Den berømte dokumentarserien The Cousteau Teams Underwater Odyssey ble skutt av den store franske oseanografen på 1960 - 1970-tallet. Cousteaus hovedskip ble deretter konvertert fra den britiske gruveveveren "Calypso". Men i en av de påfølgende filmene - "Rediscovery of the World" - dukket det opp et annet skip, yachten "Alcyone".
Når de så på det, stilte mange seere seg spørsmålet: hva er disse rare rørene installert på yachten?.. Kanskje er det rør av kjeler eller fremdriftssystemer?
Se for deg overraskelsen din hvis du finner ut at dette er SAILS … turbosails …
Cousteau-fondet kjøpte yachten "Alkiona" i 1985, og dette skipet ble ikke betraktet så mye som et forskningsskip, men som en base for å studere effektiviteten av turbosails - det originale skipsdrivningssystemet. Og da 11 år senere den legendariske "Calypso" sank, inntok "Alcyona" sin plass som ekspedisjonens viktigste fartøy (forresten, i dag er "Calypso" oppvokst og befinner seg i en halvplyndret tilstand i havnen i Concarneau).
Egentlig ble turbosailen oppfunnet av Cousteau. I tillegg til dykkerutstyr, en undervannsskål og mange andre enheter for å utforske havdypet og havoverflaten. Ideen ble født på begynnelsen av 1980-tallet og var å lage det mest miljøvennlige, men samtidig praktiske og moderne fremdriftssystemet for en vannfugl. Bruk av vindkraft så ut til å være det mest lovende forskningsområdet. Men her er uflaks: menneskeheten oppfant et seil for flere tusen år siden, og hva kan være enklere og mer logisk?
Selvfølgelig forsto Cousteau og hans selskap at det var umulig å bygge et skip som utelukkende ble drevet med seil. Mer presist, kanskje, men kjøreytelsen vil være veldig middelmådig og avhengig av vagariene i været og vindretningen. Derfor var det opprinnelig planlagt at det nye "seilet" bare vil være en hjelpekraft, som kan brukes til å hjelpe konvensjonelle dieselmotorer. På samme tid ville en turbosail redusere forbruket av diesel, og i sterk vind kan det bli fartøyets eneste fremdrift. Og utseendet til forskerteamet vendte seg til fortiden - til oppfinnelsen av den tyske ingeniøren Anton Flettner, den berømte flydesigneren, som ga et betydelig bidrag til skipsbygging.
Salgsfremmende video:
Turbo-seilet er en hul sylinder utstyrt med en spesiell pumpe. Pumpen skaper et vakuum på den ene siden av turbosailen, pumper luft inn i seilet, den utvendige luften begynner å strømme rundt turbosailen i forskjellige hastigheter og skipet begynner å bevege seg i en retning vinkelrett på lufttrykket. Dette ligner veldig på heisen som virker på en flyvinge - trykket fra vingens bunn er større og flyet skyver oppover. Turbo-seilet lar skipet bevege seg mot all vind, så lenge det er nok pumpekraft. Det brukes som et hjelpesystem for en konvensjonell marin motor. To turbosegler installert på skipet til Cousteau-teamet "Alkion" gjorde det mulig å spare opptil 50% av drivstoffet.
Flettners rotor og Magnus-effekten
16. september 1922 fikk Anton Flettner et tysk patent for det såkalte rotasjonsfartøyet. Og i oktober 1924 forlot et eksperimentelt roterende fartøy Buckau bestandene til skipsbyggerselskapet Friedrich Krupp i Kiel. Riktig nok, skonnerten ble ikke bygget fra bunnen av: før installasjonen av Flettners rotorer var det et vanlig seilskip.
Flettners ide var å bruke den såkalte Magnus-effekten, hvis essens er som følger: når en luft (eller væske) strømmer rundt et roterende legeme, genereres det en kraft som er vinkelrett på strømningsretningen og virker på kroppen. Fakta er at et roterende objekt skaper en virvelbevegelse rundt seg selv. På siden av objektet, der retningen av virvelen faller sammen med retningen på strømmen av væske eller gass, øker mediets hastighet, og fra motsatt side avtar den. Forskjellen i trykk og skaper en skjærkraft rettet fra siden der rotasjonsretningen og strømningsretningen er motsatt, fra siden der de faller sammen.
"Flettners vindskip er på alles lepper takket være usedvanlig nidkjær avispropaganda," skrev Louis Prandtl i sin artikkel om utviklingen av en tysk ingeniør.
Denne effekten ble oppdaget i 1852 av den berlinske fysikeren Heinrich Magnus.
Magnuseffekt
Den tyske luftfartsingeniøren og oppfinneren Anton Flettner (1885–1961) gikk ned i navigasjonshistorien som en mann som prøvde å bytte ut seil. Han hadde en sjanse til å reise lenge på et seilskip over Atlanterhavet og indiske hav. Mange seil ble satt på mastene til seilskuter fra den tiden. Seilutstyret var dyrt, sammensatt og aerodynamisk lite effektivt. Konstante farer lå og ventet på seilere, som selv under en storm måtte seile i 40-50 meters høyde.
Under reisen hadde den unge ingeniøren ideen om å bytte ut seilene, som krever mer krefter, med et enklere, men effektivt apparat, hvis viktigste fremdrift også vil være vinden. Da han tenkte over dette, husket han aerodynamiske eksperimenter utført av sin landsmannfysiker Heinrich Gustav Magnus (1802-1870). De fant ut at når en sylinder roterer i en luftstrøm, oppstår en tverrkraft med en retning avhengig av sylinderens rotasjonsretning (Magnus-effekt).
Et av hans klassiske eksperimenter så slik ut: “En messingssylinder kunne rotere mellom to punkter; hurtig rotasjon av sylinderen ble gitt, som i en topp, av en ledning. Den roterende sylinderen ble plassert i en ramme, som igjen lett kunne roteres. En sterk luftstråle ble sendt til dette systemet ved hjelp av en liten sentrifugalpumpe. Sylinderen avviket i en retning vinkelrett på luftstrømmen og til sylinderaksen, dessuten i retningen som rotasjonsretningene og strålen var den samme "(L. Prandtl" Magnus Effect and a Wind Ship ", 1925).
A. Flettner tenkte umiddelbart at seilene kunne byttes ut med roterende sylindre som var installert på skipet.
Det viser seg at der overflaten på sylinderen beveger seg mot luftstrømmen, reduseres vindhastigheten og trykket øker. På den andre siden av sylinderen er det motsatte sant - luftstrømmen øker og trykket synker. Denne forskjellen i trykk fra forskjellige sider av sylinderen er drivkraften som får fartøyet til å bevege seg. Dette er det grunnleggende prinsippet for rotasjonsutstyr som bruker vindkraften til å bevege fartøyet. Alt er veldig enkelt, men bare A. Flettner "gikk ikke forbi", selv om Magnus-effekten har vært kjent i mer enn et halvt århundre.
Han begynte å implementere planen i 1923 på en innsjø nær Berlin. Egentlig gjorde Flettner en ganske enkel ting. Han installerte en papirsylinderrotor omtrent en meter i høyden og 15 cm i diameter på en meter lang testbåt, og tilpasset en klokkemekanisme for å rotere den. Og båten seilte bort.
Kapteinene på seilskuter spottet mot A. Flettners sylindere, som han ønsket å bytte ut seilene med. Oppfinneren klarte å interessere velstående beskyttere av kunst med sin oppfinnelse. I 1924, i stedet for tre master, ble det installert to rotorsylindere på den 54 meter store skonnerten "Buckau". Disse sylindrene ble drevet av en 45 hk dieselgenerator.
Bucaus rotorer ble drevet av elektriske motorer. Egentlig var det ingen forskjell fra de klassiske eksperimentene til Magnus i designen. På siden, der rotoren roterte mot vinden, ble det opprettet et område med økt trykk, på motsatt side, et lavtrykksområde. Den resulterende styrken er det som drev skipet. Dessuten var denne kraften omtrent 50 ganger større enn kraften med vindtrykk på en stasjonær rotor!
Dette åpnet for store utsikter for Flettner. Blant annet var rotorområdet og dets masse flere ganger mindre enn seilriggen, som ville gitt lik drivkraft. Rotoren var mye lettere å kontrollere, og den var ganske billig å produsere. Fra oven dekket Flettner rotorene med plateplan - dette økte drivkraften med omtrent to ganger på grunn av riktig retning av luftstrømmene i forhold til rotoren. Den optimale høyden og diameteren på rotoren for "Bukau" ble beregnet ved å blåse en modell av det fremtidige fartøyet i en vindtunnel.
Cousteau turbosailboat - For 2011 er Alkiona det eneste fartøyet i verden med en Cousteau turbosail. Den store oseanografens død i 1997 gjorde slutt på byggingen av det andre slike skip, Calypso II, og andre skipsbyggere frykter det uvanlige designet …
Flettners rotor viste seg å være utmerket. I motsetning til et vanlig seilskip, var et rotasjonsskip praktisk talt ikke redd for dårlig vær og sterk sidevind, det kunne lett seile vekslende takler i en vinkel på 25º mot motvind (for et normalt seil er grensen omtrent 45º). To sylindriske rotorer (høyde 13,1 m, diameter 1,5 m) gjorde det mulig å balansere skipet perfekt - det viste seg å være mer stabilt enn seilbåten som Bukau var før omstillingen. Testene ble utført i ro, og i en storm, og med bevisst overbelastning - og ingen alvorlige mangler ble identifisert. Den mest fordelaktige for bevegelsen av fartøyet var vindretningen nøyaktig vinkelrett på fartøyets akse, og bevegelsesretningen (fremover eller bakover) ble bestemt av rotorenes rotasjonsretning.
I midten av februar 1925 forlot skonnerten "Buckau", utstyrt med Flettners rotorer i stedet for seil, Danzig (nå Gdansk) til Skottland. Været var dårlig, og de fleste av seilbåtene turte ikke å forlate havnene. I Nordsjøen måtte Buckau forholde seg alvorlig med sterk vind og store bølger, men skonnerten hæl ombord mindre enn andre seilbåter møtte.
Under denne seilasen var det ikke nødvendig å ringe besetningsmedlemmene til dekk for å skifte seil, avhengig av vindens styrke eller retning. En navigatør på klokken var nok, som uten å forlate styrehuset kunne kontrollere rotorenes aktivitet. Tidligere besto mannskapet på en tre-mastet skonnert av minst 20 seilere, etter at det ble omgjort til et roterende skip, var 10 personer nok.
Samme år la verftet grunnlaget for det andre rotasjonsskipet - den mektige lasteforingen "Barbara", drevet av tre 17-metersrotorer. Samtidig var en liten motor med en kapasitet på bare 35 hk nok for hver rotor. (med maksimal rotasjonshastighet for hver rotor 160 o / min)! Rotorens skyvekraft tilsvarte en propelldrevet propell kombinert med en konvensjonell skipsmotordieselmotor med en kapasitet på rundt 1000 hk. Skipet hadde imidlertid også en dieselmotor: i tillegg til rotorene satte den i gang en propell (som forble det eneste fremdriftsapparatet i tilfelle rolig vær).
Lovende eksperimenter fikk rederiet Rob. M. Sloman fra Hamburg til å bygge skipet Barbara i 1926. Det var planlagt på forhånd å utstyre turbosails - Flettners rotorer. På et fartøy 90 m langt og 13 m bredt ble det montert tre rotorer med en høyde på ca 17 m.
Barbara har transportert frukt fra Italia til Hamburg i noen tid, som planlagt. Cirka 30–40% av seiltiden seilte på grunn av vindstyrken. Med en vind på 4-6 poeng utviklet "Barbara" en hastighet på 13 knop.
Det var planlagt å teste rotasjonsfartøyet på lengre seilaser i Atlanterhavet.
Men på slutten av 1920-tallet slo den store depresjonen til. I 1929 nektet chartselskapet å lease Barbara videre og ble solgt. Den nye eieren fjernet rotorene og konverterte skipet i henhold til den tradisjonelle ordningen. Fortsatt var rotoren underordnet skruepropellene i kombinasjon med et konvensjonelt dieselkraftverk på grunn av dets avhengighet av vinden og visse begrensninger i kraft og hastighet. Flettner henvendte seg til mer lovende leting, og Baden-Baden sank til slutt under en storm i Karibien i 1931.
Og de glemte rotasjonsseil i lang tid …
Begynnelsen på roterende fartøyer, synes det, var ganske vellykket, men de fikk ikke utvikling og ble glemt i lang tid. Hvorfor? For det første stupte "faren" til roterende fartøy A. Flettner i etableringen av helikoptre og sluttet å være interessert i sjøtransport. For det andre, til tross for alle fordelene deres, forble roterende fartøy seilskuter med sine iboende ulemper, der hoveddelen er avhengighet av vinden.
Flettners rotorer var igjen interessert i 80-tallet av det tjuende århundre, da forskere begynte å foreslå forskjellige tiltak for å dempe klimaoppvarmingen, redusere forurensningen og mer rasjonell bruk av drivstoff. En av de første som husket dem var den franske oppdageren Jacques-Yves Cousteau (1910-1997). For å teste driften av turbosail-systemet og redusere drivstofforbruket, ble den to-mastede katamaranen "Alcyone" (Alcyone er datter av guden for vindene Aeolus) omgjort til et roterende fartøy. I seilasen i 1985 reiste han til Canada og Amerika, sirklet rundt Cape Horn, omgått Australia og Indonesia, Madagaskar og Sør-Afrika. Han ble overført til Det Kaspiske hav, hvor han seilte i tre måneder og gjorde forskjellige studier. Alcyone bruker fremdeles to forskjellige fremdriftssystemer - to dieselmotorer og to turbosegler.
Turbo-seil Cousteau
Seilbåter ble bygget gjennom hele 1900-tallet. I moderne skip av denne typen er seilrustningen brettet ved hjelp av elektriske motorer; nye materialer gjør det mulig å gjøre strukturen betydelig lysere. Men en seilbåt er en seilbåt, og ideen om å bruke vindenergi på en radikalt ny måte har vært i lufta siden Flettners dager. Og hun ble plukket opp av den utrettelige eventyreren og oppdageren Jacques-Yves Cousteau.
23. desember 1986, etter at Alcyone, nevnt i begynnelsen av artikkelen, ble lansert, mottok Cousteau og kollegene Lucien Malavar og Bertrand Charier felles patent nr. US4630997 for "en enhet som skaper kraft gjennom bruk av flytende væske eller gass." Den generelle beskrivelsen er som følger: “Enheten er plassert i et miljø som beveger seg i en bestemt retning; dette skaper en kraft som virker i en retning vinkelrett på den første. Enheten unngår bruk av massive seil der drivkraften er proporsjonal med seilområdet. " Hva er forskjellen mellom Cousteaus turbosail og Flettners rotasjonsseil?
I tverrsnitt er en turbosail noe som en langstrakt dråpe avrundet fra den skarpe enden. På sidene av "dråpen" er det luftinntaksgitter, hvorav den ene (avhengig av behovet for å bevege seg fremover eller bakover) suges ut luft. For det mest effektive vindsuget inn i luftinntaket, installeres en liten vifte drevet av en elektrisk motor på turbo-seilet.
Det øker kunstig hastigheten på luftbevegelsen fra seilens bakside, og suger inn luftstrømmen i det øyeblikket den skilles fra turbo-seilets plan. Dette skaper et vakuum på den ene siden av turbosailen, mens du forhindrer dannelse av turbulente virvler. Og så virker Magnus-effekten: rarefaction på den ene siden, som et resultat - en tverrkraft som kan sette skipet i gang. Egentlig er en turbosail en vertikalt plassert flyvinge, i det minste er prinsippet om å skape en fremdriftskraft lik prinsippet om å lage en luftheis. For å sikre at turboseglen alltid vendes mot vinden i den mest fordelaktige retningen, er den utstyrt med spesielle sensorer og installert på en dreieskive. For øvrig innebærer Cousteau-patentet at luft kan suges ut fra innsiden av turboseglen, ikke bare av en vifte, men også for eksempelluftpumpe - dermed stengte Cousteau porten for påfølgende "oppfinnere".
For første gang testet Cousteau faktisk en prototype av en turbosail på katamaranen Moulin à Vent i 1981. Den største vellykkede seilingen av katamaranen var en tur fra Tanger (Marokko) til New York under tilsyn av et større ekspedisjonsskip.
Og i april 1985, i havnen i La Rochelle, ble Alcyone, det første fullverdige skipet utstyrt med turbosails, lansert. Nå er hun fremdeles på farten, og i dag er det flaggskipet (og faktisk det eneste store skipet) til Cousteau-flotillaen. Turboseglene på den er ikke den eneste klipperen, men de hjelper den vanlige koblingen av to diesler og flere propeller (som forresten gjør det mulig å redusere drivstofforbruket med omtrent en tredjedel). Hvis den store oseanografen var i live, ville han sannsynligvis ha bygget flere flere lignende skip, men entusiasmen fra hans medarbeidere etter avgangen til Cousteau avtok merkbart.
Rett før hans død i 1997 arbeidet Cousteau aktivt med prosjektet til skipet "Calypso II" med en turbosail, men klarte ikke å fullføre det. Ifølge de siste dataene, vinteren 2011, var "Alkiona" i havnen i Caen og ventet på en ny ekspedisjon.
Flettner igjen
I dag blir det forsøkt å gjenopplive Flettners ide og få roterende seil til å være mainstream. For eksempel begynte det berømte Hamburg-selskapet Blohm + Voss, etter oljekrisen i 1973, aktiv utvikling av et roterende tankskip, men innen 1986 dekket økonomiske faktorer opp dette prosjektet. Da var det en rekke amatørdesign.
I 2007 bygde studenter ved University of Flensburg en katamaran drevet av et rotasjonsseil (Uni-cat Flensburg).
I 2010 dukket det tredje skipet noensinne opp med roterende seil - den tunge lastebilen E-Ship 1, som ble bygget for Enercon, en av de største produsentene av vindmølle i verden. 6. juli 2010 ble skipet første gang lansert og foretok en kort seilas fra Emden til Bremerhaven. Og i august dro han på sin første arbeidsreise til Irland med en last på ni vindmøller. Fartøyet er utstyrt med fire Flettner-rotorer og, selvfølgelig, et tradisjonelt fremdriftssystem i tilfelle ro og for ekstra kraft. Fortsatt fungerer rotasjonsseil bare som hjelpepropeller: for en 130-meters lastebil er kraften deres ikke nok til å utvikle riktig hastighet. Motorene er ni Mitsubishi kraftverk, og rotorene roteres av en Siemens dampturbin,bruker energien fra avgassene. Rotasjonsseil sparer 30 til 40% drivstoff med en hastighet på 16 knop.
Men Cousteaus turbosseil er fremdeles i glemmeboken: Alcyone er for øyeblikket det eneste skipet i full størrelse med denne typen fremdrift. Erfaringen fra tyske skipsbyggere vil vise om det er fornuftig å videreutvikle temaet for seil som opererer på Magnus-effekten. Hovedsaken er å finne en økonomisk begrunnelse for dette og bevise effektiviteten. Og der, forstår du, vil all verdensfrakt flytte til prinsippet som en talentfull tysk forsker beskrev for mer enn 150 år siden.
I Nordsjøen i 2010 kunne du se det rare skipet "E-Ship 1". På det øvre dekket er det fire høye avrundede skorsteiner, men røyk virvler aldri ut av dem. Dette er de såkalte Flettner-rotorene, som erstattet tradisjonelle seil.
2. august 2010 lanserte verdens største produsent av vindkraftverk Enercon et 130 meter rotasjonsfartøy med en bredde på 22 m, som senere ble kalt E-Ship 1, ved Lindenau verft i Kiel. Deretter ble den vellykket testet i Nord- og Middelhavet, og transporterer for tiden vindkraftgeneratorer fra Tyskland, der de er produsert, til andre europeiske land. Den utvikler en hastighet på 17 knop (32 km / t), og transporterer samtidig mer enn 9 tusen tonn last, og mannskapet er 15 personer.
Det Singapore-baserte rederiet Wind Again, en teknologi for drivstoff og utslippsreduksjon, tilbyr spesialdesignede Flettner-rotorer (sammenleggbare) for tankskip og lasteskip. De vil redusere drivstofforbruket med 30-40% og vil lønne seg i løpet av 3-5 år.
Det finske maritekniske selskapet Wartsila planlegger allerede nå å tilpasse turboseglene på cruiseferger. Dette skyldes ønsket fra den finske fergeoperatøren Viking Line om å redusere drivstofforbruk og miljøforurensning.
Bruken av Flettner-rotorer på fritidsbåter blir studert av University of Flensburg (Tyskland). Stigende oljepris og alarmerende klimaoppvarming ser ut til å være gunstige forhold for retur av vindmøller.
Yachten designet av John Marples "Cloudia" er en ombygd trimaran Searunner 34. Yachten ble først testet i februar 2008 i Fort Pierce, Florida, USA, og etableringen ble finansiert av Discovery-kanalen. "Claudia" viste seg å være utrolig manøvrerbar: hun stoppet og slo på bakover i løpet av sekunder, og beveget seg fritt i en vinkel på omtrent 15 ° mot vinden. En merkbar forbedring av ytelsen i forhold til den tradisjonelle Flettner-rotoren skyldes ytterligere tverrskiver montert på de fremre og bakre trimaranrotorene.
