Celebrul serial documentar "Odiseea subacvatică a echipei Cousteau" a fost împușcat de marele oceanograf francez în anii 1960-1970. Principala navă Cousteau a fost transformată apoi de la miniștrii britanici "Calypso". Dar într-unul din următoarele filme - "Re-deschiderea lumii" - a apărut un alt vas, iahtul "Alcyone". Privind la ea, mulți telespectatori și-au pus întrebarea: care sunt aceste conducte ciudate instalate pe iaht. Poate că sunt conducte de cazane sau sisteme de propulsie. Ce poate fi uimirea ta daca afli ca e SAIL ... o turboparace ...
Yacht fond „Alsiona“ Cousteau dobândite în 1985, și a considerat că nava nu este atât de mult ca o cercetare, cum ca bază pentru studierea eficienței turbosail - elicea navei originale. Și când 11 ani mai târziu, legendarul „Calypso“ sa scufundat, „Alsiona“ a avut loc sa ca nava principală expediție (de altfel, astăzi „Calypso“ este ridicat și costurile condiție polurazgrablennom la portul Concarneau).
De fapt, turbo-cuplul a fost inventat de Cousteau. Pe lângă uneltele de scufundare, o farfurie subacvatică și multe alte dispozitive pentru a explora adâncurile mării și suprafața Oceanului Mondial. Ideea sa născut la începutul anilor 1980 și a constat în crearea celui mai ecologic, dar în același timp convenabil și modern dispozitiv de propulsie pentru păsările acvatice. Utilizarea forței vântului părea a fi cea mai promițătoare direcție de cercetare. Dar iată un noroc bolnav: omenirea cu vele a venit cu câteva mii de ani în urmă și ce ar putea fi mai simplu și mai logic?
Desigur, Cousteau și compania și-au dat seama că era imposibil să construiești o navă condusă numai de pânză. Mai exact, este posibil, dar calitățile sale de conducere vor fi foarte mediocre și depind de căldura vremii și direcția vântului. De aceea, inițial sa planificat ca noua "pânză" să fie doar o forță auxiliară care ar putea fi utilizată pentru a ajuta motoarele diesel convenționale. În același timp, turburantul ar reduce în mod semnificativ consumul de motorină, iar vântul puternic ar putea deveni singura elice a navei. Iar punctul de vedere al echipei de cercetători sa transformat în trecut - la invenția inginerului german Anton Flettner, faimosul designer de aeronave, care a contribuit serios la construcția de nave.
Turbo-aburul este un cilindru tubular echipat cu o pompă specială. Pompa creează un vid pe turbosail o parte prin pomparea aerului în vela, aerul exterior începe să curgă în jurul turbosail la diferite viteze și nava începe să se miște într-o direcție perpendiculară pe presiunea aerului. Este foarte asemănătoare cu forța de ridicare care acționează asupra aripii avionului - din partea de jos a aripii presiunea este mai mare și aeronava împinge în sus. Turbo-paras vă permite să mutați nava împotriva oricărui vânt, dacă este suficientă doar puterea pompei. Este folosit ca sistem auxiliar pentru un motor marin convențional. Două turboparas instalate pe comanda navei Cousteau "Alcyon" vă permite să economisiți până la 50% din combustibil.
Rotorul Flettner și efectul Magnus
Flettner idee a fost să folosească așa-numitul efect Magnus, care constă în principal în următoarele: în cazul în care fluxul de aer (sau lichid) curge în jurul corpului rotativ, formează o forță perpendiculară pe direcția de curgere și care acționează asupra corpului. Lucrul este că obiectul rotativ creează o mișcare de vârtej în jurul său. Pe cealaltă parte a obiectului, unde direcția vortexului coincide cu direcția fluxului de lichid sau gaz, viteza mediului crește, iar cu contrariul - cade. Diferența de presiune și creează o forță laterală direcționată din partea în care direcția de rotație și direcția de curgere sunt opuse, pe partea unde coincid.
"Moara de vânt a lui Flettner se află pe buzele tuturor datorită unei propagande ziare neobișnuit de zeloase", a scris Louis Prandtl în articolul său despre dezvoltarea unui inginer german.
Acest efect a fost descoperit în 1852 de către fizicianul din Berlin, Heinrich Magnus.
Inginerul german de aviație și inventatorul Anton Flettner (1885-1961) au intrat în istoria navigației ca un bărbat care încearcă să înlocuiască velele. Avea mult timp rătăcind pe o barcă cu pânze pe oceanele atlantice și indiene. Pe stâlpii de nave de navigație din acea epocă, au fost ridicate multe pânze. Echipamentele de navigație au fost costisitoare, complexe și, din punct de vedere aerodinamic, nu erau foarte eficiente. Pericolele permanente așteptau marinarii, care chiar și în timpul furtunii trebuiau să navigheze la înălțimea de 40-50 de metri.
În timpul călătoriei, tânărul inginer a avut ideea înlocuirii velelor, necesitând un efort mai mare de un dispozitiv mai simplu, dar mai eficient, a cărui propulsie principală ar fi și vântul. Reflectând asupra acestui lucru, a reamintit experimentele aerodinamice conduse de compatriotul său, fizicianul Henry Gustav Magnus (1802-1870). Ei au descoperit că atunci când cilindrul se rotește în fluxul de aer, o forță transversală apare cu o direcție care depinde de direcția de rotație a cilindrului (efectul Magnus).
Unul dintre experimentele sale clasice a fost următorul: "Un cilindru de alamă se poate roti între două puncte; Rotația rapidă a cilindrului a fost raportată, ca și în partea superioară, de un cordon. Cilindrul rotativ a fost plasat într-un cadru, care, la rândul său, putea să se rotească cu ușurință. Un jet puternic de aer a fost lansat pe acest sistem folosind o mică pompă centrifugală. Cilindrul este deviat în direcția perpendiculară pe jetul de aer către axa cilindrului și, mai mult decât atât, în direcția în care direcția de rotație a jetului și erau identice „(L. Prandtl“ efect Magnus și nava“1925 vânt).
A. Flettner credea imediat că velele pot fi înlocuite cu cilindri rotativi montați pe navă.
Se pare că în cazul în care suprafața cilindrului se deplasează împotriva fluxului de aer, viteza vântului scade și presiunea crește. Pe cealaltă parte a cilindrului, dimpotrivă, viteza fluxului de aer crește și presiunea scade. Această diferență de presiuni de pe diferite părți ale cilindrului este forța motrice care determină mutarea navei. Acesta este principiul de bază al funcționării echipamentului rotativ, care utilizează forța vântului pentru mișcarea navei. Este foarte simplu, dar numai A.Flettner "nu a trecut", deși efectul Magnus era cunoscut mai mult de o jumătate de secol.
Pentru a implementa ideea, a început în 1923 pe un lac lângă Berlin. De fapt, Flettner a făcut un lucru destul de simplu. A instalat un cilindru-rotor de hârtie de aproximativ un metru în înălțime și un diametru de 15 cm într-un barometru de testare, iar mecanismul ceasului a fost folosit pentru ao roti. Și barca a înotat.
Căpitanii navelor de navigație au batjocorit cilindrii lui A. Flettner, cu care dorea să înlocuiască velele. Inventatorul a reușit să se intereseze de invenția sa de patroni bogați. În 1924, doi cilindri rotativi au fost montați pe schiorul de 54 de metri "Buckau" în locul a trei stâlpi. Acești cilindri au rotit un generator diesel cu o putere de 45 CP.
Rotoarele "Bukau" se roteau de la motoarele electrice. De fapt, nu exista nici o diferenta fata de experimentele clasice ale lui Magnus in design. Din lateral, unde rotorul se rotește spre vânt, a fost creată o zonă de presiune mărită, din partea opusă - cea mai joasă. Forța rezultantă și-a mutat nava. În plus, această forță a fost de aproximativ 50 de ori mai mare decât forța presiunii vântului pe rotorul fix!
Acest lucru a deschis mari perspective pentru Flettner. Printre altele, zona rotorului și masa sa au fost de câteva ori mai mici decât zona brațelor de navigație, ceea ce ar da o forță motrice egală. Rotorul a fost mult mai ușor de gestionat, iar în producție era destul de ieftin. De sus, Flettner a acoperit rotoarele cu plăci plane - aceasta a crescut forța motrice de aproximativ două ori datorită orientării corecte a fluxurilor de aer față de rotor. Înălțimea și diametrul optim al rotorului pentru "Bukau" au fost calculate prin suflarea modelului vasului viitor în tunelul aerian.
Rotorul Flettner sa arătat perfect. Spre deosebire de navă care navighează obișnuită, nava rotativ aproape nu se teme de vreme rea și vânturi laterale puternice ar putea merge cu ușurință piuneze cu unghi variabil 25º la headwind (pentru limita normală naviga de aproximativ 45º). Două rotoare cilindrice (înălțime 13,1 m, diametru de 1,5 m) au făcut posibilă echilibrarea perfectă a navei - s-a dovedit a fi mai stabilă decât un sailer, pe care Bukau la avut înainte de perestroika. Testele au fost efectuate într-o calmă, furtună și supraîncărcare deliberată - și nu au existat deficiențe serioase. Cel mai favorabil pentru mișcarea vasului a fost direcția vântului exact perpendiculară pe axa vasului, iar direcția de deplasare (înainte sau înapoi) a fost determinată de direcția de rotație a rotoarelor.
În timpul acestei călătorii, nu era necesar să se cheme membrii echipajului pe punte pentru a schimba vele, în funcție de forța sau direcția vântului. A fost suficient pentru un navigator care, fără a părăsi cabina, putea controla activitatea rotoarelor. Anterior, echipajul schooner-ului a fost format din cel puțin 20 de marinari, după ce a fost transformat într-o navă rotativă, 10 persoane erau suficiente.
În același an, șantierul naval a pus cea de-a doua navă rotativă - nava puternică "Barbara", alimentată de trei rotoare de 17 metri. În același timp, pentru fiecare rotor, era suficient un motor mic, cu o putere de numai 35 CP. (la o viteză maximă de rotație a fiecărui rotor de 160 rpm)! rotor axial a elicei cu șurub axial echivalent cuplat cu motor diesel convențional unei nave de aproximativ 1000 de cai putere Cu toate acestea, combustibilul diesel în vasul să fie, de asemenea, prezent: în plus față de rotoare este stabilit în șurub de mișcare (care a fost singura forță motrice în cazul vremii windless).
Experiențele promițătoare au determinat compania de transport maritim "Rob.M.Sloman" din Hamburg în 1926 să construiască o navă "Barbara". În prealabil a fost planificată echiparea turbo-parașutelor - rotoarele Flettner. Pe un vas de 90 m lungime și 13 m lățime, trei rotoare cu o înălțime de aproximativ 17 m au fost montate.
"Barbara", așa cum a fost planificată, de ceva timp a transportat cu succes fructe din Italia în Hamburg. Aproximativ 30-40% din timpul călătoriei navei a fost condus de energia eoliană. Cu un vânt de 4-6 puncte, "Barbara" a dezvoltat o viteză de 13 noduri.
Sa planificat testarea unei nave rotative pe călătorii mai lungi în Oceanul Atlantic.
Dar la sfârșitul anilor 1920 a izbucnit Marea Depresiune. În 1929, compania charter a refuzat să închirieze în continuare "Barbara" și a fost vândută. Noul proprietar a scos rotoarele și a reintrodus nava conform schemei tradiționale. Totuși, rotorul a pierdut elicele în combinație cu o instalație de motorină convențională datorită dependenței de vânt și anumitor limitări ale puterii și vitezei. Flettner sa îndreptat spre cercetări mai promițătoare, iar Baden-Baden sa scufundat în cele din urmă în timpul unei furtuni din Caraibe în 1931. Și rotorul navighează de mult timp uitat ...
Începutul navei rotative, se pare, a fost destul de reușit, dar ele nu au fost dezvoltate și de mult timp au fost uitate. De ce? În primul rând, "tatăl" vaselor rotative A. Flettner sa aruncat în crearea de elicoptere și a încetat să mai fie interesat de transportul maritim. În al doilea rând, în ciuda tuturor avantajelor sale, vasele rotative au rămas cu vapoarele cu inconveniente inerente, dintre care cea mai importantă este dependența de vânt.
Barci de barci au fost construite și în secolul XX. În navele moderne de acest tip, armamentul de navigație este redus cu ajutorul motoarelor electrice, materialele noi fac posibilă simplificarea considerabilă a designului. Dar barca cu pânze cu barca cu pânze, iar ideea utilizării energiei eoliene într-un mod radical nou a fost în aer din zilele lui Fllettner. Și a fost luată de aventurierul și cercetătorul necunoscut și de cercetătorul Jacques-Yves Cousteau.
În secțiune transversală, turbo-bara este un fel de alungit și rotunjit de la capătul ascuțit al picăturii. Pe părțile laterale ale "picăturii" sunt grile de admisie a aerului, una dintre ele (în funcție de necesitatea deplasării înainte sau înapoi), aerul este aspirat. Pentru absorbția cea mai eficientă a vântului în admisia de aer pe turbo-parașut este instalat un mic ventilator, acționat de un motor electric.
Mărește în mod artificial viteza de mișcare a aerului din partea înclinată a veleului, aspirând jetul de aer în momentul detașării acestuia de pe planul turbo-parașutei. Acest lucru creează un vid dintr-o parte a turbo-aburului, împiedicând în același timp formarea de vârtejuri turbulente. Și apoi efectul Magnus acționează: vacuumul pe o parte, ca rezultat - forța transversală, care poate provoca deplasarea navei. De fapt, turboparasul este o aripă de aeronavă amplasată vertical, cel puțin principiul creării unei forțe motrice este similar cu principiul creării ridicării unui avion. Pentru a se asigura că turbo-paraserul a fost întotdeauna învins de vântul de partea cea mai avantajoasă, acesta este echipat cu senzori speciali și montat pe o placă turnantă. Apropo, brevetul Cousteau implica faptul ca aerul poate fi aspirat din interiorul turbo-aburului nu numai de un ventilator ci, de exemplu, de o pompa de aer - asa ca Cousteau a acoperit poarta pentru viitori "inventatori".
De fapt, pentru prima dată, Cousteau a testat un prototip turboparas pe catamaranul "Windmill" (Moulin à Vent) în 1981. Cea mai mare călătorie reușită a catamaranului a fost călătoria din Tangier (Maroc) spre New York, sub supravegherea unei nave de expediție mai mari.
Astăzi, se fac încercări de a revigora ideea de Flettner și de a face o masă rotativă de masă. De exemplu, renumita firmă Hamburg Blohm + Voss după criza petrolului din 1973 a început dezvoltarea activă a unui tanc rotativ, dar până în 1986, factorii economici au acoperit acest proiect. Apoi a existat o serie întreagă de modele de amatori.
Dar turbosail Cousteau rămâne într-o situație incertă, „Alcionul“ până în prezent - singurul vehicul full-size cu acest tip de propulsie. Experiența constructorilor de nave germane va arăta dacă este logic să dezvoltăm în continuare tema navigației, lucrând asupra efectului Magnus. Principalul lucru este să găsim o justificare economică pentru acest lucru și să dovedim eficiența acestuia. Și acolo, veți vedea, toate transporturile mondiale vor trece la principiul pe care un om de știință talentat german le-a descris acum mai bine de 150 de ani.
Situat în Singapore sudopromyshlennaya Compania «Vânt nou», dedicat crearea de tehnologii de reducere a consumului de combustibil și a emisiilor, oferă instalate pe tancuri și nave de marfă rotoare Flettner speciale de proiectare (pliabil). Acestea vor reduce consumul de combustibil cu 30-40% și va fi rambursat în 3-5 ani.
Compania de inginerie marină "Wartsila", care operează în Finlanda, are deja intenția de a adapta turbopara pe feriboturile de croazieră. Acest lucru se datorează dorinței operatorului feroviar finlandez Viking Line de a reduce consumul de combustibil și poluarea mediului.
Utilizarea rotoarelor Flettner pe ambarcațiuni de agrement este studiată de Universitatea din Flensburg (Germania). Se pare că creșterea prețurilor la petrol și încălzirea alarmantă a climei creează condiții favorabile pentru revenirea morilor de vânt.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: