När de såg henne frågade många tv-tittare sig själva vilken typ av konstiga rör som är installerade på yachten. Det här kanske är rör från en panna eller framdrivningssystem Föreställ dig min förvåning när jag insåg att det här var SEGEL… turbosegel…
Cousteau Foundation förvärvade yachten ”Alcyone” 1985. Fartyget var mindre tänkt som ett forskningsfartyg och mer som ett underlag för att studera effektiviteten av fartygets ursprungliga framdrivningssystem, turboseglet. Elva år senare, när den legendariske Calypso sjönk, blev Alcyone expeditionens huvudfartyg (som för övrigt nu står bärgat och halvplundrat i hamnen i Concarneau).
Faktum är att turboseglet uppfanns av Cousteau. Som dykutrustning, undervattensskivor och många andra enheter för att utforska havets djup och ytan på världshaven. Idén föddes i början av 1980-talet att skapa den mest miljövänliga och samtidigt bekväma och moderna framdrivningsanordningen för sjöfåglar. Användningen av vindkraft verkade vara det mest lovande forskningsområdet. Men här är problemet. Människor uppfann segel för tusentals år sedan. Vad kan vara enklare och mer logiskt än detta?
Naturligtvis förstod Cousteau och hans medarbetare att det skulle vara omöjligt att bygga ett fartyg som endast drivs av segel. Mer exakt kanske, men dess körprestanda kommer att vara mycket medelmåttig och föremål för nycklarna i väder och vindriktning. Därför var det nya ”seglet” initialt planerat att endast användas som komplement till konventionella dieselmotorer.
Samtidigt minskar turboseglet avsevärt dieselbränsleförbrukningen, och i hårda vindar kan det bli fartygets enda framdrivningsanordning. Forskargruppen vände sig sedan till uppfinningarna av den tyske ingenjören Anton Flettner, en berömd flygplansdesigner som tidigare gjort betydande bidrag till skeppsbyggnad.
Turbosegel är en ihålig cylinder med en speciell pump. Pumpen skapar ett vakuum på ena sidan av turboseglet och tvingar in luft i seglet. Uteluft börjar strömma runt turboseglet med varierande hastighet, och fartyget börjar röra sig i rät vinkel mot lufttrycket. Detta påminner mycket om lyftkraften som verkar på ett flygplans vingar. Trycket under vingen ökar, vilket pressar planet uppåt. Ett turbosegel gör att fartyget kan segla mot vilken vind som helst så länge det finns tillräckligt med pumpkraft. Används som hjälpmedel till konventionella marinmotorer. Två turbosegel installerade på fartyget från Cousteaus team ”Halcyon” möjliggjorde bränslebesparingar på upp till 50%.
Flettnerrotor och Magnus effekt
Den 16 september 1922 fick Anton Flettner ett tyskt patent på det så kallade roterande fartyget. Sedan, i oktober 1924, lämnade det experimentella roterande fartyget Bacau hamnen hos Friedrich Krupps varvsföretag i Kiel. Skonare byggdes faktiskt inte från grunden. Innan Flettnerrotorn installerades var det en vanlig segelbåt.
Flettners idé är att utnyttja den så kallade Magnuseffekten, vars essens är följande. När en ström av luft (eller vätska) strömmar runt en roterande kropp genereras en kraft vinkelrät mot flödesriktningen och verkar på den roterande kroppen. . Faktum är att ett roterande föremål skapar en virvelrörelse runt sig själv. På den sida av kroppen där virvelns riktning sammanfaller med riktningen för vätskans eller gasens flöde ökar mediets hastighet och på motsatt sida minskar den. Tryckskillnaden skapar en sidokraft från sidan med motsatta rotationsriktningar och flöde mot den sida där de sammanfaller.
”Flettners vindbåt har tilldragit sig allas uppmärksamhet, tack vare ovanligt entusiastisk tidningsreklam”, skrev Louis Prandtl i en artikel om den tyske ingenjörens uppgång.
Denna effekt upptäcktes 1852 av Berlin-fysikern Heinrich Magnus.
magnus effekt
Den tyske flygingenjören och uppfinnaren Anton Flettner (1885-1961) gjorde sina avtryck i sjöfartshistorien som mannen som försökte ersätta segel. Han hade möjlighet att resa mycket i Atlanten och Indiska oceanen på ett segelfartyg. Många segel var fästa vid masterna på segelfartyg på den tiden. Segelutrustning var dyr, komplex och inte särskilt aerodynamiskt effektiv. Sjömän var ständigt i fara och fick klara av segel 40-50 meter höga, även under stormiga förhållanden.
Under resan kom den unge ingenjören på idén att ersätta de arbetsintensiva seglen med en enklare, men effektivare anordning, och även göra vinden till den huvudsakliga framdrivningskraften. När han tänkte på detta kom han ihåg de aerodynamiska experiment som utfördes av hans kollega fysiker Heinrich Gustav Magnus (1802-1870). De upptäckte att när en cylinder roterar i en luftström genererar den en sidokraft vars riktning beror på cylinderns rotationsriktning (Magnuseffekten).
Ett av hans klassiska experiment var: Höghastighetsrotation gavs av sladden, liksom toppen av cylindern. Den roterande cylindern är placerad inuti ramen, och ramen kan enkelt roteras. Systemet utsattes för ett starkt luftflöde med hjälp av en liten centrifugalpump. Cylindern förflyttades vinkelrätt mot luftflödet och cylinderaxeln och i samma riktning som rotations- och flödesriktningen. ” (L. Prandtl, ”Magnuseffekten och vindskepp”, 1925).
A. Flettner trodde genast att seglet kunde ersättas av en roterande cylinder installerad på fartyget.
När cylinderns yta rör sig mot luftflödet ser vi att vindhastigheten minskar och trycket ökar. På andra sidan av cylindern händer det motsatta, luftflödeshastigheten ökar och trycket minskar. Denna skillnad i tryck på båda sidor av cylindern är den drivande kraften som förflyttar fartyget. Detta är den grundläggande principen för drift av roterande enheter som använder vindens kraft för att driva fartyg. Allt är väldigt enkelt, men bara A. Flettner ”passerade inte”, även om Magnus-effekten har varit känd i mer än ett halvt sekel.
Han började genomföra detta projekt 1923 på en sjö nära Berlin. Faktum är att Flettner gjorde något ganska enkelt. Han installerade en papperscylinderrotor, cirka 1 meter hög och 15 cm i diameter, på en 1 meter lång testbåt och använde en klockmekanism för att rotera den. Och skeppet satte segel.
Segelfartygskaptener hånade A. Flettners cylinder när han försökte byta ut seglet. Uppfinnare kunde intressera rika konstbeskyddare i sina uppfinningar. 1924 försågs den 54 meter långa skonaren Bacaw med två roterande cylindrar istället för tre master. Dessa cylindrar vändes av en 45 hästkrafters dieselgenerator.
Bukaus rotor drevs av en elmotor. Det var faktiskt ingen skillnad mellan Magnus klassiska experiment och design. Ett område med högt tryck skapas på den sida där rotorn roterar mot vinden, och ett område med lågt tryck skapas på den motsatta sidan.
Den resulterande kraften flyttade skeppet. Dessutom var denna kraft ungefär 50 gånger större än vindtrycket på den stationära rotorn.
Detta öppnade enorma möjligheter för Flettner. Bland annat var rotorns yta och dess massa flera gånger mindre än arean på en segelrigg som gav en likvärdig drivkraft. Rotorer var mycket lättare att kontrollera och mycket billigare att tillverka.
Mr. Flettner täckte rotorn med en platt platta från ovan. Detta orienterar luftflödet till rotorn i rätt riktning, vilket ungefär fördubblar drivkraften. Den optimala höjden och diametern på Bukaus rotorer beräknades genom att en modell av det framtida fartyget sprängdes i en vindtunnel.
Cousteau Turbosailer – Från och med 2011 är Alkyona det enda fartyget i världen som är utrustat med Cousteau Turbosailer-systemet. Med den store oceanografens död 1997 stoppades byggandet av ett andra liknande fartyg, Calypso II, och andra varv var försiktiga med denna ovanliga design…
Flettnerrotorn presterade utmärkt. Till skillnad från traditionella segelfartyg, hade roterande fartyg liten rädsla för dåligt väder eller stark sidvind och kunde enkelt seglas på omväxlande tack i en 25 graders vinkel. Gå i motvind (med vanliga segel är gränsen ca 45?). Två cylindriska rotorer (13,1 m höga och 1,5 m diameter) såg till att fartyget var perfekt balanserat. Det visade sig vara mer stabilt än Bukaus segelskepp före perestrojkan. Tester utfördes under lugna förhållanden, under stormar och med avsiktlig överbelastning, och inga betydande defekter identifierades. Den mest gynnsamma riktningen för fartygets rörelse var vindens riktning exakt vinkelrät mot fartygets axel, och rörelseriktningen (framåt eller bakåt) bestämdes av rotorernas rotationsriktning.
I mitten av februari 1925 lämnade skonaren Bacau, utrustad med en Flettner-rotor istället för segel, Danzig (nuvarande Gdańsk) till Skottland. På grund av det dåliga vädret vågade de flesta segelfartygen inte lämna hamnen. I Nordsjön stötte Bucaw på starka vindar och stora vågor, men skonaren hade lägre krängning än andra segelfartyg mötte.
Under denna resa behövde man inte kalla besättningen på däck för att byta segel beroende på vindens styrka eller riktning. Allt som behövdes var en enda övervakande navigatör som kunde kontrollera rotorrörelsen utan att lämna styrhytten. Tidigare hade en tremastad skonare en besättning på minst 20 man, men efter att ha byggts om till ett roterande fartyg räckte det med en besättning på 10 personer.
Samma år lade varvet ner sitt andra roterande fartyg, det 17 meter långa trippellastfartyget Barbara.
