Kuuluisan dokumenttisarjan "The Underwater Odyssey of the Cousteau Team" kuvasi suuri ranskalainen valtameritutkija 1960- ja 1970-luvuilla. Cousteaun päälaiva muutettiin sitten brittiläisestä miinanraivaajasta Calypsosta. Mutta yhdessä myöhemmistä elokuvista - "Maailman uudelleen löytäminen" - ilmestyi toinen alus, jahti "Halcyone".
Häntä katsoessaan monet tv-katsojat esittivät itselleen kysymyksen: millaisia outoja putkia veneeseen on asennettu?.. Ehkä nämä ovat putkia kattiloista tai propulsiojärjestelmistä? Kuvittele yllätyksesi, jos huomaat, että nämä ovat PURJEITA... turbopurjeita...
Cousteau-säätiö osti huvijahdin Alcyonen vuonna 1985, ja tätä alusta ei pidetty niinkään tutkimusaluksena, vaan pohjana tutkittaessa turbopurjeiden - alkuperäisen laivan propulsiojärjestelmän - tehokkuutta. Ja kun 11 vuotta myöhemmin legendaarinen Calypso upposi, Alkyone otti sen paikan retkikunnan pääaluksena (muuten, nykyään Calypso nostetaan ylös ja seisoo puoliksi ryöstetyssä tilassa Concarneaun satamassa).
Itse asiassa turbopurjeen keksi Cousteau. Aivan kuten sukellusvarusteet, vedenalainen lautanen ja monet muut laitteet meren syvyyksien ja Maailman valtameren pinnan tutkimiseen. Ajatus syntyi 1980-luvun alussa ja sen tarkoituksena oli luoda ympäristöystävällisin, mutta samalla kätevä ja nykyaikaisin propulsiolaite vesilintuille. Tuulivoiman käyttö vaikutti lupaavimmalta tutkimusalueelta. Mutta tässä on ongelma: ihmiskunta keksi purjeen useita tuhansia vuosia sitten, ja mikä voisi olla yksinkertaisempaa ja loogisempaa?
Tietenkin Cousteau ja yhtiö ymmärsivät, että oli mahdotonta rakentaa laivaa, joka liikkuisi yksinomaan purjeilla. Tarkemmin sanottuna ehkä, mutta sen ajokyky on erittäin keskinkertainen ja riippuvainen sään ja tuulen suunnasta. Siksi alun perin suunniteltiin, että uusi "purje" olisi vain apuvoima, jota käytetään auttamaan tavanomaisia dieselmoottoreita. Samalla turbopurje pienentäisi merkittävästi dieselpolttoaineen kulutusta, ja kovalla tuulella siitä voisi tulla aluksen ainoa propulsiolaite. Ja tutkijaryhmä katsoi menneisyyteen - saksalaisen insinöörin Anton Flettnerin keksintöön, kuuluisaan lentokonesuunnittelijaan, joka antoi vakavan panoksen laivanrakennukseen.
Turbopurje on ontto sylinteri, joka on varustettu erityisellä pumpulla. Pumppu luo tyhjiön turbopurjeen yhdelle puolelle pumppaamalla ilmaa purjeeseen, ulkoilma alkaa virrata turbopurjeen ympärillä eri nopeuksilla ja alus alkaa liikkua kohtisuoraan ilmanpaineeseen nähden. Tämä muistuttaa kovasti lentokoneen siipiin vaikuttavaa nostovoimaa - paine on suurempi siiven alta ja lentokonetta työnnetään ylöspäin. Turbopurje mahdollistaa laivan liikkumisen mitä tahansa tuulta vastaan, kunhan pumpputehoa riittää. Käytetään tavanomaisen merimoottorin apujärjestelmänä. Cousteaun Halcyon-tiimin laivaan asennetut kaksi turbopurjetta mahdollistivat jopa 50 % polttoaineen säästön.
Flettner-roottori ja Magnus-efekti
16. syyskuuta 1922 Anton Flettner sai saksalaisen patentin niin sanotulle pyörivälle alukselle. Ja lokakuussa 1924 kokeellinen pyörivä laiva Buckau poistui Kielin Friedrich Kruppin laivanrakennusyhtiön liukuteiltä. Totta, kuunaria ei rakennettu tyhjästä: ennen Flettner-roottoreiden asennusta se oli tavallinen purjelaiva.
Flettnerin ideana oli käyttää ns. Magnus-ilmiötä, jonka olemus on seuraava: kun ilma (tai neste) virtaa pyörivän kappaleen ympärillä, syntyy voima, joka on kohtisuorassa virtaussuuntaan nähden ja vaikuttaa kehoon. . Tosiasia on, että pyörivä esine luo pyörreliikkeen ympärilleen. Kohteen sillä puolella, jossa pyörteen suunta osuu yhteen nesteen tai kaasun virtauksen suunnan kanssa, väliaineen nopeus kasvaa ja vastakkaisella puolella se laskee. Paine-ero synnyttää poikittaisen voiman, joka suuntautuu puolelta, jossa pyörimissuunta ja virtaussuunta ovat vastakkaisia, sille puolelle, jossa ne kohtaavat.
"Flettnerin tuulilaiva on kaikkien huulilla poikkeuksellisen innokkaan sanomalehtipropagandan ansiosta", kirjoitti Louis Prandtl artikkelissaan saksalaisen insinöörin kehityksestä.
Tämän vaikutuksen löysi vuonna 1852 berliiniläinen fyysikko Heinrich Magnus.
Magnus-efekti
Saksalainen ilmailuinsinööri ja keksijä Anton Flettner (1885–1961) jäi merenkulun historiaan miehenä, joka yritti vaihtaa purjeet. Hänellä oli mahdollisuus matkustaa pitkään purjeveneellä Atlantin ja Intian valtamerten yli. Monet purjeet asennettiin tuon aikakauden purjelaivojen mastoihin. Purjehdusvarusteet olivat kalliita, monimutkaisia eivätkä aerodynaamisesti kovin tehokkaita. Jatkuvat vaarat odottivat merimiehiä, jotka myrskyn aikana joutuivat käsittelemään purjeita 40–50 metrin korkeudessa.
Matkan aikana nuori insinööri sai idean korvata paljon vaivaa vaatineet purjeet yksinkertaisemmalla mutta tehokkaalla laitteella, jonka päävoimana olisi myös tuuli. Tätä pohtiessaan hän muisti maanmiehensä, fyysikon Heinrich Gustav Magnuksen (1802–1870) aerodynaamiset kokeet. He havaitsivat, että kun sylinteri pyörii ilmavirrassa, syntyy poikittaista voimaa, jonka suunta riippuu sylinterin pyörimissuunnasta (Magnus-ilmiö).
Yksi hänen klassisista kokeistaan meni näin: "Messinkisylinteri pystyi pyörimään kahden pisteen välillä; nopea pyöriminen annettiin sylinteriin, kuten yläosassa, narulla. Pyörivä sylinteri asetettiin kehykseen, joka puolestaan pyöri helposti. Tämä järjestelmä altistettiin voimakkaalle ilmavirralle käyttämällä pientä keskipakopumppua. Sylinteri poikkesi ilmavirtaan ja sylinterin akseliin nähden kohtisuoraan suuntaan, lisäksi suuntaan, jossa pyörimissuunnat ja virtaus olivat samat" (L. Prandtl "Magnus-ilmiö ja tuulilaiva", 1925) ).
A. Flettner ajatteli heti, että purjeet voitaisiin korvata laivaan asennetuilla pyörivillä sylintereillä.
Osoittautuu, että missä sylinterin pinta liikkuu ilmavirtausta vastaan, tuulen nopeus laskee ja paine kasvaa. Sylinterin toisella puolella on päinvastoin - ilman virtausnopeus kasvaa ja paine laskee. Tämä paine-ero sylinterin eri puolilla on käyttövoima, joka saa laivan liikkumaan. Tämä on pyörivien laitteiden toiminnan perusperiaate, joka käyttää tuulen voimaa aluksen liikuttamiseen. Kaikki on hyvin yksinkertaista, mutta vain A. Flettner "ei mennyt ohi", vaikka Magnus-ilmiö on ollut tiedossa yli puoli vuosisataa.
Hän aloitti suunnitelman toteuttamisen vuonna 1923 Berliinin lähellä sijaitsevalla järvellä. Itse asiassa Flettner teki melko yksinkertaisen asian. Hän asensi metrin pituiseen koeveneeseen noin metrin korkean ja 15 cm halkaisijaltaan paperisylinteri-roottorin ja sovitti kellomekanismin sen pyörittämiseen. Ja vene purjehti.
Purjelaivojen kapteenit pilkkasivat A. Flettnerin sylintereitä, joilla hän halusi korvata purjeet. Keksijä onnistui kiinnostamaan varakkaita taiteen suojelijoita keksinnöstään. Vuonna 1924 54-metriseen kuunariin Buckau asennettiin kolmen maston sijasta kaksi pyörivää sylinteriä. Näitä sylintereitä pyöritti 45 hv:n dieselgeneraattori.
Bukaun roottoreita käytettiin sähkömoottoreilla. Itse asiassa suunnittelussa ei ollut eroa Magnuksen klassisiin kokeiluihin verrattuna. Sille puolelle, jolla roottori pyöri tuulta päin, muodostui korkeapaineinen alue ja vastakkaiselle puolelle matalapainealue. Syntynyt voima liikutti laivaa. Lisäksi tämä voima oli noin 50 kertaa suurempi kuin tuulen paineen voima kiinteään roottoriin!
Tämä avasi valtavia näkymiä Flettnerille. Muun muassa roottorin pinta-ala ja sen massa olivat useita kertoja pienempiä kuin purjelautan pinta-ala, mikä antaisi yhtäläisen käyttövoiman. Roottoria oli paljon helpompi ohjata, ja sen valmistaminen oli melko halpaa. Ylhäältä katsottuna Flettner peitti roottorit levymäisillä tasoilla - tämä noin kaksinkertaisti käyttövoiman, koska ilmavirtojen suuntaus oli oikea roottoriin nähden. Bukaun roottorin optimaalinen korkeus ja halkaisija laskettiin puhaltamalla tulevan aluksen malli tuulitunnelissa.
Cousteaun turbopurjehtija - Vuodesta 2011 lähtien Alkyona on ainoa alus maailmassa, jolla on Cousteau-turbosail. Suuren valtameritutkijan kuolema vuonna 1997 lopetti toisen samanlaisen Calypso II:n rakentamisen, ja muut laivanrakentajat ovat varovaisia epätavallisen suunnittelun suhteen...
Flettner-roottori toimi erinomaisesti. Toisin kuin perinteinen purjelaiva, pyörivä alus ei käytännössä pelännyt huonoa säätä ja voimakkaita sivutuulia, se pystyi helposti purjehtimaan vuorotellen 25º kulmassa vastatuulen suhteen (perinteiselle purjeelle raja on noin 45º). Kaksi sylinterimäistä roottoria (korkeus 13,1 m, halkaisija 1,5 m) mahdollisti aluksen täydellisen tasapainotuksen - se osoittautui vakaammaksi kuin purjevene, jonka Bukau oli ennen perestroikkaa. Testit suoritettiin tyynissä olosuhteissa, myrskyissä ja tahallisella ylikuormituksella - eikä vakavia puutteita havaittu. Edullisin laivan liikesuunta oli tuulen suunta, joka oli täsmälleen kohtisuorassa laivan akseliin nähden, ja liikkeen suunta (eteen- tai taaksepäin) määrättiin roottoreiden pyörimissuunnan mukaan.
Helmikuun puolivälissä 1925 kuunari Buckau, joka oli varustettu Flettner-roottoreilla purjeiden sijaan, lähti Danzigista (nykyinen Gdansk) Skotlantiin. Sää oli huono, ja useimmat purjelaivat eivät uskaltaneet lähteä satamista. Pohjanmerellä Buckau käytti vakavaa taistelua voimakkaiden tuulien ja suurten aaltojen kanssa, mutta kuunari kallistui vähemmän kuin muut purjelaivat.
Tämän matkan aikana ei tarvinnut kutsua kannella olevia miehistön jäseniä vaihtamaan purjeita tuulen voimakkuuden tai suunnan mukaan. Tarvittiin vain yksi kellonavigaattori, joka pystyi ohjaamaan roottoreiden toimintaa poistumatta ohjaushytistä. Aiemmin kolmimastoisen kuunarin miehistö koostui vähintään 20 merimiehestä sen jälkeen kun se muutettiin pyöriväksi alukseksi, riitti 10 henkilöä.
Samana vuonna telakka laskeutui toisen pyörivän aluksensa - mahtavan rahtialuksen Barbaran, jota ohjasi kolme 17-metristä roottoria. Samaan aikaan jokaiselle roottorille riitti yksi pieni moottori, jonka teho oli vain 35 hv. (kunkin roottorin maksimipyörimisnopeudella 160 rpm)! Roottoreiden työntövoima vastasi ruuvipotkurin työntövoimaa yhdistettynä tavanomaiseen laivan dieselmoottoriin, jonka teho oli noin 1000 hv. Laivassa oli kuitenkin myös dieseliä: se ohjasi roottoreiden lisäksi potkuria (joka pysyi tyynellä säällä ainoana käyttövoimana).
Lupaavat kokemukset saivat hampurilaisen Rob.M.Slomanin rakentamaan Barbaran vuonna 1926. Se suunniteltiin etukäteen varustaa turbopurjeilla - Flettner-roottoreilla. Kolme roottoria, joiden korkeus oli noin 17 m, asennettiin alukseen, jonka pituus oli 90 m ja leveys 13 m.
"Barbara" kuljetti suunnitelmien mukaisesti hedelmiä Italiasta Hampuriin jonkin aikaa. Noin 30–40 % matkasta käytettiin tuulella. 4–6 pisteen tuulella "Barbara" kehitti 13 solmun nopeuden.
Suunnitelmana oli testata pyörivää alusta pitemmillä matkoilla Atlantin valtamerellä.
Mutta 1920-luvun lopulla iski suuri lama. Vuonna 1929 charter-yhtiö kieltäytyi jatkamasta Barbaran vuokraamista ja hän myytiin. Uusi omistaja poisti roottorit ja asensi laivan uudelleen perinteiseen malliin. Silti roottori oli huonompi kuin ruuvipotkurit yhdistettynä perinteiseen dieselvoimalaitokseen, koska se oli riippuvainen tuulesta ja tietyistä teho- ja nopeusrajoituksista. Flettner siirtyi edistyneempään tutkimukseen, ja Baden-Baden upposi lopulta myrskyn aikana Karibialla vuonna 1931. Ja he unohtivat roottoripurjeet pitkäksi aikaa...
Pyörivien alusten alku näytti varsin onnistuneelta, mutta niitä ei kehitetty ja ne unohdettiin pitkäksi aikaa. Miksi? Ensinnäkin pyörivien alusten "isä" A. Flettner syöksyi helikoptereiden luomiseen ja lakkasi olemasta kiinnostunut meriliikenteestä. Toiseksi, kaikista eduistaan huolimatta pyörivät alukset ovat pysyneet purjelaivoina niiden luontaisten haittojen kanssa, joista tärkein on riippuvuus tuulesta.
Flettner-roottorit kiinnostuivat uudelleen 1980-luvun 80-luvulla, kun tutkijat alkoivat ehdottaa erilaisia toimenpiteitä ilmaston lämpenemisen hillitsemiseksi, saastumisen vähentämiseksi ja järkevämpään polttoaineenkulutukseen. Yksi ensimmäisistä, jotka muistivat heidät, oli syvyyksien tutkija, ranskalainen Jacques-Yves Cousteau (1910–1997). Turbopurjejärjestelmän toiminnan testaamiseksi ja yhä kalliimman polttoaineen kulutuksen vähentämiseksi kaksimastoinen katamaraani "Alcyone" (Alcyone on tuulen jumalan Aeolus tytär) muutettiin pyöriväksi alukseksi. Purjehtiessaan vuonna 1985 hän vieraili Kanadassa ja Amerikassa, kiersi Cape Hornin sekä Australian ja Indonesian, Madagaskarin ja Etelä-Afrikan ympärillä. Hänet siirrettiin Kaspianmerelle, missä hän purjehti kolme kuukautta tekemällä erilaisia tutkimuksia. Alcyone käyttää edelleen kahta erilaista propulsiojärjestelmää - kahta dieselmoottoria ja kahta turbopurjetta.
Turbosail Cousteau
Myös purjeveneitä rakennettiin koko 1900-luvun. Tämän tyyppisissä nykyaikaisissa laivoissa purjeet käännetään sähkömoottoreilla, ja uudet materiaalit tekevät suunnittelusta huomattavasti kevyemmän. Mutta purjevene on purjevene, ja ajatus tuulienergian käytöstä radikaalisti uudella tavalla on ollut ilmassa Flettnerin ajoista lähtien. Ja sen poimi väsymätön seikkailija ja tutkimusmatkailija Jacques-Yves Cousteau.
23. joulukuuta 1986 artikkelin alussa mainitun Halcyonen lanseerauksen jälkeen Cousteau ja hänen kollegansa Lucien Malavard ja Bertrand Charrier saivat yhteispatentin nro US4630997 "laitteelle, joka luo voimaa käyttämällä liikkuvaa nestettä tai kaasua .” Yleiskuvaus on seuraava: ”Laite sijoitetaan ympäristöön, joka liikkuu tiettyyn suuntaan; tässä tapauksessa syntyy voima, joka vaikuttaa kohtisuoraan ensimmäiseen nähden. Laite välttää massiivisten purjeiden käytön, joissa käyttövoima on verrannollinen purjeen pinta-alaan. Mitä eroa on Cousteau-turbopurjeella ja Flettner-roottoripurjeella?
Poikkileikkaukseltaan turbopurje on eräänlainen pitkänomainen pisara, joka on pyöristetty terävästä päästä. "Pisaran" sivuilla on ilmanottoritilät, joista yhden kautta (riippuen tarpeesta liikkua eteenpäin tai taaksepäin) imetään ilmaa ulos. Tuulen mahdollisimman tehokkaan imemisen varmistamiseksi ilmanottoaukkoon on asennettu pieni sähkömoottorilla toimiva tuuletin turbopurjeeseen.
Se lisää keinotekoisesti ilman liikkeen nopeutta purjeen suojapuolen puolella imemällä ilmavirran sen irtautuessa turbopurjeen tasosta. Tämä luo tyhjiön turbopurjeen toiselle puolelle ja samalla estää turbulenttien pyörteiden muodostumisen. Ja sitten Magnus-ilmiö toimii: harvinainen toisella puolella, seurauksena - sivuttaisvoima, joka pystyy saamaan laivan liikkumaan. Itse asiassa turbopurje on pystysuoraan sijoitettu lentokoneen siipi, ainakin käyttövoiman luomisen periaate on samanlainen kuin lentokoneen nostimen luomisen periaate. Sen varmistamiseksi, että turbopurje on aina edullisimmalla puolella tuuleen päin, se on varustettu erityisillä antureilla ja asennettu kääntöpöydälle. Muuten, Cousteaun patentti viittaa siihen, että ilmaa voidaan imeä turbopurjeen sisältä paitsi tuulettimella, myös esimerkiksi ilmapumpulla - näin Cousteau sulki portin myöhemmiltä "keksijöiltä".
Itse asiassa Cousteau testasi ensimmäisen kerran turbopurjeen prototyyppiä katamaraanilla "Windmill" (Moulin à Vent) vuonna 1981. Katamaraanin suurin onnistunut matka oli Tangerista (Marokko) New Yorkiin suuremman tutkimusaluksen valvonnassa.
Ja huhtikuussa 1985, Halcyone, ensimmäinen täysimittainen turbopurjeilla varustettu alus, laskettiin vesille La Rochellen satamassa. Nyt hän on edelleen liikkeellä ja on tänään Cousteau-joukkueen laivaston lippulaiva (ja itse asiassa ainoa suuri alus). Sen turbopurjeet eivät toimi ainoana käyttövoimana, mutta ne auttavat kahden dieselmoottorin ja
useita ruuveja (mikä muuten antaa sinun vähentää polttoaineenkulutusta noin kolmanneksella). Jos suuri merentutkija olisi ollut elossa, hän olisi todennäköisesti rakentanut useita samanlaisia aluksia, mutta hänen työtovereittensa innostus laantui Cousteaun lähdön jälkeen.
Vähän ennen kuolemaansa vuonna 1997 Cousteau työskenteli aktiivisesti Calypso II -aluksen projektissa turbopurjeella, mutta hänellä ei ollut aikaa saada sitä päätökseen. Viimeisimpien tietojen mukaan Alkyone oli talvella 2011 Kaenin satamassa ja odotti uutta tutkimusmatkaa.
Ja taas Flettner
Nykyään Flettnerin ideaa yritetään elvyttää ja roottoripurjeet levittää laajalle. Esimerkiksi kuuluisa hampurilainen Blohm + Voss aloitti aktiivisen pyörivän säiliöaluksen kehittämisen vuoden 1973 öljykriisin jälkeen, mutta vuoteen 1986 mennessä taloudelliset tekijät sulkivat tämän projektin. Sitten oli kokonainen sarja amatöörimalleja.
Vuonna 2007 Flensburgin yliopiston opiskelijat rakensivat roottoripurjeen (Uni-cat Flensburg) käyttämän katamaraanin.
Vuonna 2010 ilmestyi historian kolmas roottoripurjeilla varustettu laiva - raskas kuorma-auto E-Ship1, joka rakennettiin Enerconille, joka on yksi maailman suurimmista tuuligeneraattoreiden valmistajista. Alus laskettiin vesille 6. heinäkuuta 2010 ja teki lyhyen matkan Emdenistä Bremerhaveniin. Ja jo elokuussa hän lähti ensimmäiselle työmatkalleen Irlantiin yhdeksän tuuligeneraattorin kuorman kanssa. Alus on varustettu neljällä Flettner-roottorilla ja tietysti perinteisellä propulsiojärjestelmällä tyynelle säälle ja lisätehon saamiseksi. Roottoripurjeet toimivat kuitenkin vain apuvoimana: 130 metrin kuorma-autolle niiden teho ei riitä oikean nopeuden kehittämiseen. Moottoreiden voimanlähteenä on yhdeksän Mitsubishi-voimayksikköä, ja roottoreita pyörittää pakokaasuenergiaa käyttävä Siemensin höyryturbiini. Roottoripurjeet voivat säästää 30–40 % polttoainetta 16 solmun nopeudella.
Mutta Cousteaun turbopurje on edelleen unohduksessa: Alkyone on tällä hetkellä ainoa täysikokoinen alus, jolla on tällainen käyttövoima. Saksalaisten laivanrakentajien kokemukset osoittavat, onko Magnus-efektin purjeiden teemaa järkevää kehittää edelleen. Tärkeintä on löytää tälle taloudellinen peruste ja osoittaa sen tehokkuus. Ja sitten näet, kaikki maailman merenkulku siirtyy periaatteeseen, jonka lahjakas saksalainen tiedemies kuvaili yli 150 vuotta sitten.
Pohjanmerellä vuonna 2010 nähtiin outo laiva "E-Ship 1". Sen yläkerroksessa on neljä korkeaa pyöreää savupiippua, mutta niistä ei koskaan nouse savua. Nämä ovat niin sanottuja Flettner-roottoreita, jotka korvasivat perinteiset purjeet.
Maailman suurin tuulivoimaloiden valmistaja Enercon laski 2.8.2010 vesille 130 metriä pitkän ja 22 metriä leveän pyörivän aluksen, joka sai myöhemmin nimen E-Ship 1 Lindenaun telakalla Kielissä. Sen jälkeen sitä testattiin menestyksekkäästi Pohjois- ja Välimerellä, ja tällä hetkellä se kuljettaa tuuligeneraattoreita Saksasta, jossa niitä valmistetaan, muihin Euroopan maihin. Se saavuttaa nopeuden 17 solmua (32 km/h), kuljettaa samanaikaisesti yli 9 tuhatta tonnia rahtia, sen miehistö on 15 henkilöä.
Singaporelainen laivanrakennusyhtiö Wind Again, joka luo teknologioita polttoaineenkulutuksen ja päästöjen vähentämiseksi, ehdottaa erityisesti suunniteltujen Flettner-roottoreiden (taittuvien) asentamista tankkereihin ja rahtialuksiin. Ne vähentävät polttoaineen kulutusta 30–40 % ja maksavat itsensä takaisin 3–5 vuodessa.
Suomalainen laivanrakennusyhtiö Wartsila suunnittelee jo turbopurjeiden asentamista risteilyaluksiin. Tämä johtuu suomalaisen lauttayhtiön Viking Linen halusta vähentää polttoaineen kulutusta ja ympäristön saastumista.
Flettner-roottoreiden käyttöä huviveneissä tutkii Flensburgin yliopisto (Saksa). Öljyn hinnan nousu ja hälyttävästi lämpenevä ilmasto näyttävät luovan suotuisat olosuhteet tuuliturbiinien palautumiselle.
John Marplesin, Cloudia, suunnittelema jahti on uusittu Searunner 34 -trimaraani. Alusta tehtiin ensimmäiset testit helmikuussa 2008 Fort Piercessä, Floridassa, Yhdysvalloissa, ja sen luomisen rahoitti Discovery-TV-kanava. "Claudia" osoitti olevansa uskomattoman ohjattava: se pysähtyi ja peruutti sekunneissa ja liikkui vapaasti noin 15° kulmassa tuuleen nähden. Huomattava suorituskyvyn parannus verrattuna perinteiseen Flettner-roottoriin johtuu trimaraanin etu- ja takaroottoreihin asennetuista poikittaisista lisälevyistä.
Kuunari "Bukau" roottoripurjeilla
Ensimmäistä kertaa roottori turbopurjeet saksalaiselta insinööriltä Anton Flettner testattiin onnistuneesti kuunarilla "Bukau" vuonna 1924.
1980-luvulla ranskalaiset insinöörit kehittivät valtameritutkija Jacques-Yves Cousteaun johdolla monimutkaisemman turbopurjeen. Sitä käytettiin menestyksekkäimmin Alsion-laivalla.
Tekninen suunnittelu
Konsepti
Järjestelmän tehokkuutta ei kuitenkaan ole vielä analysoitu yksityiskohtaisesti. Turbosail-järjestelmää käytettiin menestyksekkäästi vain kahdella laivalla, ja Cousteau-konserni on ainoa organisaatio maailmassa, jolla on suuri määrä tietoja tästä laitteesta. Halcionille omistettu sivu Cousteau Team -verkkosivustolla kertoo, että Turbosail voi säästää jopa 35 % polttoainetta.
Varhainen kehitys (1981-1982): "Moulin à Vent"
Cousteau ja hänen tutkimusryhmänsä asensivat keksintönsä katamaraaniin nimeltä "Moulin à Vent" (ja fr.- "tuulimylly") ja testasi järjestelmää matkalla Tangerista New Yorkiin. Reitti oli loppumassa, kun laiva joutui kohtaamaan lähellä Amerikan rannikkoa yli 50 solmun tuulia. Turbopurjeen pystyssä pitäneet hitsit katkesivat ja prototyyppi syöksyi mereen.
Prototyyppijärjestelmä koostui yhdestä tummansiniseksi maalatusta putkesta. Aluksen tutkimusohjelmalla pyrittiin selvittämään järjestelmän työntövoiman tehokkuutta. Vaikka turbopurje antoi työntövoimaa ja energiaa, sitä oli pienempiä määriä kuin perinteiset purjeet ja generaattorit, jotka se korvasi. Järjestelmän rakenteelliset ongelmat johtivat rakenteen vääntymiseen ja halkeamien esiintymiseen purjeen pohjassa (metallin väsymisestä johtuen). Kaikki tämä heikensi merkittävästi turbopurjeen tehokkuutta. Kun perusidea oli vahvistettu, Cousteau ja hänen tiiminsä lopettivat prototyypin työstämisen keskittyen kokonaan suurempaan alukseen, Alcioniin.
"Alsion"
Cousteau käytti hankittua kokemustaan uuden laivan rakentamiseen. Yhdessä laivanrakennusinsinöörien kanssa hän kehitti alumiinirungon, joka oli vahva ja kevyt. Katamaraanimainen perä antoi alukselle vakauden, ja suunnitteluun sisällytettiin yksi keula leikkaamaan aaltojen läpi ja helpottamaan liikkumista kovassa meressä. Kannelle oli asennettu kaksi turbopurjetta ja kaksi dieselmoottoria käyttivät ahtimia. Laiva on nimetty antiikin kreikkalaisen tuulien jumalan Aeoloksen tyttären Alcyonen mukaan.
Halcyonin rakentamisen aikana (aloitettu 1985) Moulin a Ventin kanssa tehdyn työn tulokset otettiin huomioon. Käyttämällä kahta turbopurjetta pienemmällä kuvasuhteella, metallipintojen kuormitus väheni merkittävästi. Molemmissa purjeissa oli myös aksiaaliset turbiinit energian tuottamiseksi, ja järjestelmää ohjattiin tietokoneilla, jotka olivat tulleet siihen aikaan halvemmiksi. Tietokoneet koordinoivat turbopurjeiden ja dieselmoottoreiden toimintaa, käynnistivät viimeksi mainitut tuulen laantuessa ja pysäyttivät ne kun tuulen nopeus oli riittävä. Vain 5 henkilöä riitti ohjaamaan laivaa.
1980-luvulla Cousteau teki Alcionista ryhmänsä lippulaivan ja tutkimuksen tärkeimmän kelluvan tukikohdan. Laiva kiersi maailman ympäri ja keräsi tietoa turbopurjeiden käytöstä erilaisissa sääolosuhteissa, mikä vahvisti täysin tekijöiden aikeet.
Taloustieteilijöiden laskelmat osoittavat, että tällä hetkellä tuulta työntövoimana käyttävät alukset - tuulialukset - eivät voi kilpailla laivojen kanssa, joissa on tavanomainen mekaaninen moottori. Niistä monista syistä, miksi rahtilaivoja pidetään tällä hetkellä sopimattomina laajaan käyttöön, haluaisin keskittyä kahteen, meidän kannaltamme vakavimpaan. Molemmat ovat perustavanlaatuisia.
Valitettavasti yhden suhteen ihminen on käytännössä avuton, eikä edes aika voi muuttaa täällä mitään. Tämä syy liittyy objektiivisesti tuulivoimavarastojen todelliseen köyhyyteen. Tuulta on kaikkialla, mutta sen potentiaaliset ominaisuudet ovat ikään kuin levinneet planeettamme pinnalle. Vakaiden tuulien alueet, kuten jatkuvan pasaatin vyöhykkeet, ovat harvinaisia. Tuulen voimakkuus ja suunta vaihtelevat; sen keskinopeus, josta purjeen tai muun tuulivoiman ominaisuudet riippuvat, on alhainen. Näin ollen paikallisen ilmavirran kineettinen energia ja ne painehäviöt, jotka voidaan toteuttaa tuuliturbiinien työelementeissä, ovat pieniä. On äärimmäisen pettymys, että valtavasta ilmakehän kuplivan tonneista (5,5X10 15 tonnia) luonto jakaa osaksemme vain ne murut, jotka putoavat "käytävään", jonka leveys on enintään laivan pituus ja korkeus (todellisuudessa) enintään useita kymmeniä metrejä. Sanalla sanoen, arvostettujen "fossiilien" esiintymät ovat valtavia, kokonaisvarannot ovat valtavat, mutta voimme käyttää vain pienen osan niistä.
Ei voida luottaa siihen, että tämä luonnon määräämä tilanne muuttuu. Tärkeimmät panostukset on luonnollisesti suunnattava tuulivoimaloiden (WPP) tehokkuuden lisäämiseen. Laivan liikkeessä - maksimaalisen käyttövoiman saamiseksi tietyn suunnan ja voimakkuuden tuulella.
Tuulipotkurien olemassa olevissa versioissa, joiden rakenne, toimintaperiaate, edut ja haitat vaihtelevat, on useimmissa tapauksissa työkappaleet aerodynaamisen siiven muodossa. Täydellä kurssilla mikä tahansa purje on siipi, joka toimii epäsuotuisassa "ylikriittisessä" tilassa. Terävällä tuulella hyvässä purjeessa on kaikki oikean siiven tärkeimmät edut. Urheilulaivanrakennuksessa jäykkiä ja puolijäykkiä siipipurjeita on käytetty pitkään.
Tällaisten erilaisten laitteiden tehokkuuden arvioimiseksi voidaan käyttää kahta suhdetta: yksi - laitteen toteuttaman voiman ja virtausnopeuden välillä, toinen - nostovoiman ja vastuksen suuruuden välillä.
Ensimmäinen suhde esitetään kätevimmin kahden "ulottumattoman" ominaisuuden muodossa:
jossa Y on nostovoima; X - etuvastus; S - ominaisalue; C y, C x - nosto- ja vastuskertoimet, vastaavasti; V on laitteeseen tulevan virtauksen nopeus.
Toista suhdetta kutsutaan aerodynaamiseksi laaduksi
Mielestämme, riippumatta tietyn tuuliturbiinin suunnittelutyypistä, riippumatta siitä, miten siipielementit on mitoiltaan järjestetty, propulsioyksikön hyötysuhde voi parhaimmillaan lähestyä jonkin sopivan kokoisen täydellisen siiven tehoa. . Tällaiselle siivelle, jopa korkealla K:lla, Cy:n maksimiarvot eivät ylitä luokkaa 1,0-1,1. Nämä luvut määrittelevät olennaisesti tarkasteltavana olevan luokan tuuliturbiinien maltillisten ominaisuuksien ylärajan. Tämä on toinen syy tuuliturbiinien nykyiseen kilpailukyvyn puutteeseen.
Tekniikan ja tieteen ennusteiden tekeminen on arvokasta, mutta myös erittäin vaikeaa tehtävää. On erittäin hyvä, jos edellä esitetty pessimistinen johtopäätös osoittautuu virheelliseksi. Keskusteltavan ongelman monimutkaisuudesta kertoo kuitenkin se, että "tee"-leikkurit tarvitsivat suuren määrän purjeita ja jopa nykyaikaisten tuuliturbiinien rakenteissa purjeen siivet ovat valtavan korkeita.
Ilmeisesti meidän on etsittävä uusia tyyppejä ja malleja tuulivoimaloita. Yksi mahdollisista ja lupaavista vaihtoehdoista on A. Fletnerin roottorit - propulsorit, jotka toimivat energialähteellä. Ne ovat pystysuoria sylintereitä, jotka on asennettu kannelle ja joita käyttää pieni apumoottori. Kuten kokeet ja sitten kokemus roottorialusten käytöstä ovat osoittaneet, suhteellisen pienen mekaanisen energian syöttäminen roottoreiden pyörittämiseen voi merkittävästi lisätä nostokerrointa ja siten vähentää merkittävästi tuulialuksen tehollista purjepinta-alaa verrattuna sen klassiseen prototyyppiin. .
Nostovoiman syntymisen ilmavirran virtaviivaistamaan pyörivään sylinteriin (Magnus-ilmiö) selitti vuonna 1852 berliiniläinen fyysikko G. Magnus, joka tutki ballistiikkaa - ammusten liikkeen lakeja saivat pyörimisen aseen kiväärin piipussa, sivutuulen vaikutuksesta, muuttivat oudot lentorataa vastoin heille laskettua ballistista käyrää. Tätä ilmiötä käsiteltiin myöhemmin kuuluisan fyysikon Lord Rayleigh'n teoksessa "Tennispallon epäsäännöllinen lento". Pyörivän tennispallon (jalkapallon tai lentopallon) erikoisuus on se, että Magnus-ilmiön vaikutuksesta se voi hyökkäävän puolen säätelemällä tietyssä lentonopeuden ja pyörimissuhteessa pudota pelikentälle paikkaan kokonaan. odottamatonta "viholliselle".
Pyörivän propulsiolaitteen toimintaperiaatteen ymmärtämiseksi paremmin kuvitellaan kuva ihanteellisesta homogeenisesta virtauksesta, joka virtaa paikallaan olevan sylinterin ympärillä, eli nesteestä, jolla ei ole viskositeettia (kuva 1, a). Anna nesteen virrata sylinteriin nopeudella V 0 . Kun nestemäinen hiukkanen liikkuu pisteestä A sylinterin poikkileikkaukseen, sen nopeus kasvaa ja pisteissä B ja B 1 tulee yhtä suureksi kuin 2V 0. Tunnetun Bernoullin lain mukaan paineen virtauksessa näissä sylinterin kohdissa tulisi vastaavasti laskea verrattuna paineeseen "äärettömässä" (kuva 1, d). Tässä tapauksessa paine jakautuu symmetrisesti xx- ja yy-akseleiden suhteen.
Jos pyörimätöntä sylinteriä lennättää kuten ennenkin oikea neste tai kaasu, jolla on viskositeetti, virtauskuvio muuttuu (kuva 1, b). Nestemäiset hiukkaset, jotka ovat ohittaneet osan B-B 1, hidastuvat kitkavoimien vaikutuksesta ja kohdissa B ja C 1 irtoaa hiukkaskerros sylinterin pinnasta, virtauksen symmetria on rikki, ja sylinterin takapuolelle ilmestyy matalapaineinen alue - harvinainen. Se aiheuttaa vastusvoiman X esiintymisen.
Kuvittele nyt, että todelliseen, viskoosiseen, yleisesti paikallaan olevaan nesteeseen asetettu sylinteri pyörii akselinsa ympäri (kuva 1, c). Sylinterin pinta saa liikkeeseen sitä lähinnä olevan nestemäisten hiukkasten kerroksen, joka näyttää tarttuvan sylinteriin. Seuraava hiukkaskerros pyörii pienemmällä nopeudella toistensa suhteen liukuvien kerrosten vuoksi - nopeus pienenee suhteessa hiukkasten etäisyyteen sylinterin pinnasta. Riittävän suurella etäisyydellä neste pysyy liikkumattomana, eli V c =0. Siten sylinteriä ympäröi pyörteinen nestevirta, jonka pyörimisintensiteetti mitataan kierrolla - hiukkasten nopeuden ja niiden ympyräreitin pituuden tulolla. Sylinterin pinnalla kierto Г=V c ·2πr 0, missä V c on hiukkasnopeus; r 0 - sylinterin säde.
Voit kuvitella virtauksen tasaiseen virtaukseen asetetun pyörivän sylinterin ympärillä käyttämällä periaatetta, jossa kaksi yllä kuvatuista kaavioista asetetaan päällekkäin (kuva 2, a). Missä tahansa sylinterin pinnan kohdassa hiukkasten kokonaisnopeus voidaan määrittää laskemalla yhteen nopeudet, jotka vastaavat symmetristä virtausta ei-pyörivän sylinterin ympärillä, ja kiertonopeuden tangentiaaliset nopeudet. Esimerkiksi pisteessä B ensimmäinen nopeus on 2V0, toinen nopeus on Vc; kokonaisnopeus 2V 0 +V c . Pisteessä B 1 tangentiaalinen nopeus Vc on suunnattu virtausnopeutta 2V 0 vastaan; kokonaisnopeus on 2V 0 -V c. Tuloksena syntyvän nopeuseron (ja siten paineen) seurauksena ylä- ja alapuolelle syntyy nostovoima Y, joka pyrkii nostamaan sylinteriä ylöspäin. Tämä on Magnus-ilmiö, jota käytetään A. Fletnerin pyörivässä propulsiolaitteessa. Roottoriin kohdistuvan nostovoiman suuruus riippuu roottorin pintapisteiden Vc liikkeen pyörimisnopeuden ja laitteeseen törmäävän ilmavirran nopeuden V 0 suhteesta.
Ihminen ei voi hallita tuulta, mutta hän voi täysin hallita V c:n arvoa: moottorin avulla voit pyörittää sylinteriä nopeammin ja hitaammin; Vastaavasti nostovoiman suuruutta voidaan ohjata.
Kun kyseessä on virtaus tavanomaisen siiven ympärillä, tuloksena olevan virtauksen symbolinen jakaminen irrotaatioon ja "pyörteeseen" on sallittu. Ensinnäkin kierto tapahtuu, kun siiven ylä- ja alapinnan ympärillä virtaavat nestekerrokset erotetaan sen terävästä takareunasta niin sanotun "aloituspyörteen" muodossa. Tulevaisuudessa se säilytetään, mikä tarjoaa tasaisen virtauksen takareunan ympäri; Vakiolla siipigeometrialla kiertävän virtauksen nopeus määräytyy kohtauskulman a ja päävirtauksen nopeuden V 0 mukaan. Siiven nostovoimaa voidaan siis ohjata muuttamalla hyökkäyskulmaa.
Siiven ja pyörivän sylinterin etujen vertailua voidaan jatkaa A. Fletnerin kokeiden tulosten perusteella, mutta ensin on otettava huomioon yksi seikka. Yllä tarkastelimme virtausta sylinterin ja siiven poikkileikkauksen ympärillä yhdessä tasossa - kaksiulotteisena nestevirtauksena. Itse asiassa sekä sylinterillä että siivellä on rajoitettu pituus tai jänneväli. Sylinterin päissä nestettä virtaa korkean paineen alueelta harvinaisen puolelle ja syntyy ylimääräisiä ja ei-toivottuja pyörteitä. Vastaavasti nostovoiman suuruus pienenee ja ylimääräistä "induktiivista" vastusta syntyy. Mitä suurempi sylinterin pituus sen halkaisijaan verrattuna, sitä pienemmät ovat päätyhäviöt ja induktiivinen reaktanssi. Näitä häviöitä voidaan vähentää asentamalla aerodynaamiset aluslevyt sylinterin päihin.
Kuvassa Kuvassa 3a on esitetty nostokertoimen C kokeellisten mittausten tulokset pyörivälle sylinterille, jonka suhteellinen venymä L/D = 4,7, aerodynaamisilla aluslevyillä ja ilman. Alukseen asennetun pyörivän propulsioyksikön pohjalevy voi olla kansi; halkaisijaltaan 1,7D:n aluslevyn kiinnittäminen roottorin yläpäähän ei ole vaikeaa. Tästä syystä voidaan olettaa, että nostokertoimen C y =9 saavuttaminen laivaan asennetulle todelliselle roottorille ei ole vaikeaa. Ja tämä on paljon korkeampi kuin edistyneimmän siiven nostokerroin, ja vielä enemmän (10 kertaa) suurempi kuin sama kerroin, joka määrittää parhaan purjeen!
Kaavio osoittaa, että roottoriin kohdistuva nostovoima kasvaa arvoon V c /V 0 =4. Tämä tarkoittaa, että roottorin nopeus ei saa olla liian korkea. Mitä suurempi roottorin halkaisija, sitä pienempi pyörimisnopeus vaaditaan maksimaalisen noston saavuttamiseksi. Toinen tärkeä havainto; Kun esimerkiksi tuulen nopeus kasvaa suunnittelematta, nostokerroin laskee automaattisesti. Tämä tarkoittaa, että myrskyn aikana kallistusmomentti pyörivässä aluksessa ei kasva niin paljon kuin perinteisessä purjeveneessä.
Siirrytään nyt kuvaajaan roottorin vastuskertoimen C x riippuvuudesta suhteellisesta nopeudesta V c /V 0 (kuva 3, b). Jo arvolla V c /V 0 ≥2 roottorin vastus kasvaa jyrkästi, mikä aiheuttaa roottorin aerodynaamisen laadun heikkenemistä siipiin verrattuna.
Roottorin aerodynaaminen ominaisuus propulsiolaitteena voi olla polaarinen - kuvaaja C y:n muutoksista riippuen C x:n arvosta ja, kuten oletetaan, suhteesta V c /V 0 (kuva 4). Vertailun vuoksi kuvassa. Kuvassa 4 on esitetty kuunaripurjeen napaisuus, jota käytetään yleensä kuunarien asentamiseen.
Analysoimalla suhdetta C y / C x molemmille potkurityypeille voidaan huomata, että vinopurjeen laatu on korkeampi, mutta purjepinta-alayksikköä kohden (muista, että roottorilla tämä on halkaisija kerrottuna korkeudella) nostovoima saadaan roottoriin.
Katsotaan nyt, kuinka roottoriin vaikuttavat voimat muunnetaan alusta liikuttavaksi vetovoimaksi (kuva 5). On otettava huomioon, että roottoria ympäröi ilmavirta, jonka nopeus ja suunta (v in) poikkeavat tuulen nopeudesta ja suunnasta (v ja). Koska laiva liikkuu, ilmaantuu vastavirta (v to), joka on lisättävä vektoreiden summaussäännön mukaisesti todellisen tuulen kanssa.
Nostovoiman Y ja roottoriin kohdistuvan vastuksen X summa antaa tuloksena olevan aerodynaamisen voiman R, joka voidaan ottaa huomioon myös laivaan liittyvässä koordinaatistossa, kahden komponentin - työntövoiman T ja driftin D muodossa. Ilmeisesti, kuten mikä tahansa purjelaiva, roottorialus ei voi mennä suoraan tuulta vastaan. On tärkeää, että voima R tuottaa komponentin T, joka on suunnattu aluksen keulaan. Mitä huonompi roottorin laatu on, sitä suurempi on ohjauskulman φ k minimiarvo (esim. K = 1,4 φ k = 35°; K = 3 φ k = 18° jne.). Testit ovat osoittaneet, että pyörivät alukset pystyvät purjehtimaan kulmassa todelliseen tuuleen φk = 25-30°.
Roottori tarjoaa maksimaalisen työntövoiman takatuen kurssille. Tällöin aerodynaamisen reaktion D poikittaiskomponentti on suunnattu tuulen puolelle, eli se vastustaa taivutusmomenttia (ks. kuva 5, b). Lähellä jiipiä olevalla kurssilla roottorin nostovoima on suunnattu kohtisuoraan kurssiin nähden, eli se vaikuttaa vain aluksen ajautumiseen ja keinumiseen. Pito saadaan aikaan vedon vuoksi, joten roottoria ei ole järkevää pyörittää. Mutta tällä kurssilla työntövoima on pieni murto-osa sen suurimmasta mahdollisesta arvosta.
Graafisesti pyörivän propulsiojärjestelmän työntövoiman muutos aluksen suunnasta riippuen on esitetty kuvassa. 6.
Roottorin pyörimissuuntaa muuttamalla voit muuttaa aerodynaamisen voiman R toimintasuunnan lähes päinvastaiseksi. Jos alukseen on asennettu roottoripari, se voi liikkua eteenpäin, taaksepäin ja kääntyä melkein paikan päällä (kuva 7).
Kuvassa Kuvassa 8 on esitetty A. Fletnerin "Bukkzu"-aluksen roottoreiden vastuksen ja aerodynaamisen voiman lasketut käyrät. Roottoreiden pyörimisnopeus on vakio, mutta ilmavirran nopeus muuttuu, eli tuulen lisääntymistä simuloidaan. Tavallisessa purjeveneessä tällaisessa tilanteessa purjeista poistetaan osa tai riuttoja otetaan. Pyörivällä laivalla ei voi ottaa riuttoja, mutta tuulen nopeuden kasvaessa, kuten kuvan 1 kaaviosta näkyy. 8, roottoriin kohdistuva kallistusvoima ei kasva. Jos roottori pysäytetään (V c = 0), tämä aerodynaaminen reaktio on paljon pienempi kuin jopa tavanomaisen purjeveneen purjeet sisään vedetyillä takilalla. Sellaisia ominaisuuksia ei ole purjeella eikä (etenkään) jäykällä purjesiivellä.
Kokeet ovat osoittaneet, että tehonkulutus roottorin pyörittämiseksi optimaalisella taajuudella on kirjaimellisesti prosenttiosuus pyörivän propulsioyksikön aluksen siirtämiseksi toteuttamasta tehosta.
Tiedot laivoista A, Fletner on esitetty taulukossa. Lyhyessä ajassa yritteliäs keksijä (tai kekseliäs yrittäjä) rakensi ja testasi viisi kelluvaa yksikköä.
Ensimmäinen oli Danzig-roottorialuksen kolmen jalan malli, joka oli varustettu paksusta paperista yhteen liimatulla roottorilla. Jousikellomekanismi sovitettiin pyörittämään sitä. Tässä kokeessa Fletner ei tehnyt mittauksia, hän tarkasti vain sen, mitä hän itse ei epäillyt ja mitä hänen vastustajat kieltäytyivät uskomasta: voiko roottori toimia laivan työntölaitteena?
Vastustajia oli monia, alkaen itse G. Magnuksesta, joka tehtyään löydön piti sitä käytännössä hyödyttömänä. Tuolloin perinteiselle purjeelle tehokkaampaa korvaavaa etsivä A. Fletner uskoi vilpittömästi jäykkien siipipurjeiden lupaukseen. Hän onnistui kehittämään kelluvan barquentine-konversioprojektin ja teki sopimuksen telakan ja aerodynaamisen laboratorion kanssa, jossa aloitettiin kokeet koneellisen siiven kanssa. Sen piti tapahtua, että juuri tähän aikaan keksijällä oli ajatus mahdollisuudesta luoda pyörivä alus! Keksijä tarvitsi luottamusta lopputulokseen. Ensimmäinen pieni malli toi hänelle tämän itseluottamuksen.
Seurasi laboratoriokokeet. Fletner nautti konsultaatioista ja tuesta sellaisilta kuuluisilta tiedemiehiltä kuin A. Betz, I. Ackeret ja L. Prandtl. Tämän työn tulos oli entisen purjelaivan "Bukkau" pyörivän version uudelleen varustelu ja testaus (kuva 9). Tämä on ensimmäinen roottorialus, joka on lähtenyt merelle. ”Bukkau” kesti helposti kovia tuulia ja purjehti yhtä jyrkästi tuuleen kuin vinoilla purjeilla varustetut purjelaivat. Roottorikone osoitti myös huomattavaa ohjattavuutta. Ensimmäisellä rahtilennolla Danzigista (Gdansk) Skotlannin Grangemouthin satamaan sääolosuhteet olivat erittäin vaikeat. Kuten sanomalehdet kirjoittivat, sellaisessa säässä ja tuulessa yksikään purjelaiva ei päässyt Firth of Forthiin, jossa Grangemouth sijaitsee. Vuotta myöhemmin, kun roottorialus, joka muutti nimensä Baden-Badeniksi, ylitti Atlantin valtameren, merimiehet tekivät suuren vaikutuksen siitä, että alus saavutti itsenäisesti melkein aivan laiturin seinän New Yorkin satamassa.
Menestyksen innoittamana keksijä oli vakuuttunut siitä, että hänestä tulee rahtiliikenteen uudistaja. Mutta tämä ei riittänyt hänelle: A. Fletner varusti kaksi jahtia roottorilla. Myös tämän kokeen tulokset olivat lupaavia. Yksitoistametrinen jahti (kuva 10) purjehti täydellisesti; kevyessä tuulessa se oli nopeudeltaan hieman huonompi kuin purjeilla varustettuja prototyyppejä, ja voimakkaassa tuulessa se ohitti ne. Sylinterin pyörittämiseen tarvittava teho oli 1-2 litraa. Kanssa.; suurin nopeus merikokeiden aikana oli kirjoittajan mukaan 12-13 solmua.
A. Fletnerin viimeinen roottorialus ja viimeinen roottorialus, joka kynsi merta tähän mennessä, oli "Barbara" - ensimmäinen laiva, joka on erityisesti rakennettu pyörivään käyttövoimaan. Sen piti asentaa yksi roottori, jonka korkeus oli 29,9 m ja halkaisija 7,04 m. Tuolloin teollisuus ei kuitenkaan pystynyt valmistamaan vaaditun kokoisia kuulalaakereita, joten Barbaraan ilmestyi kolme roottoria. Niiden koot olivat hieman suurempia kuin ne, jotka toimivat luotettavasti Bukkaussa.
Tällä hetkellä roottorialuksia ei ole rakennettu eivätkä ne kellu. Ilmestyään 20-luvulla ne katosivat välittömästi. Jäljelle jää vain kokemus, jonka avulla voimme tehdä yhteenvedon pyörivien potkurien eduista ja haitoista.
Roottorin nostokerroin (2,5-10,0) on korkea verrattuna purjeeseen (1,0-1,1).
Propulsioyksikkö on helppo huoltaa (10 Bukkaun barquentinea vai kaksi sillalta ohjattua roottoria, kumpi on helpompaa?).
Roottori saavuttaa toimintatilan muutamassa minuutissa, kun taas purjeiden asettaminen ja sisäänveto kestää hyvin kauan. Pyörivän laivan miehistö vapautuu raskaasta ja vaarallisesta työstä pihoilla ja mastoja. Pyörivällä ajoneuvolla on hyvä ohjattavuus. Tuulen ollessa myrskyisä roottoriin kohdistuvat aerodynaamiset voimat lisääntyvät paljon vähemmän kuin purjeisiin, joten pyörivä alus on vähemmän altis suuren kallistuksen tai kaatumisen vaaralle. Lopuksi roottoria voidaan käyttää sekä pääyksikkönä että apumoottorina: se lisää nopeutta useilla solmuilla tai säästää polttoainetta.
Luettelo eduista on vaikuttava, mutta miksi valtamerireiteillä ei ole nykyään pyöriviä aluksia? Luultavasti siksi, että roottorilla ei ole vain etuja, vaan myös haittoja. Mainitsimme ne vain lyhyesti, koska tämä ei ole pääasia.
Roottoriajoneuvot ilmestyivät ihmisen päihtymisen aikana tekniikan kehityksen iloista. Hiili ja sen jälkeen öljy – mikä voisi vastustaa niitä? Höyrylaivan savu näytti olevan ihmisvoiman symboli. Ja nopeus, nopeus, nopeus...
Ja jos ei öljyä, ei hiiltä eikä nopeutta? Sitten - ongelmia, ongelmia ja - täysin uusia aluksia. Ehkä hieman samanlainen kuin pyörivät ajoneuvot?
Toimittajalta
Artikkelin "Roottori taas?" kirjoittajat? osoitti meille vakuuttavasti Anton Fletnerin ansaitsemattomasti unohdettujen pyörivien alusten ansiot. Ja he osoittivat, että pyörivät alukset, joita on parannettu ottaen huomioon tieteen ja tekniikan viimeisimmät saavutukset, voivat tietyissä olosuhteissa osoittautua erittäin tehokkaiksi ja kustannustehokkaiksi.On aivan ilmeistä, että niiden tärkein etu kaikkiin klassisiin purjehdusasetyyppeihin verrattuna on hallinnan helppous. Jo 20-luvulla saavutettiin täydellinen koneellistaminen, joka hämmästytti aikalaisia - ei miehistöä pihoilla, vain yksi vartija painaa painikkeita! Rakennuskustannusten puolittaminen verrattuna perinteisiin purjehduslaitteisiin; suunnittelun korkea luotettavuus, suhteellinen yksinkertaisuus ja kestävyys; pienempi tarttumiskulma kuin tuulihäiriöillä - nämä roottorin kiistattomat edut oikeuttavat kääntymisen puolen vuosisadan takaisiin kokemuksiin.
Älä ajattele, että se, mitä on sanottu, on vain teoreetikkojen spekulatiivinen johtopäätös. Tässä on Barbaran kapteenin mielipide; "Roottorit ovat lupaava ratkaisu erityisesti suurille laivoille pitkillä matkoilla." Tätä ja ainoaa toistaiseksi jäljellä olevaa erikoisrakenteista pyörivää alusta operoineen yhtiön osaomistaja B. Richter sanoi: "Roottorit auttavat lisäämään keskinopeutta 2-3 solmua" ja suositteli niiden käyttöä laivoille, jotka on tarkoitettu valtameren ylittäviä matkoja.
Nykyään jatkuvasti kasvava kiinnostus kaikentyyppisiä tuulivoimaloita kohtaan on pakottanut insinöörit ja kapteenit muistamaan A. Fletnerin keksinnön. Nykyään puhutaan roottoreista ensisijaisesti apuvoimana, joka varmistaa polttoainetalouden olemassa olevilla rahtilaivoilla.
Esimerkiksi kuuluisan englantilaisen monien alkuperäisten purjelaivojen suunnittelijan Colin Mudien ehdotus tunnetaan. Hänen ajatuksensa on käynnistää modulaaristen roottoriyksiköiden tuotanto sisäänrakennetuilla käyttösähkömoottoreilla. Ei tule olemaan vaikeaa asentaa tarvittava määrä tällaisia asennuksia kannelle, syöttää virtaa laivan voimalaitoksesta ja tuoda roottoreiden ohjaus luotsihuoneen ohjauspaneeliin.
Toinen englantilainen, tohtori D. J. Wellicum, ehdotti roottoreiden asentamista 150-metriseen moderniin alukseen, jonka pääkoneen tehoa vähennettiin arvoon, joka tarjoaa 9 solmun nopeuden. Laskelmien mukaan suotuisissa tuuliolosuhteissa tällaisen aluksen nopeus (kun 50 % käytettävissä olevasta tehosta käytetään pyörittämään kahta roottoria, joiden halkaisija on 12,5 m ja korkeus 75 m pystyviivasta) on 23 solmua. .
Toinen englantilainen, Stephen Baron, kehitti vuonna 1977 yksityiskohtaisesti idean asentaa kolme roottoria, joiden korkeus on 53 m ja halkaisija 12,5 m sarjassa olevaan irtolastialukseen (laiva irtolastille), jonka pituus on 226 metriä. m ja kantavuus 63 800 tonnia. Sylinterit ehdotettiin hitsattavaksi kevyestä metalliseoksesta Käyttömoottoreiden sähkön tuottaa noin 750 hv:n dieselgeneraattori. Kanssa. Merituulessa ja 8,5 m/s tuulessa purjehtiessa aluksen oletettu nopeus pääkoneilla sammutettuna on 16 solmua. Vaikka roottorit toimisivat vain 30 % kokonaiskäyttöajasta, pienentyneestä polttoaineenkulutuksesta johtuvat vuotuiset säästöt ovat vähintään 400 tuhatta dollaria. (Viimeisten viiden vuoden aikana nousevat hinnat ovat nostaneet tätä lukua merkittävästi!) Lopuksi samalla kirjoittajalla on suunnittelu katamaraanin tutkimusalukselle, jossa on kaksi täysin upotettua sikarin muotoista 75 metrin runkoa ja pintataso, johon on asennettu kaksi roottoria.
Merilaivaston keskustutkimuslaitoksessamme on tehty arviointitutkimuksia kolmen 34,5 metrin roottorin asennuksesta sarjasäiliöalukseen, jonka kantavuus on 27 000 tonnia (katso NCC:n työkokoelma "Purjelaivojen tutkimus, suunnittelu ja rakentaminen", Nikolaev, 1982) osoitti, että roottoreiden käyttö samanaikaisesti pääkoneen käytön kanssa varmistaa, että normaali nopeus (15,2 solmua) säilyy samalla kun tehonkulutus ja siten polttoaineen kulutus vähenee. vähennetty 15-35 prosenttia.
Kaikki tämä on kuitenkin, kuten näemme, vain enemmän tai vähemmän kehitettyjä hanke-ehdotuksia. Tavalla tai toisella "Barbaran" jälkeen ei ole tietoa pyörivien alusten rakentamisesta missään. Ja tämä ei tietenkään ole sattuma.
Roottorin vastustajien pääargumentti on luovimisen tarve sekä purjettaessa jyrkkiä kursseja vastaan tuulta että purjettaessa täysillä kursseilla - jyrkästä takapuokasta jibiin (tämähän heikentää merkittävästi tuulialuksen tehokkuutta käytettäessä purjelaivojen klassiset polut jatkuvalla myötätuulella). Samalla on jo pitkään tiedetty, että myötätuulen kanssa purjehtiessa suorat aseet, joita ei voida koneistaa, ovat tehokkaimpia. Ei ole yllättävää, että useat tutkimuskeskukset ovat keksineet saman houkuttelevan idean: yhdistää roottorin ja suoran purjeen edut.
Kuten G. Alchudzhan ja E. Fomina raportoivat, US Merchant Marine Administrationin suorittama tuulivoiman käyttöä koskevan tutkimuksen toinen vaihe sisältää analyysin Fletner-roottoreiden ja klassisten leikkureiden ja tuulihäiriöiden aseiden yhdistelmästä. Amerikkalaiset tutkijat uskovat, että tämä "voi tarjota riittävän taloudellisen tehokkuuden myös erittäin ladattua lastia kuljetettaessa".
Kuten lukija saattaa jo tietää (ks. esim. 18. lokakuuta 1982 päivätty sanomalehti "Pravda"), maassamme tehdään vastaavaa työtä. Merivoimien keskussuunnittelutoimisto on luonut aerodynaamisen propulsiokompleksin (ADC), jonka avulla voimme puhua vanhan roottori-idean elvyttämisestä, mutta täysin uudessa - modernisoidussa muodossa: yhdistettynä mekanisoituun pehmeän suoran kanssa. purjehtia. Vaihtoehtoja vastaavien modulaaristen ADC:iden asentamiseksi tiettyihin laivastomme sarjaaluksiin on selvitetty ja ADC:iden työpiirustuksia valmistetaan.
Toimittajien pyynnöstä yksi ADK:n kirjoittajista, Georgi Mikhailovich Kudrevaty, puhuu tästä. Lehden seuraavassa numerossa on tarkoitus julkaista artikkeli ADC-laitteesta ja harkita sen asentamista uppoumaveneisiin.
Huomautuksia
1. Roottorin ominaispinta-ala S on sen pituuspiirin pinta-ala, joka on yhtä suuri kuin halkaisijan O ja korkeuden L tulo.2. Tämä on kuvattu erittäin informatiivisessa ja mielenkiintoisessa Yu Kryuchkovin ja I. Perestyukin kirjassa "Wings of the Oceans", jonka on julkaissut kustantamo "Shipbuilding".
3. Ainakin oikeudenmukaisuuden vuoksi on mainittava, että pari vuotta sitten monet lomailijat näkivät itseliikkuvan pyörivän aluksen Kavgolovskoje-järvellä Leningradin lähellä. Se oli tavallinen kajakki, jonka roottori (mastossa kaksi levyä ja niiden välissä kalvo) pyöritettiin poljinkäytöllä. Puolituulessa kajakki liikkui varsin itsevarmasti, mutta kääntyäksemme ja navigoidaksemme muita reittejä piti ottaa airo käteen. Keksijä-kajakkari vieraili toimituksessa ja lupasi kuvailla pyöritysjärjestelmäänsä yksityiskohtaisesti, jos testit onnistuisivat.
4. Katso “Laivanrakennus ulkomailla”, nro 1, 1982.
Haluaisin kertoa lehden lukijoille katamaraanista, jonka liike tehtiin Magnus-efektillä. Magnus-ilmiö on, että kun ilma virtaa pyörivän kappaleen ympärillä, syntyy voima, joka on kohtisuorassa virtaussuuntaan nähden. Sylinterin pyöriessä esimerkiksi sen seinien lähellä olevat ilmakerrokset alkavat liikkua ympyrässä, minkä seurauksena pyörivän kappaleen toisella puolella sylinterin ympäri virtaavan virtauksen nopeus kasvaa ja toisella puolella se kasvaa. vähenee. Tämän seurauksena sylinterin pinnan lähelle muodostuu korkean ja matalan paineen vyöhykkeitä, mikä johtaa voiman syntymiseen, jota voidaan käyttää laivojen liikuttamiseen. Tämä on sama voima, joka muuttaa leikattujen pallojen lentosuuntaa tenniksessä ja jalkapallossa.
Ilmavirran vähentämiseksi korkeapainevyöhykkeestä matalapainealueelle sylinterin päihin asennetaan halkaisijaltaan suuremmat kiekot.
Kokeet ovat osoittaneet, että Magnus-ilmiö ilmenee maksimaalisesti siinä tapauksessa, että sylinterin pyörimispinnan lineaarinen nopeus on noin neljä kertaa tuulen nopeus. Tässä tapauksessa roottorin työntövoima on kymmenen kertaa suurempi kuin pinta-alan verran purjeen työntövoima.
20-luvulla kaksi suurikapasiteettista alusta varustettiin samanlaisilla roottoreilla. Oka teki jopa transatlanttisia matkoja, mutta sitä ei rakennettu myöhemmin, mikä johtui suurelta osin massiivisten metalliroottoreiden tilavuudesta, mikä saattoi saada laivan kaatumaan kovissa tuuleissa.
…Kerran rentoutuessani Krasnojarskin tekojärvellä rakensin ystävieni, N. Beskrovnyn ja V. Brinin, avulla katamaraanin, jossa oli taittuva pehmeä roottori. Meillä oli vain kolme viikkoa aikaa, joten jouduimme tekemään vähemmän tehokkaan Savoniuksen roottorin, joka ei vaadi moottoria.
Savonius-roottori koostuu kahdesta puolisylinterimäisestä pinnasta, jotka on siirretty toistensa suhteen säteen pituuden mukaan.
Tuulen vaikutuksesta roottori pyörii, ja sen lineaarinen nopeus ei ylitä 1,7 tuulen nopeutta. Tästä johtuen Magnus-ilmiö Savonius-roottoreissa on 2 - 3 kertaa heikompi kuin pakkokiertoisissa roottoreissa.
Roottori (katso kuva) koostuu kahdesta kehyksestä - levyistä ja puolisylintereistä, jotka on hitsattu tangosta Ø 10 mm. Puolisylinterien rungon muodostavat tangot on yhdistetty toisiinsa tiheä kangaspaneeleilla. Molempien levyjen rungon päät on sidottu köydellä. Ylä- ja alareunaan muodostetut kuusikulmiot on peitetty kankaalla. Roottorin akseli toimii myös köydenä, joka mahdollistaa purjeen taittamisen.
Jokaiseen paneeliin on ommeltu kaksi kangasnauhaa, joiden alle vedetään 6 cm leveät ja 80 cm pitkät kumiset lääketieteelliset siteet; niiden päät on sidottu tankoihin. Paneeleihin on kiinnitetty Ø 4 mm terästankosta valmistettu jäykistekehys.
Joustava akseli ja roottoria jännittävät köydet on sidottu kannatinlaakereihin kytkettyihin kiinnikkeisiin. Käytimme tavanomaisia kuulalaakereita; he perustelivat itsensä täysin - roottori pyörii pienimmälläkin tuulen hengityksellä.
1, 2 - puolirungon yläosa, 3 - roottorilevyn runko, 4 - roottorilevy, 5 - levypaneeli, 6 - köyden roottorin akseli, 7 - kangasnauhat, 8 - pehmeä runko (lääketieteellisen kumiside), 9 - kova puolirunko, 10 - köysiköydet, 11 - U-muotoinen maston tuki, 12 - katamaraani poikittaispalkki, 13 - alempi kiristysvaijeri, 14 - palkin kannatin, 15 - kiristyskaapelin vipu, 16 - roottorin jousitus, 17 - jousitus kannake, 18 - laakeripesä , 19 - laakeri, 20 - ripustuskoukku, 21 - lohko. Ohjauspyörää ei näytetä.
Katamaraanin kellukkeet ovat kanvaskansia. Jokainen sisältää kolme kumimateriaalista valmistettua sylinteriä (voidaan käyttää myös pallokammioita). Sidoimme kellukkeet ajopuusta tehtyyn runkoon ( Krasnojarskin tekojärven rannoilla sitä on paljon]. Katamaraanin rungon rakennetta ei ole kuvattu yksityiskohtaisesti, koska almanakka "Veneet ja huviveneet" puhui useammin kuin kerran. puhallettavista katamaraaneista, jotka ovat parempia kuin meillä.
Roottori asennetaan seuraavasti. Ensin se sidotaan kumisidoksilla ja nousee U-muotoisen tuen lohkojen läpi johdetun köyden avulla ylös. Sitten se kiristetään manuaalisesti köydellä, joka on vedetty katamaraanin palkkiin kiinnitetyn renkaan läpi. Viimeiset 15 - 20 cm köydestä on vedettävä ulos vivulla.
Testasimme katamaraania 10 päivää erittäin kevyessä tuulessa. Katsoimme tuulen voimakkaaksi, jos 30 cm pitkä lanka poikkesi 30-40°.
Tällaisella tuulella katamaraani ajautui eikä voinut purjehtia kulmassa, joka oli terävämpi kuin 100-110° tuuleen nähden. Kiinnityksen vaihtamiseksi piti kääntää roottori ympäri, mikä kesti 5-6 minuuttia.
Nopeusmittauksia ei tehty, mutta seuraavana kesänä sama katamaraani purjehti tavallisella 6 m2 purjeella suunnilleen samalla tavalla kuin roottorilla, mutta purjeella se ohjautui paremmin.
Emme suosittele katamaraaniamme esimerkkinä tarkasta kopiosta, koska monet suunnittelukomponentit osoittautuivat epäonnistuneiksi. Esimerkiksi päätylevyjen reunat olisi pitänyt tehdä tangoista tai muoviputkista. Kokemuksemme vain todistaa amatöörien mahdollisuudesta rakentaa aluksen erittäin omaperäisellä ja mielestämme lupaavalla tavalla luoda työntövoimaa.
Pyörimisaluksista kiinnostuneet lukijat pystyvät varmasti rakentamaan parempia malleja. Mielenkiintoisimmalta näyttää meistä rakentaa katamaraani, jossa on taittuva sylinteri, jota pyörittää kevyt polttomoottori. Sylinteri voidaan valmistaa puhallettavan ilmapallon muodossa tai olla joustavalla mallilla, kuten valmistamamme roottori.
Amatöörien testaamat mallit löytävät todennäköisesti käyttöä kansantaloudessa.
Mielestämme lastipuomeilla asennettuja sähkömoottoreilla varustettuja puhallettavia tai venyviä roottoreita voidaan käyttää rahtilaivojen apumoottoreina.
Merivoimien kandidaatti V. DYGALO, professori, kontraamiraali. Tekijän piirustukset.
Venäläinen nelimastoinen barkki "Kruzenshtern" on ainoa "lentävä linja P" edustaja, joka on säilynyt tähän päivään. Rakennettu vuonna 1926 Saksassa ja toimii edelleen koulutusaluksena, joka auttaa kouluttamaan uusia Venäjän laivaston upseerisukupolvia.
Purjelaivojen mestari on viisimastoinen jättiläinen Preussen.
Nopein purjelaiva, teeleikkuri "Cutty Sark".
Ill. 1. Magnus-efekti.
Ensimmäinen pyörivä alus "Bukau".
Laiva, jossa on purjesiipinen tuulivoima.
Rahtilaiva "Dina-Schiff".
Tankkeri "Shin Eitoku Maru".
Alus, jossa on pyörivät pystysuuntaiset ilmaturbiinit.
On aivan yhtä mahdotonta vastata kysymykseen, milloin purje keksittiin, samoin kuin on mahdotonta nimetä kuuluisan paleoliittisen "Venuksen" - primitiivisten naisveistoksia, joita arkeologit löysivät Euraasian mantereen eri paikoista - kirjoittajaa. Ehkä ne molemmat - purje ja "Venus" - ilmestyivät samaan aikaan, vanhalla kivikaudella? Voimme vain arvailla tästä. Ainoa asia, jonka voimme varmuudella sanoa, on, että purje oli olemassa jo 6000 vuotta sitten - egyptiläiset käyttivät suoraa purjetta purjehtiessaan Niiliä pitkin.
Purjeen kehitys tapahtui rinnakkain ihmiskunnan kehityksen kanssa ja saavutti huippunsa 1800-luvun puolivälissä, kun kuuluisat "tuulenpuristimet" - teeleikkurit - ilmestyivät, ja 1900-luvun alussa - ei vähempää. kuuluisia "Flyins P"-tyypin ("Flying P") laivoja hampurilaisyhtiöstä "Laesh". Hänen viisimastoista Preussen-alusta pidettiin 1900-luvun alussa maailman suurimpana purjelaivana: rekisterikapasiteetti - 5081 tonnia, uppouma - 11 000 tonnia (30 niistä viidellä mastolla oli suoria). Huolimatta siitä, kuinka suuri rooli ensimmäisillä höyrykoneilla ohjatuilla rauta-aluksilla oli, 1800-lukua voidaan oikeutetusti kutsua puisten purjelaivojen kukoistuskaudeksi. Suunnittelijat jatkoivat työtä purjelaivojen laadun parantamiseksi ja pyrkivät lisäämään niiden nopeutta, mikä nousi yhdeksi tärkeimmistä tekijöistä kauppayritysten lisääntyvässä kilpailussa. Laivanrakennuskilpailussa kärjessä oli kaksi maata - USA ja Englanti.
Amerikkalaiset rakensivat ensimmäisinä erittäin kevyitä, ohuita ja nopeita aluksia - leikkurit. Mutta britit eivät jääneet jälkeen, ja hyvin pian alkoivat todelliset kilpailut englantilaisten ja amerikkalaisten purjelaivojen välillä.
Laivojen keskimääräinen uppouma oli 1000-2000 tonnia, mutta joidenkin uppouma oli jopa 3500-4000 tonnia. Niiden pituus oli kuusi kertaa suurempi kuin niiden leveys. Sitten ilmestyi tunnettu laivanrakennuksen periaate - "pituusajoja". Luomalla tämän tyyppisen laivan laivanrakentajat loivat todellisen ihmeen. Clipperin runko oli komposiittirakenne: köli ja rungot olivat rautaa, runko puinen, peitetty vedenalaisesta osasta kuparilevyillä levien likaantumisen estämiseksi. Tämän ansiosta aluksen rakenteen keveys varmistettiin lujuudesta tinkimättä.
Miehistön koon pienentämiseksi 23-28 henkeen ja heidän työskentelynsä helpottamiseksi näillä purjeveneillä käytettiin 1800-luvun puolivälin teknisiä saavutuksia: ruuviohjauksen käyttövoimaa, käsivinssiä hammaspyörällä, vauhtipyörällä varustettuja pumppuja ja muita mekanismeja. "Meren vaahdottajilla" kaikki oli alisteinen suurimman nopeuden saavuttamiselle. Pitkillä ja hoikkailla, ankeriaan sileällä rungolla, leikkurilaivoilla oli kauniisti kaarevat, terävät varret, jotka leikkaavat aaltojen läpi kuin veitsi. Pilvenpiirtäjien mastot ja superpitkät keulapuitteet kantoivat niin paljon purjeita, ettei niitä ollut enää mahdollista ylittää. Kuuluisia teeleikkureita pidettiin nopeimpana: niiden nopeus oli 20 solmua (37 km/h). Yli kymmenen metriä sekunnissa – näin nopeasti tuhannen tonnin teräväkärkinen laiva lensi (oikein, lensi!) aallosta aaltoon. Kauppayhtiöt antoivat joka vuosi erityisen bonuksen laivalle, joka tuo ensimmäisenä uuden sadonteetä Kiinasta - tästä nimi. Verrattuna aikaisempien vuosisatojen purjelautailijoiden tyyppeihin tähän asti tavanomaisten kolmen tai poikkeustapauksissa neljän tason suorien purjeiden sijaan täystakattu clipper kantoi jokaisessa mastossa jopa seitsemän suoraa purjetta. Heidän nimensä (alkaen alhaalta) englantilaisten merimiesten keskuudessa kuulostivat tältä: alempi purje (etupurje tai isopurje), alapurje, yläpurje, yläpurje, yläpurje, "kuninkaallinen" purje, "taivas" purje, "kuu"purje () tai "pilvenpiirtäjä"). Sivuilla lueteltujen pääpurjeiden lisäksi myötätuulen varalta asennettiin ohuisiin pyöreisiin "puihin" lisäkettupurjeita, pihoja pitkin ulottuvia liseleitä sekä mastojen väliin jääpurjeet. Kaikkien purjeiden kokonaispinta-ala oli 3300 m2 tai enemmän. Kun leikkuri purjehti täydessä purjeessa suotuisalla tuulella, näytti sivulta katsottuna valkoinen pilvi lentävän valtameren pinnalla. Grace-, virtaviivaistettujen muotojensa, runsaiden purjeiden ja nopeuden vuoksi leikkuri sai toisen nimen - "windjammers" ("tuulenpuristimet").
Teekilpailuista on tullut todellista nopeuskilpailua. Esimerkiksi vuonna 1866 viisi leikkuria teelastineen lähti Fuzhousta (Kiina) lähes samanaikaisesti. Tämä nopeuskilpailu oli yksi jännittävimmistä merimatkoista puolivälissä maailmaa. Jokainen viidestä kunnianhimoisesta kapteenista haaveili saapuvansa ensin Lontooseen. Kilpailussa kaikki oli vaakalaudalla. Yksi purjelaivoista, Ariel, purjehti suurella listalla useita tunteja peräkkäin Atlantin valtameren ankarassa myrskyssä. Jyrkät aallot vierivät leikkurin kannen yli. Mutta sen sijaan, että miehistö olisi poistanut ainakin yhden purjeen, hän tiivisti luukut ja kaikki muut aukot kankaalla. Välttääkseen huuhtoutumisen yli laidan merimiehet sitoivat itsensä työpaikallaan erityisillä köysillä. Taistelu elementtejä vastaan jatkui lähes puoli päivää. Laiva selvisi voittajana. Syyskuun 6. päivänä, vietettyään alle 99 päivää, "Ariel" saapui Englantiin... Suezin kanavan avaamisen jälkeen vuonna 1869 purjelaivojen lennot "tee" -linjalla muuttuivat kannattamattomiksi. "Ariel" teki satunnaisia töitä kuljettaen hiiltä Englannista Japaniin ja Australiaan.
Silti leikkurialukset tulivat hetkeksi takaisin muotiin. Australia alkoi tuottaa paljon villaa, jota Eurooppa ja Amerikka tarvitsivat. Höyrylaivoja, jotka kykenisivät purjehtimaan niin pitkiä matkoja ilman lisähiilen lastausta, ei ollut tarpeeksi, joten jouduimme turvautumaan purjelaivojen palveluihin. Lokakuussa 1885 kuusi leikkuria lähti Australian Sydneyn satamasta Englantiin, ja heidän joukossaan oli Cutty Sark, jota kutsuttiin "Merkien kuningattareksi" kauniiden linjojen, valtavan purjekapasiteetin ja merikelpoisuuden vuoksi. Matkan kuudentenakymmenentenäseitsemäntenä päivänä Cutty Sark saapui Lontooseen ennen muita. Tämä oli ennennäkemätön purjelaivojen ennätys. Eikä vain purjehdusta, vaan myös höyryä. Paluumatkalla leikkuri ohitti tuon ajan nopeimman matkustaja-aluksen, Britannian. He sanovat, että vahtipäällikkö, herättessään kapteenin, sanoi:
Arvon herra! Mene ulos sillalle, jotain poikkeuksellista tapahtuu - purjevene ohittaa meidät!
Kapteeni hymyili eikä liikahtanut paikaltaan.
Miksi mennä? Loppujen lopuksi tämä on Cutty Sark, ja sen kanssa on turha kilpailla!
Clipper-alusten aikakausi päättyi vuonna 1924, jolloin yksi viimeisistä kaunottareista, Hasperus, romutettiin. Ja vain Cutty Sark purjehti vuoteen 1949 asti.
Sotilas- ja kuljetuspurjehduslaivaston päättyessä purjeet eivät kuitenkaan päättyneet. Urheilulaivojen ja -veneiden propulsiolaitteena purjeella on ja tulee olemaan valtava rooli merimiesten koulutuksessa vielä pitkään.
Nopeaan teknologiseen kehitykseen on liittynyt vakavia ympäristöongelmia, jotka joskus aiheuttavat korjaamatonta vahinkoa luonnolle. Öljytankkereilla sattuneet katastrofit ja suuret tulipalot offshore-kentillä vahvistavat tämän. Uusien ideoiden ja ratkaisujen on autettava maailman merilaivastosta ympäristöystävällisyyttä. Ja purjeessa voi olla uutuutta.
Ihmiskunnan onneksi aina on ihmisiä, jotka pystyvät näkemään sen, mitä muut eivät huomaa, ja joilla on ehtymätön uteliaisuus - tämä on kaikkien keksijöiden olennainen ominaisuus.
Tällainen henkilö oli saksalainen insinööri Anton Flettner (1885-1961). Kerran purjehtiessaan purjeveneellä katsellessaan myrskyssä työskentelevien merimiesten ponnisteluja purjeilla 40-50 metrin korkeudessa, hän ajatteli: onko mahdollista korvata klassinen purje jollain samalla tuulenvoimalla? Heijastukset pakottivat Flettnerin muistamaan maanmiehensä fyysikon Heinrich Gustav Magnuksen (1802-1870), joka vuonna 1852 osoitti, että sen ympärillä virtaavassa neste- tai kaasuvirrassa pyörivään kappaleeseen vaikuttava poikittaisvoima on suunnattu siihen suuntaan, jossa virtausnopeus on ja pyöritys rungot sopivat yhteen.
Magnus vahvisti tällaisen vaikutuksen olemassaolon myöhemmin vaa'oilla tehdyssä kokeessa. Toiselle heidän kulhoistaan asetettiin vaakasuoraan sylinteri, johon oli kytketty moottori, ja toiselle tasapainotuspainot. Sylinteriin puhallettiin ilmaa, mutta moottorin käynnistämiseen asti se pysyi liikkumattomana eikä vaa'an tasapaino häiriintynyt. Piti kuitenkin vain käynnistää moottori ja siten saada sylinteri pyörimään, sillä kulho, jossa se oli, joko nousi tai putosi - riippuen siitä, mihin suuntaan pyöriminen oli menossa. Tällä kokeella tiedemies totesi: jos ilmavirta virtaa pyörivään sylinteriin, niin sylinterin toisella puolella olevat virtaus- ja pyörimisnopeudet lisätään ja toisella ne vähennetään. Ja koska suuremmat nopeudet vastaavat pienempiä paineita, ilmavirtaan asetettuun pyörivään sylinteriin syntyy virtaukseen nähden kohtisuora käyttövoima. Sitä voidaan lisätä tai vähentää, jos sylinteriä pyöritetään nopeammin tai hitaammin. Magnuksen kokeet antoivat Flettnerille idean korvata aluksen purje pyörivällä sylinterillä. Mutta epäilykset heräsivät heti. Itse asiassa suuressa aluksessa tällaiset roottorit näyttävät valtavilta 20-25 m korkeilta torneilta, jotka myrskyssä aiheuttavat alukselle valtavan vaaran. Näihin kysymyksiin piti vastata, ja Flettner aloitti tutkimuksensa.
Kesäkuun viimeisinä päivinä 1923 hän suoritti ensimmäiset kokeilunsa mallilla Wannsee-järvellä Berliinin lähellä. Se oli alle metrin pituinen vene, jonka halkaisija oli noin 15 cm ja korkeus noin 1 m. Sen pyörittämiseen käytettiin kellomekanismia. Kokeet onnistuivat, mutta monia kysymyksiä jäi, mukaan lukien roottoriin pyörimisen aikana syntyvistä voimista.
Kaikki lisätutkimukset ja niihin liittyvät mittaukset tehtiin laboratoriossa. Heidän tuloksensa olivat seuraavat.
Jos pyörivän roottorin pinta altistuu tuulelle, sen nopeus muuttuu. Kun pinta liikkuu kohti tuulta, sen nopeus laskee ja paine kasvaa. Roottorin vastakkaisella puolella ilmavirtaus päinvastoin kasvaa ja paine laskee. Tuloksena oleva paine-ero luo käyttövoiman, jota voidaan käyttää aluksen liikuttamiseen.
Mutta yllättävin asia Flettnerin tutkimuksessa oli jotain muuta. Kävi ilmi, että tuloksena oleva käyttövoima oli monta kertaa suurempi kuin tuulenpaine paikallaan olevaan roottoriin. Laskelmat osoittivat, että käytetty tuulienergia oli noin 50 kertaa suurempi kuin roottorin pyörittämiseen käytetty, ja se riippui sen pyörimistaajuudesta ja tuulen nopeudesta. Myös toinen tärkeä seikka tuli selväksi - mahdollisuus purjehtia pyörivällä aluksella tuulta vasten vuorottelevilla kursseilla (luivilla) lähellä tuuliviivaa. Toisin sanoen sellaiselle alukselle jäivät voimaan ne merenkulun luonnolliset lait, joita tavalliset purjelaivat käyttivät. Mutta samalla sen näkymät arvioitiin yksinkertaisesti loistavasti, koska roottorin pinta-ala suhteessa tavanomaisen purjeveneen purjeiden pinta-alaan, joka on verrattavissa pyörivään alukseen, oli vain 0,1-0,15 prosenttia. , ja sen (roottorin) massa oli noin 5 kertaa pienempi kuin purjehdusaseiden kokonaismassa.
Luonnollisesti yksi osa sylinterin pyörimisestä saadusta vaivannäöstä kuluu ajautumisen luomiseen (liikkuvan aluksen siirtyminen kurssin linjalta) ja toinen osa laivan siirtämiseen eteenpäin.
Tuulitunnelissa puhaltaminen osoitti: tätä käyttövoimaa voidaan lisätä lähes 2 kertaa, jos peität sylinterin yläosan levyllä (tasaisen levyn muodossa), jonka halkaisija on suurempi kuin itse sylinterin halkaisija . Lisäksi oli tärkeää löytää tarvittavat suhteet tuulen nopeuden ja roottorin pyörimiskulmanopeuden välillä. Pyörimisen aiheuttaman voiman suuruus riippuu tästä; Siksi roottoreita testattiin ensin tuulitunnelissa ja sitten mallialuksella. Kokeilu mahdollisti niiden optimaalisten mittojen määrittämisen koealukselle, ja siitä lähtien epätavalliselle propulsioyksikölle on annettu nimi "Flettner-roottori".
Ensimmäisenä koealuksena sen testaamiseen käytettiin kolhittua kolmimastoista kuunaria "Bukau", jonka korkeus oli 13,1 m ja halkaisija 1,5 m. siihen asennettuna niitä käytti kaksi DC-sähkömoottoria, joiden jännite oli 220 V. Sähkö tuotettiin pienellä dieselgeneraattorilla, jonka teho oli 33 kW (45 hv).
Testit alkoivat Itämerellä ja päättyivät onnistuneesti. Helmikuussa 1925 laiva lähti "vapaasta Danzigin kaupungista" ja suuntasi Englantiin. Pohjanmerellä Bukau joutui kamppailemaan vahvojen merien kanssa, mutta kuunari heilui asianmukaisen painolastin vuoksi vähemmän kuin tavalliset laivat. Pelot siitä, että raskaat roottorit vaikuttaisivat negatiivisesti aluksen vakauteen tai että he itse kärsiisivät vierimisen aikana, eivät toteutuneet tuulen paineessa niiden pinnalla. Samaan aikaan sää oli niin huono, että monet saman uppoumaalukset kuin Bukau etsivät turvaa läheisistä satamista. "Yksikään purjelaiva ei olisi voinut suorittaa sitä matkaa, jonka pyörivä kuunari on tehnyt", kirjoittivat englantilaiset sanomalehdet.
Paluumatkaa Cuxhaveniin seurasi myös myrskyt. Tällä kertaa Bukau oli lastattu hiilellä vesiviivaa pitkin, ja se osoitti jälleen etunsa muihin purjelaivoihin verrattuna. Aallot vierivät kannen yli ja murskasivat pelastusveneen, mutta itse roottorit eivät vaurioituneet. Myöhemmin kuunari nimettiin uudelleen Baden-Badeniksi, ja se teki toisen vaikean matkan: kestettyään kovan myrskyn Biskajanlahdella, hän ylitti Atlantin valtameren ja saapui turvallisesti New Yorkiin.
Pyörivä propulsiojärjestelmä sai paljon kiitosta. Se osoittautui helpommaksi huoltaa kuin perinteiset purjeet ja siirtyi nopeasti toimintatilaan, ja siksi he päättivät jatkaa testausta. Vuonna 1924 ensimmäinen erityisesti pyörivällä käyttövoimalla purjehtimiseen suunniteltu laiva laskettiin Weser-osakeyhtiön telakalle (Saksa). Se sai nimekseen "Barbara" ja sen oli tarkoitus kuljettaa hedelmiä Etelä-Amerikan satamista Saksaan. Aluksen pituus oli 85, leveys 15,2 ja syväys 5,4 m, ja sen lastikapasiteetti oli noin 3000 tonnia Alkuperäisen suunnitelman mukaan se oli varustettava yhdellä jättiläisroottorilla, jonka korkeus oli 90 m. ja halkaisija 13,1 m, mutta sitten, kun otetaan huomioon kuunari "Bukau" , valtava roottori korvattiin kolmella pienemmällä - 17 m korkealla ja 4 m halkaisijalla hieman yli millimetrin paksuinen. Jokaista roottoria kohti oli yksi moottori, jonka teho oli 26 kW (35 hv) ja kehitti 150 rpm. Tuulenvoimalla 5 (8-11 m/s) edulliseen suuntaan (suuntakulma 105-110 astetta) pyörivien potkurien työntövoima vastasi 780 kW (1060 hv) moottorin toimintaa. ). Lisäksi potkuria käyttävä 750 kW (1 020 hv) yksiakselinen dieselkone täydensi roottorin työntövoimaa, jolloin alus pääsi purjehtimaan 10 solmun (18,5 km/h) nopeudella.
Pohjimmiltaan purjelaivoina pyörivillä aluksilla oli valtavia etuja niihin verrattuna. Ei ollut enää tarvetta kutsua miehistöä kannelle puhdistamaan ja laskemaan purjeet; vain yksi upseeri (sillalla) ohjasi roottoreiden liikettä useiden kahvojen avulla. Lähivedessä (tuulta vastaan) nämä laivat purjehtivat jopa 30 astetta, kun taas useimmissa tavallisissa purjeveneissä tuulen suunnan ja liikesuunnan välinen kulma on vähintään 40-50 astetta. Ajonopeutta säädettiin roottoreiden pyörimisnopeudella ja ohjailua vaihtamalla niiden pyörimissuuntaa. Pyörivät alukset voisivat jopa peruuttaa.
Pyörivien potkurien suunnittelun monimutkaisuus ja mikä tärkeintä, että niillä varustetut alukset jäivät kuitenkin edelleen purjelaivoiksi kaikilla haitoilla, joista ensimmäinen oli täydellinen riippuvuus tuulesta, eivät johtaneet niiden laajaan käyttöön. .
Siitä huolimatta suunnittelijat palasivat yhä uudelleen ajatukseen tuulienergian käytöstä. 1900-luvun 60-luvun puolivälissä moniin merenkulkumaihin perustettiin erityisiä suunnittelutoimistoja, jotka käsittelivät tuulivoiman ongelmaa eli laivan liikkumista tuulimoottorien ja tuulipotkurien avulla. Ensimmäisessä tapauksessa tuulienergian muuntaminen työntövoimaksi tapahtuu pitkin ketjua: tuulimoottori - voimansiirto (mekaaninen tai sähköinen) - potkuri. Suunnittelun mukaan tuuliturbiinit erotetaan vaakasuuntaisella pyörintäakselilla (1-, 2-, 3- tai monisiipinen turbiini) ja pystyakselilla, esimerkiksi rumputyyppinen turbiini; pyörimisnopeuden suhteen - suuri nopeus, jolla on korkea pyörimisnopeus (yhdistyy hyvin sähkögeneraattoreiden kanssa pyörimistaajuuden suhteen) ja alhainen, mikä luo suuren vääntömomentin suoraan potkuriin. Tuulimoottoria käytettäessä laivaa ei ole rajoitettu suunnan valinnassa suhteessa tuulen suuntaan, mutta tuulimoottorin hyötysuhde on alhainen toistuvan energian muuntamisen vuoksi. Tuulimoottori on tehokas tuulen nopeuksilla 3-4 - 12-14 m/s ja alus liikkuu paremmin vastatuulessa kuin myötätuulessa; tuulen nopeudella 15-20 m/s se on pysäytettävä, koska on olemassa sen tuhoutumisvaara.
Erityyppisiä kokeellisia tuuliturbiineja on testattu menestyksekkäästi huviveneillä. Suurilla kuljetusaluksilla niitä ei kuitenkaan käytetä edes sähkögeneraattoreiden käyttövoimana, vaikka kokeilut tähän suuntaan jatkuvat.
Toisessa tapauksessa laivaa vetävä vetovoima syntyy suoraan tuuliturbiiniin, mutta purjehtiminen suoraan tuulta vastaan ja tietyllä ohjauskulma-alueella lähellä tätä suuntaa on mahdotonta; tällaisten alusten nopeudet riippuvat tuulen nopeudesta ja ovat suhteellisen pieniä - 7-10 solmua (13-18,5 km/h). Tuulipotkurien päätyyppejä ovat meille jo tuttu Flettner-roottori, siipipurje ja klassinen purje, joita kehitetään edelleen ja uusia materiaaleja luomalla. Ryppyjä kestävä lavsan ja lämmönkestävä nitron, muovista ja synteettisistä kuiduista valmistettuja materiaaleja, joille on ominaista lisääntynyt lujuus ja keveys, ilmestyivät. Niitä käytetään nykyaikaisissa aluksissa, joissa on purjeen käyttövoima.
Ensimmäiset täysimittaiset tuuliturbiinien tutkimukset suoritettiin vuosina 1960-1967 Hampurin laivanrakennusinstituutissa, jossa kehitettiin rahtilaiva, jonka kantavuus oli 17 000 tonnia 50 mallia tuulitunnelissa ja testaus koealtaassa mahdollisti Dina-Schiff-laivan rakentamisen vuonna 1982, jolla ei pitkään aikaan ollut analogeja maailmassa. Se on purjevene, joka voi kuljettaa 16 500 tonnia lastia ja jolla on vaikuttavat mitat: pituus - 160,5 m, leveys - 21 m, sivukorkeus - 13 m, syväys - 9,1 m. Jokainen kuudesta pyörivästä mastosta kantaa viisi suoraa purjetta venytetty profiloiduille pihoille ilman rakoja ja kokonaisuutena muodostivat yhden tehokkaan (korkean ja kapean) jättiläispurjeen, jonka pinta-ala oli 1200 m2 (kaikkien purjeiden kokonaispinta-ala oli 7200 m2). Sähkömoottoreita, jotka nostavat tai vetävät sisään mitä tahansa 30 purjeesta, ohjaa vahtipäällikkö valvomosta, johon tietokone on asennettu. Purjeiden lisäksi Din-Schiff oli varustettu kolmella 330 kW (448 hv) dieselmoottorilla. Laiva kehitti keskinopeuden 12 solmua ja suotuisilla tuulilla jopa 16 solmua.
Dyna-Schiff-projektin parantamista jatkoi Friedrich Weiss Research Society Saksan Ahrensburgin kaupungista. Se loi upean purjelastialuksen, jossa purjeet vetäytyvät automaattisesti sisään, joista jokainen kierrettiin profiloidulla pihalla sijaitsevalle akselille. Irtolastialuksen pituus on 65 m; se voi ottaa kyytiin 1000 tonnia rahtia. Kukin kolmesta kääntyvästä mastosta kantaa viisi suoraa purjetta; Lisäksi laivaan asennettiin tyynellä säällä teholtaan 350 kW (476 hv) apudieselmoottori. Käyttämällä vain purjeen propulsiovoimaa tällaiset alukset voivat saavuttaa nopeuden 12-14 solmua ja voimakkaalla myötätuulella jopa 20 (37 km/h). Tämä vastaa nykyaikaisen konttialuksen nopeutta.
"Dina-Schiff" ja Ahrensburgin irtolastialus eivät ole yksin nykyisillä meriteillä - kesäkuusta 1990 lähtien niitä on seurannut Greenpeace-järjestön lippulaiva "Rainbow-Urrior", joka on muutettu Hampurissa tapaan " Dina-Schiff". Tuulen voimakkuuden ollessa 5 laiva kehittää yli 12 solmun (22 km/h) nopeuden.
Kun otetaan huomioon edellä mainittujen alusten hyvä suorituskyky, nyt suunnitellaan kuivalastipurjelaivoja, joiden kantavuus on 900-2000 tonnia. Saksalaiset tutkijat kuitenkin uskovat, että ne eivät todennäköisesti ole kannattavia Euroopalle sen rantojen lähellä puhaltavia tuulia ja ehdottaa tavallisten kuivarahtilaivojen ja konttialusten varustamista lisäpurjehdusvarusteilla, mikä johtaa 10-25 prosentin polttoainesäästöön.
Tuulivoimaloiden ja tuuliturbiinien kehittämiseen suhtaudutaan erityisen vakavasti niissä maissa, joissa luonnon öljyvarat ovat rajalliset tai niitä ei ole ollenkaan. Niinpä Japanissa vain vuosina 1980-1986 otettiin käyttöön 10 alusta, joissa oli mekaanisen työntövoiman lisäksi tuulivoimaa. Tyypillinen edustaja niistä on Imamura Shipbuildingin heinäkuussa 1980 vesille laskema rannikkotankkeri Shin Eitoku Maru, jonka uppouma on 1 600 tonnia. Sen päämitat ovat: pituus - 66, leveys - 10,6 m, syväys - 4,4 m Varustettu kahdella purjeella, joiden pinta-ala on 97 m 2, ja moottorilla, jonka teho on 1177 kW (1600 hv). Tankkerin keskinopeus on 12 solmua (22 km/h). Hänen purjehdukseen käyttämä aika on 15 prosenttia vuodessa.
Suurin saavutus "mekaanista moottoria ja tuulivoimaa" käyttävien laivojen rakentamisessa oli japanilainen alus "Usiki Pioneer". Sen iskutilavuus on 26 tuhatta tonnia, sen pituus on 162,4, säde 25,2 ja syväys 10,6 m, kaksi päämoottoria teholla 2427 kW (3300 hv) ja kaksi 320 m 2 purjetta. Purjeiden ja yhden moottorin yhteiskäytöllä alus voi purjehtia keskimäärin 13,5 solmun (25 km/h) nopeudella. Tuulivoimajärjestelmää ohjataan tietokonekomennoilla.
Japanilaiset insinöörit kehittivät myös suunnittelun purjeveneelle, joka pystyy kuljettamaan 17 tuhatta tonnia rahtia ja 250 matkustajaa. Kaikki purjeiden asettamiseen ja puhdistamiseen liittyvät työt ovat täysin koneellisia. Näin yksi henkilö voi tietokoneen avulla käsitellä 1500 m 2 purjeita kuuteen mastoon 20 sekunnissa. Aluksen suurin nopeus on noin 20 solmua (37 km/h). Se pystyy "saatamaan" pienimmänkin tuulen. Täydellisen rauhan tapauksessa moottoreiden asennus tarjotaan.
Puolalaiset tutkijat ja suunnittelijat suorittivat vuonna 1985 monikäyttöisiä ja melko kalliita purjehdusvaihtoehtojen testejä. 50 metrin koealukseen "Oceania", jonka uppouma oli 550 tonnia, asennettiin kolme kestävästä ja kevyestä metalliseoksesta valmistettua mastoa suorilla purjeilla, joiden kokonaispinta-ala oli 700 m 2. Ne asennettiin ja poistettiin hydraulikäyttöillä ja erikoisvaihteilla, jotka oli valmistettu raskaasta synteettisestä materiaalista - Kevlarista. Tuulen voimistuessa purjeiden pinta-ala pieneni ja kun tuuli ylitti 25 m/s, purjeet taitettiin laatikoiksi maston ympärille.
Tämän kokemuksen ansiosta Gdanskin telakan laivanrakentajat pystyivät rakentamaan vuonna 1986 risteilyaluksen Gwarek, jonka purjelautailu oli lähes samanlainen kuin Oseaniaan asennettu. "Gwarek" tuli Travel Bureaun omaisuuteen kelluvana loma-asunnona, jonka matkustajat majoittuvat 100 kahden hengen mukavaan hyttiin. Kaikki aluksen ohjaus tapahtuu komentosillalta tietokoneella ja hydraulijärjestelmillä.
Uudet purjeet vaativat nykyaikaisempaa kiinnitystä ja puhdistusta. Useita mastomalleja on kehitetty, ja jokaisella on omat "kohokohdat". Näin ollen jotkut mastot asennetaan pyöriville tasoille, ja purjeet pidennetään pihoista ja vedetään sisään niiden sisään, kuten elokuvateatteri. Ja puolalainen keksijä A. Borowsky Szczecinistä sai vuonna 1977 patentin mastolle, joka koostuu useista metalliputkista, jotka on yhdistetty yhdeksi ohuella, kestävästä synteettisestä materiaalista valmistetulla ulkokuorella. Tämä malli on tavallista kevyempi, eikä se ole vahvuudeltaan huonompi.
Urheiluveneisiin on kehitetty myös uudenlaisia purjeita. Erityisesti uusi propulsiolaite - purjesiipi - on jo löytänyt käyttöä. Se on valmistettu jäykän purjeen muodossa, joka on samanlainen kuin purjelentokoneen tai lentokoneen siipi, mutta jolla on symmetrinen poikkileikkausprofiili. Se on asennettu jääveneisiin ja purjekatamaraaneihin, jotka kehittävät suuria nopeuksia, joissa se toimii alhaisissa hyökkäyskulmissa. Vielä tehokkaampi on siipipurje, jossa on kupera-kovera profiili, joka vaihtelee hyökkäyskulman ja laivan tai veneen luovuuden mukaan. Esimerkiksi katamaraani Patient Lady U (USA) -mallissa purjesiipi koostuu kuudesta osasta, jotka asennetaan automaattisesti tietokoneen avulla tietyissä kulmissa tuuleen nähden. Se on valmistettu vanerista, lasikuidusta, vaahdosta ja synteettisestä kankaasta, sen paino, jonka pinta-ala on 28 m 2, on vain 46 kg.
Tuulivoimaan ja moottoreihin osallistuvat suunnittelijat houkuttelevat eniten ne hankkeet, jotka mahdollistavat laivojen nopeuden nostamisen 20 solmuun, eli teeleikkurien nopeuden saavuttamiseksi. Purjelaivastoa yritetään elvyttää nykyaikaisin perustein ilmatyynyalusten ja kantosiipialusten periaatteella.
Myönteistä kehitystä on myös uusien tuuliturbiinien kehittämisessä. Niinpä saksalaiset insinöörit ehdottivat "karusellityyppistä" moottoria, jossa kuusi polyesteritasoa sijaitsee kahdella pystysuoralla akselilla, käännettynä toisiinsa 60 asteen kulmassa. Tuuli, joka vaikuttaa tällaisiin ilmaturbiineihin, saa ne pyörimään - muuttaen siten kineettisen energiansa laivan potkurin akselin mekaaniseksi pyörimisenergiaksi.
Tänä päivänä on olemassa melko paljon erilaisia tuuliturbiinien ja tuulivoimaloiden hankkeita, sekä toteutettuina että kehitysvaiheessa. Valinnanvaraa riittää, mutta asiantuntijat ovat tulleet siihen tulokseen, että sopivin vaihtoehto on asentaa meri- ja jokialuksiin tuulivoimalaite lisäyksenä mekaaniseen pääkoneeseen. Tämä säästää 25-30 prosenttia polttoainetta ja tarjoaa aluksille varsin hyväksyttävän nopeuden 16 solmua, ja lisäksi mahdollistaa suhteellisen pienen käytön tehokkaan voimalaitoksen sijaan. Ja vielä yksi pakollinen ehto: kaikkien uusien purjehdusvoiman tyyppien käyttö edellyttää tietokoneiden laajaa käyttöönottoa. Vain nopea laskentatekniikka voi ottaa huomioon kaikki aluksen liikkeisiin vaikuttavat parametrit ja siten lisätä sen navigoinnin turvallisuutta.
Kuvatekstit kuville
Ill. 1. Kuten kuvasta näkyy, pyörivään sylinteriin alkaa vaikuttaa ilmavirran suuntaan poikittainen voima. Näin ollen on selvää, että suotuisin suunta pyörivälle alukselle on, kun tuuli puhaltaa suoraan alukseen. Ja liikesuunta riippuu vain siitä, pyöriikö roottori myötä- vai vastapäivään.
Ill. 2. Lähituulta kutsutaan täydeksi, jos tämä kulma on yli 66°, ja jyrkäksi, jos se on pienempi. Eteenpäin liikkeen varmistaa se tuulenpainekomponentti (a), joka osuu yhteen purjeveneen kurssin kanssa, kun taas sivukomponentin (b) toiminnan neutraloi aluksen köli.