Keď ju videli, mnohí televízni diváci si položili otázku, aké zvláštne potrubia sú na jachte nainštalované. Možno sú to rúry z kotla alebo pohonného systému. Predstavte si moje prekvapenie, keď som si uvedomil, že to boli PLACHTY… turboplachty…
Nadácia Cousteau získala jachtu „Alcyone“ v roku 1985. Loď bola koncipovaná menej ako výskumné plavidlo a viac ako základ pre štúdium účinnosti pôvodného pohonného systému lode, turboplachty. O jedenásť rokov neskôr, keď sa potopila legendárna Calypso, sa Alcyone stala hlavnou loďou expedície (ktorá, mimochodom, teraz stojí zachránená a napoly vyplienená v prístave Concarneau).
V skutočnosti turboplachtu vynašiel Cousteau. Ako potápačské vybavenie, podvodné disky a mnohé ďalšie zariadenia na objavovanie hlbín oceánu a povrchu svetových oceánov. Myšlienka sa zrodila začiatkom 80. rokov 20. storočia vytvoriť čo najekologickejšie a zároveň pohodlné a moderné pohonné zariadenie pre vodné vtáctvo. Využitie veternej energie sa javilo ako najsľubnejšia oblasť výskumu. Ale tu je problém. Ľudia vynašli plachty pred tisíckami rokov. Čo môže byť jednoduchšie a logickejšie ako toto?
Cousteau a jeho spoločníci samozrejme pochopili, že postaviť loď poháňanú iba plachtami by nebolo možné. Presnejšie možno, ale jeho jazdný výkon bude veľmi priemerný a podlieha rozmarom počasia a smeru vetra. Preto sa pôvodne plánovalo, že nová „plachta“ bude slúžiť len na doplnenie bežných naftových motorov.
Turboplachta zároveň výrazne znižuje spotrebu nafty a v silnom vetre sa môže stať jediným pohonným zariadením plavidla. Výskumný tím sa potom obrátil na vynálezy nemeckého inžiniera Antona Flettnera, slávneho leteckého konštruktéra, ktorý v minulosti významne prispel k stavbe lodí.
Turbosail je dutý valec so špeciálnym čerpadlom. Čerpadlo vytvára podtlak na jednej strane turboplachty a tlačí vzduch do plachty. Vonkajší vzduch začne prúdiť okolo turboplachty rôznou rýchlosťou a loď sa začne pohybovať v pravom uhle k tlaku vzduchu. Veľmi to pripomína vztlakovú silu pôsobiacu na krídla lietadla. Tlak zospodu krídla sa zvyšuje a tlačí lietadlo nahor. Turboplachta umožňuje lodi plávať proti akémukoľvek vetru, pokiaľ je k dispozícii dostatočný výkon čerpadla. Používa sa ako pomocná látka pre bežné lodné motory. Dve turboplachty nainštalované na lodi Cousteauovho tímu „Halcyon“ umožnili úsporu paliva až 50 %.
Flettnerov rotor a Magnusov efekt
Anton Flettner dostal 16. septembra 1922 nemecký patent na takzvané rotačné plavidlo. Potom v októbri 1924 opustilo experimentálne rotačné plavidlo Bacau doky lodiarskej spoločnosti Friedrich Krupp v Kieli. Skutočne, škunery neboli postavené od nuly. Pred nainštalovaním Flettnerovho rotora to bola normálna plachetnica.
Flettnerovou myšlienkou je využiť takzvaný Magnusov efekt, ktorého podstata je nasledovná. Keď prúd vzduchu (alebo kvapaliny) obteká rotujúce teleso, vzniká sila kolmá na smer prúdenia a pôsobí na rotujúce teleso. . V skutočnosti rotujúci objekt vytvára okolo seba vírivý pohyb. Na strane telesa, kde sa smer víru zhoduje so smerom prúdenia kvapaliny alebo plynu, sa rýchlosť média zvyšuje a na opačnej strane znižuje. Tlakový rozdiel vytvára bočnú silu zo strany s opačnými smermi otáčania a prúdi smerom k strane, kde sa zhodujú.
„Flettnerova veterná loď upútala pozornosť všetkých vďaka nezvyčajne nadšenej novinovej inzercii,“ napísal Louis Prandtl v článku o vzostupe nemeckého inžiniera.
Tento efekt objavil v roku 1852 berlínsky fyzik Heinrich Magnus.
magnus efekt
Nemecký letecký inžinier a vynálezca Anton Flettner (1885-1961) sa zapísal do námornej histórie ako muž, ktorý sa pokúsil nahradiť plachty. Mal možnosť veľa cestovať po Atlantickom a Indickom oceáne na plachetnici. Na stožiare plachetníc bolo v tom čase pripevnených veľa plachiet. Plachetné vybavenie bolo drahé, zložité a málo aerodynamicky efektívne. Námorníci boli neustále v nebezpečenstve a museli sa vyrovnávať s plachtami vysokými 40-50 metrov aj v búrlivých podmienkach.
Počas plavby prišiel mladý inžinier s myšlienkou nahradiť pracne náročné plachty jednoduchším, no efektívnejším zariadením a zároveň urobiť z vetra hlavnú hnaciu silu. Keď o tom premýšľal, spomenul si na aerodynamické experimenty, ktoré vykonal jeho kolega fyzik Heinrich Gustav Magnus (1802-1870). Zistili, že keď sa valec otáča v prúde vzduchu, generuje bočnú silu, ktorej smer závisí od smeru otáčania valca (Magnusov efekt).
Jeden z jeho klasických experimentov bol: Vysoká rýchlosť otáčania bola daná šnúrou, rovnako ako horná časť valca. Otočný valec je umiestnený vo vnútri rámu a rám sa dá ľahko otáčať. Systém bol vystavený silnému prúdeniu vzduchu pomocou malého odstredivého čerpadla. Valec bol posunutý kolmo na prúd vzduchu a os valca a v rovnakom smere ako smer otáčania a prúdenia. “ (L. Prandtl, „Magnusov efekt a veterné lode“, 1925).
A. Flettnera hneď napadlo, že plachtu by mohol nahradiť rotačný valec inštalovaný na lodi.
Keď sa povrch valca pohybuje proti prúdu vzduchu, vidíme, že rýchlosť vetra klesá a tlak stúpa. Na druhej strane valca sa stane opak, rýchlosť prúdenia vzduchu sa zvýši a tlak sa zníži. Tento rozdiel v tlaku na oboch stranách valca je hnacou silou, ktorá pohybuje loďou. Toto je základný princíp fungovania rotujúcich zariadení, ktoré využívajú silu vetra na pohon lodí. Všetko je veľmi jednoduché, no len A. Flettner „neprešiel“, hoci Magnusov efekt je známy už viac ako pol storočia.
Tento projekt začal realizovať v roku 1923 na jazere neďaleko Berlína. V skutočnosti Flettner urobil niečo celkom jednoduché. Na 1 meter dlhú testovaciu loď nainštaloval rotor papierového valca, približne 1 meter vysoký a 15 cm v priemere, a na jeho otáčanie použil hodinový mechanizmus. A loď vyplávala.
Kapitáni plachetníc sa posmievali valcu A. Flettnera, keď sa pokúšal vymeniť plachtu. Vynálezcovia dokázali svojimi vynálezmi zaujať bohatých mecenášov umenia. V roku 1924 bol 54 metrov dlhý škuner Bacaw vybavený dvoma rotujúcimi valcami namiesto troch stožiarov. Tieto valce roztáčal dieselový generátor s výkonom 45 koní.
Bukauov rotor bol poháňaný elektromotorom. V skutočnosti medzi Magnusovým klasickým experimentom a dizajnom nebol žiadny rozdiel. Na strane, kde sa rotor otáča do vetra, je vytvorená oblasť s vysokým tlakom a na opačnej strane oblasť s nízkym tlakom.
Výsledná sila pohla loďou. Okrem toho bola táto sila približne 50-krát väčšia ako tlak vetra na stacionárny rotor.
To otvorilo Flettnerovi obrovské možnosti. Okrem iného bola plocha rotora a jeho hmotnosť niekoľkonásobne menšia ako plocha plachetnice poskytujúcej ekvivalentnú hnaciu silu. Rotory boli oveľa jednoduchšie na ovládanie a oveľa lacnejšie na výrobu.
Pán Flettner prikryl rotor zhora plochou doskou. To nasmeruje prúd vzduchu k rotoru správnym smerom, čím sa približne zdvojnásobí hnacia sila. Optimálna výška a priemer Bukauových rotorov boli vypočítané vyhodením modelu budúcej lode do vzduchu vo veternom tuneli.
Cousteau Turbosailer – Od roku 2011 je Alkyona jedinou loďou na svete, ktorá je vybavená systémom Cousteau Turbosailer. Po smrti veľkého oceánografa v roku 1997 bola stavba druhej podobnej lode, Calypso II, zastavená a ostatné lodenice boli opatrné voči tomuto neobvyklému dizajnu…
Flettnerov rotor fungoval vynikajúco. Na rozdiel od tradičných plachetníc sa rotačné lode len málo obávali zlého počasia alebo silného bočného vetra a mohli sa ľahko plaviť na striedavom vetre pod uhlom 25 stupňov. Choďte do protivetru (s normálnymi plachtami je limit asi 45?). Dva valcové rotory (výška 13,1 m a priemer 1,5 m) zaisťovali dokonalé vyváženie lode. Ukázalo sa, že je stabilnejší ako plachetnice Bukau pred perestrojkou. Testy prebiehali v pokojných podmienkach, počas búrok a so zámerným preťažením a neboli zistené žiadne významné nedostatky. Najpriaznivejším smerom pre pohyb lode bol smer vetra presne kolmo na os lode a smer pohybu (dopredu alebo dozadu) určoval smer otáčania rotorov.
V polovici februára 1925 odišiel škuner Bacau, vybavený Flettnerovým rotorom namiesto plachiet, z Danzigu (dnes Gdansk) do Škótska. Pre zlé počasie sa väčšina plachetníc neodvážila opustiť prístav. V Severnom mori sa Bucaw stretol so silným vetrom a veľkými vlnami, no škuner mal nižší náklon ako ostatné plachetnice, s ktorými sa stretli.
Počas tejto plavby nebolo potrebné volať posádku na palubu, aby vymenila plachty v závislosti od sily alebo smeru vetra. Všetko, čo bolo potrebné, bol jeden dozorný navigátor, ktorý mohol ovládať pohyb rotora bez toho, aby opustil kormidlovňu. Predtým mal trojsťažňový škuner posádku minimálne 20 mužov, no po prestavbe na rotačné plavidlo postačovala 10-členná posádka.
V tom istom roku lodenica položila svoje druhé rotačné plavidlo, 17-metrovú trojitú nákladnú loď Barbara.
