Hajó turboparasami alatt - vízvilág, vízi világ - online magazin
A híres "Cousteau csapat vízalatti odiseje" című dokumentumfilmjét a nagy francia óceánművész lőtték le az 1960-as és 1970-es években. A fő hajó Cousteau-t ezután egy brit "Calypso" nevű aknavetőből alakították át. De a következő filmek egyikében - "A világ újbóli megnyitása" - megjelent egy másik hajó, az "Alcyone" jacht. Nézte, sok néző megkérdezte magától a kérdést: mi ezek a furcsa csövek a yachton. Talán csövek kazánok vagy propulziós rendszerek. Mi lehet a meglepetés, ha megtudja, hogy ez a SAIL ... turboparas ...
Yacht „Alsiona” Cousteau alap szerzett 1985-ben, és úgy vélte, hogy a hajó nem annyira, mint egy kutatás, hogyan alapjául tanulmányozására hatékonyságát turbosail - az eredeti hajó propeller. És amikor 11 évvel később a legendás „Calypso” elsüllyedt „Alsiona” került a helyére, mint a fő expedíciós hajó (mellesleg, ma „Calypso” emeljük és polurazgrablennom állapotban költségeket a kikötőben Concarneaui).
Valójában a turbó-csatolást Cousteau találtatta fel. Csakúgy, mint a búvárfelszerelés, a víz alatti csészealj és még sok más eszköz a tenger mélységeinek és a Világ Óceán felszínének feltárására. Az ötlet az 1980-as évek elején született, és magában foglalta a leginkább környezetbarát, de ugyanakkor kényelmes és modern meghajtóeszközt a vízimadarak számára. A szélenergia felhasználása tűnt a kutatás legígéretesebb irányának. De itt van a rossz szerencséje: a vitorlázó ember néhány ezer évvel ezelőtt jött létre, és mi lehetne egyszerűbb és logikusabb?
Természetesen Cousteau és a társaság rájöttek, hogy nem lehet hajót építeni kizárólag vitorlával. Pontosabban, talán, de a vezetési tulajdonságai nagyon középszerűek és az időjárás és a szél irányának szaggatásától függenek. Ezért eredetileg azt tervezték, hogy az új "vitorla" csak egy segéderő lenne, amely segíthetne a hagyományos dízelmotorok támogatásában. Ugyanakkor a turbógőz jelentősen csökkentené a dízel üzemanyag fogyasztását, és az erős szélben a hajó egyetlen propellerévé válhatna. A kutatók csapata pedig a múltra fordult - a német mérnök, Anton Flettner, a híres repülőgépgyártó találmánya iránt, aki komolyan hozzájárult a hajógyártáshoz.
Turbosail egy üreges henger előírt speciális szivattyúval. A szivattyú vákuumot hoz létre, az egyik oldalon turbosail szivattyúzással levegőt a vitorla, a külső levegő kezd folyni körül turbosail különböző sebességgel, és a hajó mozogni kezd, egy merőleges irányban a légnyomás. Ez nagyon hasonlít a felvonó ható erő a szárny síkjában - alulról a szárny nyomás nagyobb, és megnyomja a gépet felfelé. Turbosail lehetővé teszi, hogy mozog a hajó ellen szél, csak hogy elég szivattyú teljesítménye. Ezt használják, mint egy kiegészítő rendszer egy hagyományos tengeri motor. Két turbosail telepítve a Cousteau csapat hajó „Alcyone” akár 50% üzemanyag.
Rotor Flettner és a Magnus hatás
Flettner ötlet az volt, hogy az úgynevezett Magnus-hatás, amely lényegében a következő: amikor a levegő (vagy folyadék) áramlik körül forgó test, képez merőleges erő az áramlás irányát, és a testre ható. Az a helyzet, hogy a forgó tárgy vortexmozgást hoz magával. A tárgy másik oldalán, ahol az örvény iránya egybeesik a folyadék vagy a gáz áramlásával, a közeg sebessége nő és ellentétes - esik. A nyomáskülönbség és oldalirányú erőt hoz létre azon oldalról, ahol a forgásirány és az átfolyási irány ellentétes, azon oldalra, ahol egybeesnek.
"A Flettner szélmalma mindenki ajkaján mindenki szokatlanul buja újság propagandának köszönhető" - írta Louis Prandtl a német mérnök fejlesztéséről szóló cikkében.
Ezt a hatást 1852-ben a berlini fizikus, Heinrich Magnus fedezte fel.
A német repülési mérnök és feltaláló Anton Flettner (1885-1961) a vitorlázást próbáló emberként lépett be a hajózás történetében. Hosszú ideje vándorol az Atlanti-óceán és az Indiai-óceánok vitorláján. A korszak vitorláshajóinak árbocain számos vitorlát helyeztünk el. A vitorlázó felszerelés drága volt, bonyolult és aerodinamikusan nem túl hatékony. Állandó veszélyek vártak a tengerészekre, akik még a vihar idején is 40-50 méteres magasságban vitorláztak.
Az utazás során a fiatal mérnököknek az volt a szándéka, hogy kicserélik a vitorlákat, és nagyobb erőfeszítést igényelnek egy egyszerűbb, de hatékonyabb eszközzel, amelynek fő propellerje is a szél. Erre gondolva visszahívta Henry Gustav Magnus honfitársa, fizikusa (1802-1870) aerodinamikai kísérleteit. Megállapították, hogy amikor a henger a levegőáramban forog, a henger forgási irányától (Magnus-effektustól) függő irányú keresztirányú erő keletkezik.
Egyik klasszikus kísérlete a következő volt: "A sárgaréz henger két pont között forgatható; A henger gyors elfordulását egy tetővel ellátott kábellel jelezték. A forgó hengeret egy keretbe helyezték, amely viszont könnyen elfordulhat. Erős levegőáramlást indított a rendszeren egy kis centrifugálszivattyú segítségével. A hengert eltérített a merőleges irányban a légsugarat a henger tengelye mentén, és, sőt, abban az irányban, amelyben a forgási irányt a jet és azonosak voltak „(L. Prandtl” Magnus-hatás és a szél a hajó”, 1925).
A. Flettner rögtön azt gondolta, hogy a vitorlákat hajóhengeres forgóhengerekkel lehet helyettesíteni.
Kiderül, hogy ha a henger felülete a levegőáramlás irányába mozdul el, akkor a szélsebesség csökken és a nyomás emelkedik. A henger másik oldalán éppen ellenkezőleg, a légáramlás sebessége nő és a nyomás csökken. A henger különböző oldalai közötti nyomáskülönbség a hajtóerő, amely a hajó mozgását okozza. Ez a forgó berendezés működésének alapelve, amely a szél erősségét használja a hajó mozgására. Nagyon egyszerű, de csak az A.Flettner "nem ment el", bár a Magnus-hatás több mint fél évszázada ismert volt.
Az ötlet megvalósításához 1923-ban kezdődött Berlinben, egy tó közelében. Valójában Flettner nagyon egyszerű dolgot csinált. Egy méteres magasságú és 15 cm átmérőjű, egy méteres vizsgálóhajóban egy papírhenger-rotorot helyezett el, és az órajelet forgatta. És a hajó úszott.
A vitorlás hajóparancsnokok az A. Flettner hengereket megverték, amellyel a vitorlákat fel akarta cserélni. A feltaláló sikeresen érdekelte a gazdag patrónok találmányát. 1924-ben két forgóhenger került az 54 méteres "Buckau" schoonerre a három oszlop helyett. Ezek a hengerek 45 lóerős teljesítményű dízelgenerátort forgattak.
A "Bukau" rotorjai villanymotorokból forogtak. Valójában nem volt különbség a Magnus klasszikus kísérleteiben a tervezés során. Az oldalról, ahol a rotor a szél felé fordult, a megnövekedett nyomás területe keletkezett, az ellenkezőjétől - az alsó szinttől. A keletkező erő és mozgatta a hajót. Ráadásul ez az erő kb. 50-szer nagyobb volt, mint a rögzített rotor szélnyomása.
Ez nagyszerű kilátást nyitott Flettner számára. Többek között a forgórész területe és tömege többszörösen kisebb volt, mint a vitorláskarok területe, ami egyenlő hajtóerőt biztosítana. A rotor sokkal könnyebb kezelni, és a gyártás során nagyon olcsó volt. A fentről Flettner fedte le a forgórészeket síklemezekkel - ez növelte a hajtóerőt kb. Kétszer a forgórészhez viszonyított légáramlás helyes tájolása miatt. A "Bukau" rotor optimális magasságát és átmérőjét úgy számolták ki, hogy a hajó modelljét a szélcsatornába fújta.
Rotor Flettner tökéletesen megmutatta magát. Ellentétben a hagyományos vitorlás hajó, a hajó forgó szinte nem fél a rossz időjárás és az erős oldalszél könnyen megy tacks változtatható szögű 25º az ellenszélben (normál vitorlás határa mintegy 45 °). Két hengeres rotor (13,1 m magasságú, 1,5 m átmérőjű) lehetővé tette az edény tökéletes egyensúlyát - stabilabbnak bizonyult, mint egy olyan vitorlás, amelyet a Bukau a perestrojika előtt állított. A teszteket nyugodt, viharos és szándékos túlterhelésen végezték - és nem voltak komoly hiányosságok. A hajó mozgásának a legkedvezőbb volt a szél iránya, amely pontosan merőleges a hajó tengelyére, és az útirány (előre vagy hátra) a forgók forgásirányával határozta meg.
Ezen utazás során nem volt szükség a hajó fedélzetén a vitorlák megváltoztatására, a szél szilárdságától vagy irányától függően. Elég volt egy olyan navigátor számára, aki a kabin elhagyása nélkül ellenőrizheti a rotorok tevékenységét. Korábban a három darabos schooner legénysége legalább 20 tengerészből állt, miután forgóhajóra alakították át, 10 ember elég volt.
Ugyanebben az évben a hajógyár elhelyezte a második forgóhajót - a hatalmas rakományhajót "Barbara", amelyet három 17 méteres rotor hajt. Ugyanakkor mindegyik forgórész esetében egy kis motor mindössze 35 lóerővel elegendő. (mindegyik forgórész maximális fordulatszáma 160 fordulat / perc)! A forgórészek tolóereje megegyezik a propeller meghajtó tolóerőével, a szokásos hajó dízelmotorral együtt, kb. 1000 lóerővel. Ugyanakkor a hajó dízelmotora is jelen volt: a rotorok mellett propelleret is hajtott (amely az egyetlen motor volt a széltelen időjárás esetén).
Az ígéretes tapasztalatok arra késztették a "Rob.M.Sloman" hajózási társaságot Hamburgból 1926-ban, hogy építsenek egy hajót "Barbara" -nak. Erre előre tervezték a turbó-ejtőernyőt - a Flettner rotorokat. Egy 90 m hosszú és 13 m széles edényen három, körülbelül 17 m magasságú rotort szereltek fel.
"Barbara", a tervek szerint, egy ideig sikeresen szállított gyümölcsök Olaszországból Hamburgba. A hajó utazási idejének körülbelül 30-40% -át a szélenergia hajtotta. A "Barbara" 4-6 pontos szélével 13 csomó sebességgel alakult ki.
Arra tervezték, hogy egy forgó hajót teszteljenek az Atlanti-óceánon hosszabb utakon.
De az 1920-as évek végén kitört a Nagy Depresszió. 1929-ben a charter cég nem volt hajlandó tovább bérelni a "Barbara" -t, és eladta. Az új tulajdonos levette a rotorokat, és a hagyományos rendszernek megfelelően újratelepítette a hajót. Mégis, a rotor elvesztette a csavaros propellereket egy hagyományos dízelüzemű erőművel kombinálva, mivel a széltől való függőség és a teljesítmény és sebesség bizonyos korlátai vannak. Flettner ígéretes kutatásra fordult, és Baden-Baden végül 1931-ben a Karib-térség viharában elsüllyedt. És a rotor hosszú ideig elfelejtette a vitorlázást ...
Úgy tűnt, a forgóhajó kezdete nagyon sikeres volt, de nem fejlesztették ki, és régóta elfelejtették. Miért? Először is, az A. Flettner forgóhajók "apa" helikopterek létrehozásába merült, és nem volt hajlandó a tengeri közlekedés iránt érdeklődni. Másodszor, minden előnye ellenére a forgó hajók továbbra is vízi hajók maradtak hátrányokkal, amelyek közül a legfontosabb a szélfüggőség.
A vitorlásokat a XX. Században építették. Az ilyen típusú modern hajók esetében a vitorlás fegyvereket villamos motorok segítségével csökkentik, az új anyagok lehetővé teszik a tervezés jelentős mértékű leegyszerűsítését. De a vitorlás vitorlás, és az a gondolat, hogy a szélenergiát radikálisan új módon használják Fllettner napjai óta. Ezt a féktelen kalandor és kutató Jacques-Yves Cousteau vette fel.
A keresztmetszetben a turbócső egyfajta hosszúkás és lekerekített a csepp szélének. A "csepp" oldalán levegőbevezető rácsok találhatók, amelyek egyikén keresztül (az előre- vagy hátrafelé mozgás szükségességétől függően) a levegő beszívódik. A szél hatékonyabb felszívódása a turbó-ejtőernyő levegő bevezetéséhez egy kis ventilátorral van felszerelve, amelyet egy villanymotor hajt.
Mesterségesen megnöveli a légmozgás sebességét a vitorla hátsó oldaláról, a levegőszűrőt a turbó-ejtőernyő síkjából való leválás pillanatában szívja be. Ez a turbó-gőz egyik oldalán vákuumot hoz létre, miközben meggátolja a turbulens örvények kialakulását. Ezután a Magnus hatás hatása: az egyik oldalán a vákuum, ennek következtében - a keresztirányú erő, amely a hajó mozgását okozhatja. Valójában a turboparák egy függőlegesen elhelyezett repülőgép szárny, legalábbis a hajtóerő létrehozásának elve hasonló a repülőgép emelésének elvéhez. Ahhoz turbosail mindig kiderült, hogy a szél a legkedvezőbb oldalán fel van szerelve speciális érzékelők és szerelt lemezjátszó. Mellesleg, bokrok szabadalmi feltételezi, hogy levegő beszívása belsejében turbosail nem csak a ventilátor, hanem, például, a légszivattyú - így Cousteau zárt kapu, hogy kövesse „a feltalálók”.
Valójában először Cousteau 1981-ben tesztelte a turboparát prototípusát a "Windmill" (Moulin à Vent) katamaránon. A legnagyobb sikeres út a katamarán volt az utazás Tangier (Marokkó) és New York felügyelete alatt egy nagyobb expedíciós hajó.
Ma megpróbálják újraéleszteni a Flettner ötletét, és forgó vitorlákat készítenek. Például a híres hamburgi Blohm + Voss cég az 1973-as olajválság után kezdett aktív forgószállító tartályhajó fejlesztését, de 1986-ra gazdasági tényezők fedezték le ezt a projektet. Aztán volt egy sor amatőr terv.
De a turbócsatoló Cousteau még mindig felejtőben marad: az "Alkion" eddig - az egyetlen teljes méretű hajó ilyen típusú meghajtással. A német hajóépítők tapasztalata megmutatja, hogy van-e értelme továbbfejleszteni a vitorlák témáját, a Magnus-hatáson dolgozva. A legfontosabb dolog az, hogy gazdasági igazolást találjunk rá, és bizonyítsuk annak hatékonyságát. És ott, látod, az egész világ hajózik az elvnek, amelyet egy tehetséges német tudós több mint 150 évvel ezelőtt írt le.
A szingapúri sudopromyshlennaya Vállalat «Wind Ismét» szentelt létrehozását technológiák csökkentik az üzemanyag-fogyasztást és károsanyag-kibocsátást kínál telepített tartályhajók és teherhajók Flettner rotorok különleges design (összecsukható). 30-40% -kal csökkenti az üzemanyag-fogyasztást, és 3-5 év alatt fizet.
A Finnországban működő "Wartsila" tengeri hajózási társaság már tervezi a turboparák hajózási kompok adaptálását. Ez annak köszönhető, hogy a finn versenyszállító Viking Line vágya az üzemanyag-fogyasztás és a környezetszennyezés csökkentésére irányul.
A Flettner rotorok használatát a hajókon a Flensburg Egyetem (Németország) tanulmányozza. Úgy tűnik, hogy az olajárak emelkedése és az éghajlat felmelegedése kedvező feltételeket teremt a szélmalmok visszatéréséhez.
