Атақты «Кусто командасының су асты Одиссеясы» деректі сериясын ұлы француз океанографы 1960-1970 жылдары түсірген. Содан кейін Кустоның негізгі кемесі британдық мина іздеуші Калипсодан ауыстырылды. Бірақ кейінгі фильмдердің бірінде - «Әлемнің қайта ашылуы» - басқа кеме пайда болды, яхта «Halcyone».
Оған қарап, көптеген телекөрермендер өздеріне сұрақ қойды: яхтада қандай оғаш құбырлар орнатылған?.. Мүмкін бұл қазандықтардың немесе қозғалтқыш жүйелерінің құбырлары шығар? Егер сіз бұл желкендер... турбо желкендер... екенін білсеңіз, таңданысыңызды елестетіп көріңіз.
Cousteau Foundation 1985 жылы Alcyone яхтасын сатып алды және бұл кеме ғылыми-зерттеу кемесі ғана емес, турбожелкендердің тиімділігін зерттеудің негізі ретінде қарастырылды - кеменің бастапқы қозғалтқышы. Ал 11 жылдан кейін аты аңызға айналған Калипсо суға батқанда, Алкионе экспедицияның негізгі кемесі ретінде өз орнын алды (айтпақшы, бүгінде Калипсо көтеріліп, Конкарно портында жартылай тоналған күйде тұр).
Негізінде турбозалды Кусто ойлап тапқан. Дәл теңіздің тереңдігі мен Дүниежүзілік мұхит бетін зерттеуге арналған акваланг, су астындағы табақша және басқа да көптеген құрылғылар сияқты. Идея 1980 жылдардың басында дүниеге келген және ең экологиялық таза, бірақ сонымен бірге суда жүзетін құстар үшін ыңғайлы және заманауи қозғалтқышты жасау болды. Жел энергиясын пайдалану зерттеудің ең перспективалы бағыты болып көрінді. Бірақ мәселе мынада: адамзат бірнеше мың жыл бұрын желкенді ойлап тапты және одан қарапайым және қисынды не болуы мүмкін?
Әрине, Кусто мен компания тек желкенмен қозғалатын кеме жасау мүмкін емес екенін түсінді. Дәлірек айтқанда, мүмкін, бірақ оның жүргізу өнімділігі өте орташа және ауа-райы мен жел бағытының құбылмалылығына байланысты болады. Сондықтан, бастапқыда жаңа «парус» кәдімгі дизельдік қозғалтқыштарға көмектесу үшін қолданылатын көмекші күш болады деп жоспарланған болатын. Сонымен қатар, турбозанды дизельдік отын шығынын айтарлықтай азайтады, ал қатты желде ол кеменің жалғыз қозғалтқышы бола алады. Ал зерттеушілер тобы назарын өткенге – кеме жасау саласына елеулі үлес қосқан әйгілі авиаконструктор, неміс инженері Антон Флеттнердің өнертабысына аударды.
Турбозайл арнайы сорғымен жабдықталған қуыс цилиндр болып табылады. Сорғы турбожелкеннің бір жағында вакуум жасайды, желкенге ауа сорып, сыртқы ауа турбожелкенді айнала әртүрлі жылдамдықпен ағып, кеме ауа қысымына перпендикуляр бағытта қозғала бастайды. Бұл ұшақтың қанатында әрекет ететін көтеру күшін өте еске түсіреді - қысым қанаттың астынан үлкенірек және ұшақ жоғары қарай итеріледі. Турбозус кеменің кез келген желге қарсы қозғалуына мүмкіндік береді, тек сорғы қуаты жеткілікті болса. Кәдімгі теңіз қозғалтқышы үшін көмекші жүйе ретінде пайдаланылады. Кустоның «Halcyon» командасының кемесіне орнатылған екі турбозалды отынның 50%-ға дейін үнемдеуге мүмкіндік берді.
Флеттнер роторы және Магнус эффектісі
1922 жылы 16 қыркүйекте Антон Флеттнер айналмалы кеме деп аталатын неміс патентін алды. Ал 1924 жылдың қазан айында «Букау» тәжірибелік айналмалы кемесі Кильдегі Фридрих Крупп кеме жасау компаниясының сырғанау жолдарынан шықты. Рас, шхуна нөлден жасалмаған: Флеттнер роторлары орнатылмай тұрып, ол кәдімгі желкенді кеме болды.
Флеттнердің идеясы Магнус эффектісі деп аталатын әсерді қолдану болды, оның мәні келесідей: ауа (немесе сұйықтық) ағыны айналатын денені айналып өткенде, ағынның бағытына перпендикуляр күш пайда болады және денеге әсер етеді. . Өйткені, айналатын объект өзінің айналасында құйынды қозғалыс жасайды. Нысанның құйынды бағыты сұйық немесе газ ағынының бағытымен сәйкес келетін жағында ортаның жылдамдығы артады, ал қарсы жағында ол төмендейді. Қысым айырмашылығы айналу бағыты мен ағынның бағыты қарама-қарсы жақтан, олар сәйкес келетін жаққа бағытталған көлденең күш жасайды.
Неміс инженерінің дамуы туралы мақаласында Луи Прандтл: «Флеттнердің жел кемесі ерекше құлшыныспен газет насихатының арқасында барлығының аузында», - деп жазды.
Бұл әсерді 1852 жылы Берлин физигі Генрих Магнус ашты.
Магнус әсері
Неміс инженері және өнертапқышы Антон Флеттнер (1885–1961) теңіз тарихында желкендерді ауыстыруға тырысқан адам ретінде енді. Ол желкенді қайықпен Атлант және Үнді мұхиттары арқылы ұзақ уақыт саяхаттауға мүмкіндік алды. Сол дәуірдегі желкенді кемелердің мачталарына көптеген желкендер орнатылды. Желкенді жабдықтар қымбат, күрделі және аэродинамикалық тұрғыдан өте тиімді емес болды. Дауыл кезінде де 40-50 метр биіктікте желкендерді ұстауға мәжбүр болған теңізшілерді тұрақты қауіптер күтіп тұрды.
Саяхат кезінде жас инженерде көп күш жұмсауды қажет ететін желкендерді негізгі қозғаушы күші де жел болатын қарапайым, бірақ тиімді құрылғыға ауыстыру идеясы пайда болды. Осыны ойлап отырып, ол өзінің отандасы, физик Генрих Густав Магнустың (1802–1870) жүргізген аэродинамикалық тәжірибелерін есіне алды. Олар цилиндр ауа ағынында айналғанда цилиндрдің айналу бағытына байланысты бағыты бар көлденең күш пайда болатынын анықтады (Магнус эффектісі).
Оның классикалық тәжірибелерінің бірі былай өтті: «Жезден жасалған цилиндр екі нүкте арасында айнала алады; жылдам айналу цилиндрге үстіңгі жағындағыдай сым арқылы берілді. Айналмалы цилиндр рамаға орналастырылды, ол өз кезегінде оңай айнала алады. Бұл жүйе шағын ортадан тепкіш сорғы арқылы күшті ауа ағынына ұшырады. Цилиндр ауа ағынына және цилиндр осіне перпендикуляр бағытта ауытқиды, сонымен қатар айналу және ағынның бағыттары бірдей болатын бағытта ауытқиды» (Л. Прандтль «Магнус эффектісі және жел кемесі», 1925 ж. ).
А.Флеттнер бірден желкендерді кемеде орнатылған айналмалы цилиндрлермен ауыстыруға болады деп ойлады.
Цилиндр беті ауа ағынына қарсы қозғалған жерде желдің жылдамдығы азайып, қысым күшейеді екен. Цилиндрдің екінші жағында керісінше - ауа ағынының жылдамдығы артады, ал қысым төмендейді. Цилиндрдің әртүрлі жағындағы қысымның бұл айырмашылығы кемені қозғалтатын қозғаушы күш болып табылады. Бұл желдің күшімен кемені жылжыту үшін қолданылатын айналмалы жабдықтың жұмысының негізгі принципі. Барлығы өте қарапайым, бірақ Магнус әсері жарты ғасырдан астам уақыт бойы белгілі болғанымен, тек А.Флеттнер «өтпеді».
Ол жоспарды 1923 жылы Берлин маңындағы көлде жүзеге асыруға кірісті. Шын мәнінде, Флеттнер өте қарапайым нәрсе жасады. Ол ұзындығы метрлік сынақ қайығына биіктігі шамамен бір метр, диаметрі 15 см болатын қағаз цилиндр-роторын орнатып, оны айналдыру үшін сағат механизмін бейімдеді. Ал қайық жүзді.
Желкенді кемелердің капитандары А.Флеттнердің желкендерін ауыстырғысы келген цилиндрлерін келеке етті. Өнертапқыш өзінің өнертабыс өнеріне бай меценаттарды қызықтыра алды. 1924 жылы 54 метрлік Букау шхунасына үш діңгектің орнына екі айналмалы цилиндр орнатылды. Бұл цилиндрлер 45 а.к. дизельдік генератормен айналдырылды.
Бұқаудың роторлары электр қозғалтқыштарымен қозғалды. Шындығында, дизайнда Магнустың классикалық эксперименттерінен ешқандай айырмашылық болмады. Ротор желге қарай бұрылатын жағында жоғары қысым аймағы, ал қарсы жағында төмен қысым аймағы пайда болды. Алынған күш кемені қозғалтты. Оның үстіне, бұл күш қозғалмайтын роторға жел қысымының күшінен шамамен 50 есе көп болды!
Бұл Флеттнер үшін үлкен перспективалар ашты. Сонымен қатар, ротордың ауданы мен оның массасы желкенді қондырғының ауданынан бірнеше есе аз болды, бұл бірдей қозғаушы күшті қамтамасыз етеді. Роторды басқару әлдеқайда оңай болды және оны өндіру өте арзан болды. Жоғарыдан Флеттнер роторларды пластина тәрізді жазықтықтармен жауып тастады - бұл роторға қатысты ауа ағындарының дұрыс бағдарлануына байланысты қозғаушы күшті шамамен екі есеге арттырды. Букау үшін ротордың оңтайлы биіктігі мен диаметрі болашақ кеменің моделін жел туннельінде үрлеу арқылы есептелді.
Кусто турбосайлері - 2011 жылғы жағдай бойынша, Alkyone әлемдегі Кусто турбозалы бар жалғыз кеме. 1997 жылы ұлы океанографтың қайтыс болуы екінші осындай «Калипсо II» кемесінің құрылысын тоқтатты, ал басқа кеме жасаушылар ерекше дизайнға сақтықпен қарайды...
Flettner роторы тамаша жұмыс істеді. Кәдімгі желкенді кемеден айырмашылығы, айналмалы кеме ауа райының қолайсыздығынан және қатты желден қорықпайды; Екі цилиндрлік ротор (биіктігі 13,1 м, диаметрі 1,5 м) кемені тамаша теңестіруге мүмкіндік берді - бұл Букау қайта құруға дейін болған желкенді қайыққа қарағанда тұрақты болып шықты. Сынақтар тыныш жағдайда, дауылда және әдейі шамадан тыс жүктемеде жүргізілді - елеулі кемшіліктер анықталмады. Кеме қозғалысының ең тиімді бағыты кеме осіне дәл перпендикуляр желдің бағыты болды, ал қозғалыс бағыты (алға немесе артқа) роторлардың айналу бағытымен анықталды.
1925 жылы ақпан айының ортасында желкендердің орнына Флеттнер роторларымен жабдықталған шхунер Бакау Данцигтен (қазіргі Гданьск) Шотландияға кетті. Ауа-райы қолайсыз болды, желкенді кемелердің көпшілігі порттардан шығуға батылы жетпеді. Солтүстік теңізде «Букау» қатты желмен және үлкен толқындармен ауыр шайқас болды, бірақ шхунер басқа желкенді кемелерге қарағанда аз өкшеліп қалды.
Бұл сапар кезінде желдің күшіне немесе бағытына байланысты желкендерді ауыстыру үшін палубаға экипаж мүшелерін шақырудың қажеті жоқ еді. Тек бір сағат навигаторы қажет болды, ол доңғалақ үйінен шықпай-ақ роторлардың жұмысын басқара алады. Бұрын үш діңгекті шхунердің экипажы роторлы кемеге айналғаннан кейін кем дегенде 20 матростан тұрды, 10 адам жеткілікті болды.
Сол жылы кеме жасау зауыты өзінің екінші айналмалы кемесін - 17 метрлік үш ротормен басқарылатын қуатты жүк лайнері Барбараны қойды. Бұл ретте әрбір роторға қуаты небары 35 а.к. бір шағын мотор жеткілікті болды. (әр ротордың максималды айналу жылдамдығы 160 айн/мин)! Роторлардың күші шамамен 1000 ат күші бар кәдімгі кеме дизельді қозғалтқышымен біріктірілген бұрандалы бұранданың күшімен тең болды. Дегенмен, кемеде дизель де болды: роторлардан басқа, ол винтті де жүргізді (ол тыныш ауа-райында жалғыз қозғалтқыш болып қала берді).
1926 жылы Гамбургтен келген Rob.M.Sloman кеме компаниясына Барбараны салуға итермеледі. Оны турбо желкендермен - Флеттнер роторларымен жабдықтау алдын ала жоспарланған болатын. Ұзындығы 90 м және ені 13 м болатын ыдысқа биіктігі шамамен 17 м болатын үш ротор орнатылды.
«Барбара» жоспарланғандай, жемісті біраз уақыт Италиядан Гамбургке сәтті тасымалдады. Саяхаттың шамамен 30-40% желден қуат алды. 4–6 баллдық желмен «Барбара» 13 түйін жылдамдықты дамытты.
Жоспар айналмалы кемені Атлант мұхитындағы ұзақ сапарларда сынау болды.
Бірақ 1920 жылдардың аяғында Ұлы депрессия болды. 1929 жылы чартерлік компания Барбараны жалға беруден бас тартты және ол сатылды. Жаңа иесі роторларды алып тастап, кемені дәстүрлі дизайн бойынша қайта орнатты. Дегенмен, ротор желге тәуелді және қуат пен жылдамдықтағы белгілі бір шектеулерге байланысты әдеттегі дизельдік электр станциясымен біріктірілген бұрандалы бұрандалардан төмен болды. Флеттнер неғұрлым озық зерттеулерге бет бұрды, ал Баден-Баден 1931 жылы Кариб теңізіндегі дауыл кезінде батып кетті. Ал олар роторлы желкендерді ұзақ уақыт ұмытты...
Айналмалы кемелердің басталуы өте сәтті болып көрінді, бірақ олар дамымай, ұзақ уақыт бойы ұмытылды. Неліктен? Біріншіден, роторлы кемелердің «әкесі» А.Флеттнер тікұшақтарды жасаумен айналысып, теңіз көлігімен айналысуды тоқтатты. Екіншіден, барлық артықшылықтарына қарамастан, айналмалы кемелер өздерінің кемшіліктері бар желкенді кемелер болып қала берді, олардың негізгісі желге тәуелді.
Флеттнер роторлары ХХ ғасырдың 80-жылдарында, ғалымдар климаттың жылынуын азайту, ластануды азайту және отынды ұтымды тұтыну үшін әртүрлі шараларды ұсына бастаған кезде қайтадан қызығушылық танытты. Оларды алғаш еске алғандардың бірі – тереңдіктерді зерттеуші француз Жак-Ив Кусто (1910–1997). Турбожелді жүйенің жұмысын тексеру және қымбаттап бара жатқан отын шығынын азайту үшін екі діңгекті катамараны «Альционе» (Альционе — жел құдайы Эолдың қызы) айналмалы кемеге айналдырылды. 1985 жылы теңізге аттанған ол Канада мен Американы аралап, Горн мүйісін, Австралия мен Индонезияны, Мадагаскар мен Оңтүстік Африканы айналып өтті. Оны Каспий теңізіне ауыстырып, үш ай бойы жүзіп, түрлі зерттеулер жүргізді. Alcyone әлі күнге дейін екі түрлі қозғалтқыш жүйесін пайдаланады - екі дизельді қозғалтқыш және екі турбо парус.
Турбозейл Кусто
Желкенді қайықтар да 20 ғасыр бойы жасалды. Осы типтегі заманауи кемелерде желкендер электр қозғалтқыштары арқылы өңделеді, ал жаңа материалдар дизайнды айтарлықтай жеңілдетеді. Бірақ желкенді қайық - желкенді қайық, және жел энергиясын түбегейлі жаңа жолмен пайдалану идеясы Флеттнер заманынан бері ауада болды. Оны жалықпайтын авантюрист және зерттеуші Жак-Ив Кусто алды.
1986 жылы 23 желтоқсанда мақаланың басында айтылған Halcyone іске қосылғаннан кейін, Кусто және оның әріптестері Люсьен Малавард және Бертран Шарьер «қозғалатын сұйықтықты немесе газды пайдалану арқылы күш тудыратын құрылғыға» бірлескен патент № US4630997 алды. .” Жалпы сипаттама келесідей: «Құрылғы белгілі бір бағытта қозғалатын ортаға орналастырылған; бұл жағдайда біріншіге перпендикуляр бағытта әрекет ететін күш пайда болады. Құрылғы қозғаушы күш желкеннің ауданына пропорционал болатын массивтік желкендерді пайдалануды болдырмайды». Кусто турбозалы мен Флеттнер роторлы желкенінің айырмашылығы неде?
Көлденең қимада турбо желкені өткір ұшында дөңгелектенген ұзартылған тамшы тәрізді нәрсе. «Тамшылаудың» бүйірлерінде ауа соратын торлар бар, олардың біреуі арқылы (алға немесе артқа жылжу қажеттілігіне байланысты) ауа сорылады. Ауа сорғышқа желдің максималды тиімді сорылуын қамтамасыз ету үшін турбо парусқа электр қозғалтқышымен басқарылатын шағын желдеткіш орнатылған.
Ол турбозалдың жазықтығынан бөліну сәтінде ауа ағынын сорып, желкеннің тік жағындағы ауа қозғалысының жылдамдығын жасанды түрде арттырады. Бұл турбулентті құйындылардың пайда болуына жол бермей, турбозалдың бір жағында вакуум жасайды. Содан кейін Магнус эффектісі әрекет етеді: бір жағынан сиректеу, нәтижесінде - кеменің қозғалуына әкелетін бүйірлік күш. Шындығында, турбо желкенді - бұл тігінен орналастырылған ұшақ қанаты, кем дегенде, қозғаушы күш құру принципі әуе көтергішін құру принципіне ұқсас; Турбозалдың әрқашан желдің ең тиімді жағына қарап тұруын қамтамасыз ету үшін ол арнайы датчиктермен жабдықталған және айналмалы табаққа орнатылған. Айтпақшы, Кусто патенті турбозалдың ішінен ауаны желдеткішпен ғана емес, сонымен қатар, мысалы, ауа сорғымен де сорып алуға болатындығын білдіреді - осылайша Кусто келесі «өнертапқыштар» үшін қақпаны жауып тастады.
Шындығында, Кусто алғаш рет 1981 жылы «Windmill» (Moulin à Vent) катамаранында турбозалдың прототипін сынады. Катамаранның ең үлкен сәтті сапары Танжерден (Марокко) Нью-Йоркке үлкен экспедициялық кеменің бақылауымен болды.
Ал 1985 жылдың сәуірінде Ла-Рошель портында турбожелкенмен жабдықталған алғашқы толыққанды кеме «Халсион» суға жіберілді. Қазір ол әлі де қозғалыста және бүгін Кусто командасы флотилиясының флагманы (және шын мәнінде жалғыз үлкен кеме). Ондағы турбо желкендер жалғыз қозғаушы күш ретінде қызмет етпейді, бірақ олар екі дизельді қозғалтқыштың әдеттегі қосылуына көмектеседі және
бірнеше бұрандалар (айтпақшы, отын шығынын шамамен үштен біріне азайтуға мүмкіндік береді). Егер ұлы океанограф тірі болғанда, ол тағы да бірнеше ұқсас кемелерді салған болар еді, бірақ оның серіктестерінің ынта-жігері Кусто кеткеннен кейін айтарлықтай төмендеді.
1997 жылы қайтыс болғанға дейін аз уақыт бұрын Кусто турбозалы бар Калипсо II кемесінің жобасында белсенді жұмыс істеді, бірақ оны аяқтауға уақыт болмады. Соңғы мәліметтер бойынша, 2011 жылдың қысында Алкионе Каен портында болып, жаңа экспедицияны күтіп тұрған.
Және тағы да Флеттнер
Бүгінгі таңда Флеттнердің идеясын жандандыруға және роторлы желкендерді кеңінен таратуға әрекет жасалуда. Мысалы, әйгілі Гамбург компаниясы Blohm + Voss роторлы танкерді белсенді әзірлеуді 1973 жылғы мұнай дағдарысынан кейін бастады, бірақ 1986 жылға қарай экономикалық факторлар бұл жобаны тоқтатты. Содан кейін әуесқой дизайнның тұтас сериясы болды.
2007 жылы Фленсбург университетінің студенттері роторлы желкенмен қозғалатын катамаранды (Uni-cat Flensburg) құрастырды.
2010 жылы роторлы желкендері бар тарихтағы үшінші кеме пайда болды - әлемдегі жел генераторларының ең ірі өндірушілерінің бірі Enercon үшін жасалған E-Ship1 ауыр жүк көлігі. 2010 жылы 6 шілдеде кеме алғаш рет суға жіберіліп, Эмденнен Бремерхавенге дейін қысқа сапар жасады. Ал тамыз айында ол тоғыз жел генераторымен Ирландияға алғашқы жұмыс сапарына аттанды. Кеме төрт Flettner роторымен және, әрине, тыныш ауа-райында және қосымша қуат үшін дәстүрлі қозғалтқыш жүйесімен жабдықталған. Дегенмен, роторлы желкендер тек көмекші қозғалтқыш ретінде қызмет етеді: 130 метрлік жүк көлігі үшін олардың күші тиісті жылдамдықты дамыту үшін жеткіліксіз. Қозғалтқыштар тоғыз Mitsubishi қуат блогынан, ал роторлар пайдаланылған газ энергиясын пайдаланатын Siemens бу турбинасы арқылы басқарылады. Роторлы желкендер 16 торап жылдамдығында отынды 30-40% үнемдей алады.
Бірақ Кустоның турбо желкені әлі күнге дейін ұмыт қалды: Alkyone қазіргі уақытта қозғалтқыштың мұндай түрі бар жалғыз толық өлшемді кеме. Неміс кеме жасаушыларының тәжірибесі Магнус эффектісімен жұмыс істейтін желкендер тақырыбын одан әрі дамытудың мағынасы бар ма екенін көрсетеді. Ең бастысы, мұның экономикалық негіздемесін тауып, оның тиімділігін дәлелдеу. Содан кейін, көріп отырсыздар, бүкіл әлемдік кеме қатынасы 150 жылдан астам уақыт бұрын дарынды неміс ғалымы сипаттаған принципке ауысады.
2010 жылы Солтүстік теңізде біртүрлі «E-Ship 1» кемесі көрінді. Оның үстіңгі палубасында төрт биік дөңгелек мұржа бар, бірақ олардан түтін шықпайды. Бұл дәстүрлі желкендерді ауыстырған Флеттнер роторлары.
Жел электр станцияларының әлемдегі ең ірі өндірушісі Enercon 2010 жылы 2 тамызда Кильдегі Линденау верфінде ұзындығы 130 метр, ені 22 метр болатын айналмалы кемені суға түсірді, кейінірек ол E-Ship 1 деп аталды. Содан кейін ол Солтүстік және Жерорта теңіздерінде сәтті сынақтан өтті және қазіргі уақытта олар өндірілетін Германиядан жел генераторларын Еуропаның басқа елдеріне тасымалдауда. Ол 17 түйін (32 км/сағ) жылдамдыққа жетеді, бір уақытта 9 мың тоннадан астам жүк тасымалдайды, оның экипажы 15 адам.
Жанармай шығыны мен шығарындыларды азайту технологияларын жасайтын Сингапурдағы Wind Again кеме жасау компаниясы танкерлер мен жүк кемелеріне арнайы жасалған Flettner роторларын (бүктеу) орнатуды ұсынады. Олар отын шығынын 30–40 пайызға азайтып, 3–5 жылда өзін-өзі ақтайды.
Финляндияның Wartsila теңіз инжинирингтік компаниясы қазірдің өзінде круиздік паромдарға турбо желкендерді орнатуды жоспарлап отыр. Бұл финдік Viking Line паром операторының отын шығыны мен қоршаған ортаның ластануын азайтуға ұмтылуымен байланысты.
Flettner роторларын ләззат қайықтарында қолдануды Фленсбург университеті (Германия) зерттеп жатыр. Мұнай бағасының қымбаттауы мен алаңдатарлық жылыну климаты жел қондырғыларының қайтарылуына қолайлы жағдай туғызатын сияқты.
Джон Марплс, Cloudia әзірлеген яхта - қайта құрастырылған тримаран Searunner 34. Яхта 2008 жылдың ақпанында Форт-Пирс, Флорида, АҚШ-та бірінші сынақтан өтті және оны құруды Discovery телеарнасы қаржыландырды. «Клаудия» өзін керемет маневрлі етіп көрсетті: ол бірнеше секунд ішінде тоқтап, кері бұрылды және желге шамамен 15 ° бұрышпен еркін қозғалды. Дәстүрлі Flettner роторымен салыстырғанда өнімділіктің айтарлықтай жақсаруы тримаранның алдыңғы және артқы роторларында орнатылған қосымша көлденең дискілерге байланысты.
Роторлы желкені бар «Букау» шхунері
Алғаш рет неміс инженерінен роторлы турбо желкендер Антон Флеттнершхунерде сәтті сынақтан өтті «Бұқау» 1924 жылы.
1980 жылдары океанограф Жак-Ив Кусто басқарған француз инженерлері турбозалдың күрделі түрін жасады. Ол Alsion кемесінде сәтті қолданылды.
Техникалық дизайн
Тұжырымдама
Жүйенің тиімділігі, алайда, әлі егжей-тегжейлі салыстырмалы талдауға ұшыраған жоқ. Turbosail жүйесі тек екі кемеде сәтті жұмыс істеді, ал Cousteau тобы - бұл құрылғыда деректердің үлкен көлемі бар әлемдегі жалғыз ұйым. Cousteau Team веб-сайтындағы Halcion-ға арналған бетте Turbosail отынға 35% дейін үнемдеуді қамтамасыз ете алатынын хабарлайды.
Ерте даму (1981-1982): «Мулин а Вент»
Кусто және оның зерттеу тобы өздерінің өнертабыстарын «Моулин а Вент» деп аталатын катамаранда орнатты. fr.- «жел диірмені») және жүйені Танжерден Нью-Йоркке саяхатта сынады. Америка жағалауына жақын жерде кеме жылдамдығы 50 түйіннен асатын желдерге тап болған кезде өту аяқталды. Турбозанды тік ұстап тұрған дәнекерлеу тігістері үзіліп, прототип теңізге құлады.
Прототиптік жүйе қара көк түске боялған бір құбырдан тұрды. Кеменің зерттеу бағдарламасы жүйенің соққысының тиімділігін анықтауға бағытталған. Турбозайл күш пен қуат бергенімен, ол ауыстырған әдеттегі желкендер мен генераторларға қарағанда азырақ болды. Жүйедегі құрылымдық проблемалар құрылымның қисаюына және желкеннің түбінде жарықтардың пайда болуына әкелді (металл шаршауына байланысты). Осының барлығы турбозалдың тиімділігін айтарлықтай төмендетті. Негізгі идея расталғаннан кейін, Кусто және оның командасы прототиппен жұмыс істеуді тоқтатты, толығымен үлкенірек кеме Альсионға назар аударды.
«Альсион»
Кусто алған тәжірибесін жаңа кеме жасау үшін пайдаланды. Кеме жасау инженерлерімен бірге ол күшті және жеңіл алюминий корпусын жасады. Катамаран тәрізді арқалық кемеге тұрақтылық берді, ал толқындарды кесіп өту және толқынды теңіздерде қозғалысты жеңілдету үшін дизайнға бір садақ қосылды. Палубаға екі турбо желкен орнатылды, ал екі дизельді қозғалтқыш супер зарядтағыштарға қуат берді. Кеме ежелгі грек жел құдайы Эолдың қызы Альционенің құрметіне аталған.
Halcyon құрылысы кезінде (1985 жылы басталды) Моулин а Вентпен жұмыс нәтижелері ескерілді. Төменгі арақатынасы бар екі турбо желкенді пайдалану арқылы металл беттеріндегі жүктеме айтарлықтай төмендеді. Екі желкен де энергия өндіруге арналған осьтік турбиналарды қамтыды және жүйе сол уақытта арзандаған компьютерлермен басқарылды. Компьютерлер турбо желкендер мен дизельдік қозғалтқыштардың жұмысын үйлестірді, соңғысын жел толығымен сөнген кезде іске қосып, желдің жылдамдығы жеткілікті болған кезде тоқтатты. Кемені басқаруға небәрі 5 адам жеткілікті болды.
1980 жылдары Кусто Альсионды өз тобының флагманы және зерттеу үшін негізгі қалқымалы базаға айналдырды. Кеме әр түрлі ауа-райында турбозалды қолдану туралы ақпарат жинап, жасаушылардың ниетін толық растай отырып, әлемді айналып шықты.
Экономисттердің есептеулері көрсеткендей, қазіргі уақытта желді қозғалысқа пайдаланатын кемелер – жел кемелері кәдімгі механикалық қозғалтқышы бар кемелермен бәсекеге түсе алмайды. Қазіргі уақытта жүк желінің кемелерін кеңінен қолдануға жарамсыз деп санайтын көптеген себептердің ішінде мен біздің көзқарасымыз бойынша ең маңызды екіге тоқталғым келеді. Екеуі де іргелі сипатқа ие.
Өкінішке орай, олардың біреуіне қатысты адам іс жүзінде дәрменсіз, тіпті уақыт мұнда ештеңені өзгерте алмайды. Бұл себеп объективті түрде жел энергиясы «кен орындарының» нақты кедейлігімен байланысты. Жел барлық жерде, бірақ оның әлеуетті мүмкіндіктері планетамыздың бетіне жағылған сияқты. Тұрақты пассатты жел аймақтары сияқты тұрақты жел аймақтары сирек кездеседі. Желдің күші мен бағыты өзгереді; желкеннің немесе желдің басқа қозғалтқыштарының мүмкіндіктері тәуелді оның орташа жылдамдығы төмен. Тиісінше, жергілікті ауа ағынының кинетикалық энергиясы және жел қондырғыларының жұмыс элементтерінде жүзеге асырылуы мүмкін қысымның төмендеуі шамалы. Көпіршікті тонна атмосфераның (5,5X10 15 тонна) ішінен табиғаттың біздің үлесімізге тек ені кеменің ұзындығынан аспайтын «дәлізге» түсетін үгінділерді беретіні өте өкінішті. биіктігі (шынайы болу үшін) бірнеше ондаған метрден аспайды. Бір сөзбен айтқанда, қазыналы «қазбаның» кен орындары орасан зор, жалпы қоры орасан зор, бірақ біз олардың аз ғана бөлігін пайдалана аламыз.
Табиғатпен анықталған бұл жағдайды өзгертуге сенуге болмайды. Әлбетте, негізгі күш жел электр станцияларының (ЖЭС) тиімділігін арттыруға бағытталу керек. Кеме қозғалысы жағдайында – берілген бағыттағы және күштегі желмен максималды қозғаушы күш алу.
Құрылымы, жұмыс істеу принципі, артықшылықтары мен кемшіліктері бойынша әртүрлі жел қозғалтқыштарының қолданыстағы нұсқалары көп жағдайда аэродинамикалық қанат түріндегі жұмыс органдарына ие. Толық курста кез келген желкен қолайсыз «өте критикалық» режимде жұмыс істейтін қанат болып табылады. Желге өткір бағытта жақсы желкен нағыз қанаттың барлық негізгі артықшылықтарына ие. Спорттық кеме жасауда қатты және жартылай қатты қанатты желкендер бұрыннан қолданылған.
Осындай әртүрлі құрылғылардың тиімділігін бағалау үшін екі қатынасты қолдануға болады: бірі - құрылғы жүзеге асыратын күш пен ағын жылдамдығы арасында, екіншісі - көтеру күші мен кедергінің шамасы арасында.
Бірінші қатынас екі «өлшемсіз» сипаттама түрінде ең ыңғайлы түрде ұсынылған:
мұндағы Y – көтеру күші; X - фронтальды қарсылық; S – сипатты аймақ; C y, C x – сәйкесінше көтеру және тарту коэффициенттері; V - құрылғыға түсетін ағынның жылдамдығы.
Екінші қатынас аэродинамикалық сапа деп аталады
Біздің ойымызша, белгілі бір жел қондырғысының конструкция түріне қарамастан, оның өлшемдерінде қанат элементтері қалай орналасқанына қарамастан, қозғалтқыш блогының тиімділігі, ең жақсы жағдайда, тиісті өлшемдердің кейбір тамаша қанатының тиімділігіне жақындай алады. . Мұндай қанат үшін, тіпті жоғары K кезінде, Cy максималды мәндері 1,0-1,1 ретті мәндерден аспайды. Бұл сандар негізінен қарастырылатын кластағы жел турбиналарының орташа мүмкіндіктерінің жоғарғы шегін анықтайды. Бұл қазіргі жел қондырғыларының бәсекеге қабілеттілігінің болмауының екінші себебі.
Технология мен ғылымда болжам жасау - лайықты міндет, бірақ сонымен бірге өте қиын. Жоғарыда айтылған пессимистік тұжырым қате болып шықса, бұл өте жақсы болады. Дегенмен, талқыланатын мәселенің күрделілігі «шай» қайшыларына көптеген желкендерді қажет ететіндігімен дәлелденеді, тіпті қазіргі жел турбиналарының конструкцияларында желкенді қанаттар өте үлкен биіктікте болады.
Шамасы, бізге жел қондырғыларының жаңа түрлері мен конструкцияларын іздеу керек сияқты. Ықтимал және перспективалы нұсқалардың бірі А.Флетнер роторлары – энергиямен жұмыс істейтін қозғағыштар. Олар палубаға орнатылған және шағын қосалқы қозғалтқышпен басқарылатын тік цилиндрлер. Эксперименттер, содан кейін роторларды пайдалану тәжірибесі көрсеткендей, роторларды айналдыру үшін механикалық энергияның салыстырмалы түрде аз мөлшерін беру көтеру коэффициентін айтарлықтай арттыруы мүмкін, сондықтан оның классикалық прототипімен салыстырғанда жел кемесінің тиімді желкен аймағын айтарлықтай азайтады. .
Ауа ағынымен реттелетін айналмалы цилиндрге көтеру күшінің пайда болуының әсерін (Магнус эффектісі) 1852 жылы баллистиканы зерттеумен айналысқан Берлин физигі Г.Магнус түсіндірді - снарядтар қозғалысының заңдары бүйірлік желдің әсерінен мылтықтың ұңғылы оқпанында айналу алған, олар үшін есептелген баллистикалық қисыққа қарама-қайшы жолмен траекториясын біртүрлі өзгерткен. Бұл құбылыс кейінірек атақты физик Лорд Рэйлидің «Теннис допының ретсіз ұшуы» атты еңбегінде талқыланды. Айналмалы теннис (футбол немесе волейбол) допының ерекшелігі, Магнус әсерінің әсерінен ұшу жылдамдығы мен айналуының белгілі бір арақатынасында шабуылдаушы жақпен реттеліп, ойын алаңына толығымен бір жерде құлап кетуі мүмкін. «жау» үшін күтпеген жағдай.
Айналмалы қозғалтқыштың жұмыс істеу принципін жақсырақ түсіну үшін қозғалмайтын цилиндрдің айналасында ағып жатқан идеалды біртекті ағынның суретін елестетейік, яғни тұтқырлығы жоқ сұйықтық (1-сурет, а). Сұйықтық цилиндрге V 0 жылдамдықпен ағып тұрсын. Сұйық бөлшек А нүктесінен цилиндрдің көлденең қимасына қарай қозғалған сайын оның жылдамдығы артып, В және В 1 нүктелерінде 2В 0-ге тең болады. Белгілі Бернулли заңына сәйкес, цилиндрдің осы нүктелеріндегі ағындағы қысым «шексіздіктегі» қысыммен салыстырғанда сәйкесінше төмендеуі керек (1-сурет, г). Бұл жағдайда қысым xx және yy осьтеріне қатысты симметриялы түрде бөлінеді.
Егер бұрынғыдай айналмайтын цилиндр тұтқырлығы бар нақты сұйықтықтың немесе газдың айналасында ұшатын болса, онда ағынның схемасы өзгереді (сурет 1, б). В-В 1 қимасынан өткен сұйық бөлшектер үйкеліс күштерінің әсерінен баяулайды, ал В және С 1 нүктелерінде цилиндр бетінен бөлшектер қабаты үзіледі, ағынның симметриясы сынған, ал цилиндрдің артқы жағында төмен қысым аймағы - сиректеу пайда болады. Ол X кедергі күшінің пайда болуын тудырады.
Енді нақты, тұтқыр, жалпы қозғалмайтын сұйықтыққа орналастырылған цилиндрге өз осінің айналасында айналу берілгенін елестетіңіз (1-сурет, в). Цилиндрдің беті қозғалысқа цилиндрге жабысатын сияқты оған жақын сұйық бөлшектердің қабатын тартады. Бөлшектердің келесі қабаты қабаттардың бір-біріне қатысты сырғуына байланысты төмен жылдамдықпен айналады - жылдамдық бөлшектердің цилиндр бетінен қашықтығына пропорционалды түрде азаяды. Жеткілікті үлкен қашықтықта сұйықтық қозғалыссыз қалады, яғни V c =0. Осылайша, цилиндр сұйықтықтың айналмалы ағынымен қоршалған болады, оның айналу қарқындылығы циркуляциямен өлшенеді - бөлшектердің жылдамдығы мен олардың айналмалы жолының ұзындығының көбейтіндісі. Цилиндрдің бетінде циркуляция Г=V c ·2πr 0, мұндағы V c – бөлшектердің жылдамдығы; r 0 – цилиндрдің радиусы.
Біркелкі ағынмен орналастырылған айналмалы цилиндрдің айналасындағы ағынды елестету үшін жоғарыда қарастырылған схемалардың екеуін бір-бірінің үстіне қою принципін қолдануға болады (2-сурет, а). Цилиндр бетінің кез келген нүктесінде бөлшектердің жалпы жылдамдығын айналмайтын цилиндр айналасындағы симметриялы ағынға сәйкес жылдамдықтарды және циркуляция басындағы тангенциалды жылдамдықтарды қосу арқылы анықтауға болады. Мысалы, В нүктесінде бірінші жылдамдық 2V0, екінші жылдамдық Vc; жалпы жылдамдығы 2V 0 +V c . В 1 нүктесінде тангенциалды жылдамдық V c ағынның жылдамдығына қарсы бағытталған 2V 0 ; жалпы жылдамдық 2V 0 -V c болады. Жылдамдықтардың (және демек қысымның) нәтижесіндегі айырмашылық нәтижесінде цилиндрді жоғары көтеруге ұмтылатын жоғарғы және төменгі жағында Y көтеру күші пайда болады. Бұл А.Флетнердің айналмалы қозғағышында қолданылатын Магнус эффектісі. Ротордағы көтеру күшінің шамасы ротор бетінің V с нүктелерінің қозғалысының айналу бөлігінің жылдамдығының және құрылғыға соқтығысатын ауа ағынының V 0 жылдамдығының қатынасына байланысты.
Адам желді басқара алмайды, бірақ ол V c мәнін толығымен басқара алады: қозғалтқышты пайдаланып, цилиндрді тезірек және баяу айналдыра аласыз; Тиісінше, көтеру күшінің шамасын басқаруға болады.
Кәдімгі қанаттың айналасында ағын болған жағдайда, нәтижесінде пайда болатын ағынды айналмалы және «құйынды» деп символдық бөлуге рұқсат етіледі. Біріншіден, қанаттың үстіңгі және төменгі беттерінің айналасында ағып жатқан сұйықтық қабаттары оның өткір артқы жиегінен «бастапқы құйынды» түрінде бөлінген кезде циркуляция пайда болады. Болашақта ол сақталады, артқы жиектің айналасында тегіс ағынды қамтамасыз етеді; Тұрақты қанат геометриясы кезінде циркуляциялық ағынның жылдамдығы шабуыл бұрышы a және негізгі ағынның жылдамдығы V 0 арқылы анықталады. Осылайша, қанаттың көтерілу көлемін шабуыл бұрышын өзгерту арқылы басқаруға болады.
Қанат пен айналмалы цилиндрдің артықшылықтарын салыстыруды А.Флетнер тәжірибесінің нәтижелері бойынша жалғастыруға болады, бірақ алдымен бір жағдайды ескеру қажет. Жоғарыда біз бір жазықтықтағы цилиндр мен қанаттың көлденең қимасы айналасындағы ағынды - екі өлшемді сұйықтық ағынын қарастырдық. Шындығында, цилиндрдің де, қанаттың да ұзындығы немесе аралығы шектеулі. Цилиндрдің ұштарында жоғары қысым аймағынан сұйықтық сиректеу жағына ағып, қосымша және қажет емес құйынды ағындар пайда болады. Тиісінше, көтеру күшінің шамасы төмендейді және қосымша «индуктивті» кедергі пайда болады. Цилиндрдің диаметрімен салыстырғанда ұзындығы неғұрлым үлкен болса, соғұрлым соңғы жоғалтулар мен индуктивті реактивтілік төмен болады. Бұл жоғалтуларды цилиндрдің ұштарында аэродинамикалық шайбаларды орнату арқылы азайтуға болады.
Суретте. 3а-суретте аэродинамикалық шайбалармен жабдықталған және жоқ салыстырмалы ұзарту L/D = 4,7 болатын айналмалы цилиндр үшін көтеру коэффициенті С эксперименттік өлшемдерінің нәтижелері берілген. Кемеде орнатылған айналмалы қозғалтқыш қондырғысы үшін төменгі шайба палуба болуы мүмкін; ротордың жоғарғы ұшына диаметрі 1,7D шайбаны бекіту қиын болмайды. Демек, кемеде орнатылған нақты ротор үшін C y =9 көтеру коэффициентіне жету қиын емес деп есептей аламыз. Және бұл ең жетілдірілген қанаттың көтеру коэффициентінен әлдеқайда жоғары және ең жақсы желкенді анықтайтын бірдей коэффициенттен де (10 есе) жоғары!
Графиктен роторға түсетін көтеру күші V c /V 0 =4 дейін өсетіні көрсетілген. Бұл ротордың жылдамдығы тым жоғары болмауы мүмкін дегенді білдіреді. Ротор диаметрі неғұрлым үлкен болса, максималды көтеруге жету үшін қажет айналу жылдамдығы соғұрлым төмен болады. Тағы бір маңызды тұжырым; Айталық, жел жылдамдығының жоспардан тыс артуы орын алса, көтеру коэффициенті автоматты түрде төмендейді. Бұл дауыл кезінде айналмалы кемедегі иілу моменті кәдімгі желкенді қайықтағыдай онша жоғарыламайтынын білдіреді.
Енді ротордың кедергі коэффицентінің C x салыстырмалы жылдамдығының V c /V 0 тәуелділігінің графигіне жүгінейік (3, б-сурет). Қазірдің өзінде V c /V 0 ≥2 кезінде ротордың кедергісі күрт артады, бұл қанатпен салыстырғанда ротордың аэродинамикалық сапасының төмендеуін тудырады.
Қозғалтқыш құрылғы ретінде ротордың аэродинамикалық сипаттамасы полярлы болуы мүмкін - C x мәніне байланысты C y өзгерістерінің графигі және болжамды түрде V c /V 0 қатынасы (4-сурет). Салыстыру үшін суретте. 4 әдетте шхунерлерді орнату үшін пайдаланылатын гаф желкенінің полярлығын көрсетеді.
Қозғалтқыштардың екі түрі үшін де C y / C x қатынасын талдай отырып, қиғаш желкеннің сапасы жоғары екенін байқауға болады, бірақ парус ауданы бірлігіне (есіңізде болсын, ротор үшін бұл диаметр биіктікке көбейтілген) айтарлықтай жоғары. роторда көтеру күшін алуға болады.
Енді роторға әсер ететін күштер кемені қозғалтатын тарту күшіне қалай айналатынын көрейік (5-сурет). Ротор ауа ағынымен қоршалғанын ескеру керек, оның жылдамдығы мен бағыты (v в) желдің жылдамдығы мен бағытынан (v және) ерекшеленеді. Кеме қозғалғандықтан, ауаның қарсы ағыны (v -ге) пайда болады, оны шынайы желмен векторларды қосу ережесіне сәйкес қосу керек.
Көтеру күші Y және ротордағы Х сүйреу қосындысы нәтижесінде пайда болатын аэродинамикалық R күшін береді, оны кемемен байланысты координаталар жүйесінде де қарастыруға болады, екі құрамдас бөлік түрінде – итеру күші T және дрейф D. Кез келген желкенді кеме сияқты, роторлы кеме желге қарсы жүре алмайтыны анық. R күші кеменің тұмсығына бағытталған T құрамдас бөлігін тудыруы маңызды. Ротордың сапасы неғұрлым төмен болса, соғұрлым бағыт бұрышының ең аз мәні φ k (мысалы, K = 1,4 φ k = 35 ° кезінде; K = 3 φ k = 18 ° және т.б. кезінде). Сынақтар айналмалы кемелердің шынайы желге φk = 25-30° бұрышта жүзуге қабілетті екенін көрсетті.
Ротор тіреу жолында максималды тартуды қамтамасыз етеді. Бұл жағдайда D аэродинамикалық реакциясының көлденең құрамдас бөлігі жел жағына бағытталған, яғни иілу сәтіне қарсы әрекет етеді (5, б-суретті қараңыз). Гибеге жақын бағытта ротордың көтеру күші курсқа перпендикуляр бағытталған, яғни ол тек қана кеменің дрейфі мен домалануына ықпал етеді. Тартқыш кедергінің арқасында қамтамасыз етілген, сондықтан роторды айналдыру мағынасы жоқ. Бірақ бұл бағытта итеру оның максималды мүмкін мәнінің аз ғана бөлігін құрайды.
Графикалық түрде, кеменің жүруіне байланысты айналмалы қозғалыс жүйесінің итеру шамасының өзгеруі суретте көрсетілген. 6.
Ротордың айналу бағытын өзгерту арқылы аэродинамикалық R күшінің әсер ету бағытын керісінше дерлік өзгертуге болады. Егер ыдысқа жұп ротор орнатылған болса, онда ол алға, артқа жылжып, орнында дерлік бұрыла алады (Cурет 7).
Суретте. 8-суретте А.Флетнердің «Буккзу» кемесінің роторларындағы қарсылық пен аэродинамикалық күштің есептелген қисықтары көрсетілген. Роторлардың айналу жылдамдығы тұрақты, бірақ ауа ағынының жылдамдығы өзгереді, яғни желдің жоғарылауы имитацияланады. Кәдімгі желкенді қайықта мұндай жағдайда желкендердің бір бөлігі жойылады немесе рифтер алынады. Сіз айналмалы кемеде рифтерді ала алмайсыз, бірақ желдің жылдамдығы артқанда, оны суреттегі графиктен көруге болады. 8, ротордағы иілу күші артпайды. Егер ротор тоқтатылса (V c =0), бұл аэродинамикалық реакция желкендері тартылған кәдімгі желкенді қайықтың шпаты мен такелажының кедергі күшінен әлдеқайда аз болады. Желкен де, (тіпті) қатты желкенді қанат да мұндай қасиеттерге ие емес.
Тәжірибе көрсеткендей, роторды оңтайлы жиілікте айналдыру үшін тұтынылатын қуат, шын мәнінде, ыдысты жылжыту үшін айналмалы қозғалыс блогы жүзеге асыратын қуаттың пайызы болып табылады.
А, Флетнер кемелері туралы мәліметтер кестеде келтірілген. Қысқа уақыт ішінде бастамашыл өнертапқыш (немесе тапқыр кәсіпкер) бес қалқымалы қондырғыны жасап, сынақтан өткізді.
Біріншісі қалың қағаздан желімделген ротормен жабдықталған Данциг роторының үш футтық үлгісі болды. Оны айналдыру үшін серіппелі сағат механизмі бейімделген. Бұл экспериментте Флетнер ешқандай өлшемдер жасамады, ол тек өзі күмәнданбаған және оның қарсыластары сенуден бас тартқан нәрселерді тексерді: ротор кеменің қозғаушы құрылғысы бола ала ма?
Жаңалық ашқан Г.Магнустың өзінен бастап, оны іс жүзінде пайдасыз деп санайтын көптеген қарсыластар болды. Сол кезде дәстүрлі желкенді тиімдірек ауыстыруды іздеген А.Флетнер қатты қанатты желкендердің уәдесіне шын жүректен сенді. Ол қалқымалы баркентинді түрлендіру жобасын әзірлей алды және кеме жасау зауытымен және механикаландырылған қанатпен тәжірибелер басталған аэродинамикалық зертханамен келісімге келді. Дәл осы уақытта өнертапқыштың айналмалы ыдыс жасау мүмкіндігі туралы идеясы пайда болуы керек еді! Өнертапқыш соңғы нәтижеге сенімді болуды қажет етті. Ең алғашқы кішкентай модель оған осындай сенімділік әкелді.
Зертханалық тәжірибелер жүргізілді. Флетнер А.Бетц, И.Аккерет және Л.Прандтль сияқты атақты ғалымдардың кеңестері мен қолдауына ие болды. Бұл жұмыстың нәтижесі бұрынғы «Буккау» желкенді кемесінің айналмалы нұсқасын қайта жабдықтау және сынақтан өткізу болды (9-сурет). Бұл теңізге шыққан алғашқы роторлы кеме. «Буккау» қатты желге оңай төтеп берді және қиғаш желкендері бар желкенді кемелер сияқты желге өткір жүзді. Роторлы кеме де керемет маневрлік көрсетті. Данцигтен (Гданьск) Шотландияның Гренжмут портына алғашқы жүк рейсінде ауа райы өте қиын болды. Газеттер жазғандай, мұндай ауа-райында және желде бірде-бір желкенді кеме Грейджмут орналасқан Форт-Фертке кіре алмады. Бір жылдан кейін атын «Баден-Баден» деп өзгерткен роторлы кеме Атлант мұхитын кесіп өткенде, кеменің Нью-Йорк портындағы ең дерлік жағалау қабырғасына өз бетінше жеткені теңізшілерге қатты әсер етті.
Табысқа шабыттанған өнертапқыш жүк тасымалының реформаторы болатынына сенімді болды. Бірақ бұл оған жеткіліксіз болды: А.Флетнер екі яхтаны роторлармен жабдықтады. Бұл тәжірибенің нәтижелері де үмітті болды. Он бір метрлік яхта (10-сурет) тамаша жүзді; жеңіл желдерде желкендермен жабдықталған прототиптерге қарағанда жылдамдығы жағынан біршама төмен болды, ал күшті желде ол оларды басып озды. Цилиндрді айналдыру үшін қажетті қуат 1-2 литр болды. бірге; теңіз сынақтары кезінде максималды жылдамдық, автордың айтуынша, 12-13 түйін болды.
А.Флетнердің соңғы роторлы кемесі және осы уақытқа дейін теңізді жыртқан соңғы роторлы кемесі «Барбара» - айналмалы қозғалыс үшін арнайы жасалған бірінші кеме. Биіктігі 29,9 м және диаметрі 7,04 м болатын бір роторды орнату керек еді, бірақ ол кезде өнеркәсіп қажетті өлшемдегі шарикті мойынтіректерді шығара алмады, сондықтан Барбарада үш ротор пайда болды. Олардың өлшемдері Буккауда сенімді жұмыс істейтіндерге қарағанда сәл үлкенірек болды.
Қазіргі уақытта роторлы кемелер жасалмаған және жүзбейді. 20-жылдары пайда болған олар бірден жоғалып кетті. Айналмалы қозғалтқыштардың артықшылықтары мен кемшіліктерін қорытындылауға мүмкіндік беретін тәжірибе ғана қалады.
Ротор желкенді (1,0-1,1) салыстырғанда жоғары көтеру коэффициентіне (2,5-10,0) ие.
Қозғалтқыш қондырғысына қызмет көрсету оңай (Буккау барквентінің 10 желкені немесе көпірден басқарылатын екі ротор, қайсысы оңай?).
Ротор жұмыс режиміне бірнеше минут ішінде жетеді, ал желкендерді орнату және тарту өте ұзақ уақытты алады. Айналмалы кеменің экипажы аулалар мен мачталардағы ауыр және қауіпті жұмыстардан босатылады. Айналмалы көліктің маневрлік қабілеті жақсы. Жел қатты соққанда, ротордағы аэродинамикалық күштер желкендерге қарағанда әлдеқайда аз дәрежеде артады, сондықтан айналмалы кеме үлкен тізім немесе аударылу қаупіне азырақ сезімтал болады. Ақырында, роторды негізгі блок ретінде де, қосалқы қозғалтқыш ретінде де пайдалануға болады: ол жылдамдықты бірнеше түйінге арттырады немесе отынды үнемдейді.
Артықшылықтардың тізімі әсерлі, бірақ неге бүгінде мұхит жолдарында айналмалы кемелер жоқ? Мүмкін, ротордың артықшылығы ғана емес, сонымен қатар кемшіліктері де бар. Біз оларды қысқаша ғана атап өттік, өйткені бұл бастысы емес.
Роторлы көліктер адамның технологиялық прогрестің ләззаттарына мас болған кезеңінде пайда болды. Көмір, одан кейін мұнай – оларға не қарсы тұра алады? Пароходтың түтіні адам құдіретінің символы болып көрінді. Ал жылдамдық, жылдамдық, жылдамдық...
Ал мұнай болмаса, көмір емес, жылдамдық емес пе? Содан кейін - проблемалар, проблемалар және - мүлдем жаңа кемелер. Мүмкін, айналмалы көліктерге ұқсас шығар?
Редактордан
«Ротор тағы да?» мақаласының авторлары бізге Антон Флетнердің ұмытылған айналмалы кемелерінің еңбегін нанымды түрде көрсетті. Және олар ғылым мен техниканың соңғы жетістіктерін ескере отырып жетілдірілген айналмалы кемелер белгілі бір жағдайларда жоғары тиімділік пен үнемді болып шығатынын дәлелдеді.Желкенді қарудың барлық классикалық түрлерінен олардың басты артықшылығы - басқарудың қарапайымдылығы екені анық. Тіпті 20-шы жылдары толық механикаландыруға қол жеткізілді, бұл замандастарды таң қалдырды - аулаларда бригада жоқ, түймелерді басқан бір күзетші! Дәстүрлі желкенді қондырғылармен салыстырғанда құрылыс құнын екі есе азайту; дизайнның жоғары сенімділігі, салыстырмалы қарапайымдылығы және ұзақ мерзімділігі; вентиляторларға қарағанда кішірек бекіту бұрышы - ротордың бұл даусыз артықшылықтары жарты ғасыр бұрынғы тәжірибеге жүгінуді негіздейді.
Айтылғандарды тек теоретиктердің жорамал қорытындысы деп ойламаңыз. Міне, Барбара капитанының пікірі; «Роторлар - бұл перспективалы шешім, әсіресе ұзақ сапарлардағы үлкен кемелер үшін». Осы уақытқа дейін қалған ерекше конструкциялы жалғыз айналмалы кемені басқарған компанияның тең иесі Б.Рихтер: «Роторлар орташа жылдамдықты 2-3 түйінге арттыруға көмектеседі», - деді және оларды кемелерде пайдалануға кеңес берді. мұхитаралық саяхаттар.
Қазіргі уақытта жел электр станцияларының барлық түрлеріне деген қызығушылықтың артуы инженерлер мен капитандарды А.Флетнердің өнертабысын еске түсіруге мәжбүр етті. Бүгін біз роторлар туралы, ең алдымен, қолданыстағы жүк кемелерінде жанармай үнемдеуді қамтамасыз ететін көмекші қозғаушы құрал ретінде айтып отырмыз.
Мысалы, көптеген түпнұсқа желкенді кемелердің әйгілі ағылшын дизайнері Колин Мудидің ұсынысы белгілі. Оның идеясы орнатылған электр қозғалтқыштары бар модульдік роторлы қондырғылардың өндірісін іске қосу. Мұндай қондырғылардың қажетті санын палубаға орнату, кеменің электр станциясынан қуат беру және роторларды басқаруды пилоттық корпустағы басқару пультіне жеткізу қиын болмайды.
Тағы бір ағылшын докторы Дж. Велликум 150 метрлік заманауи кемеге роторларды орнатуды ұсынды, оның негізгі қозғалтқышының қуаты 9 түйін жылдамдығын қамтамасыз ететін мәнге дейін төмендеді. Есептеулер бойынша қолайлы жел жағдайында мұндай кеменің жылдамдығы (қолда бар қуаттың 50% диаметрі 12,5 м және тік сызықтан биіктігі 75 м екі роторды айналдыру үшін алынған кезде) 23 түйін болады. .
Тағы бір ағылшын, Стивен Барон, 1977 жылы ұзындығы 226 болатын сериялық жүк тасушыға (сусымалы жүктерге арналған кеме) биіктігі 53 м және диаметрі 12,5 м болатын үш роторды орнату идеясын егжей-тегжейлі әзірледі. м және жүк көтергіштігі 63 800 тонна баллондарды жеңіл қорытпадан пісіру ұсынылды Жетекші қозғалтқыштар үшін электр қуаты шамамен 750 ат күші бар дизельдік генератормен қамтамасыз етіледі. бірге. Шығанақ желінде және 8,5 м/с желде жүзу кезінде негізгі қозғалтқыштары өшірілген кеменің күтілетін жылдамдығы 16 түйінді құрайды. Роторлар жалпы жұмыс уақытының 30% ғана жұмыс істесе де, отын шығынын азайту есебінен жыл сайынғы үнемдеу кемінде 400 мың долларды құрайды. (Соңғы бес жылдағы бағаның өсуі бұл көрсеткішті айтарлықтай арттырды!) Ақырында, сол автордың екі толық суға батқан сигар тәрізді 75 метрлік корпусы және екі роторы орнатылған жер үсті платформасы бар катамаран зерттеу кемесінің жобасы бар.
Біздің Теңіз флоты Орталық ғылыми-зерттеу институтында жүк көтергіштігі 27 000 тонна болатын сериялық танкерге 34,5 метрлік үш роторды орнату нұсқасы бойынша бағалау зерттеулері жүргізілді (ҰКК жұмыс жинағын қараңыз «Желкенді кемелерді зерттеу, жобалау және құрастыру», Николаев, 1982) негізгі қозғалтқыштың жұмысымен бір уақытта роторларды пайдалану электр қуатын тұтыну, демек, отын шығыны болған кезде әдеттегі жылдамдықты (15,2 түйін) сақтауды қамтамасыз ететінін көрсетті. 15-35%-ға төмендеді.
Дегенмен, мұның бәрі, көріп отырғанымыздай, азды-көпті әзірленген жобалық ұсыныстар. Қалай болғанда да, «Барбарадан» кейін еш жерде айналмалы кемелердің құрылысы туралы ақпарат жоқ. Және бұл кездейсоқ емес екені анық.
Ротордың қарсыластарының негізгі дәлелі - желге қарсы өткір бағытта жүзу кезінде де, толық бағытпен жүзу кезінде де - тік тіректен жебеге дейін (бұл желді пайдалану кезінде жел кемесінің тиімділігін айтарлықтай төмендетеді) тұрақты желкенді желкенді кемелердің классикалық жолдары). Сонымен қатар, артқы желмен жүзу кезінде механикаландыруға келмейтін тікелей қарулар тиімдірек болатыны бұрыннан белгілі. Бірқатар ғылыми орталықтардың дәл осындай еліктіретін идеяны ұсынғаны таңқаларлық емес: ротор мен тікелей желкеннің артықшылықтарын біріктіру.
Г.Алчуджан мен Е.Фоминаның хабарлауынша, АҚШ теңіз саудасы әкімшілігі жүргізген жел қозғалтқышын пайдалану бойынша зерттеулердің екінші кезеңі Флетнер роторлары мен классикалық кескіштер мен вентиляторлардың қаруларының комбинациясын талдауды қамтиды. Американдық зерттеушілер бұл «жоғары зарядталған жүктерді тасымалдау кезінде де жеткілікті экономикалық тиімділікті қамтамасыз ете алады» деп санайды.
Оқырман білетін шығар (мысалы, 1982 жылғы 18 қазандағы «Правда» газетін қараңыз) біздің елімізде де осындай жұмыстар жүргізілуде. Әскери-теңіз күштері министрлігінің Орталық конструкторлық бюросы ескі ротор идеясының қайта жандануы туралы айтуға мүмкіндік беретін аэродинамикалық қозғалтқыш кешенін (АДК) құрды, бірақ мүлдем жаңа - модернизацияланған түрде: механикаландырылған жұмсақ түзумен үйлесімде. жүзу. Біздің флоттың нақты сериялық кемелеріне ұқсас модульдік АЦҚ орнату нұсқалары пысықталды, АЦҚ жұмыс сызбалары жасалуда.
Бұл туралы редакцияның сұрауы бойынша АДК авторларының бірі Георгий Михайлович Кудреватый әңгімелейді. Журналдың келесі санында ADC құрылғысы туралы мақала жариялау және оны ығыстырғыш қайықтарға орнату нұсқасын қарастыру жоспарлануда.
Ескертпелер
1. Ротор үшін сипаттамалық аудан S оның меридиандық қимасының ауданы, диаметрі O және L биіктігінің көбейтіндісіне тең.2. Бұл туралы Ю.Крючков пен И.Перестюктің «Кеме жасау» баспасынан шыққан «Мұхиттар қанаты» кітабында сипатталған.
3. Әділдік үшін, бір-екі жыл бұрын Ленинград маңындағы Кавголовское көлінде демалушылардың көбі өздігінен жүретін айналмалы кемені көргенін айта кеткен жөн. Бұл педаль жетегімен айналатын роторы бар кәдімгі байдарка болды (дөңгелектегі екі диск және олардың арасындағы пленка). Желдің жартысында байдарка өте сенімді қозғалды, бірақ бұрылу және басқа бағытта жүру үшін ескекпен жүруге тура келді. Өнертапқыш-байдаркашы редакцияға келіп, егер сынақтар сәтті аяқталса, оның айналмалы жүйесін егжей-тегжейлі сипаттауға уәде берді,
4. Қараңыз: «Шетелде кеме жасау», № 1, 1982 ж.
Мен журнал оқырмандарына қозғалысы Магнус эффектісі арқылы жүзеге асырылған катамаран туралы айтқым келеді. Магнус эффектісі - ауа айналатын денені айналып өткенде ағынның бағытына перпендикуляр күш пайда болады. Цилиндр айналғанда, мысалы, оның қабырғаларына жақын ауа қабаттары да шеңбер бойымен қозғала бастайды, соның салдарынан айналмалы дененің бір жағында цилиндрді айналып өтетін ағынның жылдамдығы артады, ал екінші жағында ол төмендейді. Нәтижесінде цилиндр бетінің жанында жоғары және төмен қысым аймақтары пайда болады, бұл кемелерді жылжыту үшін қолдануға болатын күштің пайда болуына әкеледі. Бұл теннис пен футболда кесілген доптардың ұшу бағытын өзгертетін бірдей күш.
Ауа ағынын жоғарыдан төмен қысымды аймаққа дейін азайту үшін цилиндрдің ұштарында үлкенірек диаметрлі дискілер орнатылады.
Тәжірибе көрсеткендей, Магнус эффектісі цилиндрдің айналу бетінің сызықтық жылдамдығы жел жылдамдығынан шамамен төрт есе көп болған жағдайда максималды түрде көрінеді. Бұл жағдайда ротордың күші ауданға тең желкенді итеруден он есе артық.
Жиырмасыншы жылдары екі үлкен сыйымдылықтағы кемелер ұқсас роторлармен жабдықталған. Ока тіпті трансатлантикалық саяхаттар жасады, бірақ кейінірек салынбады, бұл негізінен қатты желде кеменің аударылуына әкелуі мүмкін массивтік металл роторларының үлкендігінен.
…Бірде мен Красноярск су қоймасында демалып отырып, достарым Н.Бескровный мен В.Бриннің көмегімен жиналмалы жұмсақ роторы бар катамаран құрастырдым. Бізде бар болғаны үш апта болды, сондықтан біз қозғалтқышты қажет етпейтін тиімділігі төмен Savonius роторын жасауға тура келді.
Савониус роторы радиус ұзындығы бойынша бір-біріне қатысты ығысқан екі жартылай цилиндрлік беттерден тұрады.
Желдің әсерінен ротор айналады, ал оның сызықтық жылдамдығы жел жылдамдығынан 1,7 аспайды. Осыған байланысты Савониус роторына Магнус әсері мәжбүрлі айналдырылған роторларға қарағанда 2 - 3 есе әлсіз.
Ротор (суретті қараңыз) екі жақтаудан тұрады - Ø 10 мм штангадан дәнекерленген дискілер мен жартылай цилиндрлер. Жартылай цилиндрлердің жақтауын құрайтын шыбықтар бір-бірімен тығыз матадан жасалған панельдер арқылы біріктірілген. Екі дискінің жақтауының ұштары арқанмен байланған. Жоғарғы және төменгі жағында қалыптасқан алтыбұрыштар кенеппен жабылған. Ротор осі сонымен қатар желкенді бүктеуге мүмкіндік беретін арқан ретінде қызмет етеді.
Панельдердің әрқайсысына екі мата жолағы тігіледі, оның астынан ені 6 см және ұзындығы 80 см болатын резеңке медициналық таңғыштар өткізіледі; олардың ұштары өзектерге байланған. Панельдерге Ø 4 мм болат өзекшеден жасалған қатайтатын жақтау бекітілген.
Ротордың керілуін қамтамасыз ететін икемді ось және арқандар тірек мойынтіректеріне қосылған монтаждық кронштейндерге байланған. Біз әдеттегі шарикті мойынтіректерді қолдандық; олар өздерін толығымен ақтады - ротор желдің шамалы демінде айналды.
1, 2 - жарты жақтаудың үстіңгі жағы, 3 - ротор дискінің жақтауы, 4 - ротор панелі, 5 - диск панелі, 6 - арқан роторының осі, 7 - мата жолақтары, 8 - жұмсақ жақтау (медициналық резеңке таңғыш), 9 - қатты жартылай жақтау, 10 - арқан жігіт сызықтары, 11 - U-тәрізді діңгек тірегі, 12 - катамаран көлденең арқалық, 13 - төменгі кернеу кабелі, 14 - арқалық кронштейн, 15 - кернеу кабелінің тұтқасы, 16 - ротордың аспасы, 17 - аспа кронштейн, 18 - мойынтірек корпусы , 19 - подшипник, 20 - аспалы ілмек, 21 - блок. Руль дөңгелегі көрсетілмеген.
Катамаранның қалтқылары - кенеп қаптамалары. Олардың әрқайсысында резеңкеленген матадан жасалған үш цилиндр бар (шар камераларын да қолдануға болады). Біз қалтқыларды дрейфтен жасалған жақтауға байлап қойдық (Красноярск су қоймасының жағасында ол көп).Катамаран корпусының құрылысы егжей-тегжейлі қарастырылмаған, өйткені «Қайықтар мен яхталар» альманахында бірнеше рет айтылған. Біздікінен жақсы дизайндағы үрлемелі катамарандар туралы.
Ротор келесідей орнатылады. Алдымен ол резеңке таңғыштармен байланады және U-тәрізді тірек блоктары арқылы өткен арқанның көмегімен жоғары көтеріледі. Содан кейін ол катамаран сәулесінде бекітілген сақинадан өткізілген арқанмен қолмен тартылады. Арқанның соңғы 15 - 20 см-ін рычагпен тартып алу керек.
Біз катамаранды 10 күн бойы өте жеңіл желде сынап көрдік. Ұзындығы 30 см жіп 30-40° ауытқыса желді күшті деп санадық.
Осындай желмен катамаран дрейфке түсіп, желге қатысты 100-110°-тан өткір бұрышта жүзе алмады. Тапсырманы өзгерту үшін роторды айналдыру керек болды, бұл бізге 5-6 минутты алды.
Жылдамдықты өлшеу жүргізілмеді, бірақ келесі жазда дәл сол катамаран әдеттегі 6 м2 желкенмен шамамен ротормен бірдей жүзді, бірақ желкенмен ол жақсы маневр жасады.
Біз катамаранды нақты көшірменің мысалы ретінде ұсынбаймыз, өйткені дизайнның бірқатар компоненттері сәтсіз болып шықты. Мысалы, соңғы дискілердің шеттері өзектерден немесе пластикалық түтіктерден жасалған болуы керек. Біздің тәжірибеміз әуесқойлардың кемені өте ерекше және біздің ойымызша, серпіліс жасаудың перспективалы әдісімен құру мүмкіндігін ғана куәландырады.
Айналмалы кемелерге қызығушылық танытатын оқырмандар, әрине, жақсы дизайнды жасай алады. Бізге жеңіл іштен жанатын қозғалтқышпен айналатын жиналмалы цилиндрі бар катамаран жасау қызықты болып көрінеді. Цилиндр үрленетін шар түрінде жасалуы мүмкін немесе біз жасаған ротор сияқты созылатын дизайнға ие болуы мүмкін.
Әуесқойлар сынаған конструкциялар халық шаруашылығында қолданысын табатын шығар.
Біздің ойымызша, жүк жебелерін пайдаланып орнатылған электр қозғалтқыштары бар үрлемелі немесе созылатын роторларды жүк кемелерінде қосалқы қозғалтқыш ретінде пайдалануға болады.
Әскери-теңіз ғылымдарының кандидаты В.ДИГАЛО, профессор, контр-адмирал. Автордың салған суреттері.
Ресейлік төрт діңгекті «Крузенштерн» баркесі бүгінгі күнге дейін сақталған «Р ұшатын сызығының» жалғыз өкілі. 1926 жылы Германияда салынған және әлі күнге дейін Ресей әскери-теңіз күштері офицерлерінің жаңа буындарын дайындауға көмектесетін оқу-жаттығу кемесі ретінде қызмет етеді.
Желкенді кемелер арасындағы чемпион - бес мачтты алып Преуссен.
Ең жылдам желкенді кеме, шай қайшы «Cutty Sark».
ауру. 1. Магнус эффектісі.
Алғашқы айналмалы кеме «Бұқау».
Желкенді қанатты жел қозғалтқышы бар кеме.
«Дина-Шиф» жүк кемесі.
«Шин Эйтоку Мару» танкері.
Айналмалы типтегі тік ауа турбиналары бар ыдыс.
Желкенді қашан ойлап тапқан деген сұраққа жауап беру мүмкін емес, атақты палеолит дәуіріндегі «Венералардың» – Еуразия құрлығының әр жерінен археологтар тапқан қарабайыр әйел мүсіндерінің авторын атау мүмкін емес. Мүмкін екеуі де – желкен мен «Венера» бір мезгілде, ескі тас дәуірінде пайда болған шығар? Бұл туралы тек болжауға болады. Біз сенімді түрде айта алатын жалғыз нәрсе, желкен 6000 жыл бұрын болған - мысырлықтар Ніл бойымен жүзу кезінде түзу желкенді пайдаланған.
Желкеннің дамуы адамзаттың дамуымен қатар жүріп, 19 ғасырдың ортасында әйгілі «жел қысқыштар» - шай қайшылар пайда болған кезде шарықтау шегіне жетті, ал 20 ғасырдың басында - кем емес. Гамбургтік «Laesh» фирмасының «Flyins P» («Flying P») типті әйгілі кемелері. Оның бес мачты «Preussen» кемесі 20 ғасырдың басында әлемдегі ең үлкен желкенді кеме болып саналды: регистрлік сыйымдылығы - 5081 тонна, су тасымалы - 11 000 тонна 45 желкенді ауданымен рекорд (Олардың бес діңгегіндегі 30-ы түзу болды). Бу қозғалтқышы басқаратын алғашқы темір кемелердің рөлі қаншалықты үлкен болғанымен, бұл 19 ғасырды ағаш желкенді жүк кемелерінің гүлденген кезеңі деп атауға болады. Дизайнерлер желкенді кемелердің сапасын жақсарту бойынша жұмысын жалғастырды, олардың жылдамдығын арттыруға ұмтылды, бұл сауда компанияларының бәсекелестігінің күшеюінің негізгі факторларының біріне айналды. Кеме жасау жарысында екі ел – АҚШ пен Англия көш бастады.
Америкалықтар бірінші болып өте жеңіл, жіңішке және жылдам кемелерді - қайшы машиналарды жасады. Бірақ британдықтар артта қалмады және көп ұзамай ағылшын және американдық желкенді кемелер арасындағы нағыз жарыстар басталды.
Кемелердің орташа ығысуы 1000-2000 тонна болды, бірақ олардың кейбіреулері 3500-4000 тоннаға дейін ығысуға ие болды, олардың ұзындығы енінен алты есе көп болды. Содан кейін кеме жасаудың белгілі принципі пайда болды - «ұзындығы жүгіру». Кеменің бұл түрін жасау арқылы кеме жасаушылар нағыз керемет жасады. Кесетін машинаның корпусы композитті болды: киль және жақтаулары темір, корпусы ағаш болды, балдырлардың ластануын болдырмас үшін су асты бөлігінде мыс қаңылтырлармен жабылған. Осының арқасында кеме құрылымының жеңілдігі оның беріктігін төмендетпей қамтамасыз етілді.
Экипаж құрамын 23-28 адамға дейін қысқарту және олардың теңізде осы желкенді қайықтарда жұмысын жеңілдету үшін 19 ғасырдың ортасындағы технологиялық жетістіктер пайдаланылды: бұрандалы руль жетектері, беріліс жетекі бар қол лебедкалары, маховикті сорғылар және басқа механизмдер. «Теңіз көбіктерінде» бәрі ең жоғары жылдамдыққа жетуге бағынды. Ұзын әрі жіңішке, корпусы жыланбалықтың денесіндей тегіс, қайшы кемелердің толқындарды пышақпен кесіп өтетін әдемі қисық, өткір сабақтары болды. «Аспан тіреген» діңгектері мен өте ұзын садақтары соншалықты көп желкенді алып жүрді, енді одан асып кету мүмкін болмады. Атақты шай қайшылар ең жылдам деп саналды: олардың жылдамдығы 20 түйінге (37 км/сағ) жетті. Секундына он метрден астам - мың тонналық, өткір мұрынды кеме осылайша толқыннан толқынға ұшып кетті (дұрыс, ұшты!). Жыл сайын сауда компаниялары Қытайдан бірінші болып жаңа шай әкелетін кемеге арнайы бонус берді - осылайша аталды. Бұрынғы ғасырлардағы желкенді қондырғылардың түрлерімен салыстырғанда, осы уақытқа дейін әдеттегі үш немесе ерекше жағдайларда төрт деңгейлі түзу желкендердің орнына, әр діңгегінде жеті түзу желкенге дейін толығымен бекітілген қайшы тасымалданатын. Ағылшын матростарының арасында олардың есімдері (төменнен бастап) былай естілді: төменгі желкен (алдынғы желкен немесе негізгі желкен), төменгі желкен, үстіңгі желкен, үстіңгі желкен, жоғарғы желкен, «корольдік» желкен, «аспан» желкені, «ай» желкені ( немесе «аспан қырғыш»). Бүйірлерде көрсетілген негізгі желкендерден басқа, артқы желдер кезінде жұқа дөңгелек «ағаштарға» қосымша түлкі желкендері, аулаларды бойлай созылған лизельдер, діңгектер арасына тірек желкендері орнатылды. Барлық желкендердің жалпы ауданы 3300 м2 немесе одан да көп болды. Клиппер қолайлы желмен толық желкенмен жүзіп келе жатқанда, мұхит бетіне ақ бұлт ұшып бара жатқандай көрінді. Өзінің сымбаттылығы, жеңілдетілген пішіні, желкендердің көптігі мен жылдамдығы үшін қайшы басқа атау алды - «жел қысқыштар»).
Шай жарыстары жылдамдықтағы нағыз бәсекеге айналды. Мысалы, 1866 жылы Фучжоудан (Қытайдан) бір уақытта дерлік бес қайшы шай жүкпен шықты. Бұл жылдамдық жарысы жарты әлем бойынша ең қызықты теңіз саяхаттарының бірі болды. Бес өршіл капитанның әрқайсысы алдымен Лондонға келуді армандады. Жарыста бәрі қауіп төнді. Желкенді кемелердің бірі «Ариэль» Атлант мұхитындағы қатты дауыл кезінде үлкен тізіммен бірнеше сағат қатарынан жүзді. Қатты толқындар қайшы палубасынан өтіп кетті. Бірақ кем дегенде бір желкенді алып тастаудың орнына, экипаж люктерді және барлық басқа тесіктерді кенеппен мықтап бекітті. Теңізшілер суға ағып кетпес үшін жұмыс орындарында өздерін арнайы арқандармен байлап алған. Элементтермен күрес жарты күнге жуық жалғасты. Кеме жеңіспен шықты. 6 қыркүйекте 99 күннен аз уақыт өткізген «Ариэль» Англияға келді... 1869 жылы Суэц каналы ашылғаннан кейін «шай» желісінде желкенді кемелердің ұшуы тиімсіз болды. «Ариэль» Англиядан Жапония мен Австралияға көмір тасымалдап, біртүрлі жұмыстар атқарды.
Дегенмен, қысқа уақыт ішінде кескіш кемелер сәнге қайта оралды. Австралия Еуропа мен Америкаға қажет жүнді көп өндіре бастады. Көмірді қосымша тиемей-ақ осындай ұзақ қашықтыққа жүзе алатын пароходтар жеткіліксіз болғандықтан, желкенді кемелердің қызметіне жүгінуге тура келді. 1885 жылдың қазан айында Австралияның Сидней портынан Англияға алты қайшы аттанды, олардың арасында әдемі сызықтары, үлкен желкенді сыйымдылығы және теңізге жарамдылығы үшін «Теңіз патшайымы» атанған Cutty Sark болды. Саяхаттың алпыс жетінші күні Cutty Sark Лондонға бәрінен бұрын келді. Бұл желкенді кемелер үшін бұрын-соңды болмаған рекорд болды. Және желкенді ғана емес, сонымен қатар пар. Қайтар жолда қайшы сол кездегі ең жылдам жолаушылар кемесі Британияны басып озды. Олардың айтуынша, вахта бастығы капитанды оятып:
Мырза! Көпірге шығыңыз, ерекше бірдеңе болып жатыр - желкенді қайық бізді басып озады!
Капитан жымиып, орнынан қозғалмады.
Неге бару керек? Ақыр соңында, бұл Cutty Sark, және онымен бәсекелесу пайдасыз!
Қайшы кемелердің жасы 1924 жылы аяқталды, соңғы сұлулардың бірі Хасперус жойылды. Тек Cutty Sark 1949 жылға дейін жүзді.
Дегенмен, әскери және көліктік желкенді флоттың аяқталуымен желкен аяқталмады. Спорттық кемелер мен қайықтардың қозғаушы құрылғысы ретінде желкен ұзақ уақыт бойы теңізшілерді тәрбиелеуде үлкен рөл атқарады және ойнай береді.
Қарқынды технологиялық прогресс кейде табиғатқа орны толмас зиян келтіретін күрделі экологиялық проблемалардың пайда болуымен қатар жүрді. Мұнай танкерлеріндегі апаттар мен теңіз кеніштеріндегі орасан өрттер мұны растайды. Жаңа идеялар мен шешімдер әлемнің теңіз флотының экологиялық таза болуына көмектесуі керек. Ал желкен жаңалықты көтере алады.
Адамзаттың бақытына орай, басқалар байқамағанды көре алатын, сарқылмас ізденімпаздығы бар адамдар әрқашан болады - бұл барлық өнертапқыштардың ажырамас қасиеті.
Мұндай адам неміс инженері Антон Флеттнер (1885-1961) болды. Бірде желкенді қайықпен жүзіп келе жатып, 40-50 м биіктікте желкендері бар дауылда жұмыс істейтін матростардың күш-жігерін бақылап отырып, ол ойлады: сол жел күшін пайдаланып, классикалық желкенді бір нәрсемен ауыстыруға бола ма? Рефлексия Флеттнерді 1852 жылы сұйық немесе айналасында ағып жатқан газ ағынында айналатын денеге әсер ететін көлденең күштің ағын жылдамдығы қай бағытта бағытталғанын дәлелдеген өзінің отандасы физик Генрих Густав Магнусты (1802-1870) есіне түсіруге мәжбүр етті. және денелерді айналдыру сәйкес келеді.
Магнус мұндай әсердің бар екенін кейінірек таразылармен тәжірибеде растады. Олардың бір тостағанына көлденеңінен қозғалтқышы бар цилиндр, ал екіншісіне теңестіруші салмақтар қойылды. Цилиндр ауамен үрленді, бірақ қозғалтқыш қосылғанша ол қозғалыссыз қалды және таразылардың тепе-теңдігі бұзылмады. Дегенмен, қозғалтқышты іске қосып, сол арқылы цилиндрді айналдыру керек болды, өйткені ол орналасқан тостаған айналу бағытына байланысты көтерілді немесе құлады. Осы тәжірибе арқылы ғалым мынаны анықтады: егер ауа ағыны айналмалы цилиндрге ағып кетсе, онда цилиндрдің бір жағында ағын мен айналу жылдамдықтары қосылады, ал екінші жағынан олар алынып тасталады. Ал жоғары жылдамдықтар төменгі қысымдарға сәйкес болғандықтан, ауа ағынында орналасқан айналмалы цилиндрде ағынға перпендикуляр қозғаушы күш пайда болады. Цилиндр жылдамырақ немесе баяу бұрылса, оны көбейтуге немесе азайтуға болады. Магнустың тәжірибелері Флеттнерге кемедегі желкенді айналмалы цилиндрге ауыстыру идеясын берді. Бірақ күмән бірден пайда болды. Шынында да, үлкен кемеде мұндай роторлар биіктігі 20-25 м үлкен мұнараларға ұқсайды, олар дауыл кезінде кемеге үлкен қауіп төндіреді. Бұл сұрақтарға жауап беру керек болды және Флеттнер өз зерттеулерін бастады.
1923 жылдың маусым айының соңғы күндерінде ол Берлин маңындағы Ванси көлінде модельмен алғашқы тәжірибелерін жүргізді. Бұл диаметрі шамамен 15 см және биіктігі шамамен 1 м болатын қағаз цилиндрі бар ұзындығы бір метрден аз қайық болды. Тәжірибелер сәтті өтті, бірақ көптеген сұрақтар қалды, соның ішінде айналу кезінде роторда пайда болатын күштер туралы.
Барлық кейінгі зерттеулер мен тиісті өлшемдер зертханада жүргізілді. Олардың нәтижелері төмендегідей болды.
Айналмалы ротордың беті желге ұшыраса, соңғысының жылдамдығы өзгереді. Жер беті желге қарай жылжитын жерде оның жылдамдығы төмендеп, қысым артады. Ротордың қарама-қарсы жағында ауа ағынының жылдамдығы, керісінше, артады, ал қысым төмендейді. Алынған қысым айырмашылығы ыдысты жылжыту үшін қолдануға болатын қозғаушы күш тудырады.
Бірақ Флеттнердің зерттеуіндегі ең таңқаларлық нәрсе басқа нәрсе болды. Алынған қозғаушы күш қозғалмайтын роторға желдің қысымынан бірнеше есе артық екені белгілі болды. Есептеулер көрсеткендей, пайдаланылған жел энергиясы роторды айналдыруға жұмсалған энергиядан шамамен 50 есе көп және оның айналу жиілігі мен жел жылдамдығына байланысты. Тағы бір маңызды жағдай да белгілі болды - жел сызығына жақын ауыспалы бағыттармен (тапсырмалармен) айналмалы кемені желге қарсы жүзу мүмкіндігі. Басқаша айтқанда, мұндай кеме үшін кәдімгі желкенді кемелер пайдаланатын жүзудің табиғи заңдары күшінде қалды. Бірақ сонымен бірге оның болашағы керемет бағаланды, өйткені ротордың ауданы айналмалы кемемен салыстырылатын кәдімгі желкенді қайықтың желкендерінің ауданына қатысты 0,1-0,15 пайызды құрады. , ал оның (ротордың) массасы желкенді қарулардың жалпы массасынан шамамен 5 есе аз болды.
Әрине, цилиндрдің айналуынан алынған күш-жігердің бір бөлігі дрейф жасауға (қозғалыстағы кеменің курс сызығынан ығысуы), ал екінші бөлігі кемені алға жылжытуға жұмсалады.
Жел туннельінде соғу мынаны көрсетті: егер сіз цилиндрдің жоғарғы бөлігін диаметрі цилиндрдің диаметрінен үлкенірек дискімен (жалпақ пластина түрінде) жапсаңыз, бұл қозғаушы күш 2 есеге жуық артуы мүмкін. . Сонымен қатар, жел жылдамдығы мен ротордың айналу бұрыштық жылдамдығы арасындағы қажетті қатынастарды табу маңызды болды. Айналу әсерінен болатын күштің шамасы осыған байланысты; Сондықтан роторлар алдымен жел туннельінде, содан кейін модельдік кемеде сынақтан өтті. Эксперимент тәжірибелік кеме үшін олардың оңтайлы өлшемдерін анықтауға мүмкіндік берді, содан кейін әдеттен тыс қозғалтқыш қондырғысына «Флеттнер роторы» атауы берілді.
Оны сынау үшін 1924 жылы 13,1 м биіктіктегі және диаметрі 1,5 м болатын екі цилиндрлі ротордың орнына сынау үшін бірінші тәжірибелік кеме ретінде 980 тонна жүк көтергіш «Букау» шхунері қолданылды. Оған орнатылған кернеуі 220 В болатын екі тұрақты ток электр қозғалтқышымен электр қуаты 33 кВт (45 а.к.) шағын дизельдік генератормен өндірілді.
Сынақтар Балтықта басталып, сәтті аяқталды. 1925 жылдың ақпанында кеме Англияға бет алған «еркін Данциг қаласынан» шықты. Солтүстік теңізде Букау күшті теңіздермен күресуге мәжбүр болды, бірақ шхунер дұрыс қайта балластингке байланысты қарапайым кемелерге қарағанда аз тербелді. Ауыр роторлар кеменің тұрақтылығына теріс әсер етеді немесе олардың бетіндегі жел қысымы үлкен мәндерге жете алмады; Сонымен бірге ауа-райының қолайсыздығы соншалық, Бұқаумен бірдей ығысқан көптеген кемелер жақын маңдағы порттарды паналады. Ағылшын газеттері: «Бірде-бір желкенді кеме айналмалы шхуна жасаған саяхатты аяқтай алмады», - деп жазды.
Куксхавенге қайтар жол да дауылмен бірге жүрді. Бұл жолы «Бұқау» су жолының бойымен көмір тиеп, ол басқа желкенді кемелерден артықшылығын тағы бір рет көрсетті. Толқындар палубаны айналып өтіп, құтқару қайығын талқандады, бірақ роторлардың өздері ешқандай зақым алған жоқ. Кейіннен шхунер Баден-Баден деп аталды және ол тағы бір қиын саяхат жасады: Бискай шығанағындағы қатты дауылдан кейін ол Атлант мұхитын кесіп өтіп, Нью-Йоркке аман-есен жетті.
Айналмалы қозғалыс жүйесі жоғары бағаға ие болды. Кәдімгі желкендерге қарағанда техникалық қызмет көрсету оңай болды және жұмыс режиміне тез кірді, сондықтан олар сынақты жалғастыруды шешті. 1924 жылы «Везер» акционерлік қоғамының (Германия) кеме жасау зауытында айналмалы қозғалтқышпен жүзу үшін арнайы жасалған бірінші кеме салынды. Ол «Барбара» деп аталды және жемістерді Оңтүстік Америка порттарынан Германияға тасымалдауға арналған. Ұзындығы 85, ені 15,2 және ағыны 5,4 м болатын кеменің жүк көтергіштігі шамамен 3000 тонна болды, бастапқы жоба бойынша ол биіктігі 90 м болатын бір алып ротормен жабдықталуы керек еді. және диаметрі 13,1 м, бірақ содан кейін «Букау» шхунасының тәжірибесін ескере отырып, үлкен ротор үшеуімен ауыстырылды - биіктігі 17 м және диаметрі 4 м Олар қабырғалары бар алюминий қорытпаларынан жасалған қалыңдығы миллиметрден сәл артық. Әрбір ротор үшін қуаты 26 кВт (35 а.к.), 150 айн/мин жететін бір қозғалтқыш болды. Қолайлы бағытта 5 жел (8-11 м/с) күшімен (бағыт бұрышы 105-110 градус) айналмалы қозғалтқыштардың күші 780 кВт (1060 а.к.) қозғалтқыштың жұмысына тең болды. ). Сонымен қатар, винтті басқаратын 750 кВт (1020 а.к.) бір білікті дизельдік қондырғы ротордың күшін толықтырып, кемеге 10 түйін (18,5 км/сағ) жылдамдықпен жүзуге мүмкіндік берді.
Негізінен желкенді кемелер болғандықтан, айналмалы кемелер оларға қарағанда үлкен артықшылықтарға ие болды. Енді желкендерді тазалау және орнату үшін палубада экипажды шақырудың қажеті болмады; тек бір офицер (көпірде) бірнеше тұтқаларды пайдаланып роторлардың қозғалысын басқарды. Жақын жерден (желге қарсы) бұл кемелер 30 градусқа дейін жүзді, ал қарапайым желкенді қайықтарда желдің бағыты мен қозғалыс бағыты арасындағы бұрыш кемінде 40-50 градус болады. Жүру жылдамдығы роторлардың айналу жылдамдығымен реттелді, ал маневр олардың айналу бағытын өзгерту арқылы реттелді. Роторлы кемелер тіпті кері бұрыла алады.
Дегенмен, айналмалы қозғалтқыштардың конструкциясының күрделілігі, ең бастысы, олармен жабдықталған кемелердің желге толық тәуелділігі барлық кемшіліктері бар желкенді кемелер болып қала беруі олардың кең таралуына әкелмеді. .
Дегенмен, дизайнерлер жел энергиясын пайдалану идеясына қайта-қайта оралды. ХХ ғасырдың 60-шы жылдарының ортасында көптеген теңіз елдерінде желді қозғау мәселесімен, яғни жел қозғалтқыштары мен жел қозғалтқыштарының көмегімен кеменің қозғалысымен айналысатын арнайы конструкторлық бюролар құрылды. Бірінші жағдайда жел энергиясын түрлендіруге айналдыру тізбек бойымен жүреді: жел қозғалтқышы - трансмиссия (механикалық немесе электрлік) - винт. Конструкциясы бойынша жел турбиналары көлденең айналу осімен (1-, 2-, 3- немесе көп қалақшалы турбина) және тік осімен ерекшеленеді, мысалы, барабан түріндегі турбина; айналу жылдамдығы бойынша – жоғары жылдамдықты, жоғары айналу жылдамдығына ие (айналу жиілігі бойынша электр генераторларымен жақсы үйлеседі) және төмен жылдамдықты, тікелей пропеллерге үлкен айналдыру моментін жасайды. Жел қозғалтқышын пайдалану кезінде кеме желдің бағытына қатысты бағытты таңдауда шектелмейді, дегенмен жел қозғалтқышы энергияны қайталап түрлендіруге байланысты төмен өнімділікке ие. Жел қозғалтқышы желдің жылдамдығы 3-4-тен 12-14 м/с-қа дейін тиімді, ал кеме артқы желдерге қарағанда, қарсы желде жақсы қозғалады; желдің жылдамдығы 15-20 м/с болғанда оны тоқтату керек, себебі оның жойылу қаупі бар.
Әртүрлі конструкциядағы эксперименталды жел турбиналары яхталарда сәтті сынақтан өтті. Дегенмен, үлкен көлік кемелерінде олар тіпті электр генераторларының жетектері ретінде пайдаланылмайды, дегенмен бұл бағытта эксперименттер жалғасуда.
Екінші жағдайда, кемені тартатын тарту күші жел турбинасында тікелей пайда болады, бірақ желге қарсы тікелей жүзу және осы бағытқа жақын бағыт бұрыштарының белгілі бір диапазонында жүзу мүмкін емес; мұндай кемелердің жылдамдығы жел жылдамдығына байланысты және салыстырмалы түрде төмен - 7-10 торап (13-18,5 км/сағ). Жел қозғағыштарының негізгі түрлеріне бізге бұрыннан белгілі Флеттнер роторы, әлі де жетілдіріліп жатқан қанатты желкен мен классикалық желкен және жаңа материалдарды жасау арқылы жатады. Әжімге төзімді лавсан және ыстыққа төзімді нитрон, беріктігі мен жеңілдігі жоғарылауымен сипатталатын пластмассадан және синтетикалық талшықтардан жасалған материалдар пайда болды. Олар желкенді қозғалтқышы бар заманауи кемелер үшін қолданылады.
Жел турбиналарының алғашқы толық ауқымды зерттеулері 1960-1967 жылдары Гамбург кеме жасау институтында жүргізілді, онда салмағы 17 000 тонна жүк кемесінің жобасы әзірленді, оның ішінде үрлеуден кейінгі ауыр жұмыстардың нәтижелері Жел туннельіндегі 50 модель және тәжірибелік бассейнде сынақтан өткізу 1982 жылы ұзақ уақыт бойы әлемде теңдесі болмаған «Дина-Шиф» кемесін жасауға мүмкіндік берді. Бұл 16500 тонна жүкті көтере алатын желкенді қайық: ұзындығы - 160,5 м, ені - 21 м, бүйірлік биіктігі - 9,1 м саңылаусыз профильді аулаларға созылған және тұтастай алғанда ауданы 1200 м2 болатын бір тиімді (биік және тар) алып желкенді құрады (барлық желкендердің жалпы ауданы 7200 м2-ге жетті). 30 желкеннің кез келгенін көтеретін немесе тартып алатын электр қозғалтқыштарын компьютер орнатылған диспетчерлік бөлмеден вахта офицері басқарады. Желкендерден басқа, Din-Schiff үш 330 кВт (448 а.к.) дизельді қозғалтқыштармен жабдықталған. Кеме орташа жылдамдықты 12 торапты, ал қолайлы желмен - 16-ға дейін дамытты.
Dyna-Schiff жобасын одан әрі жетілдіруді Германияның Аренсбург қаласынан келген Фридрих Вайсс зерттеу қоғамы жалғастырды. Ол парустардың автоматты түрде тартылуы бар керемет желкенді жүк кемесін жасады, олардың әрқайсысы профильді аулада орналасқан білікке оралған. Сусымалы жүк тасығыштың ұзындығы 65 м; бортына 1000 тонна жүкті қабылдай алады. Үш бұрылатын діңгектердің әрқайсысында бес түзу желкен бар; Сонымен қатар, тыныш ауа-райында кемеде қуаты 350 кВт (476 а.к.) қосалқы дизельді қозғалтқыш орнатылды. Тек желкенді қозғалысты пайдалана отырып, мұндай кемелер 12-14 торапқа, ал күшті артқы желмен - 20 (37 км/сағ) дейін жетуі мүмкін. Бұл заманауи контейнерлік кеменің жылдамдығына сәйкес келеді.
«Дина-Шиф» және Аренсбургтен келген сусымалы жүк тасымалдаушы қазіргі теңіз жолдарында жалғыз емес - 1990 жылдың маусымынан бастап олар Гамбургте «Радуга-Урриор» атты Гринпис ұйымының флагманымен бірге жүрді. Дина-Шифф». Жел күші 5 болғанда, кеме 12 түйіннен (22 км/сағ) жоғары жылдамдықты дамытады.
Жоғарыда аталған кемелердің жақсы өнімділігін ескере отырып, жүк көтергіштігі 900-ден 2000 тоннаға дейін жететін құрғақ жүкті желкенді кемелер жобалануда, алайда неміс ғалымдары олардың тұрақты еместігіне байланысты Еуропа үшін тиімді болуы екіталай деп есептейді оның жағаларына жақын жел соғады және кәдімгі құрғақ жүк кемелері мен контейнерлік кемелерді қосымша желкенді техникамен жабдықтауды ұсынады, бұл отынды 10-25 пайызға үнемдеуге мүмкіндік береді.
Табиғи мұнай қоры шектеулі немесе мүлдем жоқ елдерде жел қондырғылары мен жел қондырғыларын дамытуға ерекше мән беріледі. Осылайша, Жапонияда тек 1980-1986 жылдар аралығында механикалық қозғалтқыштан басқа жел қозғалтқышы бар 10 кеме пайдалануға берілді. Олардың типтік өкілі 1980 жылы шілдеде Imamura Shipbuilding суға түсірген су сыйымдылығы 1600 тонна жағалаудағы Шин Эйтоку Мару танкері болып табылады. Оның негізгі өлшемдері: ұзындығы - 66, ені - 10,6, тартылуы - 4,4 м, әрқайсысының ауданы 97 м 2 және қуаты 1177 кВт (1600 а.к.) қозғалтқышпен жабдықталған. Танкердің орташа жылдамдығы 12 торап (22 км/сағ). Оның жылына жүзуге жұмсайтын уақыты жалпы уақыттың 15 пайызын құрайды.
«Механикалық қозғалтқыш плюс жел қозғалтқышы» схемасын қолданатын кемелерді жасаудағы ең жоғары жетістік жапондық «Усики Пионер» кемесі болды. Су ығыстыруы 26 мың тонна, оның ұзындығы 162,4, арқалығы 25,2 және тартпасы 10,6 м, қуаты 2427 кВт (3300 а.к.) екі негізгі қозғалтқышы және әрқайсысы 320 м 2 желкені бар. Желкенді және қозғалтқыштардың бірін біріктіріп пайдалану арқылы кеме орташа 13,5 торап (25 км/сағ) жылдамдықпен жүзе алады. Жел қозғалтқышы компьютерлік командалар арқылы басқарылады.
Жапондық инженерлер 17 мың тонна жүк пен 250 жолаушыны тасымалдауға қабілетті желкенді қайықтың жобасын да әзірледі. Желкендерді орнату және тазалауға байланысты барлық жұмыстар толықтай механикаландырылатын болады. Бұл бір адамға компьютердің көмегімен 20 секундта алты діңгекке орнатылған 1500 м 2 желкендерді өңдеуге мүмкіндік береді. Кеменің максималды жылдамдығы шамамен 20 түйін (37 км/сағ). Ол шамалы желді «ұстауға» қабілетті. Толық тыныштық жағдайында қозғалтқыштарды орнату қарастырылған.
Желкенді жүзу нұсқаларының көп мақсатты және өте қымбат сынақтарын 1985 жылы поляк ғалымдары мен дизайнерлері жүргізді. Су сыйымдылығы 550 тонна болатын 50 метрлік «Океания» тәжірибелік кемесінде жалпы ауданы 700 м 2 түзу желкенді берік және жеңіл қорытпадан жасалған үш діңгек орнатылды. Олар гидравликалық жетектердің көмегімен және ауыр синтетикалық материалдан жасалған арнайы беріліспен - Кевлар арқылы орнатылды және жойылды. Жел күшейген кезде желкендердің ауданы кішірейді, ал жел 25 м/с-тан асқанда олар мачтаның айналасында қораптар түрінде бүктелді.
Бұл тәжірибе Гданьск кеме жасау зауытының кеме жасаушыларына 1986 жылы желкенді қондырғысы Океанияда орнатылған кемеге ұқсас дерлік Gwark круиздік кемесін жасауға мүмкіндік берді. «Гварек» туристер бюросының меншігі болып қалқымалы демалыс үйі болды, оның жолаушылары 100 екі орынды жайлы кабинаға орналастырылды. Кеменің барлық басқаруы компьютер мен гидравликалық жүйелердің көмегімен көпірден жүзеге асырылады.
Жаңа желкендер заманауи бекіту мен тазалауды қажет етті. Бірнеше діңгек конструкциялары әзірленді және әрқайсысының өзіндік «ерекшелері» бар. Осылайша, кейбір мачталар айналмалы платформаларға орнатылады, ал желкендер аулалардан ұзартылып, олардың ішіне киноэкран сияқты тартылады. Ал Щециндік поляк өнертапқышы А.Боровский 1977 жылы ауыр синтетикалық материалдан жасалған жұқа сыртқы қабықпен біріне қосылған көптеген металл түтіктерден тұратын мачтаға патент алған. Бұл дизайн әдеттегіден жеңіл және күші жағынан одан кем түспейді.
Спорттық кемелер үшін желкендердің жаңа түрлері де әзірленді. Атап айтқанда, жаңа қозғаушы құрылғы - желкенді қанат - қолданбасын тапты. Ол конструкциясы бойынша планердің немесе ұшақтың қанатына ұқсас, бірақ симметриялы көлденең қима профиліне ие, қатты желкен түрінде жасалған. Ол жоғары жылдамдықты дамытатын мұзды қайықтар мен желкенді катамарандарға орнатылады, оларда шабуылдың төмен бұрыштарында жұмыс істейді. Одан да тиімдірек қанат желкені, оның шабуыл бұрышына және кеменің немесе қайықтың жабысуына байланысты өзгеретін дөңес-ойыс профилі бар. Мысалы, Paient Lady U (АҚШ) катамаранында қолданылған дизайнда желкенді қанат желге белгілі бір бұрыштарда компьютер арқылы автоматты түрде орнатылатын алты бөліктен тұрады. Ол фанерден, шыны талшықтан, көбіктен және синтетикалық матадан жасалған, оның салмағы 28 м 2 алаңы бар болғаны 46 кг.
Жел қозғалтқыштары мен қозғалтқыштарымен айналысатын дизайнерлер кемелердің жылдамдығын 20 түйінге дейін арттыруға, яғни шай қайшыларының жылдамдығына жетуге мүмкіндік беретін жобаларға көбірек тартылады. Желкенді кемелер флотын заманауи негізде, әуе кемелері мен гидрофоильді қозғалыс принципін қолдана отырып, жандандыруға талпыныс жасалуда.
Жел қондырғыларының жаңа түрлерін жасауда да оң өзгерістер бар. Осылайша, неміс инженерлері екі тік осьте алты полиэфирлі ұшақтар бір-біріне 60 градус бұрышпен бұрылған «карусель типті» қозғалтқышты ұсынды. Мұндай ауа турбиналарына әсер ететін жел олардың айналуын тудырады - осылайша оның кинетикалық энергиясын кеме винтінің білігінің айналуының механикалық энергиясына түрлендіреді.
Бүгінгі таңда жел қондырғылары мен жел турбиналарының әртүрлі жобалары жүзеге асырылуда және даму сатысында. Таңдау үшін көп нәрсе бар, бірақ мамандар ең қолайлы нұсқа - негізгі механикалық қозғалтқышқа қосымша ретінде теңіз және өзен кемелеріне жел қозғалтқышын орнату деген қорытындыға келді. Бұл отынның 25-30 пайызын үнемдеуге мүмкіндік береді және кемелерді 16 тораптың жеткілікті қолайлы жылдамдығымен қамтамасыз етеді, сонымен қатар қуатты электр станциясының орнына салыстырмалы түрде шағын пайдалануға мүмкіндік береді. Және тағы бір міндетті шарт: желкенді қозғалтқыштың барлық жаңа түрлерін пайдалану компьютерлерді кеңінен енгізуді талап етеді. Тек жоғары жылдамдықты есептеу техникасы ғана кеменің қозғалысына әсер ететін барлық параметрлерді ескере алады және сол арқылы оның навигациясы қауіпсіздігін арттырады.
Иллюстрацияларға арналған жазулар
ауру. 1. Суреттен көрініп тұрғандай, айналмалы цилиндрге ауа ағынының бағытына көлденең күш әсер ете бастайды. Осылайша, айналмалы кеме үшін ең қолайлы бағыт желдің тікелей бортқа соққаны анық. Ал қозғалыс бағыты тек ротордың сағат тілімен немесе сағат тіліне қарсы айналуына байланысты.
ауру. 2. Жақын жел бұл бұрыш 66°-тан жоғары болса толық, ал одан аз болса тік жел деп аталады. Алға жылжу жел қысымының (а) желкенді қайық бағытымен сәйкес келетін құрамдас бөлігімен қамтамасыз етіледі, ал бүйірлік құрамдас бөлігінің (b) әрекеті кеме кильімен бейтараптандырылады.