Celebrul serial documentar The Odyssey Underwater Team a Cousteau a fost filmat de marele oceanograf francez în anii ’60 - ’70. Nava principală a lui Cousteau a fost apoi convertită din mineristul britanic "Calypso". Dar într-unul dintre filmele ulterioare - „Redescoperirea lumii” - a apărut o altă navă, iahtul „Alcyone”.
Privind acest lucru, mulți telespectatori și-au pus întrebarea: care sunt aceste conducte ciudate instalate pe iaht? Poate sunt conducte ale cazanelor sau ale sistemelor de propulsie?
Imaginați-vă uimirea dacă aflați că acestea sunt SAILS … turboilice …
Fundația Cousteau a achiziționat yachtul "Alkion" în 1985, iar această navă a fost considerată nu atât ca o navă de cercetare, ci ca o bază pentru studierea eficienței turboalelor - sistemul inițial de propulsie a navei. Și când, 11 ani mai târziu, legendarul „Calypso” s-a scufundat, „Alcyona” și-a luat locul ca nava principală a expediției (apropo, astăzi „Calypso” este ridicat și se află într-o stare semidondată în portul Concarneau).
De fapt, turbosail a fost inventat de Cousteau. De asemenea, echipament de scufundări, o farfurie subacvatică și multe alte dispozitive pentru explorarea adâncimilor mării și a suprafeței oceanelor. Ideea s-a născut la începutul anilor ’80 și avea să creeze cel mai ecologic sistem de propulsie, dar în același timp convenabil și modern pentru o acvatică. Utilizarea energiei eoliene părea a fi cea mai promițătoare zonă de cercetare. Dar iată ghinionul: omenirea a inventat o vela în urmă cu câteva mii de ani și ce ar putea fi mai simplu și mai logic?
Desigur, Cousteau și compania sa au înțeles că este imposibil să construiască o navă alimentată exclusiv cu vela. Mai exact, poate, dar performanțele sale de conducere vor fi foarte mediocre și depind de înclinațiile meteorologice și direcția vântului. Prin urmare, inițial, a fost planificat că noua „vela” va fi doar o forță auxiliară, aplicabilă pentru a ajuta motoarele diesel convenționale. În același timp, o turbină ar reduce semnificativ consumul de combustibil diesel, iar într-un vânt puternic ar putea deveni singura propulsie a navei. Iar aspectul echipei de cercetare s-a îndreptat către trecut - către invenția inginerului german Anton Flettner, celebrul proiectant de aeronave, care a contribuit semnificativ la construcția navelor.
Video promotional:
Sail turbo este un cilindru gol echipat cu o pompă specială. Pompa creează un vid pe o parte a turboilicului, pompând aer în pânză, aerul exterior începe să curgă în jurul turboilicului cu viteze diferite, iar nava începe să se deplaseze într-o direcție perpendiculară cu presiunea aerului. Acest lucru este foarte similar cu ascensorul care acționează pe o aripă a avionului - presiunea din partea de jos a aripii este mai mare și avionul împinge în sus. Naviga turbo permite navei să se deplaseze împotriva oricărui vânt, atât timp cât există o putere suficientă a pompei. Este utilizat ca sistem auxiliar pentru un motor marin convențional. Două turboilice instalate pe nava echipei Cousteau „Alkion” au făcut posibilă economisirea a până la 50% din combustibil.
Rotorul lui Flettner și efectul Magnus
La 16 septembrie 1922, Anton Flettner a primit un brevet german pentru așa-numita navă rotativă. Iar în octombrie 1924, un vas rotativ experimental Buckau a lăsat stocurile companiei de construcții navale Friedrich Krupp din Kiel. Adevărat, goleta nu a fost construită de la zero: înainte de instalarea rotoarelor Flettner, era o navă de navigație obișnuită.
Ideea lui Flettner era să folosească așa-numitul efect Magnus, a cărui esență este următoarea: când un flux de aer (sau lichid) curge în jurul unui corp rotativ, se generează o forță care este perpendiculară pe direcția fluxului și acționează asupra corpului. Cert este că un obiect rotativ creează o mișcare de vortex în jurul lui. Pe partea obiectului, unde direcția vortexului coincide cu direcția de curgere a lichidului sau a gazului, viteza mediului crește, iar din partea opusă, aceasta scade. Diferența de presiune și creează o forță de forfecare direcționată din partea în care direcția de rotație și direcția de curgere sunt opuse, spre partea în care coincid.
"Vatra lui Flettner este pe buzele tuturor datorită unei propagande ziare extraordinar de zeloase", a scris Louis Prandtl în articolul său despre dezvoltarea unui inginer german.
Acest efect a fost descoperit în 1852 de către fizicianul berlinez Heinrich Magnus.
Efectul Magnus
Inginerul aeronautic și inventatorul german Anton Flettner (1885–1961) a intrat în istoria navigației ca un om care încerca să înlocuiască pânzele. El a avut șansa de a călători pentru o lungă perioadă de timp pe o navă de navigare de-a lungul oceanelor Atlantic și Atlantic. Multe vele au fost așezate pe catargurile corăbiei cu vele din acea epocă. Echipamentul de navigație era scump, complex și aerodinamic nu foarte eficient. Pericole constante așteptau marinari, care, chiar și în timpul unei furtuni, trebuiau să navigheze la 40-50 de metri înălțime.
În timpul călătoriei, tânărul inginer a avut ideea de a înlocui pânzele, care necesită mai mult efort, cu un dispozitiv mai simplu, dar eficient, a cărui propulsie principală ar fi și vântul. Pondând acest lucru, el a amintit experimente aerodinamice efectuate de fizicianul său compatriot Heinrich Gustav Magnus (1802-1870). Au descoperit că atunci când un cilindru se rotește într-un flux de aer, apare o forță transversală cu o direcție în funcție de direcția de rotație a cilindrului (efectul Magnus).
Unul dintre experimentele sale clasice arăta astfel: „Un cilindru de alamă se poate roti între două puncte; rotirea rapidă a cilindrului a fost împărțită, ca într-un vârf, de un șnur. Cilindrul rotativ a fost plasat într-un cadru, care, la rândul său, putea fi rotit cu ușurință. Un jet puternic de aer a fost trimis către acest sistem folosind o pompă centrifugă mică. Cilindrul s-a abătut în direcția perpendiculară pe fluxul de aer și pe axa cilindrului, în plus, în direcția din care direcțiile de rotație și jetul erau aceleași "(L. Prandtl" Efectul Magnus și o navă eoliană ", 1925).
A. Flettner s-a gândit imediat că pânzele pot fi înlocuite cu butelii rotative instalate pe navă.
Se dovedește că acolo unde suprafața cilindrului se mișcă împotriva fluxului de aer, viteza vântului scade și presiunea crește. Pe cealaltă parte a cilindrului, este adevărat opusul - debitul de aer crește și presiunea scade. Această diferență de presiune din diferite părți ale cilindrului este forța motrice care face ca vasul să se miște. Acesta este principiul de bază al echipamentului rotativ care folosește forța vântului pentru a muta vasul. Totul este foarte simplu, dar numai A. Flettner „nu a trecut pe lângă”, deși efectul Magnus este cunoscut de mai bine de jumătate de secol.
A început să implementeze planul în 1923 pe un lac din apropierea Berlinului. De fapt, Flettner a făcut un lucru destul de simplu. El a instalat un rotor cilindru-hârtie de aproximativ un metru înălțime și 15 cm în diametru pe o barcă de testare lungă de un metru și a adaptat un mecanism de ceas pentru a-l roti. Și barca a navigat departe.
Căpitanii navelor navigabile batjocoreau pe cilindrii lui A. Flettner, cu care voia să înlocuiască pânzele. Inventatorul a reușit să intereseze patronii bogați ai artei cu invenția sa. În 1924, în loc de trei stâlpi, au fost montați doi cilindri rotori pe schita Buckau de 54 de metri. Acești cilindri erau alimentați de un generator diesel de 45 CP.
Rotoarele Bucau erau alimentate cu motoare electrice. De fapt, nu a existat nicio diferență față de experimentele clasice ale lui Magnus în design. Pe partea în care rotorul s-a rotit împotriva vântului, s-a creat o zonă de presiune crescută, pe partea opusă, o zonă de presiune joasă. Forța rezultată este ceea ce a propulsat nava. Mai mult, această forță a fost de aproximativ 50 de ori mai mare decât forța presiunii vântului pe un rotor staționar!
Acest lucru a deschis perspective mari pentru Flettner. Printre altele, zona rotorului și masa sa au fost de câteva ori mai mici decât suprafața platformei de navigație, ceea ce ar oferi forță de conducere egală. Rotorul era mult mai ușor de controlat și era destul de ieftin de fabricat. De sus, Flettner a acoperit rotoarele cu plăci plate - acest lucru a mărit forța motrică de aproximativ două ori datorită orientării corecte a fluxurilor de aer în raport cu rotorul. Înălțimea și diametrul optim al rotorului pentru „Bukau” a fost calculat prin suflarea unui model al viitoarei nave într-un tunel al vântului.
Boast turbosail Cousteau - Pentru 2011, Alkiona este singura navă din lume cu un turbostil Cousteau. Moartea marelui oceanograf în 1997 a pus capăt construcției unei a doua astfel de nave, Calypso II, iar alți constructori de nave se tem de un design neobișnuit …
Rotorul lui Flettner s-a dovedit excelent. Spre deosebire de o navă de navigație obișnuită, o navă rotativă nu se temea practic de vremea rea și de vânturile laterale puternice, ea putea naviga cu ușurință tacii alternativi la un unghi de 25º față de vânt (pentru o navigare normală, limita este de aproximativ 45º). Două rotoare cilindrice (înălțime 13,1 m, diametru 1,5 m) au făcut posibilă echilibrarea perfectă a navei - s-a dovedit a fi mai stabilă decât barca cu pânze pe care Bukau a fost înainte de restructurare. Testele au fost efectuate în calm și în furtună și cu suprasolicitare deliberată - și nu au fost identificate deficiențe grave. Cea mai avantajoasă pentru mișcarea navei a fost direcția vântului exact perpendiculară pe axa vasului, iar direcția de mișcare (înainte sau înapoi) a fost determinată de direcția de rotație a rotorilor.
La mijlocul lunii februarie 1925, schoonerul Buckau, echipat cu rotori de Flettner în loc de pânze, a părăsit Danzig (acum Gdansk) spre Scoția. Vremea a fost rea și majoritatea bărcilor cu pânze nu au îndrăznit să părăsească porturile. În Marea Nordului, Buckau a trebuit să se ocupe serios de vânturi puternice și valuri mari, dar goleta a călcat la bord mai puțin decât alte bărci cu pânze întâlnite.
În timpul acestui voiaj, nu a fost necesar să chemați membrii echipajului pe punte pentru a schimba vele, în funcție de forța sau direcția vântului. A fost suficient un navigator al ceasului, care, fără a părăsi timoneria, a putut controla activitatea rotorilor. Anterior, echipajul unei schute cu trei stâlpi a fost format din cel puțin 20 de marinari, după transformarea sa într-o navă rotativă 10 persoane au fost suficiente.
În același an, șantierul naval a pus bazele celei de-a doua nave rotative - puternica linie de marfă „Barbara”, propulsată de trei rotori de 17 metri. În același timp, pentru fiecare rotor a fost suficient un motor mic cu o capacitate de numai 35 CP. (la viteza maximă de rotație a fiecărui rotor 160 rpm)! Impulsia rotorului a fost echivalentă cu cea a unei elice acționate de elice cuplată cu un motor diesel național convențional cu o capacitate de aproximativ 1000 CP. Cu toate acestea, nava avea și un motor diesel: pe lângă rotori, a pus în mișcare o elică (care a rămas singurul dispozitiv de propulsie în caz de vreme calmă).
Experimente promițătoare au determinat compania maritimă Rob. M. Sloman din Hamburg să construiască nava Barbara în 1926. Era planificat dinainte să echipeze turboseil - rotoarele Flettner. Pe un vas lung de 90 m și lățime de 13 m, s-au montat trei rotori cu o înălțime de aproximativ 17 m.
Barbara transportă cu succes fructe din Italia la Hamburg de ceva timp, conform planificării. Aproximativ 30–40% din timpul călătoriei, nava naviga din cauza forței vântului. Cu un vânt de 4-6 puncte, "Barbara" a dezvoltat o viteză de 13 noduri.
S-a planificat testarea navei rotative în călătoriile mai lungi în Oceanul Atlantic.
Dar la sfârșitul anilor 1920, Marea Depresiune a izbucnit. În 1929, compania charter a refuzat să mai închirieze Barbara și a fost vândută. Noul proprietar a îndepărtat rotoarele și a transformat nava conform schemei tradiționale. Totuși, rotorul era inferior elicelor cu șuruburi în combinație cu o centrală diesel convențională, datorită dependenței sale de vânt și de anumite limitări ale puterii și vitezei. Flettner a apelat la o explorare mai promițătoare, iar în cele din urmă, Baden-Baden s-a scufundat în timpul unei furtuni din Caraibe în 1931.
Și au uitat de vele rotative de mult timp …
S-ar părea că începutul vaselor rotative a fost destul de reușit, dar nu au primit dezvoltare și au fost uitați de mult timp. De ce? În primul rând, „părintele” vaselor rotative A. Flettner s-a aruncat în crearea elicopterelor și a încetat să mai fie interesat de transportul maritim. În al doilea rând, în ciuda tuturor avantajelor lor, navele rotative au rămas nave navigabile cu dezavantajele lor inerente, principalul lor fiind dependența de vânt.
Rotoarele Flettner au fost din nou interesate de anii 80 ai secolului XX, când oamenii de știință au început să propună diverse măsuri pentru atenuarea încălzirii climatice, reducerea poluării și utilizarea mai rațională a combustibilului. Unul dintre primii care și-a amintit a fost exploratorul francez Jacques-Yves Cousteau (1910-1997). Pentru a testa funcționarea sistemului turboilic și a reduce consumul de combustibil, catamaranul cu două pete „Alcyone” (Alcyone - fiica zeului vânturilor Aeolus) a fost transformat într-un vas rotativ. A plecat în 1985, a călătorit în Canada și America, a înconjurat Cape Horn, a ocolit Australia și Indonezia, Madagascar și Africa de Sud. A fost transferat în Marea Caspică, unde a navigat timp de trei luni, făcând diverse studii. Alcyone mai folosește încă două sisteme diferite de propulsie - două motoare diesel și două turboilice.
Turbo-sail Cousteau
Barcile cu pânze au fost construite de-a lungul secolului XX. În navele moderne de acest tip, armamentul cu vele este pliat cu ajutorul motoarelor electrice, materialele noi fac posibilă clarificarea semnificativă a structurii. Dar o barcă cu pânze este o barcă cu pânze, iar ideea de a folosi energia eoliană într-un mod radical nou a fost în aer încă din zilele Flettner. Și a fost ridicată de neobositul aventurier și explorator Jacques-Yves Cousteau.
La 23 decembrie 1986, după lansarea lui Alcyone, menționată la începutul articolului, Cousteau și colegii săi Lucien Malavar și Bertrand Charier au primit brevetul comun nr. US4630997 pentru „un dispozitiv care creează forța prin utilizarea unui lichid sau gaz în mișcare”. Descrierea generală este următoarea: „Dispozitivul este plasat într-un mediu care se deplasează într-o anumită direcție; aceasta creează o forță care acționează într-o direcție perpendiculară pe prima. Dispozitivul evită utilizarea unor pânze masive în care forța motrică este proporțională cu zona de navigare . Care este diferența dintre turbina de la Cousteau și mașina rotativă a lui Flettner?
În secțiune transversală, un turboil este ceva ca o picătură alungită rotunjită de la capătul ascuțit. Pe părțile laterale ale „picăturii” există grile de admisie a aerului, prin care unul (în funcție de nevoia de a merge înainte sau înapoi) este aspirat aer. Pentru cea mai eficientă aspirație a vântului în admisia de aer, pe vela turbo este instalat un mic ventilator condus de un motor electric.
Crește în mod artificial viteza de mișcare a aerului din partea subterană a velei, aspirând curentul de aer în momentul separării sale de planul turbo-velei. Acest lucru creează un vid pe o parte a turbosei, prevenind în același timp formarea de vârtejuri turbulente. Și apoi efectul Magnus acționează: rarefierea pe o parte, ca urmare - o forță transversală capabilă să pună nava în mișcare. De fapt, o turbină este o aripă de aeronavă poziționată vertical, cel puțin principiul creării unei forțe propulsive este similară cu principiul creării unui ascensor de aeronavă. Pentru a vă asigura că turbina este întotdeauna îndreptată către vânt în direcția cea mai avantajoasă, este echipată cu senzori speciali și instalată pe o placă turnantă. Apropo, brevetul Cousteau presupune că aerul poate fi aspirat din interiorul turboilicului nu numai de către un ventilator, ci și, de exemplu,pompa de aer - astfel Cousteau a închis poarta pentru „inventatorii” ulterior.
De fapt, pentru prima dată, Cousteau a testat în 1981 un prototip al unui turboil pe catamaranul Moulin à Vent. Cea mai mare navigare cu succes a catamaranului a fost o călătorie din Tanger (Maroc) la New York, sub supravegherea unei nave de expediție mai mare.
Și în aprilie 1985, în portul La Rochelle, a fost lansată Alcyone, prima navă cu drepturi depline, echipată cu turboilice. Acum este încă în mișcare și astăzi este steagul (și, de fapt, singura navă mare) a flotilei Cousteau. Pânzele turbo de pe el nu sunt singurele mutări, dar ajută la cuplarea obișnuită a două dieseluri și mai multe elice (care, apropo, permite reducerea consumului de combustibil cu aproximativ o treime). Dacă marele oceanograf ar fi fost viu, probabil ar fi construit mai multe nave similare, dar entuziasmul asociaților săi după plecarea lui Cousteau a scăzut vizibil.
Cu puțin timp înainte de moartea sa, în 1997, Cousteau lucra activ la proiectul navei „Calypso II” cu o turbină, dar nu a reușit să o completeze. Conform ultimelor informații, în iarna anului 2011, „Alcyona” se afla în portul Caen și aștepta o nouă expediție.
Flettner din nou
Astăzi, se încearcă reînvierea ideii lui Flettner și să facă pânze rotative în mainstream. De exemplu, celebra companie din Hamburg Blohm + Voss, după criza petrolului din 1973, a început dezvoltarea activă a unui cisternă rotativă, însă până în 1986, factorii economici au acoperit acest proiect. Apoi au existat o serie de modele de amatori.
În 2007, studenții de la Universitatea din Flensburg au construit un catamaran alimentat de o pânză rotativă (Uni-cat Flensburg).
În 2010, a apărut a treia navă cu pânze rotative - camionul greoi E-Ship 1, care a fost construit pentru Enercon, unul dintre cei mai mari producători de turbine eoliene din lume. Pe 6 iulie 2010, nava a fost lansată pentru prima oară și a făcut un scurt călătorie de la Emden la Bremerhaven. Și în august, a plecat în prima sa călătorie de lucru în Irlanda cu o încărcătură de nouă turbine eoliene. Nava este echipată cu patru rotori Flettner și, desigur, un sistem tradițional de propulsie în caz de calm și pentru o putere suplimentară. Cu toate acestea, pânzele rotative servesc doar ca elice auxiliare: pentru un camion de 130 de metri, puterea lor nu este suficientă pentru a dezvolta viteza corespunzătoare. Motoarele sunt nouă centrale Mitsubishi, iar rotoarele sunt rotite de o turbină cu aburi Siemens,folosind energia gazelor de eșapament. Pânzele rotative economisesc 30 - 40% combustibil cu o viteză de 16 noduri.
Turboiul lui Cousteau este încă într-o oarecare uitare: Alcyone este în prezent singura navă cu dimensiuni complete cu acest tip de propulsie. Experiența constructorilor de nave germane va arăta dacă are sens să dezvolte și mai mult tema pânzelor care operează pe efectul Magnus. Principalul lucru este să găsiți o justificare economică pentru acest lucru și să demonstrați eficacitatea acesteia. Și acolo, vedeți, toată transportul mondial se va muta la principiul pe care un om de știință german talentat l-a descris acum mai bine de 150 de ani.
În Marea Nordului în 2010, ai putut vedea ciudata navă „E-Ship 1”. Pe puntea superioară, există patru coșuri înalte rotunjite, dar fumul nu iese niciodată din ele. Este vorba despre așa-numitele rotoare Flettner, care au înlocuit pânzele tradiționale.
Cel mai mare producător de turbine eoliene din lume, Enercon, a lansat pe 2 august 2010 pe șantierul naval Lindenau din Kiel, o navă rotativă de 130 de metri cu lățimea de 22 de metri, care mai târziu a fost numită „E-Ship 1”. Apoi, a fost testat cu succes în Marea Nordului și în Marea Mediterană și transportă în prezent generatoare eoliene din Germania, unde sunt produse, în alte țări europene. Acesta dezvoltă o viteză de 17 noduri (32 km / h), transportă simultan mai mult de 9 mii de tone de marfă, echipajul său fiind de 15 persoane.
Compania de transport maritim Wind Again, o tehnologie de reducere a combustibilului și a emisiilor, oferă rotoare Flettner special concepute (pliabile) pentru tancuri și nave de marfă. Acestea vor reduce consumul de combustibil cu 30-40% și vor plăti în 3-5 ani.
Compania finlandeză de inginerie marină Wartsila intenționează deja să își adapteze turbosilicele la feriboturile de croazieră. Acest lucru se datorează dorinței operatorului de feribot finlandez Viking Line de a reduce consumul de combustibil și poluarea mediului.
Utilizarea rotorilor Flettner pe ambarcațiunile de agrement este studiată de Universitatea din Flensburg (Germania). Creșterea prețurilor la petrol și încălzirea climatică alarmantă par a fi condiții favorabile pentru returnarea turbinelor eoliene.
Iachtul proiectat de John Marples „Cloudia” este un trimaran reconstruit Searunner 34. Iachtul a fost testat pentru prima dată în februarie 2008 în Fort Pierce, Florida, SUA, iar creația sa a fost finanțată de canalul Discovery. „Claudia” s-a dovedit a fi incredibil de manevrabilă: s-a oprit și a pornit invers în câteva secunde, mișcându-se liber într-un unghi de aproximativ 15 ° față de vânt. O îmbunătățire vizibilă a performanței față de rotorul tradițional Flettner se datorează discurilor transversale suplimentare montate pe rotoarele trimaran față și spate.
