F l = 2M | V | | Ω | sin α, където α е ъгълът между векторите.

Скоростта на тялото, движещо се по повърхността на земното кълбо, може да се разложи на две компоненти. Едната от тях лежи в равнина, допирателна към топката в точката, където се намира тялото, с други думи, хоризонталната компонента на скоростта: втората, вертикалната компонента е перпендикулярна на тази равнина. Силата на Кориолис, действаща върху тялото, е пропорционална на синуса от географската ширина на неговото местоположение. Тяло, движещо се по меридиан в която и да е посока в северното полукълбо, е подложено на силата на Кориолис, насочена надясно в своето движение. Именно тази сила кара десните брегове на реките в Северното полукълбо да се отмиват, независимо дали текат на север или на юг. В южното полукълбо същата сила е насочена наляво при движение и реките, течащи в меридионална посока, отмиват левите брегове. В географията това явление се нарича закон на Беер. Когато коритото на реката не съвпада с меридионалната посока, силата на Кориолис ще бъде по-малка с косинуса на ъгъла между посоката на речния поток и меридиана.

Почти всички изследвания, посветени на образуването на тайфуни, торнадо, циклони и всички видове вихри, както и по-нататъшното им движение, показват, че именно силата на Кориолис служи като първопричина за тяхното възникване и че тя определя траекторията на тяхното възникване. движение по повърхността на Земята. Въпреки това, ако силата на Кориолис участваше в създаването на торнадо, тайфуни и циклони, тогава в Северното полукълбо те биха имали дясно въртене по часовниковата стрелка, а в Южното полукълбо ляво въртене, т.е. обратно на часовниковата стрелка. Но тайфуните, торнадата и циклоните в Северното полукълбо се въртят наляво, обратно на часовниковата стрелка, а в Южното полукълбо - надясно, по посока на часовниковата стрелка. Това абсолютно не отговаря на посоката на въздействие на силата на Кориолис, освен това е точно противоположна на нея. Както вече беше споменато, големината на силата на Кориолис е пропорционална на синуса на географската ширина и следователно е максимална на полюсите и отсъства на екватора. Следователно, ако допринесе за създаването на вихри с различни мащаби, тогава те най-често биха се появили в полярните ширини, което напълно противоречи на наличните данни.

По този начин горният анализ убедително доказва, че силата на Кориолис няма нищо общо с процеса на образуване на тайфуни, торнадо, циклони и всички видове вихри, чиито механизми на образуване бяха обсъдени в предишните глави.

Смята се, че именно силата на Кориолис определя траекториите им, още повече че в Северното полукълбо тайфуните като метеорологични образувания по време на движението си се отклоняват надясно, а в Южното полукълбо - наляво, което съответства на посоката на действието на силата на Кориолис в тези полукълба. Изглежда, че причината за отклонението на траекториите на тайфуна е открита - това е силата на Кориолис, но нека не бързаме със заключенията. Както бе споменато по-горе, когато тайфун се движи по повърхността на Земята, силата на Кориолис ще действа върху него, като един обект, равна на:

F к = 2MVΩ sin θ cos α, (21)

където θ е географската ширина на тайфуна; α е ъгълът между вектора на скоростта на тайфуна като цяло и меридиана.

За да разберем истинската причина за отклонението на траекториите на тайфуна, нека се опитаме да определим величината на силата на Кориолис, действаща върху тайфуна, и да я сравним с друга, както ще видим сега, по-реална сила.

СИЛАТА НА МАГНУС

Тайфун, движен от попътния вятър, ще бъде повлиян от сила, която, доколкото е известно на автора, все още не е разглеждана от никой изследовател в този контекст. Това е силата на взаимодействие на тайфуна, като отделен обект, с въздушния поток, който движи този тайфун. Ако погледнете снимката, изобразяваща траекториите на тайфуните, ще стане ясно, че те се движат от изток на запад под влиянието на постоянно духащи тропически ветрове, пасати, които се образуват в резултат на въртенето на земното кълбо. В същото време попътният вятър не само носи тайфуна от изток на запад. Най-важното е, че тайфунът, разположен в пасата, се влияе от сила, причинена от взаимодействието на въздушните потоци на самия тайфун с въздушния поток на пасата.

Ефектът от появата на напречна сила, действаща върху тяло, въртящо се в поток от течност или газ, който се натъква върху него, е открит от немския учен Г. Магнус през 1852 г. Проявява се във факта, че ако въртящ се кръгъл цилиндър обтича безвъртежен (ламинарен) поток, перпендикулярен на неговата ос, тогава в тази част на цилиндъра, където линейната скорост на повърхността му е противоположна на скоростта на насрещния поток, се появява зона с високо налягане. А от противоположната страна, където посоката на линейната скорост на повърхността съвпада със скоростта на настъпващия поток, има зона с ниско налягане. Разликата в налягането от противоположните страни на цилиндъра поражда силата на Магнус.

Изобретателите са се опитали да използват силата на Магнус. Проектиран, патентован и построен е кораб, на който вместо платна са монтирани вертикални цилиндри, въртящи се от двигатели. Ефективността на такива въртящи се цилиндрични „платна“ в някои случаи дори надвишава ефективността на конвенционалните платна. Ефектът на Магнус се използва и от футболисти, които знаят, че ако при удряне на топката й придадат въртеливо движение, тогава нейната траектория на полета ще стане криволинейна. С такъв удар, който се нарича „сух лист“, можете да изпратите топката във вратата на противника почти от ъгъла на футболното игрище, разположен в съответствие с вратата. Волейболистите, тенисистите и играчите на пинг-понг също въртят топката при удар. Във всички случаи движението на извита топка по сложна траектория създава много проблеми на противника.

Да се ​​върнем обаче на тайфуна, движен от попътния вятър.

Пасатите, стабилни въздушни течения (които духат постоянно повече от десет месеца в годината) в тропическите ширини на океаните, покриват 11 процента от площта им в Северното полукълбо и до 20 процента в Южното полукълбо. Основната посока на пасатите е от изток на запад, но на надморска височина от 1-2 километра те се допълват от меридионални ветрове, духащи към екватора. В резултат на това в Северното полукълбо пасатите се движат на югозапад, а в Южното полукълбо

На северозапад. Търговските ветрове станаха известни на европейците след първата експедиция на Колумб (1492-1493), когато нейните участници бяха изумени от стабилността на силните североизточни ветрове, които пренасяха каравели от бреговете на Испания през тропическите райони на Атлантическия океан.

Гигантската маса на тайфуна може да се разглежда като цилиндър, въртящ се във въздушния поток на пасата. Както вече споменахме, в южното полукълбо те се въртят по посока на часовниковата стрелка, а в северното полукълбо се въртят обратно на часовниковата стрелка. Следователно, поради взаимодействието с мощния поток от пасати, тайфуните както в Северното, така и в Южното полукълбо се отклоняват от екватора - съответно на север и юг. Този характер на тяхното движение е добре потвърден от наблюденията на метеоролозите.

(Следва финалът.)

Подробности за любопитните

ЗАКОН НА АМПЕР

През 1920 г. френският физик Анре Мари Ампер експериментално открива ново явление - взаимодействието на два проводника с ток. Оказа се, че два успоредни проводника се привличат или отблъскват в зависимост от посоката на тока в тях. Проводниците са склонни да се приближават един до друг, ако токовете текат в една и съща посока (паралелни) и се отдалечават един от друг, ако токовете текат в противоположни посоки (антипаралелно). Ампер успя да обясни правилно това явление: възниква взаимодействието на магнитните полета на токовете, което се определя от „правилото на гимлета“. Ако гилзата се завинти по посока на тока I, движението на дръжката й ще покаже посоката на линиите на магнитното поле H.

Две заредени частици, летящи успоредно, също образуват електрически ток. Следователно техните траектории ще се сближават или разминават в зависимост от знака на заряда на частиците и посоката на тяхното движение.

Взаимодействието на проводниците трябва да се вземе предвид при проектирането на силнотокови електрически намотки (соленоиди) - паралелни токове, протичащи през техните завои, създават велики силипритискане на бобината. Известни са случаи, когато гръмоотвод, направен от тръба, след удар от мълния се превръща в цилиндър: той се компресира от магнитните полета на ток на мълния със сила от стотици килоампери.

Въз основа на закона на Ампер е установена стандартната единица за ток в SI - ампер (A). Държавен стандарт„Единици за физически величини“ определят:

„Ампер е равен на силата на тока, който при преминаване през два успоредни прави проводника с безкрайна дължина и пренебрежимо малко напречно сечение, разположени във вакуум на разстояние 1 m един от друг, би предизвикал сила на взаимодействие, равна на 2 върху участък от проводника с дължина 1 m . 10 -7 N.”

Подробности за любопитните

СИЛИ НА МАГНУС И КОРИОЛИС

Нека сравним ефекта на силите на Магнус и Кориолис върху тайфуна, като си го представим в първо приближение под формата на въртящ се въздушен цилиндър, управляван от попътния вятър. Върху такъв цилиндър действа сила на Магнус, равна на:

F m = DρHV n V m / 2, (22)

където D е диаметърът на тайфуна; ρ - пасатна плътност на въздуха; H е неговата височина; V n > - скорост на въздуха при пасат; V t - линейна скорост на въздуха при тайфун. Чрез прости трансформации получаваме

Fm = R 2 HρωV n, - (23)

където R е радиусът на тайфуна; ω е ъгловата скорост на въртене на тайфуна.

Ако приемем като първо приближение, че плътността на въздуха на пасата е равна на плътността на въздуха в тайфуна, получаваме

M t = R 2 Hρ, - (24)

където M t е масата на тайфуна.

Тогава (19) може да се запише като

F m = M t ωV p - (25)

или F m = M t V p V t / R. (26)

Разделяйки израза за силата на Магнус на израза (17) за силата на Кориолис, получаваме

F m /F k = M t V p V t /2RMV p Ω sinθ cosα (27)

или F m /F k = V t /2RΩ sinθ cosα (28)

Като се има предвид, че според международната класификация тайфунът се счита за тропически циклон, при който скоростта на вятъра надвишава 34 m/s, ние ще вземем тази най-малка цифра в нашите изчисления. Тъй като най-благоприятната географска ширина за образуване на тайфуни е 16 o, ще приемем θ = 16 o и тъй като веднага след образуването си тайфуните се движат почти по ширинни траектории, ще вземем α = 80 o. Да приемем, че радиусът на средно голям тайфун е 150 километра. Замествайки всички данни във формулата, получаваме

F m / F k = 205. (29)

С други думи, силата на Магнус превишава силата на Кориолис двеста пъти! По този начин е ясно, че силата на Кориолис няма нищо общо не само с процеса на създаване на тайфун, но и с промяната на неговата траектория.

Тайфун в попътния вятър ще бъде повлиян от две сили - гореспоменатата сила на Магнус и силата на аеродинамичния натиск на попътния вятър върху тайфуна, което може да се намери от просто уравнение

F d = KRHρV 2 p, - (30)

където K е аеродинамичният коефициент на съпротивление на тайфуна.

Лесно е да се види, че движението на тайфуна ще се дължи на действието на резултантната сила, която е сумата от силите на Магнус и аеродинамичното налягане, което ще действа под ъгъл p спрямо посоката на движение на въздуха в търговията вятър. Тангенсът на този ъгъл може да се намери от уравнението

tgβ = F m /F d. (31)

Замествайки изрази (26) и (30) в (31), след прости трансформации получаваме

tgβ = V t /KV p, (32)

Ясно е, че резултантната сила F p, действаща върху тайфуна, ще бъде допирателна към неговата траектория и ако посоката и скоростта на търговския вятър са известни, тогава ще бъде възможно да се изчисли тази сила с достатъчна точност за конкретен тайфун, като по този начин се определя по-нататъшната му траектория, което ще минимизира причинените от него щети. Траекторията на тайфун може да бъде предвидена с помощта на метод стъпка по стъпка, като вероятната посока на произтичащата сила се изчислява във всяка точка от траекторията му.

Във векторна форма изразът (25) изглежда така:

Е m = М [ωV p]. (33)

Лесно е да се види, че формулата, описваща силата на Магнус, е структурно идентична с формулата за силата на Лоренц:

Е l = q .

Сравнявайки и анализирайки тези формули, забелязваме, че структурното сходство на формулите е доста дълбоко. Така левите страни на двата векторни продукта (M& #969; и р V) характеризират параметрите на обектите (тайфун и елементарна частица), и десните страни ( V n и б) - среда (скорост на пасатите и индукция на магнитното поле).

Физическа тренировка

СИЛИ НА КОРИОЛИС ВЪРХУ ИГРАЧА

Във въртяща се координатна система, например на повърхността на земното кълбо, законите на Нютон не са изпълнени - такава координатна система е неинерционна. В него се появява допълнителна инерционна сила, която зависи от линейната скорост на тялото и ъгловата скорост на системата. Тя е перпендикулярна на траекторията на тялото (и неговата скорост) и се нарича сила на Кориолис, кръстена на френския механик Густав Гаспар Кориолис (1792-1843), който обяснява и изчислява тази допълнителна сила. Силата е насочена по такъв начин, че за да се изравни с вектора на скоростта, тя трябва да се завърти под прав ъгъл в посоката на въртене на системата.

Можете да видите как „работи“ силата на Кориолис с помощта на електрически грамофон, като извършите два прости експеримента. За да ги изпълните, изрежете кръг от плътна хартия или картон и го поставете върху диска. Тя ще служи като въртяща се координатна система. Нека да отбележим веднага: дискът на играча се върти по посока на часовниковата стрелка, а Земята се върти обратно на часовниковата стрелка. Следователно силите в нашия модел ще бъдат насочени в посока, обратна на тези, наблюдавани на Земята в нашето полукълбо.

1. Поставете два купа книги до плейъра, точно над чинията. Поставете линийка или права лента върху книгите, така че единият й ръб да отговаря на диаметъра на диска. Ако при неподвижен диск начертаете линия по дължината на лентата с мек молив от центъра й до ръба, тогава тя естествено ще бъде права. Ако сега стартирате играча и нарисувате молив по лентата, той ще начертае извита траектория, вървяща наляво - в пълно съгласие със закона, изчислен от Г. Кориолис.

2. Изградете диапозитив от купища книги и залепете към него жлеб от дебела хартия, ориентиран по диаметъра на диска. Ако търкаляте малка топка надолу по жлеб върху неподвижен диск, тя ще се търкаля по диаметъра. И на въртящ се диск той ще се движи наляво (ако, разбира се, триенето при търкаляне е малко).

Физическа тренировка

ЕФЕКТЪТ НА МАГНУС НА МАСАТА И ВЪВ ВЪЗДУХА

1. Залепете малък цилиндър от плътна хартия. Поставете купчина книги недалеч от ръба на масата и я свържете с ръба на масата с дъска. Когато хартиеният цилиндър се търкаля надолу по получената пързалка, можем да очакваме, че той ще се движи по парабола встрани от масата. Вместо това обаче цилиндърът рязко ще огъне траекторията си в другата посока и ще полети под масата!

Парадоксалното му поведение е напълно разбираемо, ако си припомним закона на Бернули: вътрешното налягане в поток газ или течност става по-ниско, колкото по-висока е скоростта на потока. На базата на това явление работи например пистолетът за пръскане: по-високото атмосферно налягане изстисква течност в поток от въздух с намалено налягане.

Интересно е, че човешките потоци също се подчиняват до известна степен на закона на Бернули. В метрото, на входа на ескалатора, където движението е затруднено, хората се събират в гъста, плътно сгъстена тълпа. И на бързо движещ се ескалатор те стоят свободно - „вътрешното налягане“ в потока от пътници пада.

Когато цилиндърът падне и продължи да се върти, скоростта на дясната му страна се изважда от скоростта на настъпващия въздушен поток и към нея се добавя скоростта на лявата страна. Относителната скорост на въздушния поток отляво на цилиндъра е по-голяма, а налягането в него е по-ниско, отколкото отдясно. Разликата в налягането кара цилиндъра рязко да промени траекторията си и да полети под масата.

Законите на Кориолис и Магнус се вземат предвид при изстрелване на ракети, прецизна стрелба на големи разстояния, изчисляване на турбини, жироскопи и др.

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 - 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, ротационният кораб практически не се страхуваше от лошо време и силни странични ветрове; той можеше лесно да плава на редуващи се халсове под ъгъл от 25º спрямо насрещния вятър (за конвенционално платно границата 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 преструктурирането.

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 1920-те го удари 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 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 на повдигане на самолета. 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 забрава: „Halcyone“ 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 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.

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 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. 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 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 вдигамсамолет. 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.

Продухването във вятърен тунел показа: тази движеща сила може да се увеличи почти 2 пъти, ако покриете горната част на цилиндъра с диск (под формата на плоска плоча), чийто диаметър е по-голям от диаметъра на самия цилиндър . Освен това беше важно да се намерят необходимите връзки между скоростта на вятъра и ъгловата скорост на въртене на ротора. Големината на силата, причинена от въртенето, зависи от това; Ето защо роторите първо бяха тествани във аеродинамичен тунел, а след това върху модел на кораб. Експериментът позволи да се установят техните оптимални размери за експериментален кораб и оттогава името „ротор на Flettner“ беше присвоено на необичайния задвижващ агрегат.

Като първи експериментален кораб е използвана очуканата тримачтова шхуна „Букау” с водоизместимост 980 тона, а през 1924 г. вместо три мачти са поставени два роторни цилиндъра с височина 13,1 м и диаметър 1,5 м. бяха инсталирани на него (по-нататък вижте изображенията на кораби в централната част на списанието), Те бяха задвижвани от два електрически мотора 220 V. Електричеството се генерираше от малък дизелов генератор с мощност 33 kW (45 к.с.).

Тестовете започнаха в Балтика и завършиха успешно. През февруари 1925 г. корабът напуска свободния град Данциг, насочвайки се към Англия. В Северно море „Букау“ трябваше да се бори със силно море, но шхуната, поради правилното повторно баластиране, се люлееше по-малко от обикновените кораби. Опасенията, че тежките ротори ще повлияят негативно на стабилността на кораба или ще пострадат по време на търкаляне, не се оправдаха; налягането на вятъра върху повърхността им не достигна големи стойности. В същото време времето беше толкова лошо, че много кораби със същата водоизместимост като Букау потърсиха убежище в близките пристанища. „Нито един ветроход не би могъл да завърши пътуването, което една ротационна шхуна е направила“, пишат английските вестници.

Връщането до Куксхафен също беше съпроводено с бури. Този път

Фиг.3. Промяна в скоростта (средни стойности) на корабите: 1) s електроцентрали(ES), 2) ветроходни и 3) с комбинирани (ветрилни и ES) двигатели.

Букау беше натоварен с въглища по водолинията и отново показа предимствата си пред другите ветроходни кораби. Вълни се търкаляха по палубата и пречупиха спасителя

тяло лодка, но самите ротори не са получили никакви щети. Впоследствие шхуната е преименувана на Баден-Баден и тя прави още едно трудно плаване - след като претърпява силна буря в Бискайския залив, тя прекосява Атлантическия океан и благополучно пристига в Ню Йорк.

Ротационната задвижваща система получи висока оценка. Оказа се, че е по-лесно за поддръжка, отколкото изискват конвенционалните платна, бързо влезе в режим на работа и затова те решиха да продължат тестовете. През 1924 г. в корабостроителницата акционерно дружество"Weser" (Германия) е първият кораб, проектиран специално за плаване с ротационно задвижване. Наричаше се "Барбара" и беше предназначен за превоз на плодове от пристанищата на Южна Америка до Германия. С дължина 85, ширина 15,2 и газене 5,4 м, корабът имаше товарен капацитет от около 3000 т. Според първоначалния проект трябваше да монтира един гигантски ротор с височина 90 м и диаметър 13,1 м, но след това, като се вземе предвид опитът на шхуната "Букау", колосалният ротор беше заменен от три по-малки - 17 м височина и 4 м в диаметър. Те бяха изработени от алуминиеви сплави с дебелина на стената леко повече от милиметър. За всеки ротор имаше по един двигател с мощност 26 kW (35 к.с.), развиващ 150 об./мин. При вятър със сила 5 (8 - 11 m/s) в благоприятна посока (ъгъл на насочване 105 - 110 градуса) тягата на ротационните двигатели е еквивалентна на работа на двигател с мощност 780 kW (1060 к.с.) . В допълнение, дизелов агрегат с един вал от 750 kW (1020 к.с.), задвижващ витлото, допълва тягата на ротора, позволявайки на кораба да плава със скорост от 10 възела (18,5 km/h).

В началото на 1926 г. корабът е доставен на клиента и до края на годината транспортира плодове от Италия 8 до Германия - беше необходимо да се тестват роторите в дългосрочна експлоатация. От 1927 г. "Барбара" извършва редовни полети до Южна Америка, но три години по-късно е дадено предпочитание на дизелов двигател, заменяйки роторите с тях.

Тъй като по същество са ветроходни кораби, ro

теглещите кораби имаха огромни предимства пред тях. Вече нямаше нужда да вика екипажа на палубата, за да почисти и постави платната; само един офицер (на мостика) контролира движението на роторите с помощта на няколко дръжки. Тези кораби плават на близко разстояние - до 30 градуса, докато повечето конвенционални платноходки имат ъгъл между посоката

Посоката на вятъра и посоката на движение е минимум 40 - 50 градуса. Скоростта на движение се регулира от скоростта на въртене на роторите, а маневрирането се контролира чрез промяна на посоката на тяхното въртене. Ротационните кораби дори можеха да се движат назад.

Въпреки това, сложността на дизайна на ротационните двигатели и най-важното фактът, че корабите, оборудвани с тях, продължават да остават ветроходни кораби с всички недостатъци, първият от които е пълната зависимост от вятъра, не доведе до тяхното широко използване .

Но въпреки всички недостатъци, дизайнерите се връщат отново и отново към идеята за използване на вятърна енергия.

В средата на 60-те години. В много морски страни бяха създадени специални дизайнерски бюра, които се занимаваха с проблема с вятърното задвижване, т.е. движението на кораб с помощта на вятърни двигатели и вятърни двигатели. В първия случай преобразуването на вятърната енергия в тяга става по веригата: вятърен двигател - трансмисия (механична или електрическа) - витло. По дизайн вятърните турбини се различават с хоризонтална ос на въртене (1-2-3 или многолопаткова турбина) и с вертикална ос, например турбина от барабанен тип; по отношение на скоростта на въртене - високоскоростни, имащи висока скороствъртене (те вървят добре с електрически генератори по отношение на честотата на въртене) и нискоскоростни, създаващи висок въртящ момент директно върху витлото. Когато се използва вятърен двигател, корабът не е ограничен при избора на курс спрямо посоката на вятъра, но вятърният двигател има ниска ефективност поради многократно преобразуване на енергия. Вятърната турбина е ефективна при скорост на вятъра 3 - 4< У, <12-14м/с, причем судно лучше двигается при встречных ветрах, нежели при попутных; при скорости ветра 15 - 20 м/с он должен быть остановлен, поскольку возникает угроза его разрушения,

Експериментални вятърни турбини с различни конструкции са успешно тествани на яхти. Но на големите транспортни кораби те не се използват дори като задвижвания за електрически генератори, въпреки че се провеждат експерименти в тази посока.

Във втория случай теглителната сила, която дърпа кораба, възниква директно върху устройството за задвижване на вятъра, но плаването директно срещу вятъра и в определен диапазон от ъгли на насочване близо до тази посока е невъзможно; скоростите на такива кораби зависят от скоростта на вятъра и са сравнително ниски - 7 - 10 възела (13 - 18,5 km/h). Основните типове вятърни двигатели включват вече известния ротор Flettner, платното с крило и класическото платно, които все още се подобряват, както при създаването на нови материали, така и при изпълнението на най-ефективните проекти, ако на корабите на викингите, на Руските лодки, каравели, шлепове, клипери са използвали брезентови платна, а някои народи, например нивхите, живеещи на Сахалин и по долното течение на Амур, са правили платна от рибена кожа, но сега, благодарение на напредъка на химията, нови материали с невероятни свойства са създадени. Появиха се устойчив на бръчки лавсан и топлоустойчив нитрон, а през 1977 г. бяха проведени промишлени тестове на пластмаси и синтетични влакна, характеризиращи се с повишена здравина и лекота. Именно тези материали се използват за съвременните кораби с ветроходно задвижване.

Първите пълномащабни изследвания с вятърни турбини са проведени през 1960 - 1967 г. в Хамбургския институт

ТЕХНИКА-МЛАДЕЖ 2 9 8

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.

Кандидат на военноморските науки V. DYGALO, професор, контраадмирал. Рисунки от автора.

Руският четиримачтов барк "Крузенштерн" е единственият представител на "летящата линия П", оцелял до наши дни. Построен през 1926 г. в Германия и все още служи като учебен кораб, помагащ за обучението на нови поколения офицери от руския флот.

Шампионът сред ветроходните кораби е петмачтовият гигант Preussen.

Най-бързият ветроход, чаеният клипер "Cutty Sark".

Аз ще. 1. Ефект на Магнус.

Първият ротационен кораб "Букау".

Кораб с платнокрило задвижване на вятъра.

Товарен кораб "Дина-Шиф".

Танкер "Шин Ейтоку Мару".

Съд с въртящи се вертикални въздушни турбини.

Също толкова невъзможно е да се отговори на въпроса кога е изобретено платното, както е невъзможно да се посочи авторът на известните палеолитни „Венери“ - примитивни женски скулптури, открити от археолози на различни места на евразийския континент. Може би и двете - платното и "Венера" ​​- са се появили по едно и също време, през старокаменната ера? Можем само да гадаем за това. Единственото, което можем да кажем със сигурност е, че преди 6000 години платното вече е съществувало – египтяните са използвали право платно, когато са плавали по Нил.

Развитието на платното върви успоредно с развитието на човечеството и достига своя връх към средата на 19 век, когато се появяват известните „ветроизстисквачки“ - ножици за чай, а в началото на 20 век - не по-малко известни кораби от типа "Flyins P" ("Flying P") на хамбургската компания "Laesh." Нейният петмачтов кораб "Preussen" се счита в началото на 20 век за най-големия ветроход в света: капацитет на регистъра - 5081 тона, водоизместимост - 11 000 тона.Рекордът остава с 6500 метра площ от 45 платна (30 от тях на пет мачти бяха прави). Колкото и голяма да е била ролята на първите железни кораби, задвижвани от парен двигател, 19-ти век с право може да се нарече разцветът на дървените ветроходни товарни кораби. Дизайнерите продължиха да работят за подобряване на качеството на ветроходните кораби, като се стремяха да увеличат скоростта им, което се превърна в един от основните фактори за нарастващата конкуренция на търговските компании. В състезанието по корабостроене водещи бяха две държави - САЩ и Англия.

Американците първи построиха много леки, стройни и бързи кораби - клипери. Но британците не изостанаха и много скоро започнаха истински състезания между английски и американски ветроходни кораби.

Средната водоизместимост на корабите е 1000-2000 т, но някои от тях имат водоизместимост до 3500-4000 т. Дължината им е шест пъти по-голяма от широчината. Тогава се появи добре познатият принцип на корабостроенето - „пробега по дължина“. Създавайки този тип кораби, корабостроителите създадоха истинско чудо. Корпусът на клипера беше композитен: килът и рамите бяха железни, корпусът беше дървен, покрит в подводната част с медни листове, за да се предотврати замърсяването с водорасли. Благодарение на това беше осигурена лекота на конструкцията на съда, без да се нарушава неговата здравина.

За да се намали размерът на екипажа до 23-28 души и да се улесни работата им в морето на тези платноходки, бяха използвани технологични постижения от средата на 19 век: винтови кормилни задвижвания, ръчни лебедки със зъбно задвижване, помпи с маховик и други механизми. На „пенителите на морето“ всичко беше подчинено на постигането на най-висока скорост. Дълги и тънки, с гладък като тяло на змиорка корпус, корабите за подстригване имаха изящно извити остри стъбла, които разрязваха вълните като нож. Мачтите тип „небостъргач“ и свръхдългите бушпритове носеха такова изобилие от платна, че вече не беше възможно да се надмине. Известните ножици за чай се смятаха за най-бързи: скоростта им достигаше 20 възела (37 км/ч). Повече от десет метра в секунда - толкова бързо хилядотонният кораб с остър нос летеше (вярно, летеше!) от вълна на вълна. Всяка година търговските компании даваха специален бонус на кораба, който пръв донесе чай от нова реколта от Китай - оттук и името. В сравнение с типовете ветроходни съоръжения от предишните векове, вместо обичайните досега три или, в изключителни случаи, четири нива прави платна, напълно оборудван клипер носеше до седем прави платна на всяка мачта. Имената им (започващи от дъното) сред английските моряци звучаха така: долно платно (предно платно или грот), долно платно, горно платно, горно платно, горно платно, „кралско“ платно, „небесно“ платно, „лунно“ платно ( или „небостъргач“). В допълнение към главните платна, изброени отстрани, в случай на попътен вятър бяха монтирани допълнителни лисичи платна на тънки кръгли „дървета“, лизели, простиращи се по дворовете, и стакселове бяха монтирани между мачтите. Общата площ на всички платна беше 3300 m2 или повече. Когато клиперът плаваше под пълно платно с попътен вятър, отстрани изглеждаше, че бял облак лети над повърхността на океана. Заради тяхната грация, опростени форми, изобилие от платна и скорост, клиперът получи друго име - „windjammers“ („вятърни изстисквачи“).

Чаените състезания се превърнаха в истинско състезание по скорост. Например през 1866 г. пет клипера с товар чай напускат Фуджоу (Китай) почти едновременно. Това състезание за скорост беше едно от най-вълнуващите морски пътешествия около половината свят. Всеки от петимата амбициозни капитани мечтаеше да дойде първи в Лондон. В състезанията всичко беше заложено на карта. Един от ветроходите, Ариел, плаваше с голям списък в продължение на много часове подред по време на силна буря в Атлантическия океан. Стръмни вълни се търкаляха по палубата на машинката. Но вместо да свали поне едно платно, екипажът здраво запуши люковете и всички други отвори с платно. За да не бъдат отнесени зад борда, моряците се връзвали на работните си места със специални въжета. Борбата със стихията продължи близо половин ден. Корабът излезе победител. На 6 септември, прекарал по-малко от 99 дни, "Ариел" пристигна в Англия... След откриването на Суецкия канал през 1869 г. полетите на ветроходни кораби по линията "чай" станаха нерентабилни. "Ариел" вършеше случайна работа, транспортирайки въглища от Англия до Япония и Австралия.

И все пак за кратко време корабите за подстригване се върнаха на мода. Австралия започва да произвежда много вълна, от която се нуждаят Европа и Америка. Нямаше достатъчно парни кораби, способни да плават на толкова дълги разстояния без допълнително натоварване на въглища, така че трябваше да прибегнем до услугите на ветроходни кораби. През октомври 1885 г. шест клипера потеглят от австралийското пристанище Сидни за Англия и сред тях е Cutty Sark, наречен „Кралицата на моретата“ заради красивите си линии, огромен капацитет на платната и мореходни качества. На шестдесет и седмия ден от пътуването Къти Сарк пристигна в Лондон преди всички останали. Това беше безпрецедентен рекорд за ветроходни кораби. И не само ветроходство, но и пара. На връщане клиперът изпреварва най-бързия пътнически кораб по онова време, Британия. Казват, че вахтеният офицер, събуждайки капитана, казал:

сър! Излезте на моста, случва се нещо необикновено - изпреварва ни платноходка!

Капитанът се усмихна и не помръдна от мястото си.

Защо да ходя? Все пак това е Cutty Sark и е безполезно да се състезаваш с него!

Ерата на клиперите завършва през 1924 г., когато един от последните красавци, Hasperus, е бракуван. И само Cutty Sark плава до 1949 г.

Въпреки това, с края на военния и транспортен ветроходен флот, платното не свърши. Като задвижващо устройство за спортни кораби и лодки, платното играе и ще продължи да играе огромна роля в обучението на моряците за дълго време.

Бързият технологичен прогрес е придружен от появата на сериозни екологични проблеми, понякога причиняващи непоправима вреда на природата. Бедствията с петролни танкери и огромни пожари в офшорни полета потвърждават това. Нови идеи и решения трябва да помогнат на световния морски флот да стане екологичен. И платното може да носи новост.

За щастие на човечеството, винаги има хора, които могат да видят това, което другите не забелязват, и които имат неизчерпаема любознателност - това е неразделно качество на всички изобретатели.

Такъв човек е немският инженер Антон Флетнер (1885-1961). Веднъж, докато плаваше на платноходка, наблюдавайки усилията на моряците, работещи в буря с платна на височина 40-50 м, той си помисли: възможно ли е да се замени класическото платно с нещо, използвайки същата сила на вятъра? Размислите принудиха Флетнер да си спомни своя сънародник физик Хайнрих Густав Магнус (1802-1870), който през 1852 г. доказва, че получената напречна сила, действаща върху тяло, въртящо се в поток от течност или газ, обтичащ около него, е насочена в посоката, където скоростта на потока и въртене телата съвпадат.

Магнус потвърди наличието на такъв ефект по-късно в експеримент с везни. Върху едната им купа хоризонтално е поставен цилиндър със свързан към него двигател, а върху другата са поставени балансиращи тежести. Цилиндърът беше продухван с въздух, но до пускането на двигателя той остана неподвижен и балансът на везните не беше нарушен. Трябваше обаче само да стартирате двигателя и по този начин да накарате цилиндъра да се завърти, тъй като купата, в която се намираше, или се повдигаше, или падаше - в зависимост от посоката, в която вървеше въртенето. С този експеримент ученият установява: ако поток от въздух тече върху въртящ се цилиндър, тогава скоростите на потока и въртене от едната страна на цилиндъра се добавят, а от другата се изваждат. И тъй като по-високите скорости съответстват на по-ниско налягане, движеща сила, перпендикулярна на потока, възниква върху въртящ се цилиндър, поставен във въздушен поток. Може да се увеличи или намали, ако цилиндърът се върти по-бързо или по-бавно. Това бяха експериментите на Магнус, които дадоха на Флетнер идеята да замени платното на кораба с въртящ се цилиндър. Но веднага се появиха съмнения. Наистина, на голям кораб такива ротори ще изглеждат като огромни кули с височина 20-25 м, което при буря ще създаде колосална опасност за кораба. Тези въпроси трябваше да получат отговор и Флетнър започна своето изследване.

В последните дни на юни 1923 г. той провежда първите си експерименти с модела на езерото Ванзее, близо до Берлин. Представлявала лодка с дължина под метър с хартиен цилиндър с диаметър около 15 см и височина около 1 м. За въртенето й се използвал часовников механизъм. Експериментите бяха успешни, но останаха много въпроси, включително за силите, възникващи върху ротора по време на въртене.

Всички по-нататъшни изследвания и свързаните с тях измервания са извършени в лабораторията. Техните резултати бяха следните.

Ако повърхността на въртящ се ротор е изложена на вятър, скоростта на последния се променя. Когато повърхността се движи към вятъра, скоростта му намалява и налягането се увеличава. От противоположната страна на ротора, скоростта на въздушния поток, напротив, се увеличава и налягането пада. Получената разлика в налягането създава движеща сила, която може да се използва за движение на съда.

Но най-изненадващото в изследването на Флетнър беше нещо друго. Оказа се, че получената движеща сила е многократно по-голяма от налягането на вятъра върху неподвижния ротор. Изчисленията показват, че използваната вятърна енергия е приблизително 50 пъти по-голяма от тази, изразходвана за въртене на ротора, и зависи от честотата на въртене и скоростта на вятъра. Стана ясно и друго важно обстоятелство - възможността за плаване на ротационен кораб срещу вятъра с редуващи се курсове (шасове) близо до линията на вятъра. С други думи, за такъв кораб остават валидни естествените закони на навигация, които обикновените ветроходни кораби използват. Но в същото време неговите перспективи бяха оценени просто блестящо, тъй като площта на ротора по отношение на площта на платната на конвенционална платноходка, сравнима по водоизместимост с ротационен кораб, беше само 0,1-0,15 процента , а неговата (роторна) маса беше около 5 пъти по-малка от общата маса на ветроходните оръжия.

Естествено, една част от усилието, получено поради въртенето на цилиндъра, се изразходва за създаване на дрейф (отместване на движещия се кораб от линията на курса), а другата част се изразходва за придвижване на кораба напред.

Продухването във вятърен тунел показа: тази движеща сила може да се увеличи почти 2 пъти, ако покриете горната част на цилиндъра с диск (под формата на плоска плоча), чийто диаметър е по-голям от диаметъра на самия цилиндър . Освен това беше важно да се намерят необходимите връзки между скоростта на вятъра и ъгловата скорост на въртене на ротора. Големината на силата, причинена от въртенето, зависи от това; Ето защо роторите първо бяха тествани във аеродинамичен тунел, а след това върху модел на кораб. Експериментът позволи да се установят техните оптимални размери за експериментален кораб и оттогава името „ротор на Flettner“ беше присвоено на необичайния задвижващ агрегат.

Като първи експериментален кораб за изпитанията й е използвана очуканата тримачтова шхуна "Букау" с водоизместимост 980 т. През 1924 г. вместо три мачти са използвани два цилиндрични ротора с височина 13,1 м и диаметър 1,5 м. Те се задвижваха от два постояннотокови електродвигателя с напрежение 220 V. Електричеството се генерираше от малък дизелов генератор с мощност 33 kW (45 к.с.).

Тестовете започнаха в Балтика и завършиха успешно. През февруари 1925 г. корабът напуска „свободния град Данциг“, отправяйки се към Англия. В Северно море „Букау“ трябваше да се бори със силно море, но шхуната, поради правилното повторно баластиране, се люлееше по-малко от обикновените кораби. Опасенията, че тежките ротори ще повлияят негативно на стабилността на кораба или ще пострадат по време на търкаляне, не се оправдаха; налягането на вятъра върху повърхността им не достигна големи стойности. В същото време времето беше толкова лошо, че много кораби със същата водоизместимост като Букау потърсиха убежище в близките пристанища. „Нито един ветроход не би могъл да завърши пътуването, което една ротационна шхуна е направила“, пишат английските вестници.

Връщането до Куксхафен също беше съпроводено с бури. Този път Букау беше натоварен с въглища по водолинията и отново показа предимствата си пред другите ветроходни кораби. Вълните се търкаляха по палубата и разбиваха спасителната лодка, но самите ротори не получиха никакви щети. Впоследствие шхуната е преименувана на Баден-Баден и тя прави още едно трудно пътуване: след като претърпява силна буря в Бискайския залив, тя прекосява Атлантическия океан и благополучно пристига в Ню Йорк.

Ротационната задвижваща система получи висока оценка. Оказа се, че е по-лесно за поддръжка от конвенционалните платна и бързо влиза в режим на работа и затова те решават да продължат тестовете. През 1924 г. в корабостроителницата на акционерното дружество Weser (Германия) е положен първият кораб, проектиран специално за плаване с ротационно задвижване. Той е кръстен "Барбара" и е предназначен за превоз на плодове от пристанищата на Южна Америка до Германия. С дължина 85, ширина 15,2 и газене 5,4 м, корабът имаше товароподемност около 3000 т. Според първоначалния проект той трябваше да бъде оборудван с един гигантски ротор с височина 90 м и диаметър 13,1 м, но след това, като се вземе предвид опитът на шхуната "Букау", колосалният ротор беше заменен с три, по-малки - с височина 17 м и диаметър 4 м. Те бяха изработени от алуминиеви сплави със стени дебелина малко повече от милиметър. За всеки ротор имаше по един двигател с мощност 26 kW (35 к.с.), развиващ 150 об./мин. При вятър със сила 5 (8-11 m/s) в благоприятна посока (ъгъл на насочване 105-110 градуса) тягата на ротационните двигатели е еквивалентна на работата на двигател с мощност 780 kW (1060 к.с.). В допълнение, дизелов агрегат с един вал от 750 kW (1020 к.с.), задвижващ витлото, допълва тягата на ротора, позволявайки на кораба да плава със скорост от 10 възела (18,5 km/h).

Като по същество ветроходни кораби, ротационните кораби имаха огромни предимства пред тях. Вече нямаше нужда да вика екипажа на палубата, за да почисти и постави платната; само един офицер (на мостика) контролира движението на роторите с помощта на няколко дръжки. При близко теглене (срещу вятъра) тези кораби плават до 30 градуса, докато при повечето обикновени платноходки ъгълът между посоката на вятъра и посоката на движение е поне 40-50 градуса. Скоростта на движение се регулира от скоростта на въртене на роторите, а маневрирането се контролира чрез промяна на посоката на тяхното въртене. Ротационните кораби дори можеха да се движат назад.

Въпреки това, сложността на дизайна на ротационните двигатели и най-важното фактът, че корабите, оборудвани с тях, продължават да остават ветроходни кораби с всички недостатъци, първият от които е пълната зависимост от вятъра, не доведе до тяхното широко използване .

Въпреки това дизайнерите се връщат отново и отново към идеята за използване на вятърна енергия. В средата на 60-те години на ХХ век в много морски страни бяха създадени специални конструкторски бюра, които се занимаваха с проблема с вятърното задвижване, тоест движението на кораб с помощта на вятърни двигатели и вятърни двигатели. В първия случай преобразуването на вятърната енергия в тяга става по веригата: вятърен двигател - трансмисия (механична или електрическа) - витло. По конструкция вятърните турбини се различават с хоризонтална ос на въртене (1-, 2-, 3- или многолопаткова турбина) и с вертикална ос, например барабанна турбина; по отношение на скоростта на въртене - високоскоростни, имащи висока скорост на въртене (комбинира се добре с електрически генератори по отношение на честотата на въртене), и нискоскоростни, създаващи голям въртящ момент директно върху витлото. Когато се използва вятърен двигател, корабът не е ограничен при избора на курс спрямо посоката на вятъра, но вятърният двигател има ниска ефективност поради многократно преобразуване на енергия. Вятърният двигател е ефективен при скорост на вятъра от 3-4 до 12-14 m/s, а корабът се движи по-добре при насрещен вятър, отколкото при попътен вятър; при скорост на вятъра 15-20 м/сек трябва да се спре, тъй като има заплаха от разрушаването му.

Експериментални вятърни турбини с различни конструкции са успешно тествани на яхти. Въпреки това, на големите транспортни кораби те дори не се използват като задвижвания за електрически генератори, въпреки че експериментите в тази посока продължават.

Във втория случай теглителната сила, която тегли кораба, възниква директно върху вятърната турбина, но плаването директно срещу вятъра и в определен диапазон от ъгли на насочване близо до тази посока е невъзможно; скоростите на такива кораби зависят от скоростта на вятъра и са сравнително ниски - 7-10 възела (13-18,5 km/h). Основните типове вятърни двигатели включват вече познатия ни ротор Flettner, платното с крило и класическото платно, които все още се подобряват и чрез създаването на нови материали. Появиха се устойчив на бръчки лавсан и топлоустойчив нитрон, материали от пластмаси и синтетични влакна, характеризиращи се с повишена здравина и лекота. Използват се за модерни плавателни съдове с платнено задвижване.

Първите пълномащабни изследвания на вятърни турбини са извършени през 1960-1967 г. в Института по корабостроене в Хамбург, където е разработен дизайнът на товарен кораб с дедуейт 17 000 тона.Резултатите от последвалата усилена работа, включително издухване на повече от 50 модела в аеродинамичен тунел и тестване в експериментален басейн, позволиха да се построи през 1982 г. корабът "Дина-Шиф", който дълго време нямаше аналози в света. Това е платноходка, която може да носи 16 500 тона товар и има внушителни размери: дължина - 160,5 м, ширина - 21 м. Височина на борда - 13 м, газене - 9,1 м. Всяка от шестте въртящи се мачти носи пет прави платна, които бяха опъната върху профилирани ярдове без празнини и като цяло съставлява едно ефективно (високо и тясно) гигантско платно с площ от 1200 m2 (общата площ на всички платна достига 7200 m2). Електрическите двигатели, които повдигат или прибират някое от 30-те платна, се управляват от вахтения офицер от контролната зала, където е инсталиран компютърът. В допълнение към платната, Din-Schiff е оборудван с три дизелови двигателя с мощност 330 kW (448 к.с.). Корабът развива средна скорост от 12 възела, а при благоприятни ветрове - до 16.

По-нататъшното усъвършенстване на проекта Dyna-Schiff беше продължено от изследователското общество на Фридрих Вайс от германския град Аренсбург. Той създава ефектен ветроходен товарен кораб с автоматично прибиране на платна, всяко от които е навито на вал, разположен в профилиран двор. Дължината на кораба за насипни товари е 65 m; може да поеме на борда си 1000 тона товар. Всяка от трите въртящи се мачти носи пет прави платна; Освен това, в случай на тихо време, на кораба е монтиран спомагателен дизелов двигател с мощност 350 kW (476 к.с.). Използвайки само ветрилно задвижване, такива кораби могат да достигнат скорост от 12-14 възела, а при силен попътен вятър - до 20 (37 км/ч). Това съответства на скоростта на модерен контейнеровоз.

"Дина-Шиф" и корабът за насипни товари от Аренсбург не са сами по сегашните морски пътища - от юни 1990 г. те са придружени от флагмана на организацията Грийнпийс "Рейнбоу-Уриор", преустроен в Хамбург по модела на " Дина-Шиф“. При сила на вятъра 5, корабът развива скорост над 12 възела (22 км/ч).

Като се имат предвид добрите характеристики на гореспоменатите плавателни съдове, сега се проектират сухотоварни ветроходни кораби с товароподемност от 900 до 2000 т. Германските учени обаче смятат, че те едва ли ще бъдат печеливши за Европа поради непостоянството на ветровете, духащи в близост до бреговете му, и предлагат да се оборудват обикновените сухотоварни кораби и контейнеровозите с допълнително ветроходно оборудване, което ще доведе до спестяване на гориво от 10-25 процента.

Разработването на вятърни турбини и вятърни турбини се приема особено сериозно в онези страни, където природните петролни запаси са ограничени или изобщо не съществуват. Така в Япония само в периода 1980-1986 г. са пуснати в експлоатация 10 кораба, имащи освен механично задвижване и вятърно задвижване. Типичен техен представител е крайбрежният танкер Shin Eitoku Maru с водоизместимост 1600 тона, пуснат на вода през юли 1980 г. от Imamura Shipbuilding. Основните му размери са: дължина - 66, ширина - 10,6, газене - 4,4 м. Оборудван с две платна с площ от 97 m 2 всяко и двигател с мощност 1177 kW (1600 к.с.). Средната скорост на танкера е 12 възела (22 км/ч). Времето, което прекарва в плаване годишно, е 15 процента от общото.

Най-високото постижение в строителството на кораби, използващи схемата "механичен двигател плюс вятърно задвижване", беше японският кораб "Usiki Pioneer". С водоизместимост 26 хиляди тона, той има дължина 162,4, ширина 25,2 и газене 10,6 m, два главни двигателя с мощност 2427 kW (3300 к.с.) и две платна по 320 m 2. С комбинираното използване на платна и един от двигателите, корабът може да плава със средна скорост от 13,5 възела (25 км/ч). Системата за вятърно задвижване се управлява от компютърни команди.

Японски инженери разработиха и дизайн за платноходка, способна да превозва 17 хиляди тона товар и 250 пътници. Цялата работа по поставянето и почистването на платната ще бъде напълно механизирана. Това ще позволи на един човек с помощта на компютър да управлява 1500 m 2 платна, поставени на шест мачти за 20 секунди. Максималната скорост на плавателния съд е около 20 възела (37 км/ч). Способен е да „улови” и най-малкия бриз. При пълно затишие се предвижда монтаж на двигатели.

Многоцелеви и доста скъпи тестове на опции за плаване бяха извършени през 1985 г. от полски учени и дизайнери. На 50-метровия експериментален кораб "Океания" с водоизместимост 550 тона са монтирани три мачти от издръжлива и лека сплав с прави платна с обща площ 700 m 2. Те са монтирани и демонтирани с помощта на хидравлични задвижвания и със специални съоръжения, изработени от тежък синтетичен материал - кевлар. При усилване на вятъра площта на платната намалява, а когато вятърът надвишава 25 m/s, те се сгъват под формата на кутии около мачтата.

Този опит позволи на корабостроителите от корабостроителницата в Гданск да построят круизния кораб Gwarek през 1986 г., чиято платформа за ветроходство беше почти подобна на тази, инсталирана в Океания. "Gwarek" стана собственост на Travel Bureau като плаващ ваканционен дом, пътниците на който се настаняват в 100 двойни комфортни каюти. Цялото управление на кораба се извършва от мостика с помощта на компютър и хидравлични системи.

Новите платна изискваха по-модерно закрепване и почистване. Разработени са няколко дизайна на мачта и всеки има свои собствени „акценти“. По този начин някои мачти са монтирани на въртящи се платформи, а платната са изтеглени от дворовете и прибрани вътре в тях, като филмов екран. А полският изобретател А. Боровски от Шчечин през 1977 г. получава патент за мачта, която се състои от много метални тръби, свързани в една чрез тънка външна обвивка, изработена от тежък синтетичен материал. Този дизайн е по-лек от обичайния и не му отстъпва по сила.

Разработени са и нови видове платна за спортни плавателни съдове. По-специално, ново задвижващо устройство - платнокрило - вече е намерило приложение. Изработен е под формата на твърдо платно, подобно по дизайн на крилото на планер или самолет, но със симетричен профил на напречното сечение. Инсталира се на ледени лодки и ветроходни катамарани, които развиват високи скорости, при които работи при ниски ъгли на атака. Още по-ефективно е платното с крило, което има изпъкнал-вдлъбнат профил, който варира в зависимост от ъгъла на атака и халса на кораба или лодката. Например, в дизайна, използван на катамарана Patient Lady U (САЩ), платното се състои от шест части, които се монтират автоматично с помощта на компютър под определени ъгли спрямо вятъра. Изработен е от шперплат, фибростъкло, пяна и синтетичен плат, теглото му с площ от 28 m 2 е само 46 kg.

Дизайнерите, занимаващи се с вятърни задвижвания и двигатели, са най-привлечени от онези проекти, които позволяват да се увеличи скоростта на корабите до 20 възела, тоест да се достигне скоростта на ножиците за чай. Правят се опити за възраждане на ветроходния флот на съвременна основа, като се използва принципът на кораба на въздушна възглавница и задвижването на подводни криле.

Има и положителни развития в разработването на нови видове вятърни турбини. По този начин германските инженери предложиха двигател тип „въртележка“, в който шест полиестерни равнини са разположени на две вертикални оси, обърнати една към друга под ъгъл от 60 градуса. Вятърът, действащ върху такива въздушни турбини, ги кара да се въртят - като по този начин преобразува кинетичната си енергия в механична енергия на въртене на вала на витлото на кораба.

Днес има доста различни проекти на вятърни турбини и вятърни турбини, както изпълнени, така и в етап на разработка. Има от какво да избирате, но експертите са стигнали до извода, че най-подходящият вариант е да се монтира вятърно задвижване на морски и речни кораби като допълнение към основния механичен двигател. Това ще осигури 25-30% икономия на гориво и ще осигури на корабите доста приемлива скорост от 16 възела, а освен това ще позволи използването на сравнително малка вместо мощна електроцентрала. И още едно задължително условие: използването на всички нови видове ветроходни задвижвания изисква широкото въвеждане на компютри. Само високоскоростната изчислителна технология може да вземе предвид всички параметри, влияещи върху движението на кораба, и по този начин да повиши безопасността на неговата навигация.

Надписи за илюстрации

Аз ще. 1. Както се вижда от фигурата, върху въртящия се цилиндър започва да действа сила, напречна на посоката на въздушния поток. По този начин е очевидно, че най-благоприятният курс за ротационен кораб е, когато вятърът духа директно на борда. И посоката на движение зависи само от това дали роторът се върти по часовниковата стрелка или обратно.

Аз ще. 2. Близък вятър се нарича пълен, ако този ъгъл е повече от 66 °, и стръмен, ако е по-малък. Движението напред се осигурява от този компонент на налягането на вятъра (а), който съвпада с курса на платноходката, докато действието на страничния компонент (b) се неутрализира от кила на кораба.

У дома » Как да печелите » Как работи вертикално роторно платно? Кораб под турбо платна! Надписи за илюстрации