A híres dokumentumfilm sorozat, a Cousteau-csapat víz alatti Odüsszea a nagy francia óceáni kutató készítette az 1960-70-es években. Cousteau fő hajóját ezután átalakították a brit Calypso aknakeresőből. De a következő filmek egyikében - a "Világ felfedezése" - egy másik hajó jelent meg, az "Alcyone" jacht.
Nézegetve sok néző azt a kérdést tette fel magának, hogy ezek a furcsa csövek vannak felszerelve a jachton?.. Talán kazáncsövek vagy meghajtórendszerek?
Képzelje el a csodálkozását, ha rájön, hogy ezek SAILS … turbosails …
A Cousteau-alap 1985-ben megvásárolta az "Alkion" jachtot, és ezt a hajót nemcsak kutatóhajónak, hanem a turbófúrógépek hatékonyságának tanulmányozásának alapjaként tekintették - az eredeti hajómeghajtó rendszer. És amikor 11 évvel később a legendás "Calypso" elsüllyedt, az "Alkiona" helyére került az expedíció fő hajója (egyébként, ma a "Calypso" fel van emelve és félig elrabolt állapotban van Concarneau kikötőjében).
Valójában a turbófűrészt Cousteau találta ki. Búvárfelszerelés, víz alatti csészealj és sok más eszköz a tenger mélységének és az óceánok felületének felderítéséhez. Az ötlet az 1980-as évek elején született, és a vízimadarak számára a leginkább környezetbarát, de ugyanakkor kényelmesebb és legmodernebb meghajtó eszköz létrehozása volt. A szélenergia felhasználása tűnt a legígéretesebb kutatási területnek. De itt van a rossz szerencse: az emberiség több ezer évvel ezelőtt találta fel a vitorlát, és mi lehet egyszerűbb és logikusabb?
Természetesen Cousteau és társasága megértette, hogy lehetetlen építeni egy olyan hajót, amelyet kizárólag vitorla hajt meg. Pontosabban, talán, de vezetési teljesítménye nagyon közepes és függ az időjárási viszonyoktól és a széliránytól. Ezért eredetileg azt tervezték, hogy az új "vitorla" csak kiegészítő erő lesz, amely a hagyományos dízelmotorok segítésére alkalmazható. Ugyanakkor egy turbófűrész jelentősen csökkentené a dízelüzemanyag-fogyasztást, és erős szélben ez válhat a hajó egyetlen meghajtójává. A kutatócsoport pillantása a múltra fordult - a német mérnök, Anton Flettner, a híres repülőgép-tervező találmányára, aki jelentős mértékben hozzájárult a hajógyártáshoz.
Promóciós videó:
A turbóvitorla egy üreges henger, amely speciális szivattyúval van felszerelve. A szivattyú vákuumot hoz létre a turbófűrész egyik oldalán, pumpálva a levegőt a vitorlába, a külső levegő különböző sebességgel kezd folyni a turbófűrész körül, és a hajó a légnyomásra merőleges irányban kezd mozogni. Ez nagyon hasonlít a repülőgép szárnyára ható felvonóra - a szárny aljától a nyomás nagyobb, és a repülőgép felfelé nyomja. A turbóvitorla lehetővé teszi a hajó számára, hogy bármilyen szél ellenére elmozduljon, amennyiben elegendő szivattyúteljesítmény van. Kiegészítő rendszerként használják a hagyományos tengeri motorokhoz. A Cousteau "Alkion" csapat hajójára felszerelt két turbófűrész lehetővé tette az üzemanyag akár 50% -ának megtakarítását.
Flettner forgórésze és a Magnus-effektus
1922. szeptember 16-án Anton Flettner egy német szabadalmat kapott az úgynevezett rotációs hajó számára. És 1924 októberében egy kísérleti rotációs hajó, a Buckau elhagyta a Friedrich Krupp hajógyártó társaság részvényeit Kielen. Igaz, hogy a szkónert nem a semmiből építették: a Flettner forgórészeinek felszerelése előtt egy rendes vitorlás hajó volt.
Flettner ötlete az úgynevezett Magnus-effektus használata volt, amelynek lényege a következő: amikor egy levegő (vagy folyadék) áramlik egy forgó test körül, akkor erő képződik, amely merőleges az áramlás irányára és hat a testre. A helyzet az, hogy egy forgó tárgy örvénymozgást hoz létre maga körül. A tárgy azon oldalán, ahol az örvény iránya egybeesik a folyadék vagy a gáz áramlásának irányával, a közeg sebessége növekszik, és az ellenkező oldalról csökken. A nyomáskülönbség és nyíróerőt hoz létre, amelyet arra az oldalra irányítanak, ahol a forgás és az áramlás iránya ellentétes, arra az oldalra, ahol egybeesnek.
"A Flettner szélhajója mindenki ajkán van, a rendkívül buzgó újságpropagandanak köszönhetően" - írta Louis Prandtl a német mérnök fejlesztéséről szóló cikkében.
Ezt a hatást 1852-ben fedezte fel Heinrich Magnus berlini fizikus.
Magnus hatás
Anton Flettner (1885–1961) német repülésmérnök és feltaláló (1885–1961) a vitorlák cseréjére próbált ember a navigáció történetében. Esélye volt hosszú ideje vitorlás hajón utazni az Atlanti-óceánon és az Indiai-óceánon. Sok vitorlát fektettek az akkori vitorlás hajók árbocaira. A vitorlás felszerelés drága, összetett és aerodinamikai szempontból nem volt túl hatékony. Az állandó veszélyek a vitorlázókra várnak, akiknek még a vihar idején is 40-50 méter magasságban kellett vitorlázniuk.
Az út során a fiatal mérnöknek az a gondolata volt, hogy a nagyobb erőfeszítéseket igénylő vitorlákat egyszerűbb, de hatékony berendezéssel cserélje ki, amelynek fő hajtóereje szintén a szél lenne. Gondolkodva emlékeztetett honfitársa, Heinrich Gustav Magnus (1802-1870) fizikus által végzett aerodinamikai kísérletekre. Megállapították, hogy amikor egy henger levegőáramban forog, keresztirányú erő lép fel a henger forgásirányától függő irányban (Magnus-effektus).
Az egyik klasszikus kísérlete így néz ki: „Sárgaréz henger foroghat két pont között; a henger gyors forgását, akárcsak a tetején, egy huzal vezette be. A forgó hengert egy keretbe helyeztük, amely viszont könnyen elforgatható. Erős levegősugarat küldtek erre a rendszerre egy kis centrifugális szivattyú segítségével. A henger a légáramra és a henger tengelyére merőleges irányban eltérött, továbbá abban az irányban, ahonnan a forgás és a sugár iránya megegyezik "(L. Prandtl" Magnus Effect and a Wind Ship ", 1925).
A. Flettner azonnal azt gondolta, hogy a vitorlák a hajóra szerelt forgó hengerekkel helyettesíthetők.
Kiderül, hogy ha a henger felülete a levegő áramlása ellen mozog, a szél sebessége csökken, és a nyomás növekszik. A henger másik oldalán az ellenkezője igaz - a légáram növekszik és a nyomás csökken. Ez a nyomáskülönbség a henger különböző oldalainál az a hajtóerő, amely a tartályt mozgatja. Ez a forgóberendezés alapelve, amely a szél erejét használja a hajó mozgatásához. Minden nagyon egyszerű, de csak A. Flettner "nem ment el", bár a Magnus-effektus több mint fél évszázaddal ismert.
1923-ban kezdte meg a terv végrehajtását egy Berlin melletti tónál. Valójában Flettner nagyon egyszerű dolgot csinált. Beépített egy kb. Méter magasságú és 15 cm átmérőjű papírhenger-forgórészt egy méter hosszú próbacsónakba, és az óramechanizmust hozzátette forgatásához. És a hajó elindult.
A vitorlás hajók kapitányai kiabálták A. Flettner hengereit, amellyel a vitorlákat cserélni akart. A feltalálónak sikerült érdeklődnie a gazdag művészeti mecénások iránt. 1924-ben három árboc helyett két rotoros hengert telepítettek az 54 méteres Buckau szalonra. Ezeket a hengereket 45 lóerős dízelgenerátor hajtotta.
A Bucau forgórészeit villamos motorok hajtották meg. Valójában a tervezésben nem volt különbség a Magnus klasszikus kísérleteivel szemben. Azon az oldalon, ahol a forgórész a szél ellen forog, megnövekedett nyomású terület jött létre, a másik oldalon alacsony nyomású terület. A keletkező erő hajtja a hajót. Ezenkívül ez az erő körülbelül 50-szer nagyobb volt, mint a helyhez kötött forgórészre kifejtett szélnyomás!
Ez nagy lehetőségeket nyitott meg a Flettner számára. Többek között a forgórész területe és tömege többször is kisebb volt, mint a vitorlázóberendezés területe, ami azonos hajtóerőt adna. A forgórészt sokkal könnyebben volt vezérelhető, és nagyon olcsó volt a gyártása. Felülről a Flettner lemezes síkkal borította a forgórészeket - ez kb. Kétszer növelte a hajtóerőt, mivel a levegőáramok a rotorhoz viszonyítva helyesen orientálódtak. A "Bukau" számára a forgórész optimális magasságát és átmérőjét úgy számítottuk ki, hogy a jövő hajójának modelljét egy szélcsatornába fújjuk.
Cousteau turbosailboat - 2011-ben az Alkiona az egyetlen hajó a világon, amelynek Cousteau turbosail. A nagy óceáníró 1997-es halála véget vet a második ilyen hajó, a Calypso II építésének, és más hajógyártók félnek a szokatlan tervektől …
A Flettner forgórésze kiválónak bizonyult. A közönséges vitorlás hajóktól eltérően a forgóhajó gyakorlatilag nem félte a rossz időjárástól és az erős oldalszéltől, könnyen válthatott váltakozó csapokkal a szélszél felé 25 ° -kal (normál vitorlás esetén a határ körülbelül 45 °). Két hengeres forgórész (magassága 13,1 m, átmérő 1,5 m) tette lehetővé a hajó tökéletes egyensúlyát - ez stabilabbnak bizonyult, mint a vitorlás, amely Bukau volt a szerkezetátalakítás előtt. A teszteket nyugodtan, viharban és szándékos túlterheléssel hajtották végre, és nem találtak komoly hiányosságokat. A hajó mozgásához a legelőnyösebb a szél iránya, amely pontosan merőleges a hajó tengelyére, és a mozgás irányát (előre vagy hátra) a forgórészek forgásiránya határozta meg.
1925 február közepén a Buckau szalon, amelyben a vitorlák helyett Flettner forgórészei voltak, elhagyta Danzigot (ma Gdansk) Skóciába. Rossz az időjárás, és a legtöbb vitorlás nem mertek elmenni a kikötőkből. Az Északi-tengeren a Buckau-nak komolyan kellett szembenéznie az erős szelekkel és a nagy hullámokkal, ám a lövész kevésbé lőtt a fedélzeten, mint a többi vitorlás.
Ezen út során nem volt szükséges a személyzet tagjait a fedélzetre hívni, hogy a vitorlákat a szél erősségétől vagy irányától függően változtassák meg. Elegendő volt az egyik órafigyelő, aki anélkül, hogy elhagyta volna a kormányt, képes volt irányítani a rotorok működését. Korábban a három árbocos sügér legénysége legalább 20 matrózból állt, rotációs hajóvá történő átalakítása után 10 ember volt elegendő.
Ugyanebben az évben a hajógyár megalapozta a második forgóhajót - a hatalmas "Barbara" teherhajót, amelyet három 17 méteres rotor hajtott meg. Ugyanakkor egy-egy, mindössze 35 lóerős kis motor elegendő minden rotorhoz. (az egyes rotorok maximális fordulatszámon 160 ford / perc)! A forgórész tolóereje megegyezett egy légcsavarral hajtott légcsavarral, amelyet egy hagyományos hajó dízelmotorral összekapcsoltunk, mintegy 1000 lóerő kapacitással. A hajón azonban dízelmotorral is rendelkeztek: a rotorokon kívül egy propellert mozgásba hoztak (amely nyugodt időjárás esetén az egyetlen hajtómű maradt).
Az ígéretes kísérletek arra késztették a hamburgi Rob. M. Sloman hajózási társaságot, hogy 1926-ban építse a Barbara hajót. Előre volt tervezve, hogy felépítsék a turbosails - a Flettner forgórészeit. Egy 90 m hosszú és 13 m széles hajón három, körülbelül 17 m magas rotorot szereltek fel.
Barbara a terveknek megfelelően egy ideje sikeresen szállított gyümölcsöt Olaszországból Hamburgba. Az utazási idő kb. 30–40% -a a hajó a szél erő miatt vitorlázott. 4-6 pont szélével a "Barbara" 13 csomó sebességet fejlesztett ki.
A tervek szerint a rotációs hajót hosszabb utakon tesztelték az Atlanti-óceánon.
De az 1920-as évek végén a Nagy Depresszió bekövetkezett. 1929-ben a bérleti társaság megtagadta a Barbara további bérbeadását, és eladták. Az új tulajdonos eltávolította a forgórészeket és átalakította a hajót a hagyományos terv szerint. Ennek ellenére a forgórész alacsonyabbrendű volt a csavarcsavarokhoz egy hagyományos dízel erőművel kombinálva, mivel a széltől való függősége, valamint bizonyos teljesítmény- és sebességkorlátozások miatt. Flettner ígéretesebb kutatásokhoz fordult, és Baden-Baden végül elsüllyedt egy 1931-es karibi vihar idején.
És sokáig elfelejtették a forgó vitorlákat …
A rotációs hajók kezdete, úgy tűnik, meglehetősen sikeres volt, ám ezek nem fejlődtek ki, és sokáig elfelejtettek. Miért? Először: a rotációs hajók „atyja” A. Flettner belemerült a helikopterek létrehozásába, és már nem volt érdeklődő a tengeri szállítás iránt. Másodszor, az összes előnyeik ellenére a rotációs hajók vitorlás hajók maradtak vele járó hátrányaikkal, amelyeknek fő oka a széltől való függőség.
A Flettner forgórészeit ismét a XX. Század 80-as évei érdekeltek, amikor a tudósok különféle intézkedéseket javasoltak az éghajlati felmelegedés enyhítésére, a szennyezés csökkentésére és az üzemanyag ésszerűbb felhasználására. Az elsők között emlékezett rájuk a francia felfedező, Jacques-Yves Cousteau (1910-1997). A turbófűrész rendszer működésének tesztelése és az üzemanyag-fogyasztás csökkentése érdekében az "Alcyone" kétrétegű katamaránt (Alcyone az Aeolus szelek istenének lánya) rotációs hajókká alakították át. A tengeri útról 1985-ben indult, meglátogatta Kanadát és Amerikát, körözött a Föld-fokon, megkerüli Ausztráliát és Indonéziát, Madagaszkárt és Dél-Afrikát. Áthelyezték a Kaszpi-tengerbe, ahol három hónapig vitorlázott, különféle tanulmányokat végezve. Az Alcyone továbbra is két különböző meghajtó rendszert használ - két dízelmotorot és két turbófúrót.
Turbóvitorla Cousteau
A vitorlásokat a 20. század folyamán építették. Az ilyen típusú modern hajókban a vitorlás fegyverzet villamos motorok segítségével hajtva van; az új anyagok lehetővé teszik a szerkezet lényeges megvilágítását. De egy vitorlás egy vitorlás, és a szélenergia radikálisan új módon történő felhasználásának gondolata a Flettner napja óta a levegőben volt. És Jacques-Yves Cousteau fáradhatatlan kalandor és felfedező vette fel őt.
1986. december 23-án, a cikk elején említett Alcyone elindítása után Cousteau és kollégái, Lucien Malavar és Bertrand Charier együttes szabadalomban részesítették az US4630997 számú szabadalmat "egy olyan eszköz számára, amely mozgó folyadék vagy gáz felhasználásával erőt teremt". Az általános leírás a következő: „A készüléket egy meghatározott irányba mozgó környezetbe helyezik; ez erőt hoz létre, amely az elsőre merőleges irányba hat. A készülék elkerüli olyan hatalmas vitorlák alkalmazását, amelyek hajtóereje arányos a vitorla területével. " Mi a különbség Cousteau turbófűrésze és Flettner forgóvitorlája között?
Keresztmetszetben a turbófűrész hosszúkás csepp olyan, mint az éles vég. A „csepp” oldalán vannak légbeszívó rácsok, amelyeknek egyikén keresztül (az előre vagy hátra mozgatás szükségességétől függően) a levegőt beszívják. A levegőbevezetéshez a leghatékonyabb szélszívás érdekében egy kis ventilátort kell felszerelni egy villanymotor által hajtott turbóvitorlára.
Mesterségesen növeli a levegő mozgásának sebességét a vitorla lefelé néző oldaláról, és beszívja a légáramot abban a pillanatban, amikor elválasztja a turbóvitorla síkjától. Ez vákuumot hoz létre a turbófűrész egyik oldalán, miközben megakadályozza a turbulens örvények kialakulását. És akkor fellép a Magnus-effektus: az egyik oldalon való rettegés, ennek eredményeként egy keresztirányú erő, amely képes a hajót mozgásba hozni. Valójában a turbófűrész függőlegesen elhelyezett repülőgépszárny, legalábbis a hajtóerő létrehozásának elve hasonló a repülőgép-felvonó létrehozásának elvéhez. Annak biztosítása érdekében, hogy a turbófűrész mindig a szél felé forduljon a legkedvezőbb irányban, speciális érzékelőkkel van felszerelve és egy forgóasztalra van felszerelve. Egyébként a Cousteau szabadalom azt sugallja, hogy a levegőt a turbófűrész belsejéből nemcsak ventilátorral, hanem példáullégszivattyú - így Cousteau bezárta a kaput a következő "feltalálók" számára.
Valójában, Cousteau először 1981-ben kipróbálta a turbófűrész prototípusát a Moulin à Vent katamaránon. A katamarán legnagyobb sikeres vitorlázása egy tangier (Marokkó) és New York közötti út volt egy nagyobb expedíciós hajó felügyelete alatt.
És 1985 áprilisában a La Rochelle kikötőjében elindították az Alcyone-t, az első teljes értékű, turbófűrészekkel felszerelt hajót. Most még mindig mozgásban van, és ma a Cousteau flotti zászlóshajója (és valójában az egyetlen nagy hajó). A rajta levő turbóvitorlák nem az egyetlen mozgatórugó, de elősegítik a két dízel és több légcsavar szokásos összekapcsolását (ami egyébként lehetővé teszi az üzemanyag-fogyasztás kb. Egyharmadával történő csökkentését). Ha a nagy óceáníró életben lenne, valószínűleg még több hasonló hajót épített volna, de társainak lelkesedése Cousteau távozása után észrevehetően visszaesett.
Rövid halála előtt, 1997-ben, Cousteau aktívan dolgozott a "Calypso II" hajó projektjében egy turbófúróval, de nem sikerült befejezni. A legfrissebb adatok szerint 2011 télen az "Alkiona" Caen kikötőjében volt, és új expedíciót várt.
Flettner újra
Manapság megkíséreljük újraéleszteni a Flettner ötletét, és a forgó vitorlákat mainstreamé tenni. Például a híres hamburgi Blohm + Voss cég az 1973-as olajválság után megkezdte a rotációs tartályhajó aktív fejlesztését, de 1986-ra gazdasági tényezők fedezték ezt a projektet. Aztán számos amatőr formatervezés volt.
2007-ben a Flensburgi Egyetem hallgatói egy katamaránt építettek egy forgóvitorlával (Uni-cat Flensburg).
2010-ben megjelent a harmadik, forgóvitorlákkal ellátott hajó - az E-Ship 1 nehéz teherautó, amelyet az Enercon számára gyártottak, a világ egyik legnagyobb szélturbina gyártója. 2010. július 6-án először indították el a hajót, és rövid utat tettek Emdenről Bremerhavenbe. És augusztusban kilenc szélturbinával töltötte az első ír utazását Írországba. A hajó négy Flettner rotorral van ellátva, és természetesen egy hagyományos meghajtórendszerrel, nyugalom esetén és a kiegészítő teljesítmény érdekében. A forgóvitorlák továbbra is csak kiegészítő hajtócsavarokként szolgálnak: egy 130 méteres teherautó esetében a hajtóerejük nem elegendő a megfelelő sebesség eléréséhez. A motorok kilenc Mitsubishi erőmű, a rotorokat pedig egy Siemens gőzturbina forgatta,a kipufogógázok energiájának felhasználásával. A forgóvitorlák 30–40% üzemanyagot takarítanak meg 16 csomó sebességgel.
A Cousteau turbosailja azonban még mindig feledésbe merült: az Alcyone jelenleg az egyetlen teljes méretű hajó, amely ilyen típusú meghajtást hajt végre. A német hajógyártók tapasztalata megmutatja, hogy van-e értelme továbbfejleszteni a vitorlák témáját a Magnus-effektuson. A lényeg az, hogy ennek gazdasági indokait találja, és igazolja annak hatékonyságát. És látja, hogy az összes világszállítás azon az elven mozog, amelyet egy tehetséges német tudós már több mint 150 évvel ezelőtt leírt.
Az Északi-tengeren 2010-ben láthatták a furcsa "E-hajó 1" hajót. A felső fedélzeten négy magas, lekerekített kémény van, de a füst soha nem kavarog ki belőlük. Ezek az úgynevezett Flettner rotorok, amelyek felváltották a hagyományos vitorlákat.
A világ legnagyobb szélerőmű-gyártója, az Enercon 2010. augusztus 2-án indította el a Kiel-i Lindenau hajógyárban egy 130 méteres, 22 méter széles rotációs hajót, amelyet később „E-hajó 1” -nek hívtak. Aztán sikeresen tesztelték az északi és a mediterrán térségben, és jelenleg Németországból szállítanak szélgenerátorokat, ahol ezeket gyártják, más európai országokba. 17 csomó sebességgel (32 km / h) fejlődik, egyidejűleg több mint 9 ezer tonna rakományt szállít, legénysége 15 fő.
A szingapúri hajózási társaság, a Wind Again üzemanyag- és kibocsátáscsökkentő technológia, kifejezetten Flettner rotorokat (összecsukható) kínál tartályhajókhoz és teherhajókhoz. Ezek csökkentik az üzemanyag-fogyasztást 30–40% -kal, és 3-5 év alatt megtérülnek.
A finn Wartsila tengerészeti mérnöki vállalat már tervezi a turbófájlok kiigazítását a tengerjáró kompokra. Ennek oka a Viking Line finn kompszolgáltató vágya, hogy csökkentse az üzemanyag-fogyasztást és a környezetszennyezést.
A Flettner rotorok használatát kedvtelési célú vízi járműveken a Flensburgi Egyetem (Németország) vizsgálja. Az emelkedő olajárak és a riasztó éghajlati felmelegedés kedvezőnek tűnnek a szélturbinák visszatérésének.
A John Marples "Cloudia" által tervezett jacht egy újjáépített trimaran Searunner 34. A jachtot először 2008 februárjában tesztelték Fort Florida-ban, Florida, USA-ban, és létrehozását a Discovery Channel támogatta. A "Claudia" hihetetlenül manőverezhetőnek bizonyult: másodpercek alatt megállt és bekapcsolott, körülbelül 15 ° szögben szabadon mozogva a szél felé. A teljesítmény észrevehető javulása a hagyományos Flettner rotorhoz képest az első és a hátsó trimarán rotorra szerelt kiegészítő keresztirányú tárcsáknak köszönhető.