Văzând-o, mulți telespectatori s-au întrebat ce fel de țevi ciudate sunt instalate pe iaht. Poate că acestea sunt conducte de la un cazan sau un sistem de propulsie Imaginați-vă surpriza mea când mi-am dat seama că acestea sunt VELE… turbosail…
Fundația Cousteau a achiziționat iahtul „Alcyone” în 1985. Nava a fost concepută mai puțin ca o navă de cercetare și mai mult ca o bază pentru studierea eficienței sistemului de propulsie original al navei, turbosailul. Unsprezece ani mai târziu, când legendarul Calypso s-a scufundat, Alcyone a devenit principala navă a expediției (care, apropo, acum se află salvată și pe jumătate jefuită în portul Concarneau).
De fapt, turbosailul a fost inventat de Cousteau. Precum echipamentul de scuba, discurile subacvatice și multe alte dispozitive pentru a explora adâncurile oceanului și suprafața oceanelor lumii. Ideea a luat naștere la începutul anilor 1980 de a crea cel mai ecologic și în același timp convenabil și modern dispozitiv de propulsie pentru păsările de apă. Utilizarea energiei eoliene părea a fi cel mai promițător domeniu de cercetare. Dar aici este problema. Oamenii au inventat pânze în urmă cu mii de ani. Ce poate fi mai simplu și mai logic decât asta?
Desigur, Cousteau și asociații săi au înțeles că ar fi imposibil să construiești o navă propulsată doar de pânze. Mai precis, poate, dar performanța sa de condus va fi foarte mediocră și va fi supusă capriciilor vremii și direcției vântului. Prin urmare, noua „vela” a fost planificată inițial să fie folosită doar pentru a suplimenta motoarele diesel convenționale.
În același timp, turbosailul reduce semnificativ consumul de motorină, iar în vânt puternic poate deveni singurul dispozitiv de propulsie al navei. Echipa de cercetare s-a orientat apoi către invențiile inginerului german Anton Flettner, un renumit designer de avioane care a adus contribuții semnificative la construcțiile navale în trecut.
Turbosail este un cilindru tubular cu o pompă specială. Pompa creează un vid pe o parte a turbosailului și forțează aerul să intre în pânză. Aerul exterior începe să curgă în jurul turbosailului cu viteze diferite, iar nava începe să se miște în unghi drept față de presiunea aerului. Aceasta amintește foarte mult de forța de ridicare care acționează asupra aripilor unui avion. Presiunea de sub aripă crește, împingând avionul în sus. Un turbosail permite navei să navigheze împotriva oricărui vânt atâta timp cât există o putere suficientă a pompei. Folosit ca auxiliar pentru motoarele marine convenționale. Două turbosail instalate pe nava echipei lui Cousteau „Halcyon” au permis economii de combustibil de până la 50%.
Rotor Flettner și efect Magnus
La 16 septembrie 1922, Anton Flettner a primit un brevet german pentru așa-numitul vas rotativ. Apoi, în octombrie 1924, nava experimentală rotativă Bacău a părăsit docurile companiei de construcții navale Friedrich Krupp din Kiel. Într-adevăr, goelele nu au fost construite de la zero. Înainte de instalarea rotorului Flettner, era o barcă cu pânze normală.
Ideea lui Flettner este de a exploata așa-numitul efect Magnus, a cărui esență este următoarea. Când un curent de aer (sau lichid) curge în jurul unui corp în rotație, se generează o forță perpendiculară pe direcția fluxului și acționează asupra corpului în rotație. . De fapt, un obiect care se rotește creează o mișcare vortex în jurul său. Pe partea corpului în care direcția vârtejului coincide cu direcția curgerii lichidului sau gazului, viteza mediului crește, iar pe partea opusă scade. Diferența de presiune creează o forță laterală din partea cu direcții opuse de rotație și curge spre partea în care acestea coincid.
„Barca eoliană a lui Flettner a atras atenția tuturor, datorită reclamelor neobișnuit de entuziaste din ziare”, a scris Louis Prandtl într-un articol despre ascensiunea inginerului german.
Acest efect a fost descoperit în 1852 de către fizicianul berlinez Heinrich Magnus.
efectul magnus
Inginerul și inventatorul aeronautic german Anton Flettner (1885-1961) și-a pus amprenta în istoria maritimă ca omul care a încercat să înlocuiască pânzele. A avut ocazia să călătorească mult în Oceanul Atlantic și Indian pe o navă cu vele. Multe pânze erau atașate de catargele navelor cu pânze în acel moment. Echipamentul de navigație era scump, complex și nu foarte eficient din punct de vedere aerodinamic. Marinarii erau în permanență în pericol și trebuiau să facă față pânzelor înalte de 40-50 de metri, chiar și în condiții de furtună.
În timpul călătoriei, tânărului inginer a venit cu ideea de a înlocui pânzele care necesită forță de muncă cu un dispozitiv mai simplu, dar mai eficient și, de asemenea, să facă vântul principala forță de propulsie. În timp ce se gândea la asta, și-a amintit de experimentele aerodinamice efectuate de colegul său fizician Heinrich Gustav Magnus (1802-1870). Ei au descoperit că atunci când un cilindru se rotește într-un curent de aer, generează o forță laterală a cărei direcție depinde de direcția de rotație a cilindrului (efectul Magnus).
Unul dintre experimentele sale clasice a fost: Rotația de mare viteză era dată de șnur, la fel ca vârful cilindrului. Cilindrul rotativ este plasat în interiorul cadrului, iar cadrul poate fi rotit cu ușurință. Sistemul a fost expus la un flux puternic de aer folosind o pompă centrifugă mică. Cilindrul a fost deplasat perpendicular pe fluxul de aer și pe axa cilindrului și în aceeași direcție cu direcția de rotație și de curgere. ” (L. Prandtl, „Efectul Magnus și navele vântului”, 1925).
A. Flettner s-a gândit imediat că vela ar putea fi înlocuită cu un cilindru rotativ instalat pe navă.
Pe măsură ce suprafața cilindrului se mișcă împotriva fluxului de aer, vedem că viteza vântului scade și presiunea crește. Pe cealaltă parte a cilindrului se întâmplă opusul, viteza fluxului de aer crește și presiunea scade. Această diferență de presiune pe ambele părți ale cilindrului este forța motrice care mișcă nava. Acesta este principiul de bază al funcționării dispozitivelor rotative care folosesc puterea vântului pentru a propulsa navele. Totul este foarte simplu, dar doar A. Flettner „nu a trecut”, deși efectul Magnus este cunoscut de mai bine de jumătate de secol.
El a început implementarea acestui proiect în 1923 pe un lac de lângă Berlin. De fapt, Flettner a făcut ceva destul de simplu. El a instalat un rotor cilindric de hârtie, de aproximativ 1 metru înălțime și 15 cm în diametru, pe o barcă de testare lungă de 1 metru și a folosit un mecanism de ceas pentru a-l roti. Și nava a pornit.
Căpitanii navelor cu pânze s-au batjocorit de cilindrul lui A. Flettner în timp ce acesta încerca să înlocuiască vela. Inventatorii au putut să-i intereseze pe patronii bogați ai artei în invențiile lor. În 1924, goeleta Bacaw, lungă de 54 de metri, a fost echipată cu doi cilindri rotativi în loc de trei catarge. Acești cilindri au fost învârțiți de un generator diesel de 45 de cai putere.
Rotorul lui Bukau era antrenat de un motor electric. De fapt, nu a existat nicio diferență între experimentul clasic al lui Magnus și design. O zonă de înaltă presiune este creată pe partea în care rotorul se rotește în vânt, iar o zonă de presiune scăzută este creată pe partea opusă.
Forța rezultată a mișcat nava. În plus, această forță a fost de aproximativ 50 de ori mai mare decât presiunea vântului pe rotorul staționar.
Acest lucru a deschis posibilități uriașe pentru Flettner. Printre altele, aria rotorului și masa acestuia au fost de câteva ori mai mici decât aria unei platforme cu vele, oferind o forță motrice echivalentă. Rotoarele erau mult mai ușor de controlat și mult mai ieftin de fabricat.
Domnul Flettner a acoperit rotorul cu o placă plată de sus. Aceasta orientează fluxul de aer către rotor în direcția corectă, dublând aproximativ forța de antrenare. Înălțimea și diametrul optime ale rotoarelor lui Bukau au fost calculate prin aruncarea în aer a unui model al viitoarei nave într-un tunel de vânt.
Cousteau Turbosailer – Din 2011, Alkyona este singura navă din lume echipată cu sistemul Cousteau Turbosailer. Odată cu moartea marelui oceanograf în 1997, construcția unei a doua nave similare, Calypso II, a fost oprită, iar alte șantiere navale s-au ferit de acest design neobișnuit…
Rotorul Flettner a funcționat excelent. Spre deosebire de navele tradiționale cu pânze, navele rotative nu se temeau de vreme rea sau de vânturile transversale puternice și puteau fi navigate cu ușurință pe viraje alternante la un unghi de 25 de grade. Mergeți în față (cu vele normale, limita este de aproximativ 45?). Două rotoare cilindrice (13,1 m înălțime și 1,5 m diametru) au asigurat că nava era perfect echilibrată. S-a dovedit a fi mai stabil decât navele cu vele Bukau pre-perestroika. Testele s-au desfășurat în condiții de calm, în timpul furtunilor și cu suprasolicitare deliberată și nu au fost identificate defecte semnificative. Cea mai favorabilă direcție de mișcare a navei era direcția vântului exact perpendiculară pe axa navei, iar direcția de mișcare (în față sau înapoi) era determinată de sensul de rotație al rotoarelor.
La mijlocul lunii februarie 1925, goeleta Bacău, echipată cu un rotor Flettner în loc de pânze, a părăsit Danzig (acum Gdańsk) spre Scoția. Din cauza vremii nefavorabile, majoritatea navelor cu pânze nu au îndrăznit să părăsească portul. În Marea Nordului, Bucaw a întâmpinat vânturi puternice și valuri mari, dar goeleta avea călcâiul mai jos decât au întâlnit alte nave cu pânze.
În timpul acestei călătorii, nu a fost nevoie să chemați echipajul de pe punte pentru a schimba pânzele în funcție de puterea sau direcția vântului. Tot ce era nevoie era un singur navigator de supraveghere care să poată controla mișcarea rotorului fără a părăsi timoneria. Anterior, o goeletă cu trei catarge avea un echipaj de cel puțin 20 de oameni, dar după ce a fost transformată într-o navă rotativă, era suficient un echipaj de 10.
În același an, șantierul naval a întins al doilea vas rotativ, nava de marfă triplă Barbara de 17 metri.
