Как работают турбопаруса и насколько они эффективны

Автор:
NikoniX
Печать
дата:
30 июня 2020 00:03
Просмотров:
1195
Комментариев:
1
Любители изучения подводного мира вместе с командой Жака-Ива Кусто довольно часто задаются вопросом: а что это за странные колонны на его судне «Алкиона»? Конечно, можно предположить, что это трубы котлов или нечто подобное, вот только выглядят они странно, да и дыма из этих труб что-то никогда не видно.

Как работают турбопаруса и насколько они эффективны

Яхта «Алкиона» судно Жака-Ива Кусто, оборудованное турбопарусами.




На самом деле, возвышающиеся над яхтой «Алкиона» колонны имеют отношение к движению судна, вот только это никакие не трубы котлов, а паруса. Если быть более точным, то это турбопаруса, изобретению которых человечество обязано великому исследователю подводного мира (хотя его первенство в изобретении довольно спорно).

В начале 80-х годов специалисты команды Кусто задумались над созданием для корабля вспомогательного экологичного двигателя. Казалось бы, чего проще — под парусами корабли плавают тысячелетиями. Но хотелось создать нечто необычное, вот тут и вспомнился старый проект немца Антона Флеттнера, который в 20-х годах прошлого века создал уникальный движитель на основании эффекта Магнуса.

Сам эффект Магнуса был открыт еще в 1852 году. Хотя берлинец Генрих Магнус весьма детально описал открытое им явление, оно поначалу интересовало (да и то немного) исключительно физиков. Суть открытия была такова — если поток воздуха или жидкости обтекает вращающееся тело, то возникает сила ортогональная потоку движения среды и действующая на это вращающееся тело.

Как работают турбопаруса и насколько они эффективны

Принцип работы турбопаруса


Это явление возникает по причине того, что вращающееся тело создает вокруг себя вихревые потоки. С той стороны, с которой направление движения среды совпадает с направлением вихря, скорость передвижения среды увеличивается, с обратной стороны направление движения среды противоположно направлению вихря, здесь скорость среды уменьшается. А вот за счет разностей скоростей среды с различных сторон вращающегося тела, и появляется нескомпенсированная сила ортогональная направлению движения среды.

Похожее явление, основанное на разности скоростей обтекания воздухом крыла сверху и снизу, вызывает в аэродинамике подъемную силу, которая успешно используется в самолетостроении уже более века.

Как работают турбопаруса и насколько они эффективны

На явлении эффекта Магнуса основаны определенные удары по мячам в спорте, такие как топ-спин в пинг-понге и теннисе, сухой лист в футболе и некоторые другие. Источник изображения: giphy.com


Слабыми местами для использования эффекта Магнуса в технике виделись 2 момента — вращающийся ротор требовалось на что-то укрепить, а эта вещь, на которой он укреплен начнет движение в направлении, зависящем от ветра. На земле тележка с подобным ротором просто не поедет из-за силы трения, а железные дороги имеют строгое направление, которое вряд ли будет совпадать с силой, появившейся в результате эффекта Магнуса. А во вторых сам по себе ротор вращаться не станет. Но эти слабые места вполне можно обойти, если установить ротор на водное судно — по морю парусные корабли практически никогда не ходили по прямой, но нужной цели достигали. А заставить вращаться ротор можно с помощью небольшого двигателя, сила, появившаяся в результате проявления эффекта Магнуса, даст приличный итоговый выигрыш.

Ротор Флеттнера

Для начала Флеттнер решил проверить возможность использования эффекта Магнуса.

Как работают турбопаруса и насколько они эффективны

Турбопарус Кусто. Источник изображения: sail-friend.ru


Для этого немецкий изобретатель сделал шлюпку длиной около метра, на которую установил ротор из бумаги метровой высоты. В качестве движителя был приспособлен часовой механизм. И шлюпка реально начала движение под воздействием силы возникшей в результате проявления эффекта Магнуса.

Теперь изобретатель решил установить роторные паруса на бывший трехмачтовик «Букау», для вращения роторов были приспособлены электродвигатели. Установка роторных парусов полностью оправдала себя — результирующая сила прекрасно двигала судно, при этом она примерно в 50 раз превышала силу давления на неподвижный парус. Флеттнер додумался накрыть свои роторные паруса плоскостями-тарелками, что упростило управление и почти в 2 раза увеличило результирующую силу. Судно прекрасно шло в бейдевинд под углом в 25 градусов, что было значительно лучше показаний парусных судов, им было легче управлять, плюс и остойчивость увеличилось.

В 1926 году роторный «Букау» (переименованный в «Баден-Баден») прошел через Атлантику, а вскоре заложили мощный лайнер «Барбара» на который вдобавок к главному дизелю устанавливались 3 роторных паруса высотой 17 м каждый. Эти роторы должны были выдавать суммарную мощность 1 000 л. с., причем для вращения роторов 3 мотора мощностью 35 л. с. каждый. Но грянувшая Великая депрессия нарушила эти планы, новый владелец судна предпочел установить обычное парусное вооружение. Роторные паруса оказались забыты на десятилетия, тем более что "Баден-Баден" пошел на дно в Карибском море в 1931 году во время шторма.

А что же изобрел Жак-Ив Кусто?

Как работают турбопаруса и насколько они эффективны

Турбопарус Кусто. Источник изображения: sail-friend.ru


Его команда усовершенствовала полый роторный цилиндр Флеттнера, придав тому каплевидную форму. Добавили воздухозаборные решетки и установили вентилятор для лучшего засасывания воздуха. Еще были установлены датчики на поворотной платформе, которые обеспечивают максимально выгодное положение турбопаруса относительно ветра. Внутри турбопаруса можно устанавливать не только вентилятор, но и воздушный насос — принцип работы от этого не изменится. Корабль может двигаться даже против ветра — всегда будет разница давлений из-за завихрений воздуха внутри и снаружи турбопаруса.

Как посчитали специалисты команды Кусто, у них получился вполне приемлемый вспомогательный движитель, сокращающий расход топлива двигателей примерно на треть.

Как работают турбопаруса и насколько они эффективны

Немецкое судно E-Ship 1. Оборудованное турбопарусами. Источник изображения: caumas.org


Сейчас планируется установка роторных движителей на некоторые крупные корабли, что даст экономию топлива примерно в 10%.

0 не понравился
7 понравился пост
 
Незарегистрированные посетители не могут оценивать посты
 
 
 
 


 
 
 
 

Комментарии

 
 

 
 
 
tugan
Дата:
(30 июня 2020 00:24)
#1
Когда то это уже видел. Кажется из "хочу всё знать". И такое сейчас повторяется многое другое из старых времён. Например из журнала даже детского "юный техник" и многих некоторых других. Чего только не припомнишь. А теперь это выдаётся как сенсация, спустя 30-50 лет.
[ссылка]
2 / 0
 
 
 

 
 
 
 
 
 
 
 

Информация

 
 
 
 
 
 
 
 
 

Оставлять свои CRAZY комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
Пожалуйста пройдите простую процедуру регистрации или авторизируйтесь под своим логином. Также вы можете войти на сайт, используя существующий профиль в социальных сетях (Вконтакте, Одноклассники, Facebook, Twitter и другие)

 
 
 
 
 
Наверх