežným lodným dieselovým motorom s výkonom okolo 1000 koní. Na lodi však nechýbala ani nafta: okrem rotorov poháňala vrtuľu (ktorá zostala v prípade pokojného počasia jediným pohonným zariadením).

Koncom dvadsiatych rokov však zasiahla Veľká hospodárska kríza. V roku 1929 charterová spoločnosť odmietla pokračovať v prenájme Barbary a bola predaná. Nový majiteľ odstránil rotory a znovu namontoval loď podľa tradičného dizajnu. Napriek tomu bol rotačný pohonný systém horší ako skrutkový pohon v kombinácii s konvenčnou dieselovou elektrárňou kvôli svojej závislosti od vetra a určitým obmedzeniam výkonu a rýchlosti. Flettner sa obrátil na pokročilejší výskum a Baden Baden sa nakoniec potopil počas búrky v Karibiku v roku 1931. A na rotorové plachty dlho zabudli...

Turbosail Cousteau

Počas celého 20. storočia sa stavali aj plachetnice. V moderných lodiach tohto typu sa plachty zvíjajú pomocou elektromotorov a nové materiály výrazne odľahčujú dizajn. Ale plachetnica je plachetnica a myšlienka využitia veternej energie radikálne novým spôsobom je vo vzduchu už od čias Flettnera. A zdvihol ho neúnavný dobrodruh a prieskumník Jacques-Yves Cousteau.

Jachta navrhnutá Johnom Marplesom, Cloudia, je prestavaný trimaran Searunner 34. Prvými testami prešla jachta vo februári 2008 vo Fort Pierce na Floride v USA a jej vytvorenie financoval kanál Discovery TV. „Claudia“ sa ukázala ako neuveriteľne obratná – zastavila sa a zaradila spiatočku v priebehu niekoľkých sekúnd a voľne sa pohybovala pod uhlom asi 15° voči vetru. Citeľné zlepšenie výkonu v porovnaní s tradičným Flettnerovým rotorom je spôsobené dodatočnými priečnymi kotúčmi inštalovanými na prednom a zadnom rotore trimaranu.

23. decembra 1986, po spustení Halcyone spomínaného na začiatku článku, Cousteau a jeho kolegovia Lucien Malavar a Bertrand Charrier dostali spoločný patent US4630997 na „Zariadenie generujúce silu pomocou pohybujúcej sa kvapaliny alebo plynu“. Všeobecný popis patentovaného zariadenia je nasledovný: „Zariadenie je umiestnené v médiu pohybujúcom sa v určitom smere; v tomto prípade vzniká sila pôsobiaca v smere kolmom na prvý. Zariadenie sa vyhýba použitiu masívnych plachiet, v ktorých je hnacia sila úmerná ploche plachty.“ Aký je rozdiel medzi Cousteauovou turboplachtou a Flettnerovou rotorovou plachtou?

V priereze je turboplachta niečo ako pretiahnutá kvapka, zaoblená na ostrom konci. Po stranách „kvapky“ sú mriežky nasávania vzduchu, cez jednu z nich (v závislosti od potreby pohybu dopredu alebo dozadu) je vzduch nasávaný. Na maximalizáciu nasávania vetra do nasávania vzduchu je na turboplachte nainštalovaný malý ventilátor poháňaný elektromotorom. Umelo zvyšuje rýchlosť pohybu vzduchu na záveternej strane plachty, nasáva prúd vzduchu v momente jeho oddelenia od roviny turboplachty. To vytvára vákuum na jednej strane turboplachty a súčasne zabraňuje tvorbe turbulentných vírov. A potom pôsobí Magnusov efekt: riedenie na jednej strane, ako výsledok - priečna sila, ktorá môže uviesť loď do pohybu. Turboplachta je v skutočnosti krídlo lietadla umiestnené vertikálne; aspoň princíp vytvárania hnacej sily je podobný princípu vytvárania vztlakovej sily lietadla. Aby bola turboplachta vždy otočená najvýhodnejšou stranou k vetru, je vybavená špeciálnymi snímačmi a inštalovaná na otočnom tanieri.

Napodiv, v našej dobe sa v priemysle používajú celkom známe plachty. Lodiarske spoločnosti často zahŕňajú do návrhov veľkých tankerov a nákladných áut možnosť inštalácie vybavenia a plachetníc. Najznámejším projektom je nemecká dopravná loď MS Beluga SkySails, spustená 1. januára 2008. Loď vyvinie približne 15-20% svojho výkonu vďaka obrovskému drakovi s rozlohou 160 m2, spoločnosť ho plánuje zväčšiť na 320 m2. Drak je pripevnený na prove lode na lane, jeho správanie riadi počítač. Zvyčajne sa vznáša vo výške asi 100 m a vo vzdialenosti asi 500 m od lode, pričom loď ťahá so sebou. Do roku 2013 špecialisti zo SkySails GmbH & Co. KG plánuje vybaviť svojim systémom asi 400 plavidiel - každé takéto „ladenie“ výrazne zníži spotrebu paliva a množstvo škodlivých emisií do atmosféry.

V skutočnosti Cousteau prvýkrát testoval prototyp turboplachty na katamaráne „Windmill“ (Moulin à Vent) v roku 1981. Najväčšou úspešnou plavbou katamaránu bola cesta z Tangeru (Maroko) do New Yorku – pod „dozorom“ väčšej expedičnej lode.

A v apríli 1985 bola v prístave La Rochelle spustená prvá plnohodnotná loď vybavená turboplachtami. Dnes je stále v pohybe a dnes je vlajkovou loďou (a vlastne jedinou veľkou loďou) tímu Cousteau. Turboplachty na ňom neslúžia ako jediný pohon, ale pomáhajú bežnému spriahnutiu dvoch naftových motorov a niekoľkých vrtúľ (čo mimochodom umožňuje znížiť spotrebu paliva asi o tretinu). Keby bol veľký oceánograf nažive, pravdepodobne by postavil niekoľko ďalších podobných lodí, no nadšenie jeho spolupracovníkov po Cousteauovom odchode citeľne opadlo. Cousteau krátko pred smrťou v roku 1997 aktívne pracoval na projekte plavidla Calypso II s turboplachetnicou, no nestihol ho dokončiť. Podľa najnovších údajov bol Alkyone v zime 2011 v prístave Kaen a čakal na novú výpravu.

A opäť Flettner

Dnes sa robia pokusy oživiť Flettnerovu myšlienku a rozšíriť rotorové plachty. Napríklad slávna hamburská spoločnosť Blohm & Voss začala s aktívnym vývojom rotačného tankera po ropnej kríze v roku 1973 - ale už v roku 1986 ekonomické sily"uzavreli" tento projekt. Potom existovalo množstvo amatérskych návrhov; napríklad v roku 2007 študenti univerzity vo Flensburgu postavili katamarán poháňaný rotorovou plachtou (Uni-cat Flensburg).

A až v roku 2010 uzrela svetlo sveta tretia loď v histórii s rotorovými plachtami - ťažký nákladný automobil E-Ship 1, vyrobený na objednávku spoločnosti Enercon, jedného z najväčších výrobcov veterných generátorov na svete. 6. júla 2010 bola loď prvýkrát spustená na vodu a vykonala krátku plavbu z Emdenu do Bremerhavenu. A už v auguste vyrazil na svoju prvú pracovnú cestu do Írska s nákladom deviatich veterných generátorov.

Plavidlo je vybavené štyrmi Flettnerovými rotormi a samozrejme tradičným pohonným systémom v prípade pokojného počasia a pre dodatočný výkon. Rotorové plachty však stále slúžia len ako pomocné pohony - pre 130-metrový vozík ich výkon nestačí na vyvinutie správnej rýchlosti. Motorov je deväť elektrárne Mitsubishi a rotory sa otáčajú pomocou parná turbína vyrobené spoločnosťou Siemens, poháňané výfukovými plynmi. Rotorové plachty dokážu ušetriť 30 až 40 % paliva pri rýchlosti 16 uzlov.

Ale Cousteauova turboplachta zatiaľ zostáva v určitom zabudnutí: Alkyone je stále jedinou loďou plnej veľkosti s týmto typom pohonu. Skúsenosti nemeckých lodiarov ukážu, či má zmysel ďalej rozvíjať tému plachiet poháňaných Magnusovým efektom. Hlavná vec je nájsť ekonomické opodstatnenie a preukázať účinnosť. A potom, vidíte, celá svetová lodná doprava prejde na princíp, ktorý pred viac ako 150 rokmi opísal talentovaný nemecký vedec.

Naši priatelia a kolegovia z maďarského časopisu „Ezermester“ ponúkli svojim čitateľom postaviť tento zaujímavý model rotačnej jachty. Skúste to urobiť sami.

Obyčajnú plachtu pozná každý. Vietor ho rozfúka a vytvorí hnaciu silu. A rotorová plachta, ktorú vidíte na obrázkoch, prenáša silu na vrtuľu, ktorá funguje ako motor. Táto plachta má nevýhodu: model jachty ňou vybavený nemôže dosiahnuť rovnakú rýchlosť ako s konvenčnou plachtou. Ale sú tu aj výhody: po prvé, nie je potrebné „chytať vietor“ zmenou polohy plachty; po druhé, jachta pláva takmer rovnako v akomkoľvek uhle voči vetru a dokonca aj priamo proti vetru.

Rotor je na jachte inštalovaný vertikálne. Rotujúc pod tlakom vetra, on cez pól

kľukový pár je poháňaný hnacím hriadeľom.

Dizajn trupu jachty si vyberte sami. Dĺžka nádoby s uvedenými rozmermi rotora nie je väčšia ako 700 mm. Nevykopávajte telo z jedného kusu dreva - bude príliš ťažké. Vytvorte ľahký a odolný rám a obložte ho preglejkovou dyhou. Vnútro dyhy prikryjeme papierom (chráni preglejku pred prasknutím) a zakryjeme vodeodolným lakom.

Aby sa jachta neprevrátila, vybavte ju váženou stredovou doskou. Nainštalujte kormidlo na korme - jeho poloha by mala byť pevná.

Lopatky rotora ohnite z milimetrovej balzy alebo preglejky s hrúbkou 0,6 mm. Vytvorte disky z preglejky s hrúbkou 1-1,5 mm. Rotor by sa mal voľne otáčať na vertikálne namontovanom lúči.

Keď sa vám podarí postaviť a otestovať jachtu s rotorovou plachtou, skúste experimentovať so zmenou výšky a priemeru rotora, tvaru jeho lopatiek a veľkosti vrtule. Možno sa vám podarí zvýšiť rýchlosť jachty a zlepšiť jej stabilitu.

Užitočné šťavy

Plastovú fóliu je možné spojiť takto: vtlačte dva kusy fólie medzi kovové platne tak, aby okraje mierne vyčnievali, a nakreslite horiacu zápalku. Šev je zvarený.

Váš braček, ktorý robí prvé kroky, má problém udržať rovnováhu na klzkej podlahe. Prilepte dva tenké prúžky gumy pozdĺž chodidla k podrážke topánok - a dieťa môže bezpečne chodiť po vyleštenej podlahe.

Vložte malý permanentný magnet do zadnej časti rukoväte kladiva. Teraz bude pre vás ľahké zbierať rozptýlené nechty po dokončení práce.

Kandidát námorných vied V. DYGALO, profesor, kontradmirál. Kresby od autora.

Ruský štvorsťažňový bark "Kruzenshtern" je jediným predstaviteľom "lietajúcej línie P", ktorý prežil dodnes. Postavená v roku 1926 v Nemecku a dodnes slúži ako cvičná loď, ktorá pomáha pri výcviku nových generácií dôstojníkov ruského námorníctva.

Šampiónom medzi plachetnicami je päťsťažňový gigant Preussen.

Najrýchlejšia plachetnica, čajový strihač "Cutty Sark".

Ill. 1. Magnusov efekt.

Prvá rotačná loď "Bukau".

Loď s veterným pohonom na krídlach plachiet.

Nákladná loď "Dina-Schiff".

Tanker "Shin Eitoku Maru".

Plavidlo s vertikálnymi vzduchovými turbínami rotačného typu.

Je rovnako nemožné odpovedať na otázku, kedy bola plachta vynájdená, rovnako ako nie je možné uviesť meno autora slávnych paleolitických „Venuš“ - primitívnych ženských sôch, ktoré našli archeológovia na rôznych miestach euroázijského kontinentu. Možno sa obe – plachta aj „Venuša“ – objavili súčasne, v staršej dobe kamennej? O tomto môžeme len hádať. Jediné, čo môžeme s istotou povedať, je, že už pred 6000 rokmi plachta existovala – Egypťania pri plavbe po Níle používali rovnú plachtu.

Vývoj plachty išiel súbežne s vývojom ľudstva a dosiahol svoj vrchol v polovici 19. storočia, keď sa objavili známe „veterné žmýkačky“ - nožnice na čaj, a začiatkom 20. slávne lode typu "Flyins P" ("Flying P") hamburskej spoločnosti "Laesh." Jej päťsťažňová loď "Preussen" bola začiatkom 20. storočia považovaná za najväčšiu plachetnicu na svete: registračná kapacita - 5081 ton, výtlak - 11 000 ton Rekord zostal s 6500-metrovou plochou 45 plachiet (30 z nich na piatich stožiaroch bolo rovných). Akokoľvek veľkú úlohu mali prvé železné lode poháňané parným strojom, práve 19. storočie možno právom nazvať obdobím rozkvetu drevených plachetníc nákladných lodí. Konštruktéri pokračovali v práci na zlepšení kvality plachetníc a snažili sa zvýšiť ich rýchlosť, čo sa stalo jedným z hlavných faktorov zvyšujúcej sa konkurencie obchodných spoločností. V lodiarskej súťaži boli na čele dve krajiny – USA a Anglicko.

Američania ako prví postavili veľmi ľahké, štíhle a rýchle lode – clippery. Briti však nezaostávali a veľmi skoro sa začali skutočné súťaže medzi anglickými a americkými plachetnicami.

Priemerný výtlak lodí bol 1000-2000 ton, ale niektoré z nich mali výtlak až 3500-4000 ton, ich dĺžka bola šesťkrát väčšia ako ich šírka. Potom sa objavil známy princíp stavby lodí - „behy na dĺžku“. Vytvorením tohto typu lodí vytvorili stavitelia lodí skutočný zázrak. Trup strihača bol kompozitný: kýl a rámy boli železné, trup bol drevený, v podvodnej časti pokrytý medenými plechmi, aby sa zabránilo zanášaniu rias. Vďaka tomu bola zabezpečená ľahkosť konštrukcie plavidla bez toho, aby bola ohrozená jeho pevnosť.

Na zníženie veľkosti posádky na 23-28 osôb a uľahčenie ich práce na mori na týchto plachetniciach boli použité technologické výdobytky polovice 19. storočia: skrutkové riadiace pohony, ručné navijaky s ozubeným prevodom, čerpadlá so zotrvačníkom a iné mechanizmy. Na „peňovačoch mora“ bolo všetko podriadené dosiahnutiu najvyššej rýchlosti. Dlhé a štíhle lode s trupom hladkým ako telo úhora mali elegantne zakrivené, ostré stonky, ktoré prerezávali vlny ako nôž. Stožiare „mrakodrapov“ a superdlhé čelene niesli také množstvo plachiet, ktoré už nebolo možné prekonať. Slávne nožnice na čaj boli považované za najrýchlejšie: ich rýchlosť dosahovala 20 uzlov (37 km/h). Viac ako desať metrov za sekundu – tak rýchlo letela tisíctonová loď s ostrým nosom (správne, letela!) z vlny na vlnu. obchodné spoločnosti Každý rok bola udelená špeciálna cena lodi, ktorá ako prvá privezie nový zberový čaj z Číny – odtiaľ názov. V porovnaní s typmi plachetníc z predchádzajúcich storočí, namiesto dosiaľ obvyklých troch alebo vo výnimočných prípadoch štyroch radov rovných plachiet, plne navlečený kliper niesol na každom sťažni až sedem rovných plachiet. Ich mená (začínajúce zdola) medzi anglickými námorníkmi zneli takto: spodná plachta (predná alebo hlavná plachta), spodná horná plachta, horná horná plachta, horná horná plachta, horná horná plachta, „kráľovská“ plachta, „nebeská“ plachta, „mesačná“ plachta ( alebo „škrabka na oblohu“). Okrem hlavných plachiet uvedených na bokoch boli v prípade zadného vetra nainštalované ďalšie líščie plachty na tenké okrúhle „stromy“, líšky tiahnuce sa pozdĺž dvorcov a medzi sťažne boli nainštalované stojné plachty. Celková plocha všetkých plachiet bola 3300 m2 alebo viac. Keď sa kliper plavil pod plnými plachtami s priaznivým vetrom, zboku sa zdalo, že nad hladinou oceánu letí biely oblak. Pre ich milosť, efektívne tvary, množstvo plachiet a rýchlosť dostal strihač iné meno - „windjammers“ („veterné žmýkadlá“).

Čajové preteky sa zmenili na skutočnú súťaž v rýchlosti. Napríklad v roku 1866 opustilo Fuzhou (Čína) päť strojčekov s nákladom čaju takmer súčasne. Tieto preteky rýchlosti boli jednou z najvzrušujúcejších námorných plavieb cez polovicu sveta. Každý z piatich ambicióznych kapitánov sníval o tom, že ako prvý príde do Londýna. V pretekoch išlo o všetko. Jedna z plachetníc, Ariel, sa počas silnej búrky v Atlantickom oceáne plavila s veľkým zoznamom mnoho hodín za sebou. Po palube strojčeka sa valili strmé vlny. Ale namiesto toho, aby odstránila aspoň jednu plachtu, posádka pevne zakryla poklopy a všetky ostatné otvory plátnom. Aby sa námorníci nedostali cez palubu, priviazali sa na svojich pracoviskách špeciálnymi káblami. Boj so živlami pokračoval takmer pol dňa. Loď vyšla ako víťaz. 6. septembra, po necelých 99 dňoch, dorazila "Ariel" do Anglicka... Po otvorení Suezského prieplavu v roku 1869 sa lety plachetnicou na "čajovej" linke stali nerentabilnými. "Ariel" robil zvláštne práce, prepravoval uhlie z Anglicka do Japonska a Austrálie.

A predsa sa na krátky čas vrátili do módy strihacie lode. Austrália začala produkovať veľa vlny, ktorú Európa a Amerika potrebovali. Parných lodí schopných plaviť sa na také veľké vzdialenosti bez dodatočného nakladania uhlia nebolo dosť, a tak sme museli siahnuť po službách plachetníc. V októbri 1885 vyrazilo z austrálskeho prístavu Sydney do Anglicka šesť clipperov a medzi nimi aj Cutty Sark, ktorá bola nazývaná „kráľovnou morí“ pre jej nádherné línie, obrovskú kapacitu plachiet a schopnosť plavby. V šesťdesiaty siedmy deň plavby dorazila Cutty Sark do Londýna skôr ako ktokoľvek iný. To bol bezprecedentný rekord pre plachetnice. A to nielen plachtenie, ale aj paru. Na spiatočnej ceste predbehol strojček v tom čase najrýchlejšiu osobnú loď Britannia. Hovoria, že strážny dôstojník, ktorý zobudil kapitána, povedal:

pane! Vyjdite na most, deje sa niečo výnimočné - plachetnica nás predbieha!

Kapitán sa usmial a nepohol sa z miesta.

prečo ísť? Koniec koncov, toto je Cutty Sark a je zbytočné s ním súťažiť!

Vek clipperových lodí sa skončil v roku 1924, keď bola zošrotovaná jedna z posledných krásavcov Hasperus. A iba Cutty Sark sa plavil do roku 1949.

S koncom vojenskej a dopravnej plachetnice však plachta neskončila. Plachta ako pohonné zariadenie pre športové lode a člny zohráva a ešte dlho bude hrať obrovskú úlohu vo výchove námorníkov.

Rýchly technologický pokrok bol sprevádzaný vznikom vážnych environmentálnych problémov, ktoré niekedy spôsobili nenapraviteľné škody na prírode. Katastrofy s ropnými tankermi a obrovské požiare na poliach na mori to potvrdzujú. Pomôžte svetu námorníctvo Nové nápady a riešenia musia byť šetrné k životnému prostrediu. A plachta môže niesť novosť.

Našťastie pre ľudstvo sa vždy nájdu ľudia, ktorí sú schopní vidieť to, čo si ostatní nevšimnú, a ktorí majú nevyčerpateľnú zvedavosť – to je neoddeliteľná vlastnosť všetkých vynálezcov.

Takýmto človekom bol nemecký inžinier Anton Flettner (1885-1961). Raz, keď sa plavil na plachetnici a pozoroval úsilie námorníkov pracujúcich v búrke s plachtami vo výške 40-50 m, pomyslel si: je možné klasickú plachtu niečím nahradiť pri rovnakej sile vetra? Úvahy prinútili Flettnera spomenúť si na svojho krajana fyzika Heinricha Gustava Magnusa (1802-1870), ktorý v roku 1852 dokázal, že výsledná priečna sila pôsobiaca na teleso rotujúce v prúde kvapaliny alebo plynu obtekajúceho okolo neho smeruje v smere, v ktorom je rýchlosť prúdenia a rotácia tiel sa zhodujú.

Magnus potvrdil prítomnosť takéhoto účinku neskôr v experimente so šupinami. Na jednu z ich misiek bol vodorovne umiestnený valec s k nemu pripojeným motorom a na druhú vyvažovacie závažia. Valec bol ofukovaný vzduchom, ale kým sa motor nezapol, zostal nehybný a rovnováha váhy nebola narušená. Stačilo však naštartovať motor a tým prinútiť valec otáčať, pretože misa, v ktorej sa nachádzal, buď stúpala alebo klesala - v závislosti od smeru, ktorým rotácia prebiehala. Týmto experimentom vedec zistil: ak prúd vzduchu prúdi na rotujúci valec, potom sa rýchlosti prúdenia a rotácie na jednej strane valca pripočítajú a na druhej strane sa odpočítajú. A keďže vyššie otáčky zodpovedajú nižším tlakom, na rotujúcom valci umiestnenom v prúde vzduchu vzniká hnacia sila kolmá na prúdenie. Môže sa zvýšiť alebo znížiť, ak sa valec otáča rýchlejšie alebo pomalšie. Boli to Magnusove experimenty, ktoré dali Flettnerovi nápad nahradiť plachtu na lodi rotujúcim valcom. Okamžite sa však objavili pochybnosti. Na veľkej lodi budú takéto rotory skutočne vyzerať ako obrovské veže vysoké 20 - 25 m, čo v búrke vytvorí pre loď obrovské nebezpečenstvo. Na tieto otázky bolo potrebné odpovedať a Flettner začal svoj výskum.

V posledných júnových dňoch roku 1923 uskutočnil prvé pokusy s modelom na jazere Wannsee neďaleko Berlína. Išlo o necelý meter dlhý čln s papierovým valcom s priemerom asi 15 cm a výškou asi 1 m. Na otáčanie sa používal hodinový mechanizmus. Experimenty boli úspešné, ale zostalo veľa otázok, vrátane síl vznikajúcich na rotore počas rotácie.

Všetky ďalšie štúdie a súvisiace merania sa uskutočnili v laboratóriu. Ich výsledky boli nasledovné.

Ak je povrch rotujúceho rotora vystavený vetru, jeho rýchlosť sa mení. Tam, kde sa povrch pohybuje smerom k vetru, jeho rýchlosť klesá a tlak stúpa. Na opačnej strane rotora sa rýchlosť prúdenia vzduchu naopak zvyšuje a tlak klesá. Výsledný tlakový rozdiel vytvára hnaciu silu, ktorú možno použiť na pohyb nádoby.

Najprekvapivejšou vecou na Flettnerovom výskume však bolo niečo iné. Ukázalo sa, že výsledná hnacia sila bola mnohonásobne väčšia ako tlak vetra na stacionárny rotor. Výpočty ukázali, že použitá veterná energia bola približne 50-krát väčšia ako energia vynaložená na otáčanie rotora a závisela od jeho frekvencie otáčania a rýchlosti vetra. Vyjasnila sa aj ďalšia dôležitá okolnosť - možnosť plavby rotačného plavidla proti vetru so striedavými kurzami (cvakmi) blízko veternej čiary. Inými slovami, pre takéto plavidlo zostali v platnosti prirodzené zákony plavby, ktoré používali bežné plachetnice. Zároveň však boli jeho vyhliadky hodnotené jednoducho brilantne, pretože plocha rotora vo vzťahu k ploche plachiet bežnej plachetnice, porovnateľná s výtlakom s rotačnou loďou, bola iba 0,1 - 0,15 percenta. a jeho hmotnosť (rotora) bola asi 5-krát menšia ako celková hmotnosť plachetníc.

Prirodzene, jedna časť úsilia získaného v dôsledku rotácie valca sa vynakladá na vytvorenie driftu (posunutie pohybujúcej sa lode od línie kurzu) a druhá časť sa vynakladá na pohyb lode vpred.

Fúkanie vo veternom tuneli ukázalo: táto hnacia sila sa môže zvýšiť takmer 2-krát, ak zakryjete hornú časť valca diskom (vo forme plochej dosky), ktorého priemer je väčší ako priemer samotného valca. . Okrem toho bolo dôležité nájsť potrebné vzťahy medzi rýchlosťou vetra a uhlovou rýchlosťou otáčania rotora. Od toho závisí veľkosť sily spôsobenej rotáciou; Preto boli rotory najskôr testované v aerodynamickom tuneli a potom na modeli lode. Experiment umožnil stanoviť ich optimálne rozmery pre experimentálne plavidlo a názov „Flettnerov rotor“ bol odvtedy priradený nezvyčajnej pohonnej jednotke.

Ako prvé pokusné plavidlo sa na jeho testovanie použil otlčený trojsťažňový škuner „Bukau“ s výtlakom 980 ton. V roku 1924 boli namiesto troch stožiarov dva valcové rotory s výškou 13,1 m a priemerom 1,5 m. na ňom inštalované boli poháňané dvoma jednosmernými elektromotormi s napätím 220 V. Elektrickú energiu vyrábal malý dieselagregát s výkonom 33 kW (45 k).

Testy sa začali v Baltskom mori a skončili sa úspešne. Vo februári 1925 loď opustila „slobodné mesto Danzig“ a smerovala do Anglicka. V Severnom mori sa Bukau musel potýkať so silnými morami, ale škuner sa vďaka náležitému prebaleniu kýval menej ako bežné lode. Obavy, že by ťažké rotory negatívne ovplyvňovali stabilitu plavidla alebo by sami trpeli pri rolovaní, sa nenaplnili tlak vetra na ich povrch. Počasie bolo zároveň také zlé, že mnohé lode s rovnakým výtlakom ako Bukau hľadali útočisko v blízkych prístavoch. „Ani jedna plachetnica nemohla dokončiť plavbu, ktorú vykonal rotačný škuner,“ napísali anglické noviny.

Spiatočnú cestu do Cuxhavenu sprevádzali aj búrky. Tentoraz bola Bukau naložená uhlím pozdĺž čiary ponoru a opäť ukázala svoje výhody oproti iným plachetniciam. Vlny sa prevalili cez palubu a rozbili záchranný čln, ale samotné rotory neboli poškodené. Následne sa škuner premenoval na Baden-Baden a absolvovala ďalšiu náročnú plavbu: po silnej búrke v Biskajskom zálive prekonala Atlantický oceán a bezpečne dorazila do New Yorku.

Otočný pohonný systém získal veľkú pochvalu. Ukázalo sa, že je jednoduchšia na údržbu ako bežné plachty a rýchlo sa dostala do prevádzkového režimu, a preto sa rozhodli pokračovať v testovaní. V roku 1924 v lodenici akciová spoločnosť„Weser“ (Nemecko) bolo prvé plavidlo navrhnuté špeciálne na plavbu s rotačným pohonom. Dostala názov „Barbara“ a bola určená na prepravu ovocia z prístavov Južnej Ameriky do Nemecka. S dĺžkou 85, šírkou 15,2 a ponorom 5,4 m mala loď nákladnú kapacitu asi 3000 ton. Podľa pôvodného návrhu mala byť vybavená jedným obrovským rotorom s výškou 90 m a priemer 13,1 m, ale potom, berúc do úvahy skúsenosti škuneru "Bukau", bol kolosálny rotor nahradený tromi menšími - 17 m vysokým a 4 m v priemere Boli vyrobené z hliníkových zliatin so stenami hrubá o niečo viac ako milimeter. Pre každý rotor bol jeden motor s výkonom 26 kW (35 k), vyvíjajúci 150 ot./min. Pri sile vetra 5 (8-11 m/s) v priaznivom smere (uhol nábehu 105-110 stupňov) bol ťah rotačných pohonov ekvivalentný chodu motora s výkonom 780 kW (1060 k). ). Jednohriadeľový dieselový agregát s výkonom 750 kW (1 020 k) poháňajúci vrtuľu navyše dopĺňal ťah rotora, čo lodi umožnilo plávať rýchlosťou 10 uzlov (18,5 km/h).

Rotačné lode, ktoré boli v podstate plachetnice, mali oproti nim obrovské výhody. Už nebolo potrebné volať posádku na palubu, aby vyčistila a nastavila plachty; iba jeden dôstojník (na mostíku) ovládal pohyb rotorov pomocou niekoľkých rukovätí. Pri ostrom ťahu (proti vetru) sa tieto lode plavili až do 30 stupňov, zatiaľ čo u väčšiny bežných plachetníc je uhol medzi smerom vetra a smerom pohybu minimálne 40-50 stupňov. Rýchlosť pojazdu bola regulovaná rýchlosťou otáčania rotorov a manévrovanie bolo riadené zmenou smeru ich otáčania. Rotačné lode mohli dokonca cúvať.

Zložitosť konštrukcie rotačných pohonov a najmä skutočnosť, že lode nimi vybavené naďalej ostali plachetnicami so všetkými nevýhodami, z ktorých prvá bola úplná závislosť od vetra, neviedli k ich širokému používaniu. .

Napriek tomu sa dizajnéri znova a znova vracali k myšlienke využitia veternej energie. V polovici 60. rokov dvadsiateho storočia vznikli v mnohých námorných krajinách špeciálne dizajnérske kancelárie, ktoré sa zaoberali problémom veterného pohonu, teda pohybu lode pomocou veterných motorov a veterných pohonov. V prvom prípade dochádza k premene veternej energie na ťah pozdĺž reťazca: veterný motor - prevodovka (mechanická alebo elektrická) - vrtuľa. Konštrukčne sa veterné turbíny vyznačujú s horizontálnou osou otáčania (1-, 2-, 3- alebo viaclopatková turbína) a s vertikálnou osou, napríklad bubnová turbína; z hľadiska rýchlosti otáčania - vysokorýchlostné, ktoré majú vysokú rýchlosť otáčania (dobre sa kombinuje s elektrickými generátormi, pokiaľ ide o frekvenciu otáčania) a nízke otáčky, vytvárajúce veľký krútiaci moment priamo na vrtuli. Pri použití veterného motora nie je loď obmedzená vo výbere kurzu vzhľadom na smer vetra, veterný motor má však nízku účinnosť v dôsledku opakovanej premeny energie. Veterný motor je účinný pri rýchlosti vetra od 3-4 do 12-14 m/s a plavidlo sa pohybuje lepšie pri protivetre ako pri zadnom vetre; pri rýchlosti vetra 15-20 m/s ho treba zastaviť, keďže hrozí jeho zničenie.

Na jachtách boli úspešne testované experimentálne veterné turbíny rôznych konštrukcií. Avšak na veľkom prepravné lode nepoužívajú sa ani ako pohony elektrických generátorov, hoci experimenty v tomto smere pokračujú.

V druhom prípade ťažná sila ťahajúca loď vzniká priamo na veternej turbíne, ale plavba priamo proti vetru a v určitom rozsahu uhlov kurzu v blízkosti tohto smeru je nemožná; rýchlosti takýchto plavidiel závisia od rýchlosti vetra a sú relatívne nízke - 7-10 uzlov (13-18,5 km/h). Medzi hlavné typy veterných propulzorov patrí nám už známy Flettnerov rotor, krídlo-plachta a klasická plachta, ktoré sa stále zdokonaľujú a pozdĺž línie vzniku najnovšie materiály. Objavil sa lavsan odolný proti vráskam a žiaruvzdorný nitrón, materiály vyrobené z plastov a syntetických vlákien, vyznačujúce sa zvýšenou pevnosťou a ľahkosťou. Používajú sa pre moderné plavidlá s pohonom plachiet.

Prvé rozsiahle štúdie veterných turbín boli vykonané v rokoch 1960-1967 v Hamburg Institute of Shipbuilding, kde bol vyvinutý dizajn nákladnej lode s nosnosťou 17 000 ton 50 modelov vo veternom tuneli a testovanie v experimentálnom bazéne umožnilo v roku 1982 postaviť loď „Dina-Schiff“, ktorá dlho nemala vo svete obdoby. Je to plachetnica, ktorá unesie 16 500 ton nákladu a má pôsobivé rozmery: dĺžka - 160,5 m, šírka - 21 m Výška bočnice - 13 m, ponor - 9,1 m Každý zo šiestich otočných stožiarov nesie päť rovných plachiet, ktoré boli natiahnuté na profilovaných dvorcoch bez medzier a celkovo tvorili jednu efektívnu (vysokú a úzku) obriu plachtu s plochou 1200 m2 (celková plocha všetkých plachiet dosiahla 7200 m2). Elektromotory, ktoré zdvíhajú alebo sťahujú ktorúkoľvek z 30 plachiet, riadi strážny dôstojník z riadiacej miestnosti, kde je nainštalovaný počítač. Okrem plachiet bol Din-Schiff vybavený tromi dieselovými motormi s výkonom 330 kW (448 k). Loď vyvinula priemernú rýchlosť 12 uzlov a pri priaznivých vetroch až 16.

V ďalšom zlepšovaní projektu Dyna-Schiff pokračovala Výskumná spoločnosť Friedricha Weissa z nemeckého mesta Ahrensburg. Vytvorila veľkolepú plachetnicu nákladnú loď s automatickým sťahovaním plachiet, z ktorých každá bola navinutá na hriadeli umiestnenom v profilovanom dvore. Dĺžka lode na hromadný náklad je 65 m; dokáže vziať na palubu 1000 ton nákladu. Každý z troch otočných stožiarov nesie päť rovných plachiet; V prípade pokojného počasia bol navyše na loď nainštalovaný pomocný dieselový motor s výkonom 350 kW (476 k). Pri použití iba pohonu plachiet môžu takéto plavidlá dosiahnuť rýchlosť 12-14 uzlov a pri silnom zadnom vetre až 20 (37 km/h). To zodpovedá rýchlosti modernej kontajnerovej lode.

„Dina-Schiff“ a nákladná loď z Ahrensburgu nie sú na súčasných námorných cestách sami – od júna 1990 ich sprevádza vlajková loď organizácie Greenpeace „Rainbow-Urrior“, prerobená v Hamburgu na spôsob „ Dina-Schiff“. Keď je sila vetra 5, loď vyvinie rýchlosť viac ako 12 uzlov (22 km/h).

Vzhľadom na dobrý výkon vyššie uvedených plavidiel sa v súčasnosti projektujú plachetnice so suchým nákladom s nosnosťou 900 až 2000 ton. Nemeckí vedci sa však domnievajú, že pre nestálosť pravdepodobne nebudú rentabilné vetry fúkajúce pri jeho brehoch a navrhujú vybaviť bežné lode na suchý náklad a kontajnerové lode dodatočným plachetnicovým zariadením, čo povedie k úspore paliva o 10 – 25 percent.

Vývoj veterných turbín a veterných turbín je braný obzvlášť vážne v tých krajinách, kde sú prírodné zásoby ropy obmedzené alebo žiadne. V Japonsku tak bolo len v období 1980-1986 uvedených do prevádzky 10 plavidiel, ktoré mali okrem mechanického pohonu aj veterný pohon. Ich typickým predstaviteľom je pobrežný tanker Shin Eitoku Maru s výtlakom 1600 ton, spustený v júli 1980 spoločnosťou Imamura Shipbuilding. Jeho hlavné rozmery sú: dĺžka - 66, šírka - 10,6, ponor - 4,4 m Vybavený dvoma plachtami s plochou 97 m 2 a motorom s výkonom 1177 kW (1600 k). Priemerná rýchlosť tankera je 12 uzlov (22 km/h). Čas, ktorý ročne strávi plavbou, predstavuje 15 percent z celkového počtu.

Najvyšším úspechom v konštrukcii lodí pomocou schémy „mechanický motor plus veterný pohon“ bola japonská loď „Usiki Pioneer“. S výtlakom 26-tisíc ton má dĺžku 162,4, lúč 25,2 a ponor 10,6 m, dva hlavné motory s výkonom 2427 kW (3300 k) a dve plachty po 320 m 2 . Pri kombinovanom použití plachiet a jedného z motorov môže loď plávať priemernou rýchlosťou 13,5 uzla (25 km/h). Veterný pohonný systém je riadený príkazmi počítača.

Japonskí inžinieri vyvinuli aj dizajn plachetnice schopnej prepraviť 17-tisíc ton nákladu a 250 pasažierov. Všetky práce súvisiace s nastavovaním a čistením plachiet budú plne mechanizované. To umožní jednej osobe pomocou počítača zvládnuť 1500 m 2 plachiet umiestnených na šiestich stožiaroch za 20 sekúnd. Maximálna rýchlosť plavidlo - asi 20 uzlov (37 km/h). Dokáže „chytiť“ najmenší vánok. V prípade úplného pokoja je zabezpečená inštalácia motorov.

V roku 1985 vykonali poľskí vedci a dizajnéri viacúčelové a pomerne drahé testy možností plavby. Na 50-metrovom experimentálnom plavidle „Oceania“ s výtlakom 550 ton boli nainštalované tri stožiare z odolnej a ľahkej zliatiny s rovnými plachtami. s celkovou plochou 700 m2. Boli inštalované a odstraňované pomocou hydraulických pohonov a pomocou špeciálneho prevodu vyrobeného z odolného syntetického materiálu - Kevlaru. Keď sa vietor zväčšil, plocha plachiet sa zmenšila a keď vietor presiahol 25 m/s, boli zložené vo forme krabíc okolo sťažňa.

Táto skúsenosť umožnila staviteľom lodeníc v Gdansku postaviť v roku 1986 výletnú loď Gwarek, ktorej plachetnica bola takmer podobná plachetnici inštalovanej v Oceánii. "Gwarek" sa stal majetkom Travel Bureau ako plávajúci dovolenkový dom, ktorého pasažieri sú ubytovaní v 100 dvojlôžkových komfortných kajutách. Celé ovládanie plavidla sa vykonáva z mostíka pomocou počítača a hydraulických systémov.

Nové plachty si vyžadovali modernejšie upevnenie a čistenie. Bolo vyvinutých niekoľko dizajnov stožiarov a každý z nich má svoje vlastné „zvýraznenia“. Niektoré stožiare sú teda inštalované na otočných plošinách a plachty sa vysúvajú z dvorov a sťahujú sa do nich ako na filmovom plátne. A poľský vynálezca A. Borowsky zo Štetína dostal ešte v roku 1977 patent na stožiar, ktorý pozostáva z mnohých kovových rúrok spojených do jednej tenkým vonkajším plášťom z odolného syntetického materiálu. Tento dizajn je ľahší ako obvyklý a nie je horší ako jeho pevnosť.

Nové typy plachiet boli vyvinuté aj pre športové plavidlá. Najmä nové pohonné zariadenie - krídlo plachty - už našlo uplatnenie. Vyrába sa vo forme pevnej plachty, ktorá má podobný dizajn ako krídlo klzáku alebo lietadla, ale má symetrický profil prierezu. Inštaluje sa na ľadové člny a plachetnice, ktoré sa vyvíjajú vysoké rýchlosti, pri ktorej funguje pri nízkych uhloch nábehu. Ešte efektívnejšia je krídlo-plachta, ktorá má konvexno-konkávny profil, ktorý sa mení v závislosti od uhla nábehu a smeru lode alebo člna. Napríklad v dizajne použitom na katamaráne Patient Lady U (USA) sa krídlo plachty skladá zo šiestich častí, ktoré sa inštalujú automaticky pomocou počítača v určitých uhloch voči vetru. Je vyrobený z preglejky, sklolaminátu, peny a syntetickej tkaniny, jeho hmotnosť s plochou 28 m 2 je iba 46 kg.

Dizajnérov zaoberajúcich sa veterným pohonom a motormi najviac priťahujú tie projekty, ktoré umožňujú zvýšiť rýchlosť lodí na 20 uzlov, teda dosiahnuť rýchlosť nožníc na čaj. Uskutočňujú sa pokusy oživiť plachetnú flotilu moderný základ, využívajúce princíp pohonu vznášadlami a krídlovými krídlami.

Pozitívny vývoj nastal aj vo vývoji nových typov veterných turbín. Nemeckí inžinieri teda navrhli motor „kolotočového typu“, v ktorom je šesť polyesterových rovín umiestnených na dvoch vertikálnych osiach, otočených k sebe pod uhlom 60 stupňov. Vietor, ktorý pôsobí na takéto vzduchové turbíny, spôsobuje ich rotáciu – čím premieňa svoju kinetickú energiu na mechanická energia rotácia hriadeľa lodnej skrutky.

V súčasnosti existuje pomerne veľa rôznych projektov veterných turbín a veterných turbín, realizovaných aj vo fáze vývoja. Je z čoho vyberať, no odborníci dospeli k záveru, že najvhodnejšou možnosťou je inštalácia veterného pohonu na námorné a riečne plavidlá ako doplnok k hlavnému mechanickému motoru. To poskytne 25-30 percentnú úsporu paliva a poskytne lodiam celkom prijateľnú rýchlosť 16 uzlov a navyše namiesto výkonnej elektráreň aplikovať relatívne málo. Ešte jedna vec požadovaný stav: používanie všetkých nových typov pohonu plachetníc si vyžaduje rozsiahle zavedenie počítačov. Iba rýchle pôsobenie Počítačové inžinierstvo dokáže zohľadniť všetky parametre ovplyvňujúce pohyb lode, a tým zvýšiť bezpečnosť jej plavby.

Popisky k ilustráciám

Ill. 1. Ako je zrejmé z obrázku, na rotujúci valec začne pôsobiť sila priečna k smeru prúdenia vzduchu. Je teda zrejmé, že pre rotačné plavidlo je najpriaznivejší kurz, keď vietor fúka priamo na palubu. A smer pohybu závisí len od toho, či sa rotor otáča v smere alebo proti smeru hodinových ručičiek.

Ill. 2. Blízky vietor sa nazýva plný, ak je tento uhol väčší ako 66°, a strmý, ak je menší. Pohyb vpred zabezpečuje tá zložka tlaku vetra (a), ktorá sa zhoduje s kurzom plachetnice, pričom pôsobenie bočnej zložky (b) je neutralizované kýlom lode.

Škuner "Bukau" s rotorovými plachtami

Prvýkrát rotorové turboplachty od nemeckého inžiniera Anton Flettner boli úspešne testované na škuneri "Bukau" v roku 1924.

V 80. rokoch 20. storočia vyvinuli francúzski inžinieri pod vedením oceánografa Jacquesa-Yvesa Cousteaua zložitejšiu formu turboplachty. Najúspešnejšie bol použitý na lodi Alsion.

Technické prevedenie

koncepcia

Účinnosť systému však ešte nebola dôkladne preskúmaná. komparatívna analýza. Systém Turbosail bol úspešne prevádzkovaný len na dvoch lodiach a skupina Cousteau je jedinou organizáciou na svete, ktorá disponuje veľkým množstvom údajov o tomto zariadení. Stránka venovaná Halcionovi na webovej stránke Cousteau Team uvádza, že Turbosail dokáže ušetriť až 35 % paliva.

Skorý vývoj (1981-1982): "Moulin à Vent"

Cousteau a jeho výskumný tím nainštalovali svoj vynález na katamarán s názvom „Moulin à Vent“ (s fr.  - „veterný mlyn“) a testovali systém na ceste z Tangeru do New Yorku. Plavba sa chýlila ku koncu, keď neďaleko amerického pobrežia musela loď naraziť na vietor, ktorého rýchlosť presahovala 50 uzlov. Zvary držiace turboplachtu vo vzpriamenej polohe sa zlomili a prototyp sa zrútil do mora.

Prototypový systém pozostával z jedinej rúry natretej tmavomodrou farbou. Cieľom výskumného programu plavidla bolo určiť účinnosť ťahu systému. Hoci turboplachta poskytovala ťah a energiu, bola v menšom množstve ako konvenčné plachty a generátory, ktoré nahradila. Štrukturálne problémy so systémom viedli k deformácii konštrukcie a objaveniu sa trhlín v spodnej časti plachty (kvôli únave kovu). To všetko výrazne znížilo účinnosť turboplachty. Akonáhle bola základná myšlienka potvrdená, Cousteau a jeho tím prestali pracovať na prototype a úplne sa zamerali na väčšie plavidlo Alcion.

"Alsion"

Cousteau využil svoje nadobudnuté skúsenosti na stavbu novej lode. Spolu s inžiniermi stavby lodí vyvinul hliníkový trup, ktorý bol pevný a ľahký. Zadná časť podobná katamaránu dodávala plavidlu stabilitu a do dizajnu bola začlenená jediná prova, ktorá prerezávala vlny a uľahčila pohyb na rozbúrenom mori. Na palube boli namontované dve turboplachty a dva dieselové motory poháňali kompresory. Loď bola pomenovaná po Alcyone, dcére starogréckeho boha vetrov Aeola.

Pri výstavbe Halcyonu (začatej v roku 1985) boli zohľadnené výsledky práce s Moulin a Vent. Použitím dvoch turboplachiet so zníženým pomerom strán sa výrazne znížilo zaťaženie kovových plôch. Súčasťou oboch plachiet boli aj axiálne turbíny na výrobu energie a systém bol riadený počítačmi, ktoré v tom čase zlacneli. Počítače koordinovali činnosť turboplachiet a dieselových motorov, ktoré spúšťali, keď vietor úplne utíchol, a zastavili ich, keď bola rýchlosť vetra dostatočná. Na obsluhu lode stačilo len 5 ľudí.

V 80. rokoch Cousteau urobil z Alcionu vlajkovú loď svojej skupiny a hlavnú plávajúcu základňu pre výskum. Plavidlo oboplávalo svet a zbieralo informácie o použití turboplachiet v rôznych poveternostné podmienky, plne potvrdzujúci zámer tvorcov.

Po dvoch nezávislých testoch v Severnom mori potvrdila fínska spoločnosť Norsepower, ktorá navrhuje a vyrába rotorové plachty pre lode, úsporu paliva 5 až 20 %. Táto technológia sa nazýva Rotor Sail Solution a ide o vylepšenú verziu Flettnerovho rotora.

Počas prevádzky turboplachty sa valec otáča okolo svojej osi. Činnosť motora je založená na fyzikálnom jave, pri ktorom prúdenie vzduchu prúdiaceho okolo rotujúceho telesa vytvára dodatočnú silu.


Spoločnosť tvrdí, že technológia umožňuje ušetriť až 20 % paliva ročne v závislosti od poveternostných podmienok.

Prvé testy rotorových plachiet sa uskutočnili koncom roka 2014. Plavidlo nepretržite operovalo medzi Holandskom a Veľkou Britániou v Severnom mori rýchlosťou 16 uzlov.


Technické výskumné centrum vo Fínsku zbieralo údaje počas šiestich mesiacov, počas ktorých rotorová plachta fungovala 99 % času. Výsledky potvrdili, že rotorová plachta je schopná produkovať veľké množstvoťažná sila, ktorá poskytuje výraznú úsporu paliva.

„Úspešné testovanie našej veternej energie je prelomovým momentom nielen pre Norsepower, ale aj pre širší vývoj technológie veternej energie pre lodnú dopravu. Zistenia naznačujú, že keď sa technológia Norsepower implementuje vo veľkom meradle, môže priniesť až 20% úsporu čistých nákladov na palivo s dobou návratnosti menej ako štyri roky pri súčasných cenách palív, čo potvrdzuje, že veterné technológie sú komerčne životaschopné riešenia, ktoré znižujú