Удавена от Голямата депресия: дизелова платноходка "Барбара". Колонни платна: Ротационен кораб с ефект на Магнус

Известната документална поредица „Подводната одисея на екипа Кусто“ е заснета от великия френски океанограф през 60-те и 70-те години на миналия век. След това основният кораб на Кусто е преустроен от британски миночистач"Калипсо". Но в един от следващите филми - "Преоткриване на света" - се появи друг кораб, яхтата "Halcyone".

Гледайки я, много телевизионни зрители си зададоха въпроса: какви странни тръби са монтирани на яхтата?.. Може би това са тръби от котли или задвижващи системи? Представете си изненадата си, ако разберете, че това са ВЕТРИЛА... турбоветрила...

Фондация Cousteau придобива яхтата Alcyone през 1985 г. и този кораб се разглежда не толкова като изследователски кораб, а като основа за изучаване на ефективността на турбоветрилата - оригиналната система за задвижване на кораба. И когато 11 години по-късно легендарният Калипсо потъва, Алкионе заема неговото място като основен кораб на експедицията (между другото, днес Калипсо е вдигнат и в полуразграбено състояние стои в пристанището на Конкарно).

Всъщност турбоветрилото е изобретено от Кусто. Също като водолазно оборудване, подводна чиния и много други устройства за изследване на морските дълбини и повърхността на Световния океан. Идеята се ражда в началото на 80-те години на миналия век и е да се създаде възможно най-екологичното, но същевременно удобно и модерно задвижващо устройство за водолюбиви птици. Използването на вятърна енергия изглеждаше най-обещаващата област на изследване. Но тук е проблемът: човечеството е изобретило платното преди няколко хиляди години и какво може да бъде по-просто и по-логично?

Разбира се, Кусто и компания разбират, че е невъзможно да се построи кораб, задвижван само с платна. По-точно, може би, но то качество на возенеще бъде много посредствено и зависи от капризите на времето и посоката на вятъра. Поради това първоначално беше планирано новото „платно“ да бъде само спомагателна сила, използвана за подпомагане на конвенционалните дизелови двигатели. В същото време турбоветрилото значително ще намали разхода на дизелово гориво и при силен вятър може да се превърне в единственото задвижващо устройство на кораба. И екипът от изследователи погледна към миналото - към изобретението на немския инженер Антон Флетнер, известен авиоконструктор със сериозен принос в корабостроенето.

Турбоветрилото е кух цилиндър, оборудван със специална помпа. Помпата създава вакуум от едната страна на турбосейла, изпомпвайки въздух вътре в платното, външният въздух започва да тече около турбосейла с на различни скоростии корабът започва да се движи в посока, перпендикулярна на налягането на въздуха. Това много напомня на подемната сила, действаща върху крилото на самолет - налягането е по-голямо отдолу на крилото и самолетът се избутва нагоре. Турбоветрилото позволява на кораба да се движи срещу всеки вятър, стига да има достатъчно мощност на помпата. Използва се като спомагателна система за конвенционален корабен двигател. Две турбоветрила, инсталирани на кораба на екипа на Кусто „Halcyon“, позволиха да се спестят до 50% гориво.

Ротор на Флетнер и ефект на Магнус

На 16 септември 1922 г. Антон Флетнер получава немски патент за така наречения ротационен съд. И през октомври 1924 г. експерименталният ротационен кораб Buckau напуска хелингите на корабостроителната компания Friedrich Krupp в Кил. Вярно е, че шхуната не е построена от нулата: преди монтирането на роторите на Flettner тя беше обикновен ветроход.

Идеята на Флетнер е да използва така наречения ефект на Магнус, чиято същност е следната: когато въздушен (или течен) поток тече около въртящо се тяло, се генерира сила, перпендикулярна на посоката на потока, която действа върху тялото. . Факт е, че въртящ се обект създава вихрово движение около себе си. От страната на обекта, където посоката на вихъра съвпада с посоката на потока течност или газ, скоростта на средата се увеличава, а от другата страна намалява. Разликата в налягането създава напречна сила, насочена от страната, където посоката на въртене и посоката на потока са противоположни, към страната, където те съвпадат.

„Ветроходът на Flettner е на устните на всички благодарение на необичайно ревностната вестникарска пропаганда“, пише Луис Прандъл в статията си за развитието на немския инженер.

Този ефект е открит през 1852 г. от берлинския физик Хайнрих Магнус.

Ефект на Магнус

Германският авиационен инженер и изобретател Антон Флетнер (1885–1961) влезе в морската история като човекът, който се опита да замени платната. Той имаше възможност да пътува дълго време на платноходка през Атлантическия и Индийския океан. На мачтите на ветроходни кораби от онази епоха са монтирани много платна. Ветроходното оборудване беше скъпо, сложно и аеродинамично не много ефективно. Постоянни опасности очакваха моряците, които дори по време на буря трябваше да се справят с платна на височина 40-50 метра.

По време на плаването на младия инженер хрумва идеята да замени платната, които изискват много усилия, с по-просто, но ефективно устройство, чийто основен двигател също ще бъде вятърът. Докато си мислеше за това, той си спомни аеродинамичните експерименти, проведени от неговия сънародник, физикът Хайнрих Густав Магнус (1802–1870). Те установиха, че когато цилиндърът се върти във въздушния поток, възниква напречна сила с посока, зависеща от посоката на въртене на цилиндъра (ефект на Магнус).

Един от неговите класически експерименти вървеше така: „Един месингов цилиндър може да се върти между две точки; бързото въртене беше придадено на цилиндъра, както в горната част, от шнур. Въртящият се цилиндър беше поставен в рамка, която от своя страна можеше лесно да се върти. Тази система беше изложена на силен въздушен поток с помощта на малка центробежна помпа. Цилиндърът се отклони в посока, перпендикулярна на въздушния поток и на оста на цилиндъра, освен това в посоката, в която посоките на въртене и потокът бяха еднакви" (L. Prandtl "The Magnus Effect and the Wind Ship", 1925 г. ).

А. Флетнер веднага помисли, че платната могат да бъдат заменени от въртящи се цилиндри, монтирани на кораба.

Оказва се, че там, където повърхността на цилиндъра се движи срещу въздушния поток, скоростта на вятъра намалява и налягането се увеличава. От другата страна на цилиндъра е обратното - скоростта на въздушния поток се увеличава, а налягането пада. Тази разлика в налягането от различни страницилиндър и е движещата сила, която кара кораба да се движи. Това е основният принцип на работа на ротационното оборудване, което използва силата на вятъра, за да задвижи плавателния съд. Всичко е много просто, но само А. Флетнер „не подмина“, въпреки че ефектът на Магнус е известен повече от половин век.

Той започва да изпълнява плана през 1923 г. на езеро близо до Берлин. Всъщност Флетнър направи доста просто нещо. Той инсталира хартиен цилиндър-ротор с височина около метър и 15 см в диаметър на тестова лодка с дължина метър и адаптира часовников механизъм, за да го върти. И лодката отплава.

Капитаните на ветроходни кораби се подиграваха на цилиндрите на А. Флетнер, с които той искаше да замени платната. Изобретателят успя да заинтересува богати покровители на изкуството в своето изобретение. През 1924 г. на 54-метровата шхуна Buckau вместо три мачти са монтирани два въртящи се цилиндъра. Тези цилиндри се въртят от дизелов генератор с мощност 45 к.с.

Роторите на Bukau се задвижваха от електрически двигатели. Всъщност нямаше разлика в дизайна от класическите експерименти на Магнус. От страната, където роторът се върти към вятъра, се създава зона с високо налягане, а от другата страна - област с ниско налягане. Получената сила премести кораба. Освен това тази сила е приблизително 50 пъти по-голяма от силата на натиска на вятъра върху неподвижен ротор!

Това отвори огромни перспективи за Flettner. Освен всичко друго, площта на ротора и неговата маса бяха няколко пъти по-малки от площта на платното, което би осигурило еднаква движеща сила. Роторът беше много по-лесен за управление и беше доста евтин за производство. Отгоре Flettner покрива роторите с плоскости, подобни на плочи - това приблизително удвоява движещата сила поради правилната ориентация на въздушните потоци спрямо ротора. Оптималната височина и диаметър на ротора за Bukau бяха изчислени чрез продухване на модел на бъдещия кораб в аеродинамичен тунел.

Турбоветрителят на Кусто -Към 2011 г. Alkyone е единственият кораб в света с турбовиделно платно на Кусто. Смъртта на великия океанограф през 1997 г. слага край на строителството на втори подобен кораб, Калипсо II, а други корабостроители са предпазливи към необичайния дизайн...

Роторът на Flettner се представи отлично. За разлика от конвенционалния ветроходен кораб, ротационен корабпрактически не се страхува от лошо време и силни странични ветрове, той може лесно да плава на редуващи се галсове под ъгъл от 25º спрямо насрещния вятър (за нормално плаване ограничението е около 45º). Два цилиндрични ротора (височина 13,1 м, диаметър 1,5 м) направиха възможно идеалното балансиране на кораба - той се оказа по-стабилен от платноходката, която Букау беше преди перестройката. Тестовете бяха проведени в спокойни условия, при бури и с умишлено претоварване - и не бяха установени сериозни недостатъци. Най-изгодната посока за движение на кораба беше посоката на вятъра точно перпендикулярна на оста на кораба, а посоката на движение (напред или назад) се определяше от посоката на въртене на роторите.

В средата на февруари 1925 г. шхуната Buckau, оборудвана с ротори Flettner вместо платна, напуска Данциг (сега Гданск) за Шотландия. Времето беше лошо и повечето ветроходни кораби не смееха да напуснат пристанищата. В Северно море Buckau води сериозна битка със силни ветрове и големи вълни, но шхуната се накланя по-малко от другите срещнати ветроходни кораби.

По време на това плаване не беше необходимо да се викат членове на екипажа на палубата, за да сменят платната в зависимост от силата или посоката на вятъра. Всичко, което беше необходимо, беше един часовник-навигатор, който, без да напуска рулевата рубка, можеше да контролира дейността на роторите. Преди това екипажът на тримачтова шхуна се състоеше от най-малко 20 моряка, след като беше превърнат в ротационен кораб, бяха достатъчни 10 души.

През същата година корабостроителницата положи втория си ротационен кораб - могъщият товарен лайнер Barbara, задвижван от три 17-метрови ротора. В същото време един малък двигател с мощност само 35 к.с. беше достатъчен за всеки ротор. (при максимална скороствъртене на всеки ротор 160 об/мин)! Тягата на роторите беше еквивалентна на тягата на винтов винт, свързан с конвенционален корабен дизелов двигател с мощност около 1000 к.с. Но дизелът също присъстваше на кораба: в допълнение към роторите той задвижваше витлото (което оставаше единственото задвижващо устройство в случай на тихо време).

Обещаващият опит подтикна корабната компания Rob.M.Sloman от Хамбург да построи Barbara през 1926 г. Предварително е планирано да бъде оборудван с турбоветрила - ротори Flettner. Три ротора с височина около 17 m са монтирани на съд с дължина 90 m и ширина 13 m.

"Барбара", както беше планирано, успешно транспортира плодове от Италия до Хамбург за известно време. Приблизително 30–40% от пътуването е задвижвано от вятъра. При вятър от 4–6 бала „Барбара“ развива скорост от 13 възела.

Планът беше да се тества въртящият се кораб при по-дълги пътувания в Атлантическия океан.

Но в края на 20-те години на миналия век настъпва Голямата депресия. През 1929 г. чартърната компания отказва да продължи да дава на лизинг Barbara и тя е продадена. Нов собственикпремахнаха роторите и преоборудваха кораба по традиционната схема. Все пак роторът беше по-нисък от винтовите витла в комбинация с конвенционална дизелова електроцентрала поради зависимостта си от вятъра и някои ограничения на мощността и скоростта. Flettner се обърна към по-напреднали изследвания и Баден-Баден в крайна сметка потъна по време на буря в Карибите през 1931 г. И те забравиха за роторните платна за дълго време ...

Началото на ротационните кораби изглеждаше доста успешно, но те не бяха развити и бяха забравени за дълго време. Защо? Първо, „бащата“ на ротационните кораби, А. Флетнер, се потопи в създаването на хеликоптери и престана да се интересува с морски транспорт. Второ, въпреки всичките си предимства, ротационните кораби си остават ветроходни кораби с присъщите им недостатъци, основният от които е зависимостта от вятъра.

Роторите на Flettner се заинтересуваха отново през 80-те години на ХХ век, когато учените започнаха да предлагат различни мерки за смекчаване на затоплянето на климата, намаляване на замърсяването и по-рационално потребление на гориво. Един от първите, които си спомнят за тях, е изследователят на дълбините, французинът Жак-Ив Кусто (1910–1997). За да се тества работата на турбоветрилната система и да се намали консумацията на все по-скъпо гориво, двумачтовият катамаран „Алкиона“ (Алкиона е дъщеря на бога на вятъра Еол) беше превърнат във въртящ се кораб. След като отплава през 1985 г., той посети Канада и Америка, заобиколи нос Хорн и около Австралия и Индонезия, Мадагаскар и Южна Африка. Той е прехвърлен в Каспийско море, където плава три месеца, правейки различни изследвания. Alcyone все още използва две различни системи за задвижване - два дизелови двигателя и две турбо платна.

Турбоветрило Кусто

През 20-ти век също се строят платноходки. В съвременните кораби от този тип платната се навиват с помощта на електродвигатели, а новите материали правят дизайна значително по-лек. Но платноходката си е платноходка и идеята за използване на вятърна енергия по радикално нов начин витае във въздуха от времето на Флетнер. И е взето от неуморния авантюрист и изследовател Жак-Ив Кусто.

На 23 декември 1986 г., след пускането на Halcyone, споменат в началото на статията, Кусто и колегите му Люсиен Малавард и Бертран Шарие получават съвместен патент № US4630997 за „устройство, което създава сила чрез използването на движеща се течност или газ .” общо описаниезвучи така: „Уредът се поставя в среда, движеща се в определена посока; в този случай възниква сила, действаща в посока, перпендикулярна на първата. Устройството избягва използването на масивни платна, при които движещата сила е пропорционална на площта на платното.“ Каква е разликата между турбоветрило Cousteau и роторно платно Flettner?

В напречно сечение турбоветрилото представлява нещо като продълговата капка, заоблена в острия край. Отстрани на „капката“ има решетки за всмукване на въздух, през една от които (в зависимост от необходимостта от движение напред или назад) се изсмуква въздух. За да се осигури максимално ефективно засмукване на вятъра във въздухозаборника, на турбоветрилото е монтиран малък вентилатор, задвижван от електрически мотор.

Той изкуствено увеличава скоростта на движение на въздуха от подветрената страна на платното, засмуквайки въздушната струя в момента на отделянето й от равнината на турбопаруса. Това създава вакуум от едната страна на турбоветрилото, като същевременно предотвратява образуването на турбулентни вихри. И тогава действа ефектът на Магнус: разреждане от едната страна, като резултат - странична сила, способна да накара кораба да се движи. Всъщност турбоветрилото е крило на самолет, разположено вертикално, поне принципът на създаване на движеща сила е подобен на принципа на създаване вдигамсамолет. За да се гарантира, че турбоветрилото винаги е обърнато към най-изгодната страна спрямо вятъра, то е оборудвано със специални сензори и е монтирано на въртяща се платформа. Между другото, патентът на Кусто предполага, че въздухът може да бъде изсмукан от вътрешността на турбоветрилото не само от вентилатор, но и, например, от въздушна помпа - така Кусто затвори портата за следващите „изобретатели“.

Всъщност Кусто за първи път тества прототип на турбоветрило на катамарана „Вятърна мелница“ (Moulin à Vent) през 1981 г. Най-голямото успешно пътуване на катамарана е от Танжер (Мароко) до Ню Йорк под наблюдението на по-голям експедиционен кораб.

И през април 1985 г. Halcyone, първият пълноправен кораб, оборудван с турбоветрила, беше пуснат на вода в пристанището на Ла Рошел. Сега той все още е в движение и днес е флагманът (и всъщност единственият с голям кораб) флотилия на екипа на Кусто. Турбоветрилата на него не служат като единствено задвижване, но те помагат за обичайното свързване на два дизелови двигателя и
няколко винта (което, между другото, ви позволява да намалите разхода на гориво с около една трета). Ако великият океанограф беше жив, той вероятно щеше да построи още няколко подобни кораба, но ентусиазмът на неговите сътрудници забележимо намаля след напускането на Кусто.

Малко преди смъртта си през 1997 г. Кусто активно работи по проекта на кораба Calypso II с турбоветрило, но няма време да го завърши. По последни данни през зимата на 2011 г. Alkyone е бил в пристанището на Каен и е чакал нова експедиция.

И отново Флетнер

Днес се правят опити да се възроди идеята на Флетнер и роторните платна да станат широко разпространени. Например известната хамбургска компания Blohm + Voss след петролната криза от 1973 г. започва активно разработване на ротационен танкер, но до 1986 г. икономически силизатвори този проект. Тогава имаше цяла поредица от аматьорски дизайни.

През 2007 г. студенти от университета във Фленсбург построиха катамаран, задвижван от роторно платно (Uni-cat Flensburg).

През 2010 г. се появи третият кораб в историята с роторни платна - тежкият камион E-Ship1, който е построен по поръчка на Enercon, един от най-големите производителивятърни генератори в света. На 6 юли 2010 г. корабът беше пуснат на вода за първи път и направи кратко пътуване от Емден до Бремерхафен. И още през август той тръгна на първото си работно пътуване до Ирландия с товар от девет вятърни генератора. Корабът е оборудван с четири ротора Flettner и, разбира се, традиционна система за задвижване в случай на тихо време и за допълнителна мощност. Все пак роторните платна служат само като спомагателно задвижване: за 130-метров камион тяхната мощност не е достатъчна, за да развие необходимата скорост. Двигателите са девет електроцентрали Mitsubishi, а роторите се въртят с помощта въздушна турбинапроизведени от Siemens, използващи енергията на отработените газове. Роторните платна могат да спестят от 30 до 40% гориво при скорост от 16 възела.

Но турбоветрилото на Кусто все още остава в известна забвение: Alkyone в момента е единственият пълноразмерен кораб с този тип задвижване. Опитът на германските корабостроители ще покаже дали има смисъл темата за платната, задвижвани от ефекта на Магнус, да бъде доразвита. Основното нещо е да го намерите икономическа обосновкаи докажете ефективност. И тогава, виждате ли, цялото световно корабоплаване ще премине към принципа, описан от талантлив немски учен преди повече от 150 години.

В Северно море през 2010 г. можеше да се види странен кораб „E-Ship 1“. На горната му палуба има четири високи кръгли комина, но от тях никога не излиза дим. Това са така наречените ротори Flettner, които заменят традиционните платна.

Най-големият световен производител на вятърни електроцентрали, Enercon, пусна на вода 130-метров ротационен кораб, широк 22 метра, който по-късно беше наречен E-Ship 1, в корабостроителницата Lindenau в Кил на 2 август 2010 г. След това беше успешно тестван в Северно и Средиземно море и в момента се транспортира вятърни генераториот Германия, където се произвеждат, до други европейски страни. Достига скорост от 17 възела (32 км/ч), превозва едновременно повече от 9 хиляди тона товари, екипажът му е 15 души.

Базираната в Сингапур корабостроителна компания Wind Again, която създава технологии за намаляване на разхода на гориво и емисиите, предлага да инсталира специално проектирани ротори Flettner (сгъваеми) на танкери и товарни кораби. Те ще намалят разхода на гориво с 30–40% и ще се изплатят за 3–5 години.

Финландската морска инженерна компания Wartsila вече планира да инсталира турбоветрила на круизни фериботи. Това се дължи на желанието на финландския фериботен оператор Viking Line да намали разхода на гориво и замърсяването на околната среда.

Използването на ротори Flettner на лодки за развлечение се проучва от университета във Фленсбург (Германия). Нарастващите цени на петрола и тревожно затоплящият се климат изглежда създават благоприятни условия за завръщането на вятърните турбини.

Яхтата, проектирана от Джон Марпълс, Cloudia, е преустроен тримаран Searunner 34. Яхтата премина първите си тестове през февруари 2008 г. във Форт Пиърс, Флорида, САЩ, а създаването й беше финансирано от телевизионния канал Discovery. „Клаудия“ се показа като невероятно маневрена: тя спря и направи заден ход за секунди и се движеше свободно под ъгъл около 15° спрямо вятъра. Забележимото подобрение в производителността в сравнение с традиционния ротор Flettner се дължи на допълнителните напречни дискове, монтирани на предния и задния ротор на тримарана.

моторно платно "Барбара" ( с възможност за кликване)

След като първият, все още експериментален кораб с роторни платна на системата на Антон Флетнер „Buckau“ показа параметри, близки до проектните, германските военноморски моряци поръчаха друг кораб от индустрията, но този път пълноценен транспортер, за да го оценят в реална търговска експлоатация. И през 1926 г. корабът "Барбара" е пуснат на вода.

Спускане на вода на уникален кораб

Първоначалният проект включваше един ротор с височина 28 (!) и около седем метра в диаметър. Но за щастие нямаше налични лагери с необходимия размер. Тоест, те бяха там - но само плъзгащи лагери и те не отговаряха на нивото на загубите. Затова трябваше да изхождаме от наличното и да монтираме цели три алуминиеви ротора с височина 17 метра и диаметър 4 метра. Всеки от тях беше окачен на два лагера, в основата и на 2/3 от височината.

Въртенето им се осигуряваше от електродвигатели с мощност 41 к.с. всеки, скоростта на въртене беше 160 rpm. При вятър от 8,5 m/s изчислената тяга на всеки ротор беше 4 тона. За кораб с водоизместимост 2850 тона не е много, съгласен съм. Но това все пак не е чиста платноходка. Основната електроцентрала се състои от два дизелови двигателя Bauart AG-Weser/MAN, всеки с мощност 530 к.с. всеки. Те работеха освен с генератори и с нормални витла, осигуряващи договорените 10 възела дори при пълно спокойствие.

ротационен ветроход в пристанището ( с възможност за кликване)

Корабът беше успешно тестван, тягата на „платната“ се оказа близка до проектната - и беше изпратен по редовна линия около Европа до Средиземно море. Естествено, това предизвика сензация във всички пристанища и по маршрута, но не бяха проведени специални проучвания или състезания; прагматичните германци проучиха, както възнамеряваха, техническите и икономическите параметри на експлоатацията на кораба.

Ясно е, че корабът рядко е плавал с чисто „платно“ задвижване. Роторите бяха използвани или за увеличаване на скоростта на движение, или за пестене на гориво, което беше доста забележимо.

от всички страни...( с възможност за кликване)

Наистина, 12 тона тяга при лек бриз на цена от само 120 к.с. - много е. Дори бих казал, че това е МНОГО. Ако скоростта на вятъра се увеличи, може би щеше да се окаже още повече, така изглежда от икономическа гледна точка. всичко беше добре. Корабът работеше успешно три години, когато се случи проблем: да, да, това беше. "Голямата депресия". Обемите на товарите рязко намаляха и най-важното - цената на горивата също падна. До напълно несериозни суми. И тогава стана ясно нещо неприятно:

модел на моторен ветроход

да Икономията на гориво е забележима. Но струва толкова пари, че цената на четиридесеттонна конструкция от три ротора с всичките им допълнителни системи (смазване под налягане, скоростни кутии за електрически двигатели и самите електродвигатели) въвежда такива допълнителни разходи, че вече не искате никакви икономии на гориво. Един прост моторен кораб без ротори ще бъде по-евтин за превоз на товари.

Ето защо корабът не издържа дори две години по време на депресията и през 1931 г. е „опростен“, лишен от роторните си платна и превърнат в обикновен товарен кораб без претенции. P.S. И сега интересът към темата се възражда. Използването на вятър с прости и лесно управляеми ротори се счита за добра идея.

Наши приятели и колеги от унгарското списание “Ezermester” предложиха да построят този интересен модел на ротационна яхта за своите читатели. Опитайте се да го направите сами.

Обикновеното платно е познато на всички. Вятърът го духа, създавайки движеща сила. А платното на ротора, което виждате на снимките, предава сила на витлото, работейки като двигател. Това платно има недостатък: модел яхта, оборудван с него, не може да достигне същата скорост като с конвенционално платно. Но има и предимства: първо, няма нужда да „улавяте вятъра“, като променяте позицията на платното; второ, яхтата плава почти еднакво под всякакъв ъгъл спрямо вятъра и дори директно срещу вятъра.

Роторът е монтиран вертикално на яхтата. Въртейки се под натиска на вятъра, той преминава през полюса

двойката манивела се задвижва от карданния вал.

Изберете сами дизайна на корпуса на яхтата. Дължината на съда с посочените размери на ротора е не повече от 700 mm. Не издълбавайте тялото от едно парче дърво - ще се окаже твърде тежко. Направете лека и издръжлива рамка и я покрийте с шперплат. Покрийте вътрешността на фурнира с хартия (тя ще предпази шперплата от напукване) и покрийте с водоустойчив лак.

За да предотвратите преобръщане на яхтата, оборудвайте я с централна дъска с тежест. Монтирайте кормилото на кърмата - позицията му трябва да бъде фиксирана.

Огънете лопатките на ротора от милиметрова балса или шперплат с дебелина 0,6 mm. Направете дискове от шперплат с дебелина 1-1,5 мм. Роторът трябва да се върти свободно на вертикално монтирана спица.

След като успеете да построите и тествате яхта с роторно платно, опитайте да експериментирате, като промените височината и диаметъра на ротора, формата на лопатките му и размера на витлото. Може би ще успеете да увеличите скоростта на яхтата и да подобрите нейната стабилност.

Полезни сокове

Пластмасовото фолио може да се съедини по следния начин: натиснете две парчета фолио между метални плочи, така че ръбовете леко да изпъкват, и начертайте горяща клечка. Шевът е заварен.

Малкият ви брат, който прави първите си стъпки, трудно поддържа равновесие на хлъзгавия под. Залепете две тънки гумени ленти по дължината на крака към подметките на обувките - и детето може безопасно да ходи по полирания под.

Поставете малък постоянен магнит в задната част на дръжката на чука. Сега ще ви бъде лесно да съберете разпръснатите пирони след приключване на работата.

Известната документална поредица „Подводната одисея на екипа Кусто“ е заснета от великия френски океанограф през 60-те и 70-те години на миналия век. След това основният кораб на Кусто е преустроен от британския миночистач Калипсо. Но в един от следващите филми - "Преоткриване на света" - се появи друг кораб, яхтата "Halcyone". Гледайки го, много телевизионни зрители си зададоха въпроса: какви странни тръби са монтирани на яхтата?.. Може би това са котелни или двигателни тръбопроводни инсталации? Какво ще бъде изненадата ви, ако разберете, че това са ВЕТРИЛА... турбоветрила...

Фондация Кусто придоби яхтата Alcyone през? 1985 г. и този кораб се разглеждаше не толкова като изследователски, а като база за изследване на ефективността на турбоветрилата? - оригинална корабна задвижваща система. И когато 11 години по-късно легендарният „Калипсо“ потъва, „Алкион“ заема мястото му като основен кораб на експедицията (между другото, днес „Калипсо“ е вдигнат и в полуразграбено състояние в пристанището на Конкарно ) Всъщност турбоветрилото е изобретено от Кусто. Също като водолазно оборудване, подводна чиния и много други устройства за изследване на морските дълбини и повърхността на Световния океан. Идеята се ражда още в началото на 80-те години и се състои от? за създаване на най-екологичното, но в същото време удобно и модерно устройство за задвижване на водолюбиви птици. Използването на вятърна енергия изглеждаше най-обещаващата област на изследване. Но тук е проблемът: човечеството е изобретило платното преди няколко хиляди години и какво може да бъде по-просто и по-логично?

Разбира се, Кусто и компания разбират, че е невъзможно да се построи кораб, задвижван само с платна. По-точно, може би, но неговото шофиране ще бъде много посредствено и зависимо от капризите на времето и посоката на вятъра. Поради това първоначално беше планирано новото „платно“ да бъде само спомагателна сила, използвана за подпомагане на конвенционалните дизелови двигатели. В същото време турбоветрилото значително ще намали разхода на дизелово гориво и при силен вятър може да се превърне в единственото задвижващо устройство на кораба. А екипът от изследователи насочва вниманието си към миналото – към изобретението на немския инженер Антон Флетнер, известен авиоконструктор със сериозен принос в корабостроенето.

Турбоветрилото е кух цилиндър, оборудван със специална помпа. Помпата създава вакуум от едната страна на турбосейла, изпомпвайки въздух в платното, външният въздух започва да тече около турбосейла с различни скорости и корабът започва да се движи в посока, перпендикулярна на въздушното налягане. Това много напомня на повдигащата сила, действаща върху крилото на самолет - налягането е по-голямо отдолу на крилото и тласка нагоре. Турбоветрилото позволява на кораба да се движи срещу всеки вятър, стига да има достатъчно мощност на помпата. Използва се като спомагателна система за конвенционален корабен двигател. Две турбоветрила, инсталирани на кораба на екипа на Кусто „Halcyon“, позволиха да се спестят до 50% гориво.
Ротор на Флетнер и ефект на Магнус
На 16 септември 1922 г. Антон Флетнер получава немски патент за така наречения ротационен съд. И през октомври 1924 г. експерименталният ротационен кораб Buckau напуска хелингите на корабостроителната компания Friedrich Krupp в Кил. Вярно е, че шхуната не е построена от нулата: преди монтирането на роторите на Flettner, това беше обикновен ветроход. Идеята на Flettner беше да използва така наречения ефект на Магнус, чиято същност е следната: когато въздух (или течност) ) потокът тече около въртящо се тяло, генерира се сила, перпендикулярна на посоката на потока и действаща върху тялото. Работата е? че въртящ се обект създава вихрово движение около себе си. От страната на обекта, където посоката на вихъра съвпада с посоката на потока течност или газ, скоростта на средата се увеличава, а от другата страна намалява. Разликата в налягането създава напречна сила, насочена от страната, където посоката на въртене и посоката на потока са противоположни, към страната, където те съвпадат.

„Вятърният кораб на Флетнер е на устните на всички благодарение на необичайно ревностната вестникарска пропаганда", пише Луис Прандл в статията си за развитието на немския инженер. Този ефект е открит през 1852 г. от берлинския физик Хайнрих Магнус.
Ефект на Магнус
Германският авиационен инженер и изобретател Антон Флетнер (1885–1961) влезе в морската история като човекът, който се опита да замени платната. Той имаше възможност да пътува дълго време на платноходка през Атлантическия и Индийския океан. На мачтите на ветроходни кораби от онази епоха са монтирани много платна. Ветроходното оборудване беше скъпо, сложно и аеродинамично не много ефективно. Постоянни опасности очакваха моряците, които дори по време на буря трябваше да работят върху платна на височина 40–50 м. По време на пътуването на младия инженер хрумна идеята да замени платната, което изискваше много усилия, с по-просто, но ефективно устройство, чието основно задвижване също ще бъде вятърът. Докато си мислеше за това, той си спомни аеродинамичните експерименти, проведени от неговия сънародник, физикът Хайнрих Густав Магнус (1802–1870). Те установиха, че когато цилиндърът се върти във въздушния поток, възниква напречна сила с посока, зависеща от посоката на въртене на цилиндъра (ефект на Магнус).

Един от неговите класически експерименти вървеше така: „Един месингов цилиндър може да се върти между две точки; бързото въртене беше придадено на цилиндъра, както в горната част, от шнур. Въртящият се цилиндър беше поставен в рамка, която от своя страна можеше лесно да се върти. Тази система беше изложена на силен въздушен поток с помощта на малка центробежна помпа. Цилиндърът е бил отклонен в посока, перпендикулярна на въздушната струя и? към оста на цилиндъра, освен това в посоката, от която посоките на въртене и струята са еднакви" (L. Prandtl, "The Magnus Effect and the Wind Ship", 1925). A. Flettner веднага си помисли, че платната могат да бъдат заменени с монтирани на кораба въртящи се цилиндри. Оказва се, че когато повърхността на цилиндъра се движи срещу въздушния поток, скоростта на вятъра намалява и налягането се увеличава. От другата страна на цилиндъра е обратното - скоростта на въздушния поток се увеличава, а налягането пада. Тази разлика в налягането от различните страни на цилиндъра е движещата сила, която кара кораба да се движи. Това е основният принцип на работа на ротационното оборудване, което използва силата на вятъра, за да задвижи плавателния съд. Всичко е много просто, но само А. Флетнер „не подмина", въпреки че ефектът на Магнус е известен повече от половин век. Той започна да прилага плана през 1923 г. на езеро недалеч от Берлин. Всъщност Флетнър направи доста просто нещо. Той монтира хартиен цилиндър-ротор с височина около метър и 15 см в диаметър на метрова тестова лодка, а? за въртенето му е използван часовников механизъм. И лодката отплава.Капитаните на ветроходите се подиграваха на цилиндрите на А. Флетнер, с които той искаше да замени платната. Изобретателят успя да заинтересува богати покровители на изкуството в своето изобретение. През 1924 г. на 54-метровата шхуна Buckau вместо три мачти са монтирани два въртящи се цилиндъра. Тези цилиндри се въртят от дизелов генератор с мощност 45 к.с.. Роторите Bukau се задвижват от електрически двигатели. Всъщност нямаше разлика в дизайна от класическите експерименти на Магнус. От страната, където роторът се върти към вятъра, се създава зона с високо налягане, а от другата страна - ниско налягане. Получената сила премести кораба. Освен това тази сила е приблизително 50 пъти по-голяма от силата на натиска на вятъра върху неподвижен ротор!Това отваря огромни перспективи за Flettner. Освен всичко друго, площта на ротора и неговата маса бяха няколко пъти по-малки от площта на платното, което би осигурило еднаква движеща сила. Роторът беше много по-лесен за управление и беше доста евтин за производство. Отгоре Flettner покрива роторите с плоскости, подобни на плочи - това приблизително удвоява движещата сила поради правилната ориентация на въздушните потоци спрямо ротора. Оптималната височина и диаметър на ротора за Bukau бяха изчислени чрез продухване на модел на бъдещия кораб в аеродинамичен тунел.

През същата година корабостроителницата положи втория си ротационен кораб - могъщият товарен лайнер Barbara, задвижван от три 17-метрови ротора. В същото време един малък двигател с мощност само 35 к.с. беше достатъчен за всеки ротор. (при максимална скорост на въртене на всеки ротор 160 об/мин)! Тягата на роторите беше еквивалентна на тягата на винтов винт, свързан с конвенционален корабен дизелов двигател с мощност около 1000 к.с. На кораба обаче имаше и дизелов двигател: в допълнение към роторите той задвижваше витлото (което оставаше единственото задвижващо устройство в случай на тихо време).Обещаващите експерименти подтикнаха корабната компания "Rob.M.Sloman" от Хамбург през 1926 г., за да построи кораба "Барбара". Предварително е планирано да бъде оборудван с турбоветрила - ротори Flettner. Три ротора с височина около 17 м бяха монтирани на съда, дълъг 90 м и широк 13 м. Барбара, както беше планирано, успешно транспортира плодове от Италия до Хамбург за известно време. Приблизително 30–40% от пътуването е задвижвано от вятъра. При вятър от 4–6 бала „Барбара" развива скорост от 13 възела. Планирано е да се тества роторният кораб на по-дълги пътувания в Атлантическия океан. Но в края на 20-те години на миналия век настъпва Голямата депресия. През 1929 г. чартърната компания отказва да продължи да дава на лизинг Barbara и тя е продадена. Новият собственик премахна роторите и преустрои кораба според традиционния дизайн. Все пак роторът беше по-нисък от винтовите витла в комбинация с конвенционална дизелова електроцентрала поради зависимостта си от вятъра и някои ограничения на мощността и скоростта. Flettner се обърна към по-напреднали изследвания и Баден-Баден в крайна сметка потъна по време на буря в Карибско море през? 1931. И те забравиха за роторните платна за дълго време ...

Началото на ротационните кораби изглеждаше доста успешно, но те не бяха развити и бяха забравени за дълго време. Защо? Първо, „бащата“ на ротационните кораби, А. Флетнер, се потопи в създаването на хеликоптери и престана да се интересува от морския транспорт. Второ, въпреки всичките си предимства, ротационните кораби си остават ветроходни кораби с присъщите им недостатъци, основният от които е зависимостта от вятъра Роторите на Flettner отново се заинтересуваха през 80-те години на ХХ век, когато учените започнаха да предлагат различни мерки за смекчаване на затоплянето на климата , намаляване на замърсяването, по-рационален разход на гориво. Един от първите, които си спомнят за тях, е изследователят на дълбините, французинът Жак-Ив Кусто (1910–1997). За да се тества работата на турбоветрилната система и да се намали консумацията на все по-скъпо гориво, двумачтовият катамаран „Алкиона“ (Алкиона е дъщеря на бога на вятъра Еол) беше превърнат във въртящ се кораб. След като отплава през 1985 г., той посети Канада и Америка, заобиколи нос Хорн и около Австралия и Индонезия, Мадагаскар и Южна Африка. Той е прехвърлен в Каспийско море, където плава три месеца, правейки различни изследвания. Alcyone все още използва две различни системи за задвижване - два дизелови двигателя и две турбо платна.
Турбоветрило Кусто
През 20-ти век също се строят платноходки. В съвременните кораби от този тип платната се навиват с помощта на електродвигатели, а новите материали правят дизайна значително по-лек. Но платноходката си е платноходка и идеята за използване на вятърна енергия по радикално нов начин витае във въздуха от времето на Флетнер. И беше подхваната от неуморимия авантюрист и изследовател Жак-Ив Кусто.На 23 декември 1986 г., след изстрелването на Halcyone, споменат в началото на статията, Кусто и колегите му Люсиен Малавард и Бертран Шарие получиха съвместен патент № US4630997 за „устройство, което произвежда сила чрез използване на движеща се течност или газ“. Общото описание е следното: „Устройството е поставено в?движеща се среда? в някаква посока; в този случай възниква сила, действаща в посока, перпендикулярна на първата. Устройството избягва използването на масивни платна, при които движещата сила е пропорционална на площта на платното.“ Как се различава турбоветрилото Кусто от роторното платно Flettner?В напречно сечение турбоветрилото е нещо като продълговата капка, закръглена в острия край. Отстрани на „капката“ има решетки за всмукване на въздух, през една от които (в зависимост от необходимостта от движение напред или назад) се изсмуква въздух. За да се осигури максимално ефективно засмукване на вятъра във въздухозаборника, на турбоветрилото е монтиран малък вентилатор, задвижван от електрически мотор.

Той изкуствено увеличава скоростта на движение на въздуха от подветрената страна на платното, засмуквайки въздушната струя в момента на отделянето й от равнината на турбопаруса. Това създава вакуум от едната страна на турбоветрилото, като същевременно предотвратява образуването на турбулентни вихри. И тогава действа ефектът на Магнус: разреждане от едната страна, в резултат на това - напречна сила, която може да задвижи кораба. Всъщност турбоветрилото е крило на самолет, разположено вертикално, поне принципът на създаване на движеща сила е подобен на принципа на създаване на повдигане на самолета. За да може турбоветрилото винаги да е обърнато към? вятърът има най-изгодната страна, той е оборудван със специални сензори и е монтиран на грамофон. Между другото, патентът на Кусто предполага, че въздухът може да бъде изсмукан от вътрешността на турбоветрилото не само от вентилатор, но и например от въздушна помпа? - така Кусто затвори портата за следващите „изобретатели“.

Всъщност Кусто за първи път тества прототип на турбоветрило на катамарана „Вятърна мелница“ (Moulin Vent) през 1981 г. Най-голямото успешно пътуване на катамарана беше пътуването от Танжер (Мароко) до Ню Йорк под наблюдението на по-голям експедиционен кораб.А през април 1985 г. Halcyone, първият пълноправен кораб, оборудван с турбоветрила, беше пуснат на вода в пристанището на La Рошел. Сега тя все още е в движение и днес е флагманът (и всъщност единственият голям кораб) на флотилията на екипа на Кусто. Турбоветрилата върху него не служат като единствено задвижване, но те помагат за обичайното свързване на два дизелови двигателя и няколко витла (което, между другото, ви позволява да намалите разхода на гориво с около една трета). Ако великият океанограф беше жив, вероятно щеше да построи още няколко подобни кораба, но ентусиазмът на съмишлениците му забележимо намаля след напускането на Кусто.Малко преди смъртта си през 1997 г. Кусто работи активно по проекта за кораба Калипсо II с турбоветрило, но нямаше време да го завърши. По последни данни през зимата на 2011 г. Alkyone е бил в пристанището на Каен и е чакал нова експедиция.

През 2007 г. студенти от университета във Фленсбург построиха катамаран, задвижван от роторно платно (Uni-cat Flensburg).

ВЪВ? 2010? година се появи третият кораб в историята с роторни платна - тежкият камион E-Ship?1, който е построен по поръчка на Enercon, един от най-големите производители на вятърни генератори в света. На 6 юли 2010 г. корабът беше пуснат на вода за първи път и направи кратко пътуване от Емден до Бремерхафен. И още през август той тръгна на първото си работно пътуване до Ирландия с товар от девет вятърни генератора. Корабът е оборудван с четири ротора Flettner и? разбира се, традиционна електроцентрала в случай на спокойствие и за получаване на допълнителна мощност. Все пак роторните платна служат само като спомагателно задвижване: за 130-метров камион тяхната мощност не е достатъчна, за да развие необходимата скорост. Двигателите се задвижват от девет силови агрегата Mitsubishi, а роторите се задвижват от парна турбина Siemens, която използва енергия от отработените газове. Роторните платна ви позволяват да спестите от 30 до 40% гориво при скорост от 16 възела.Но турбоветрилото на Кусто все още остава в забрава: Alkyone днес е единственият пълноразмерен кораб с този тип задвижване. Опитът на германските корабостроители ще покаже дали има смисъл темата за платната, задвижвани от ефекта на Магнус, да бъде доразвита. Основното нещо е да се намери икономическа обосновка за това и да се докаже неговата ефективност. И тогава, виждате ли, цялото световно корабоплаване ще премине към принципа, описан от талантлив немски учен преди повече от 150 години.

В Северно море през 2010 г. можеше да се види странен кораб „E-Ship 1“. На горната му палуба има четири високи кръгли комина, но от тях никога не излиза дим. Това са така наречените ротори Flettner, които замениха традиционните платна.Най-големият световен производител на вятърни електроцентрали Enercon пусна на вода 130-метров роторен кораб с ширина 22 m на 2 август 2010 г. в корабостроителницата Lindenau в Кил, който по-късно беше наречен "E-Ship 1". След това беше успешно тестван в Северно и Средиземно море и в момента транспортира вятърни генератори от Германия, където се произвеждат, до други европейски страни. Достига скорост от 17 възела (32 км/ч), превозва едновременно повече от 9 хиляди тона товари, екипажът му е 15 души.

Базираната в Сингапур корабостроителна компания Wind Again, която създава технологии за намаляване на разхода на гориво и емисиите, предлага да инсталира специално проектирани ротори Flettner (сгъваеми) на танкери и товарни кораби. Те ще намалят разхода на гориво с 30–40% и ще се изплатят за 3–5 години.

Финландската морска инженерна компания Wartsila вече планира да инсталира турбоветрила на круизни фериботи. Това се дължи на желанието на финландския фериботен оператор Viking Line да намали разхода на гориво и замърсяването на околната среда.Използването на ротори Flettner на лодки за развлечение се проучва от университета във Фленсбург (Германия). Нарастващите цени на петрола и тревожно затоплящият се климат изглежда създават благоприятни условия за завръщането на вятърните турбини.

Проектираната от Джон Марпълс яхта Cloudia е преустроен тримаран Searunner 34. Яхтата премина първите си тестове през февруари 2008 г. във Форт Пиърс, Флорида, САЩ. създаването му е финансирано от канала Discovery. „Клаудия“ се показа като невероятно маневрена: тя спря и направи заден ход за секунди и се движеше свободно под ъгъл около 15° спрямо вятъра. Забележимото подобрение в производителността в сравнение с традиционния ротор Flettner се дължи на допълнителните напречни дискове, монтирани на предния и задния ротор на тримарана.

Шхуна "Букау" с роторни платна

За първи път роторни турбоветрила от немски инженер Антон Флетнербяха успешно тествани на шхуна "Букау"през 1924г.

През 80-те години френски инженери, ръководени от океанографа Жак-Ив Кусто, разработиха по-сложна форма на турбоветрило. Най-успешно е използван на кораба Alsion.

Технически дизайн

Концепция

Ефективността на системата обаче все още не е проверена задълбочено. сравнителен анализ. Системата Turbosail беше успешно експлоатирана само на два кораба, а групата Cousteau е единствената организация в света, която разполага с голямо количество данни за това устройство. Страницата, посветена на Halcion на уебсайта на Cousteau Team, съобщава, че Turbosail може да осигури спестяване на гориво до 35%.

Ранно развитие (1981-1982): "Moulin à Vent"

Кусто и неговият изследователски екип инсталираха своето изобретение на катамаран, наречен "Moulin à Vent" (с фр.- „вятърна мелница“) и тества системата по време на пътуване от Танжер до Ню Йорк. Преходът беше към своя край, когато недалеч от американския бряг корабът трябваше да се сблъска с ветрове, чиято скорост надвишаваше 50 възела. Заварките, държащи турбоветрилото изправено, се счупиха и прототипът се разби в морето.

Прототипът на системата се състои от една тръба, боядисана в тъмно синьо. Изследователската програма на кораба имаше за цел да определи ефективността на тягата на системата. Въпреки че турбоветрилото осигурява тяга и енергия, то е в по-малки количества от конвенционалните платна и генератори, които заменя. Конструктивни проблеми със системата доведоха до изкривяване на конструкцията и появата на пукнатини в основата на платното (поради умора на метала). Всичко това значително намали ефективността на турбоветрилото. След като основната идея беше потвърдена, Кусто и неговият екип спряха работата по прототипа, като се съсредоточиха изцяло върху по-големия кораб, Alcion.

"Алсион"

Кусто използва придобития си опит, за да построи нов кораб. Заедно с корабостроителни инженери той разработи алуминиев корпус, който е здрав и лек. Кърмата, подобна на катамаран, придаваше стабилност на плавателния съд, а един единствен нос беше включен в дизайна, за да прорязва вълните и да улеснява движението в бурно море. Две турбо платна бяха монтирани на палубата и два дизелови двигателя задвижваха компресорите. Корабът е кръстен на Алкиона, дъщеря на древногръцкия бог на ветровете Еол.

По време на изграждането на Halcyon (започнало през 1985 г.) са взети предвид резултатите от работата с Moulin a Vent. Чрез използването на две турбоветрила с намалено съотношение на ширината, натоварването върху металните повърхности беше значително намалено. И двете платна също включват аксиални турбини за генериране на енергия, а системата се управлява от компютри, които по това време са станали по-евтини. Компютрите координираха работата на турбоветрилата и дизеловите двигатели, като стартираха последните, когато вятърът утихна напълно и ги спираха, когато скоростта на вятъра беше достатъчна. Само 5 души бяха достатъчни, за да управляват кораба.

През 80-те години Кусто превръща Alcion във флагман на своята група и основна плаваща база за изследвания. Корабът обиколи света, събирайки информация за използването на турбоветрила при различни метеорологични условия, напълно потвърждавайки намеренията на създателите.

У дома » Как да печелите » Удавена от Голямата депресия: дизелова платноходка "Барбара". Колонни платна: Ротационен кораб с ефект на Магнус