Kuulus dokumentaalsari Cousteau meeskonna veealune odüsseia tulistas suur Prantsuse okeanograaf 1960. – 1970. Aastatel. Seejärel muudeti Cousteau põhilaev Briti miinijahtija "Calypso" kohalt. Kuid ühes järgmistest filmidest - "Maailma taasavastamine" - ilmus teine laev, jaht "Alcyone".
Seda vaadates küsisid paljud vaatajad endalt küsimust: mis on need kummalised jahile paigaldatud torud?.. Võib-olla on need katelde või tõukejõusüsteemide torud?
Kujutage ette oma hämmastust, kui saate teada, et need on SAILS … turbosails …
Cousteau fond ostis jahi "Alkiona" 1985. aastal ja seda laeva peeti mitte niivõrd uurimislaevaks, kuivõrd turbosailide - originaalse laeva jõuseadme - tõhususe uurimise baasiks. Ja kui 11 aastat hiljem uppus legendaarne "Calypso", asus "Alcyona" tema kohale ekspeditsiooni peamiseks laevaks (muide, täna on "Calypso" üles tõstetud ja asub Concarneau sadamas poolrüüstatud olekus).
Tegelikult leiutas turbosaili Cousteau. Lisaks akvaariumivarustusele, veealusele taldrikule ja paljudele teistele seadmetele mere sügavuse ja ookeanide pinna uurimiseks. Idee sündis 1980. aastate alguses ja selle eesmärk oli luua veelindude jaoks kõige keskkonnasõbralikum, kuid samal ajal mugav ja kaasaegne tõukejõusüsteem. Tuuleenergia kasutamine tundus olevat kõige lootustandvam uurimisvaldkond. Kuid siin on halb õnn: inimkond leiutas purje mitu tuhat aastat tagasi ja mis võiks olla lihtsam ja loogilisem?
Muidugi said Cousteau ja tema ettevõte aru, et ainult purjega mootoriga laeva ehitamine oli võimatu. Ehk täpsemini, kuid selle sõiduomadused on väga keskpärased ja sõltuvad ilmastiku ja tuule suuna ebamäärasustest. Seetõttu oli algselt kavas, et uus "puri" on ainult abijõud, mida rakendatakse tavaliste diiselmootorite abistamiseks. Samal ajal vähendaks turbosail märkimisväärselt diislikütuse tarbimist ja tugeva tuule korral võib see muutuda laeva ainsaks tõukejõuks. Ja uurimisrühma pilk pöördus minevikku - Saksa inseneri Anton Flettneri, kuulsa lennukidisaineri, leiutisse, kes andis laevaehituses olulise panuse.
Reklaamvideo:
Turbopurk on õõnes silinder, mis on varustatud spetsiaalse pumbaga. Pump loob vaakumi turbosaili ühel küljel, pumbates õhku purjedesse, välisõhk hakkab erineva kiirusega voolama ümber turbosaili ja laev hakkab liikuma õhurõhuga risti olevas suunas. See on väga sarnane lennuki tiival töötava tõstukiga - tiibu põhjast on rõhk suurem ja lennuk surub üles. Turbopurk võimaldab laeval liikuda mis tahes tuule vastu, kui pumba võimsust on piisavalt. Seda kasutatakse abisüsteemina tavalisele laevamootorile. Cousteau meeskonna "Alkion" laevale paigaldatud kaks turbopi võimaldasid säästa kuni 50% kütust.
Flettneri rootor ja Magnuse efekt
16. septembril 1922 sai Anton Flettner Saksa pöördelaeva patent. Ja oktoobris 1924 lahkus eksperimentaalne pöörlemislaev Buckau laevaehitusettevõtte Friedrich Kruppi aktsiatest Kielis. Tõsi, kuunarit ei ehitatud nullist: enne Flettneri rootorite paigaldamist oli tegemist tavalise purjelaevaga.
Flettneri idee oli kasutada niinimetatud Magnuse efekti, mille põhiolem on järgmine: kui õhu (või vedeliku) voog voolab ümber pöörleva keha, moodustub jõud, mis on voolu suunaga risti ja toimib kehal. Fakt on see, et pöörlev objekt loob keerise liikumise enda ümber. Objekti küljel, kus keerise suund langeb kokku vedeliku või gaasi voolu suunaga, suureneb keskkonna kiirus ja vastasküljest see väheneb. Rõhkude erinevus tekitab nihkejõu, mis on suunatud küljelt, kus pöörlemissuund ja voolu suund on vastupidised, küljele, kus nad langevad kokku.
"Flettneri tuuleiil on kõigi huulil tänu erakordselt innukale ajalehepropagandale," kirjutas Louis Prandtl oma artiklis Saksa inseneri arengu kohta.
Selle efekti avastas 1852. aastal Berliini füüsik Heinrich Magnus.
Magnuse efekt
Saksa lennundusinsener ja leiutaja Anton Flettner (1885–1961) langes navigatsiooni ajalukku kui mees, kes üritas purje asendada. Tal oli võimalus pikka aega reisida purjelaeval üle Atlandi ookeani ja India ookeani. Paljud purjed seati tolle ajastu purjelaevade mastidele. Purjetamisvarustus oli kallis, keeruline ja aerodünaamiliselt mitte eriti tõhus. Pidevad ohud seisid meremeeste ootuses, kes isegi tormi ajal pidid purjetama 40-50 meetri kõrgusel.
Reisi ajal oli noorel inseneril idee asendada rohkem pingutusi nõudvad purjed lihtsama, kuid tõhusa seadmega, mille peamiseks tõukejõuks oleks ka tuul. Seda mõeldes tuletas ta meelde kaasmaalase füüsiku Heinrich Gustav Magnuse (1802-1870) tehtud aerodünaamilisi katseid. Nad leidsid, et kui silinder pöörleb õhuvoolus, tekib põikjõud suunaga, mis sõltub silindri pöörlemissuunast (Magnuse efekt).
Üks tema klassikalistest katsetest nägi välja järgmine: “Messingusilindr võib pöörduda kahe punkti vahel; silindri kiire pöörlemine viidi nööri abil, nagu ülaltpoolt. Pöörlev silinder asetati raami, mida omakorda oli lihtne pöörata. Sellesse süsteemi saadeti väikese tsentrifugaalpumba abil tugev õhujuga. Silinder kaldus õhuvoolu ja silindri teljega risti, pealegi suunas, millest pöörlemissuunad ja joa olid samad "(L. Prandtl" Magnuse efekt ja tuulelaev ", 1925).
A. Flettner arvas kohe, et purjed võiks asendada laevale paigaldatud pöörlevate silindritega.
Selgub, et silindri pinna liikumisel õhuvoolu suhtes tuule kiirus väheneb ja rõhk suureneb. Silindri teisel küljel on vastupidine - õhuvoolu kiirus suureneb ja rõhk väheneb. See rõhu erinevus silindri erinevatest külgedest on edasiviiv jõud, mis paneb laeva liikuma. See on rotatsiooniseadmete põhiprintsiip, mis kasutab laeva liigutamiseks tuule jõudu. Kõik on väga lihtne, kuid ainult A. Flettner "ei läinud sellest mööda", ehkki Magnuse efekti on teada juba rohkem kui pool sajandit.
Ta hakkas seda plaani ellu viima 1923. aastal Berliini lähedal asuval järvel. Tegelikult tegi Flettner üsna lihtsa asja. Ta paigaldas meetripikkusele katsepaati umbes meetri kõrguse ja 15 cm läbimõõduga paberist silindri-rootori ning kohandas kellamehhanismi selle pööramiseks. Ja paat purjetas minema.
Purjelaevade kaptenid pilkasid A. Flettneri silindreid, millega ta soovis purjed välja vahetada. Leiutaja suutis oma leiutisega huvitada rikkaid kunstipatroone. 1924. aastal paigaldati 54-meetrisele kuunarile "Buckau" kahe masti asemel kaks rootorisilindrit. Neid silindreid töötas 45 hj diiselgeneraator.
Bucau rootoreid käitasid elektrimootorid. Tegelikult ei erinenud Magnuse klassikalistest eksperimentidest disain. Küljelt, kus rootor pöörles vastu tuult, loodi suurenenud rõhu piirkond, vastasküljel - madalrõhuala. Tekkinud jõud on see, mis laeva edasi liikus. Pealegi oli see jõud umbes 50 korda suurem kui liikumatu rootori tuule rõhu jõud!
See avas Flettneril suured väljavaated. Muu hulgas oli rootori pindala ja selle mass mitu korda väiksem kui purjelaeva pindala, mis annaks võrdse veojõu. Rootorit oli palju lihtsam juhtida ja seda oli üsna odav toota. Ülaltpoolt kattis Flettner rootorid plaattasanditega - see suurendas liikumisjõudu umbes kaks korda tänu õhuvoolu õigele orienteerumisele rootori suhtes. Bukau jaoks rootori optimaalne kõrgus ja läbimõõt arvutati tulevase laeva mudeli puhumisel tuuletunnelis.
Cousteau turbopurjelaev - 2011. aastal on Alkiona ainus laev maailmas, millel on Cousteau turbopurk. Suure okeanograafi surm 1997. aastal lõpetas teise sellise laeva Calypso II ehitamise ja teised laevaehitajad kardavad ebatavalist kujundust …
Flettneri rootor osutus suurepäraseks. Erinevalt tavalisest purjelaevast ei kartnud pöörlemislaev praktiliselt halba ilma ja tugevat külgtuult, see võis hõljuda vastutuule suhtes 25º nurga all olevate vahelduvate rappidega (tavalise purje korral on piir umbes 45º). Kaks silindrilist rootorit (kõrgus 13,1 m, läbimõõt 1,5 m) võimaldasid laeva täiuslikult tasakaalustada - see osutus stabiilsemalt kui purjekas, mis Bukau oli enne ümberkorraldusi. Katsed viidi läbi rahulikus ja tormis ning tahtliku ülekoormusega - tõsiseid puudusi ei tuvastatud. Laeva liikumisel oli kõige eelistatavam laeva teljega risti asetseva tuule suund ja liikumise suuna (edasi või tagasi) määras rootori pöörlemissuund.
1925. aasta veebruari keskel lahkus purjede asemel Flettneri rootoritega varustatud kuunar "Buckau" Danzigist (nüüd Gdansk) Šotimaale. Ilm oli halb ja enamus purjekaid ei julgenud sadamatest lahkuda. Põhjameres pidi Buckau tõsiste tuulte ja suurte lainetega tõsiselt hakkama saama, kuid kuunar kannatas pardal vähem kui teised purjekad.
Selle reisi ajal ei olnud vaja meeskonnaliikmeid tekile kutsuda, et muuta purjeid sõltuvalt tuule tugevusest või suunast. Piisas ühest vahtkonna navigaatorist, kes roolikambrist lahkumata sai kontrollida rootorite tegevust. Kui varem koosnes kolmemastilise kuunari meeskond vähemalt 20 meremehest, pärast selle muundamist pöörlevaks laevaks piisas 10 inimesest.
Samal aastal pani laevatehas aluse teisele pöörlevale laevale - vägevale kaubaliinile "Barbara", mida liikusid kolm 17-meetrist rootorit. Samal ajal piisas iga rootori jaoks ühest väikesest mootorist, mille võimsus oli ainult 35 hj. (iga rootori maksimaalsel pöörlemiskiirusel 160 pööret minutis)! Rootori tõukejõud oli samaväärne propelleriga käitatava propelleriga, mis oli ühendatud tavalise laeva diiselmootoriga, võimsusega umbes 1000 hj. Laeval oli aga ka diiselmootor: lisaks rootoritele pani see liikuma propelleri (mis jäi rahuliku ilma korral ainsaks tõukeseadiseks).
Paljulubavad katsed ajendasid Hamburgi laevafirmat Rob. M. Sloman ehitama laeva 1926. aastal laeva Barbara. Eelnevalt oli kavas varustada turbosails - Flettneri rootorid. 90 m pikkusel ja 13 m laeval paigaldati kolm rootorit kõrgusega umbes 17 m.
Barbara on juba mõnda aega plaanipäraselt puuvilju Itaaliast Hamburgi vedanud. Ligikaudu 30–40% reisiajast purjetas laev tuule jõu tõttu. Tuulega 4-6 punkti "Barbara" arenes kiirus 13 sõlme.
Pöördlaeva oli kavas katsetada Atlandi ookeani pikematel reisidel.
Kuid 1920. aastate lõpus tabas suurt depressiooni. 1929. aastal keeldus tellimusfirma Barbarat edasi rentimast ja müüdi. Uus omanik eemaldas rootorid ja muutis laeva traditsioonilise skeemi järgi ümber. Sellegipoolest oli rootor madalama kvaliteediga kui kruvikeerajad koos tavalise diiseljõujaamaga selle sõltuvuse tõttu tuulest ning teatavate võimsuse ja kiiruse piirangute tõttu. Flettner pöördus paljutõotavamate uurimiste poole ja Baden-Baden uppus lõpuks Kariibi mere piirkonnas 1931. aastal toimunud tormi ajal.
Ja nad unustasid pikka aega pöörlevad purjed …
Pöördlaevade algus näib olevat üsna edukas, kuid nad ei saanud arengut ja unustati pikaks ajaks. Miks? Esiteks sukeldus pöörlevate laevade "isa" A. Flettner helikopterite loomisse ja lakkas huvi mereveo vastu. Teiseks, vaatamata kõigile eelistele, jäid pöörlevad laevad purjelaevadeks koos nende loomulike puudustega, mille peamine osa on sõltuvus tuulest.
Flettneri rootorid hakkasid taas huvi tundma kahekümnenda sajandi 80. aastatel, kui teadlased hakkasid välja pakkuma erinevaid meetmeid kliimasoojenemise leevendamiseks, reostuse vähendamiseks ja ratsionaalsemaks kütusekuluks. Üks esimesi, kes neid meenutas, oli prantsuse maadeavastaja Jacques-Yves Cousteau (1910-1997). Turbosabasüsteemi töö kontrollimiseks ja kütusekulu vähendamiseks muudeti kahemastiline katamaraan "Alcyone" (Alcyone - tuulte jumala Aeoluse tütar) pöördlaevaks. Purjetades 1985. aastal, sõitis ta Kanadasse ja Ameerikasse, ringis Cape Hornile, möödas Austraaliast ja Indoneesiast, Madagaskarist ja Lõuna-Aafrikast. Ta viidi üle Kaspia merele, kus ta purjetas kolm kuud, tehes erinevaid uuringuid. Alcyone kasutab endiselt kahte erinevat tõukejõusüsteemi - kahte diiselmootorit ja kahte turboülekannet.
Turbo-purje Cousteau
Purjekaid ehitati kogu 20. sajandi vältel. Seda tüüpi kaasaegsetes laevades volditakse purjerelvastus elektrimootorite abil; uued materjalid võimaldavad konstruktsiooni oluliselt kergendada. Kuid purjekas on purjekas ja idee kasutada tuuleenergiat radikaalselt uuel viisil on õhus olnud juba alates Flettneri päevist. Ja tema kätte võttis väsimatu seikleja ja maadeavastaja Jacques-Yves Cousteau.
23. detsembril 1986, pärast artikli alguses nimetatud Altsükooni käivitamist, said Cousteau koos kolleegide Lucien Malavari ja Bertrand Charieriga ühispatendi nr US4630997 "seadme jaoks, mis loob jõu liikuva vedeliku või gaasi abil". Üldine kirjeldus on järgmine: “Seade on paigutatud keskkonda, mis liigub teatud suunas; see loob jõu, mis toimib esimesega risti. Seade väldib massiivsete purjede kasutamist, mille liikumapanev jõud on võrdeline purje pindalaga. " Mis vahe on Cousteau turbosaagil ja Flettneri pöörleval purjel?
Ristlõikes on turboaba midagi sarnast pikliku langusega, ümardatud teravast otsast. "Tilga" külgedel on õhu sissevõtuvõred, millest ühe kaudu (sõltuvalt vajadusest edasi või tagasi liikuda) õhk välja imetakse. Õhu sissepuhkuse tõhusaimaks imamiseks paigaldatakse turbopurule väike elektrimootori jõul töötav ventilaator.
See suurendab kunstlikult õhu liikumise kiirust purje madalamal poolel, imbudes õhuvoolu selle eraldumise hetkel turbopurje tasapinnast. See loob turboaba ühel küljel vaakumi, vältides samal ajal turbulentsete keeriste teket. Ja siis toimib Magnuse efekt: harjumine ühel küljel, mille tagajärjel - põikjõud, mis suudab laeva liikuma panna. Tegelikult on turboaba vertikaalselt paigutatud lennuki tiib, vähemalt on tõukejõu loomise põhimõte sarnane lennuki tõste loomise põhimõttega. Tagamaks, et turboaba pööratakse alati tuule poole kõige soodsamas suunas, on see varustatud spetsiaalsete anduritega ja paigaldatud pöördelauale. Muide, Cousteau patent tähendab, et turboaba seest saab õhku mitte ainult ventilaatori abil, vaid ka näiteksõhupump - seega sulges Cousteau järgmiste "leiutajate" jaoks värava.
Tegelikult katsetas Cousteau esimest korda 1981. aastal Moulin à Venti turbamassi prototüüpi. Katamaraani suurim õnnestunud purjetamine oli reis Tangerist (Maroko) New Yorki suurema ekspeditsioonilaeva järelevalve all.
Ja 1985. aasta aprillis lasti La Rochelle'i sadamas Alcyone - esimene täisjõuline laev, mis oli varustatud turbosüüsidega. Nüüd on ta endiselt liikvel ja täna on ta Cousteau laevastiku lipulaev (ja tegelikult ainus suur laev). Sellel olevad turborehvid pole ainus liikuja, kuid need aitavad kahe diisel- ja mitme propelleri tavalisel ühendamisel (mis muide võimaldab vähendada kütusekulu umbes kolmandiku võrra). Kui suur okeanograaf oleks elus, oleks ta tõenäoliselt ehitanud veel mitu sarnast laeva, kuid kaaslaste entusiasm pärast Cousteau lahkumist vaibus märgatavalt.
Vahetult enne oma surma 1997. aastal tegeles Cousteau aktiivselt turbosaga laeva "Calypso II" projektiga, kuid ei suutnud seda lõpuni viia. Viimastel andmetel oli "Alkiona" 2011. aasta talvel Caeni sadamas ja ootas uut ekspeditsiooni.
Flettner jälle
Tänapäeval üritatakse Flettneri ideed taaselustada ja pöörlevad purjed peavooluks muuta. Näiteks alustas kuulus Hamburgi ettevõte Blohm + Voss pärast 1973. aasta naftakriisi aktiivselt rootoritankeri väljatöötamist, kuid 1986. aastaks kaotasid selle projekti majanduslikud tegurid. Siis oli mitmeid amatöörkujundusi.
2007. aastal ehitasid Flensburgi ülikooli tudengid katamaraani, mida käitus pöörleva purje abil (Uni-cat Flensburg).
2010. aastal ilmus kolmas pöörlevate purjedega laev - raskeveok E-Ship 1, mis ehitati Enerconile, mis on üks suurimaid tuuleturbiinide tootjaid maailmas. 6. juulil 2010 lasti laev esimest korda käiku ja tegi lühikese reisi Emdenist Bremerhaveni. Ja augustis läks ta oma esimesel tööreisil Iirimaale üheksa tuulikuga. Alus on varustatud nelja Flettneri rootoriga ja muidugi rahuliku ja täiendava energia saamiseks traditsioonilise tõukejõusüsteemiga. Pöörlevad purjed toimivad siiski ainult abikruvidena: 130-meetrise veoki jaoks pole nende võimsus õige kiiruse arendamiseks piisav. Mootorid on üheksa Mitsubishi elektrijaama ja rootorid on pööratud Siemensi auruturbiini abil,kasutades heitgaaside energiat. Pöördpurjed säästavad 30 sõlme kuni 40% kütust kiirusega 16 sõlme.
Kuid Cousteau turbosaht on endiselt unarusse jäänud: Alcyone on praegu ainus seda tüüpi tõukejõuga täismõõdus laev. Saksa laevaehitajate kogemused näitavad, kas Magnuse efektil töötavate purjede teemat on mõttekas edasi arendada. Peaasi on leida sellele majanduslik põhjendus ja tõestada selle tõhusus. Ja seal, näete, liigub kogu maailma laevandus põhimõttele, mida andekas saksa teadlane kirjeldas enam kui 150 aastat tagasi.
2010. aastal Põhjameres võis näha kummalist laeva "E-laev 1". Selle ülemisel tekil on neli pikka ümarat korstnat, kuid suits ei tihka neist kunagi välja. Need on niinimetatud Flettneri rootorid, mis asendasid traditsioonilisi purjesid.
Maailma suurim tuuleturbiinide tootja Enercon käivitas 2. augustil 2010 Kielis Lindenau laevatehases 130-meetrise 22-meetrise laiusega pöörlemislaeva, mis hiljem kandis nime “E-laev 1”. Siis katsetati seda edukalt Põhjameres ja Vahemeres ning praegu veetakse tuulegeneraatoreid Saksamaalt, kus neid toodetakse, teistesse Euroopa riikidesse. See arendab kiirust 17 sõlme (32 km / h), veab samaaegselt üle 9 tuhande tonni lasti, tema meeskond on 15 inimest.
Singapuris asuv laevafirma Wind Again, kütuse ja heitkoguste vähendamise tehnoloogia, pakub tankeritele ja kaubalaevadele spetsiaalselt ette nähtud Flettneri rootorid (kokkupandavad). Need vähendavad kütusekulu 30–40% ja tasuvad end ära 3–5 aasta pärast.
Soome laevaehitusettevõte Wartsila plaanib juba kruiisilaevadel oma turboreakte kohandada. See on tingitud Soome parvlaevaoperaatori Viking Line soovist vähendada kütusekulu ja keskkonnareostust.
Flettneri rootorite kasutamist lõbusõidulaevadel uurib Flensburgi ülikool (Saksamaa). Tõusvad naftahinnad ja murettekitav kliimasoojenemine näivad olevat soodsad tingimused tuulikute tagasitulekuks.
John Marplesi "Cloudia" kujundatud jaht on ümberehitatud trimaraan Searunner 34. Jahti katsetati esmakordselt 2008. aasta veebruaris USAs Floridas Fort Pierce'is ja selle loomist rahastas Discovery Channel. "Claudia" osutus uskumatult manööverdatavaks: ta peatus ja lülitas mõne sekundi jooksul tagurpidi sisse, liikus vabalt tuule suhtes umbes 15 ° nurga all. Traditsioonilise Flettneri rootori jõudluse märgatav paranemine on tingitud täiendavatest põikketastest, mis on paigaldatud eesmisele ja tagumisele trimaraanrootorile.
