Турбопарус своими руками
Добавил пользователь Morpheus Обновлено: 13.09.2024
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
«Первопроходцев толкает любопытство,
Энергия была и остается главной составляющей жизни человека. Сегодня люди используют в своей жизни различные источники энергии. В основном энергию, используемую в быту и промышленности, добывают на поверхности Земли или в ее недрах. Ископаемые виды топлива представляют собой невозобновляемые источники энергии. Их запасы восстановить невозможно. При современных темпах потребления запасы нефти и газа будут исчерпаны уже в ближайшие годы. Сжигание этих видов топлива наносит вред экологии. Поэтому многие страны переходят к использованию возобновляемых источников энергии – солнца, ветра, воды. Развитие применения альтернативных источников энергии необходимо для экономии топливно-энергетических ресурсов и снижения негативного влияния на окружающую среду. (рис.1)
Нас заинтересовала тема двигателей, которые работают на альтернативных источниках энергии. Во втором классе предметом нашего исследования были паровые двигатели. Мы сконструировали лодочку с простейшим паровым двигателем, которая быстро передвигалась по воде. В третьем классе мы создали модель двигателя Стирлинга, который работал от разницы температур. Работать над этими темами было интересно и увлекательно, и мы продолжили знакомство с материалами по данному направлению.
В ходе изучения литературы наше внимание привлекла статья о ветродвигателях, которые работают благодаря эффекту Магнуса. [4] Сегодня ветроэнергетика активно развивается, и одной из ее задач является разработка ветродвигателя, который может эффективно работать при низких значениях скорости ветра. Широко используемые в настоящее время в мире лопастные ветрогенераторы неустойчиво и неэффективно работают при малых скоростях ветра. Поэтому интересны ветроустановки, использующие эффект Магнуса, основные преимущества которых проявляются при низких, но наиболее часто повторяющихся скоростях ветра 2–6 м/с.
Идея использования этого эффекта в качестве вспомогательного двигателя морского судна пришла прославленному исследователю и учёному Жаку-Иву Кусто. Он и его помощники создали судно с турбопарусами, работающими от силы ветра.
Целью нашей работы стало создание действующей модели двигателя, работающего на основе эффекта Магнуса.
Для достижения цели, были поставлены следующие задачи:
познакомиться с эффектом Магнуса;
узнать, где он применяется и эффективно используется в жизни;
узнать историю возникновения турбопарусов;
продемонстрировать эффект Магнуса;
создать модель ветродвигателя;
Объект исследования: эффект Магнуса.
Предмет исследования: принцип и условия работы турбопаруса.
Для подтверждения гипотезы будут использованы следующие методы:
поиск и анализ информации;
демонстрация работы двигателя.
При написании данной работы были использованы научная, научно-популярная и учебно-методическая литература, статьи в периодических изданиях, видеоматериалы из Интернет-ресурсов.
Глава 1. Теоретическая часть
1.1 Эффект Магнуса
Не каждый человек слышал о том, что такое эффект Магнуса. Но зато каждый наблюдал за спортивной игрой с мячом. Крученые мячи доставляют бурю эмоций у игроков и болельщиков. Игроки заметили, что если придать вращение мячу при ударе, то его траектория заметно отличается от обычного прямого удара. (рис.2)
Отклонение вращающихся тел от траектории свободного падения заметили во времена, когда при стрельбе использовали пушечные ядра. Артиллеристы обратили внимание на неправильную траекторию полета снаряда и ещё в 1742 году предположили, что эти отклонения могут быть связаны с вращением ядра. [1]
Эффект Магнуса – физическое явление, возникающее, когда поток жидкости или газа обтекает вращающееся тело. При вращении летящего тела вокруг него начинают циркулировать близлежащие слои воздуха, возникает разница давлений, что создает дополнительную силу. В результате тело меняет направление движения.[7]
Физики-любители из Австралии для проведения эксперимента выбрали дамбу высотой 126,5 метра и обычный баскетбольный мяч. Сначала мяч был просто сброшен вниз. Он летел параллельно дамбе и приземлился в той же точке. Второй раз мяч сбросили, немного прокрутив вокруг своей оси. Подкрученный мяч пролетел по необычной траектории, наглядно продемонстрировав эффект Магнуса.
Изучив литературу по теме, мы узнали, что эффект Магнуса был замечен давно, но впервые его описал немецкий физик Густав Магнус. Это физическое явление возникает тогда, когда на вращающееся тело направлен поток воздуха, при этом возникает разница давлений, что и меняет траекторию полета тела.
1.2. Применение эффекта Магнуса в жизни
Эффект проявляется на телах вращения и находит свое применение: в конструировании воздушных змеев, в ветроэнергетических установках, в спортивных играх с мячом, в судостроении, в баллистике.
Существует самостоятельный подкласс воздушных змеев, принцип полета которых основывается на эффекте Магнуса. Этот змей чем-то напоминает вертушку. В полёте корпус змея вращается вокруг своей оси. При этом крылья-лопасти преобразуют напор ветра в подъемную силу. [ 8]
Сегодня предпринимаются попытки сделать роторные паруса массовыми. (рис.5) Опыт покажет, имеет ли смысл и дальше развивать тему парусов, работающих на эффекте Магнуса. Главное - найти этому экономическое обоснование и доказать эффективность. А там, возможно, и все мировое судоходство перейдет на принцип, который талантливый немецкий ученый описал более 150 лет назад.
Прочитав литературу по данной теме, мы выяснили, что эффект Магнуса часто используется в разных областях нашей жизни и перспективен в дальнейших разработках.
1.3. Роторное судно Флеттнера
Германский авиационный инженер и изобретатель Антон Флеттнер (1885–1961) вошел в историю мореплавания как человек, пытавшийся заменить паруса. (рис.6) Во время плавания у молодого инженера родилась мысль заменить паруса более простым, но эффективным устройством. Понимая преимущества использования энергии ветра, он хотел необычным путем избавиться от недостатков, присущих парусным судам. Раздумывая над этим, он вспомнил опыты, проводимые Генрихом Магнусом. [1]
Флеттнер сразу подумал, что паруса можно заменить установленными на корабле вращающимися цилиндрами. К реализации замысла он приступил в 1923 году на одном озере недалеко от Берлина. Он установил на метровую испытательную шлюпку бумажный цилиндр-ротор высотой около метра и диаметром 15 см, а для его вращения приспособил часовой механизм. И шлюпка поплыла. Инженеру удалось заинтересовать своим изобретением состоятельных меценатов. И 6 октября 1924 года в бухте появилось необычное судно с двумя огромными трубами на носу и на корме. (рис.6)
Ротор Флеттнера показал себя прекрасно. В отличие от обычного парусного судна, роторный корабль практически не боялся непогоды и сильных боковых ветров. Во время плавания не требовалось вызывать на палубу членов команды, чтобы они меняли паруса в зависимости от силы или направления ветра. Хватило одного вахтенного штурмана, который, не выходя из рубки, мог управлять деятельностью роторов. Раньше команда трехмачтовой шхуны состояла как минимум из 20 матросов, в роторный корабль хватало 10 человек.[1]
Это открывало перед Флеттнером огромные перспективы. Помимо всего прочего, площадь ротора и его масса были в несколько раз меньше, чем площадь парусного вооружения. Ротором было намного проще управлять, да и в производстве он был достаточно дешев. Испытания проводили и в штиль, и в шторм, и с намеренной перегрузкой — и никаких серьезных недостатков выявлено не было. Но в конце 1920-х грянул экономический кризис. Компания, содержащая ротор разорилась, проводить испытания прекратили и о роторных парусах надолго забыли.
Изучив историю первых роторных судов, мы выяснили, что их испытания были достаточно успешны, такие судна имели ряд преимуществ, но не получили развития и надолго были забыты.
1.4. Корабль под турбопарусами
Роторами Флеттнера снова заинтересовались в 80-х годах ХХ в., когда ученые начали предлагать различные меры по смягчению потепления климата, снижению загрязнения, более рациональному расходованию топлива. Одним из первых о них вспомнил исследователь глубин француз Жак-Ив Кусто (1910–1997). (рис.7)
В начале 1980-х он задумался над созданием судна с современным двигателем, мощность которого обеспечивал бы ветер – чистый, бесплатный, возобновляемый источник энергии. И взгляд команды исследователей обратился в прошлое - к изобретению немецкого инженера Антона Флеттнера, эффективность которого была проверена и доказана на практике. Кусто и группа инженеров решили возродить проект двигателя. [4]
Чем же отличается турбопарус Кусто от роторного паруса Флеттнера?
В ходе работы над темой мы собрали информацию о корабле, оборудованном турбопарусами, рассмотрели ряд его преимуществ и поняли, по какому принципу работают такие паруса. Это поможет в дальнейшем создать нам свою модель ветродвигателя.
Глава 2. Исследовательская часть
Эксперименты, демонстрирующие эффект Магнуса
Достаточно изучив теорию, мы проделали несколько экспериментов, демонстрирующих эффект Магнуса.
Эксперимент 1
Эффект Магнуса можно легко показать с помощью опыта со скатыванием цилиндра по наклонной плоскости.[3] Как известно, траектория движения материальной точки после отрыва от наклонной поверхности - парабола. Можно представить себе лыжника, который прыгает с трамплина. Он движется по такой траектории. А вращающийся бумажный цилиндр, скатываясь с наклонной доски, отклоняется при падении от обычной траектории и движется по более крутой линии, уходящей под наклонную плоскость. Встречный поток воздуха создает разность давлений и смещает цилиндр в сторону низкого давления. Опытным путем мы пронаблюдали это отклонение. (рис.8)
Можно сделать вывод, что вращаясь, тело приобретает иную траекторию полета из-за воздействия на него вихревых потоков воздуха.
Эксперимент 2
Во втором эксперименте мы повторили опыт со сбрасыванием мяча с дамбы. Был выбран девятый этаж многоэтажного дома. Высота составила около 27 метров. Первый раз мы сбросили мяч прямо без подкручивания, во второй бросок - слегка подкрутили. Высота была небольшая, но хорошо видно, что мяч, брошенный прямо без подкручивания, приземляется под тем местом, откуда его скинули. Подкрученный мяч полетел по другой траектории.(рис.9)
Проведенный эксперимент доказывает, что вокруг вращающегося тела возникает дополнительная сила, способная изменить его полет.
Эксперимент 3
Для третьего эксперимента из двух пластиковых стаканчиков был сделан летательный аппарат.[3] Два пластиковых стаканчика, приставленных друг к другу дном, прикрепили при помощи изоленты. Соединили несколько канцелярских резинок между собой. Обмотали ими стаканчики в центре, хорошо растянув резинки. Резинка будет работать, как катапульта и придаст стаканчикам вращательное движение. В первой части эксперимента стаканчики кидают вниз без вращения. Под воздействием силы тяжести они падают вниз прямо и приземляются ровно под тем местом, откуда их скинули.
Во второй части эксперимента при помощи резинок стаканчикам придают вращательное движение, при этом начинает действовать эффект Магнуса. Стаканчики начинают планировать.(рис.10)
Проведя эксперименты, мы убедились в том, что если телам придать вращение, на них начинают действовать дополнительные силы, которые меняют траекторию движения тела.
2.2. Создание модели ветродвигателя
В качестве экспериментальных исследований была сделана модель роторного судна Флеттнера. Из металлического конструктора собрали основу, которая представляет собой тележку с двигающимися колесами. На нее установили электродвигатель и закрепили его. (рис.11) Из плотного картона был сделан цилиндрический ротор и установлен в вертикальном положении на тележку. Ротор приводится во вращение электромотором, работающим от батарейки напряжением 9 вольт. На корпусе также расположен переключатель, задающий направление вращению цилиндра либо по часовой стрелке, либо против часовой стрелки. (рис.12)
В первой части эксперимента мы привели ротор в движение переключателем на корпусе. Цилиндр вращался, но тележка стояла на месте без движения.
Эксперимент показал, что если в поток воздуха поместить вращающийся цилиндр, ось которого перпендикулярна направлению воздушного потока, то цилиндр начинает увлекать за собой воздух. Скорость обтекания цилиндра потоком в направлении вращения становится больше, чем в отсутствие вращения, а давление меньше. С другой стороны цилиндра, где скорость вращения направлена в противоположную направлению скорости потока, скорость обтекания становится меньше, а давление – больше. Появляется разность давлений и сила, действующая на цилиндр в направлении, перпендикулярном потоку. [3] Начинает действовать сила Магнуса, и тележка приходит в движение.
Проанализировав данные, полученные в ходе эксперимента, можно сделать выводы: турбопарус работает благодаря эффекту Магнуса; для движения модели турбопаруса необходимы два условия: вращающийся цилиндр и направленный на него поток воздуха.
Заключение
Работая над данной темой, мы узнали о физическом явлении - эффекте Магнуса, где он применяется в нашей жизни. В спорте в играх с мячом, зная этот эффект, можно изменить траекторию полета мяча.
Также мы узнали, что эффект Магнуса используется в судостроении. Немецкий изобретатель Антон Флеттнер сконструировал роторное судно, где вместо парусов выступают вращающиеся цилиндры, работающие от силы ветра.
Позже известный ученый и путешественник Жак-Ив Кусто усовершенствовал идею Флеттнера и создал судно с турбопарусами.
В ходе работы были проведены несколько экспериментов, демонстрирующих эффект Магнуса, которые показали, что если телам придать вращательное движение, то на них начинает действовать дополнительные силы, которые меняют траекторию полета в воздухе.
Цель нашей работы достигнута: создана действующая модель ветродвигателя, по аналогии судна с турбопарусами.
Наша гипотеза подтвердилась. Экспериментальным путем мы доказали, что ветродвигатель будет работать только тогда, когда на него действует поток воздуха, создавая разность давлений. Это заставляет модель с вращающимся цилиндром двигаться.
Данная тема является продолжением работы над созданием и изучением двигателей, работающих на альтернативных источниках энергии. Считаем, что она интересна и актуальна, перспективна в современной науке, так как данные двигатели имеют много преимуществ, экологически чисты, достаточно просты в изготовлении.
В дальнейшем планируем продолжить работу по интересующей нас теме и выяснить, у какого двигателя наибольший КПД.
В настоящее время двигатели, работающие на альтернативных источниках энергии в нашей стране – это редкость. Но постепенно они входят в нашу жизнь. Увеличивающееся загрязнение окружающей среды, нарушение теплового баланса атмосферы постепенно приводит к глобальным изменениям климата. Дефицит энергии и ограниченность топливных ресурсов показывакт неизбежность перехода к использованию нетрадиционных, альтернативных источников энергии. Турбопарус, работающий от силы ветра – это двигатель будущего чистого мира.
Список литературы и информационные ресурсы
Программа Галилео. Эксперименты.
Семенов М.В., Якута А.А. Механика сплошных сред. Лекционный эксперимент. Под общей редакцией проф. В.А. Алешкевича // Изд-во Физического факультета МГУ, 1999г.
Элементарный учебник физики. Под редакцией академика Г.С. Ландсберга. Том 1. Москва, Наука, 1984г.
Приложение
Рис. 1. Альтернативные источники энергии
Рис. 2. Крученый мяч
Рис. 3. Генрих Густав Магнус
Глядя на нее, многие телезрители задавали себе вопрос: что это за странные трубы установлены на яхте. Может быть это трубы котлов или двигательных установок?
Каково же может быть ваше изумление, если вы узнаете, что это ПАРУСА … турбопаруса …
Собственно, турбопарус изобрел Кусто. Так же как акваланг, подводное блюдце и множество других приспособлений для исследования морских глубин и поверхности Мирового океана. Идея родилась еще вначале 1980-х и заключалась в том, чтобы создать максимально экологичный, но при этом удобный и современный движитель для водоплавающего средства.
Использование силы ветра представлялось наиболее перспективным направлением исследований. Но вот незадача: парус человечество придумало несколько тысяч лет назад, а что может быть проще и логичнее?
При этом турбопарус заметно снизил бы расход дизельного топлива, а при сильном ветре мог стать единственным движителем судна. И взгляд команды исследователей обратился в прошлое - к изобретению немецкого инженера Антона Флеттнера, знаменитого авиаконструктора, внесшего серьезный вклад и в кораблестроение.
Турбопарус представляет собой полый цилиндр, снабженный специальным насосом. Насос создает разряжение с одной стороны турбопаруса, закачивая воздух внутрь паруса, наружный воздух начинает течь вокруг турбопаруса с разной скоростью и корабль начинает двигаться в перпендикулярном давлению воздуха направлении.
Это очень напоминает подъемную силу действующую на крыло самолета — снизу крыла давление больше и самолет выталкивает вверх. Турбопарус позволяет двигаться кораблю против любого ветра, лишь бы хватило мощности насоса. Применяется как вспомогательная система для обычного судового двигателя.
Ротор Флеттнера и эффект Магнуса
16 сентября 1922 года Антон Флеттнер получил немецкий патент на так называемое роторное судно. А в октябре 1924 года экспериментальное роторное судно Buckau сошло со стапелей кораблестроительной компании Friedrich Krupp в Киле. Правда, строилась шхуна не с нуля: до установки роторов Флеттнера она была обычным парусным судном.
Идея Флеттнера заключалась виспользовании так называемого эффекта Магнуса, суть которого состоит в следующем: когда воздушный (или жидкостный) поток обтекает вращающееся тело, образуется сила, перпендикулярная направлению потока и воздействующая на тело. Дело в том, что вращающийся объект создает вокруг себя вихревое движение.
С той стороны объекта, где направление вихря совпадает с направлением потока жидкости или газа, скорость движения среды растет, а с противоположной — падает. Разница давлений и создает поперечную силу, направленную от стороны, где направление вращения и направление потока противоположны, к стороне, где они совпадают.
Открыл этот эффект в 1852 году берлинский физик Генрих Магнус.
Эффект Магнуса
Германский авиационный инженер и изобретатель Антон Флеттнер (1885–1961) вошел в историю мореплавания как человек, пытавшийся заменить паруса. Ему довелось долго странствовать на паруснике по Атлантическому и Индийскому океанам. На мачтах парусных судов той эпохи ставилось много парусов.
Парусное оснащение было дорогостоящим, сложным, а в аэродинамическом отношении не слишком эффективным. Постоянные опасности подстерегали моряков, которым даже во время шторма надо было заниматься парусами на 40–50-метровой высоте.
Во время плавания у молодого инженера родилась мысль заменить паруса, требующие больших усилий более простым, но эффективным устройством, основным движителем которого также служил бы ветер. Раздумывая над этим, он вспомнил аэродинамические опыты, проводимые его соотечественником физиком Генрихом Густавом Магнусом (1802–1870).
Ими было установлено, что при вращении цилиндра в потоке воздуха возникает поперечная сила с направлением, зависящим от направления вращения цилиндра (эффект Магнуса).
А.Флеттнер сразу подумал, что паруса можно заменить установленными на корабле вращающимися цилиндрами.
К реализации замысла он приступил в 1923 году на одном озере недалеко от Берлина. Собственно, Флеттнер сделал довольно простую вещь. Он установил на метровую испытательную шлюпку бумажный цилиндр-ротор высотой около метра и диаметром 15 см, а для его вращения приспособил часовой механизм. И шлюпка поплыла.
Это открывало перед Флеттнером огромные перспективы. Помимо всего прочего, площадь ротора и его масса были в несколько раз меньше, чем площадь парусного вооружения, которое бы давало равную движущую силу. Ротором было намного проще управлять, да и в производстве он был достаточно дешев.
Испытания проводили и в штиль, и в шторм, и с намеренной перегрузкой — и никаких серьезных недостатков выявлено не было. Наиболее выгодным для движения судна было направление ветра точно по перпендикуляру к оси судна, а направление движения (вперед или назад) определялось направлением вращения роторов.
Во время этого плавания не требовалось вызывать на палубу членов команды, чтобы они меняли паруса в зависимости от силы или направления ветра. Хватило одного вахтенного штурмана, который, не выходя из рубки, мог управлять деятельностью роторов. Раньше команда трехмачтовой шхуны состояла как минимум из 20 матросов, после ее переделки в роторный корабль хватило 10 человек.
Планировалось испытать роторное судно в более длительных рейсах в Атлантическом океане.
И о роторных парусах надолго забыли…
Турбопарус Кусто
Парусники строились и на протяжении XX века. В современных кораблях такого типа парусное вооружение сворачивается с помощью электромоторов, новые материалы позволяют заметно облегчить конструкцию. Но парусник парусником, а идея использовать энергию ветра кардинально новым способом витала в воздухе еще со времен Флеттнера. И ее подхватил неутомимый искатель приключений и исследователь Жак-Ив Кусто.
Вы используете Internet Explorer устаревшей и не поддерживаемой более версии. Чтобы не было проблем с отображением сайтов или форумов обновите его до версии 7.0 или более новой. Ещё лучше - поставьте браузер Opera или Mozilla Firefox.
Обсудить и задать вопросы можно в этой теме.
sergey_manakov
втянувшийся
Посмотрел тут фильм Кусто, где показана некая эксперементальная яхта с каким-то "турбопарусом". Выглядит как труба - высота ок. 15м, d==2м.
Что это может быть такое?
Татарин
координатор
Штука забавная, но много практических заморок. Корабли с такими парусами строились еще в начале века.
. А неубитые медведи делили чьи-то шкуры с шумом. Боюсь, мы поздно осознали, к чему всё это приведёт.
Серокой
координатор
А это ещё Перельман в "занимательной физике" писал.
Штука вращается - и служит так же, как и парус. И из-за разности скоростей обдува создаётся тяга.
Но в отличие от паруса потребляет энергию.
артём
опытный
На Калипсо стоят не роторы, а мачты элепсического сечения. По всей длинне, с обеих сторон, проходит щель. Через эту щель откачивается воздух создавая разрежение. Кроме того, в таких системах используется принудительно устанавливаемый закрылок.
То что эти системы потребляют энергию не страшно. Натурные эксперименты показывают совокупную экономию топлива до 30%, при совместной работе паруса и машин.
Dem_anywhere
аксакал
Не, у Кусто другая штука была.
У этой "трубы" несколько щелей, через которые проходит воздух и вращает находящуюся внутри турбину (подсоединённую к винту)
Разумеется, её надо правильно ориентировать по ветру.
артём
опытный
Не, у Кусто другая штука была.
У этой "трубы" несколько щелей, через которые проходит воздух и вращает находящуюся внутри турбину (подсоединённую к винту)
Разумеется, её надо правильно ориентировать по ветру.
Насколько я помню тот фильм, на Калипсо ничего такого не ставили. Ставили на Альсиону, две штуки, которые потом чуть не отвалились в море в лёгкий шторм Альсиона — это было (есть?) вроде яхты нечто.
Dem_anywhere
аксакал
Насколько я помню тот фильм, на Калипсо ничего такого не ставили. Ставили на Альсиону, две штуки, которые потом чуть не отвалились в море в лёгкий шторм Альсиона — это было (есть?) вроде яхты нечто
артём
опытный
Насколько я помню тот фильм, на Калипсо ничего такого не ставили. Ставили на Альсиону, две штуки, которые потом чуть не отвалились в море в лёгкий шторм Альсиона — это было (есть?) вроде яхты нечто.
Вы совершенно правы. Склероз не подвёл. Вообще конструкция этого корабля сама по себе очень интересна.
Denis KA
аксакал
Вы совершенно правы. Склероз не подвёл. Вообще конструкция этого корабля сама по себе очень интересна.
Интересно, а какое КПД у этого чуда конструкторской мысли?
Мне кажется там значительные потери на вращении такой "бандуры" должны быть.
втянувшийся
Хм. пресную воду возить, да ещё в таком количестве? Опреснители для яхт уже норма вроде.
А вот ведь время было.. Кусто, путешествия, калипсо-шмалипсо.. эх.
артём
опытный
Интересно, а какое КПД у этого чуда конструкторской мысли?
Мне кажется там значительные потери на вращении такой "бандуры" должны быть.
По конкретному параходу незнаю. расчеты были в КиЯ. Тут сам факт важен наличия КПД, энергия то халявная.
sergey_manakov
втянувшийся
Я видел давно такое (фотку): на обычном судне по бортам две небольших поворотных мачты, на них вроде прямоугольный слегка вогнутый щит (парус), всё управляется компом. Но это явно экзотика.
Fakir
BlueSkyDreamer
До "Альсионы" (чаще пишут, ЕМНИП - "Алькионы") у Кусто была "Ветряная мельница" с одним ротором.
Сам ротор, по сути, представляет собой. крыло (как, собственно, и любой парус). Только циркуляция возникает не "естественным путём", при обдувании профиля потоком, а создаётся искусственно за счёт вращения ротора.
Об альтернативах классическим парусам: в основном предлагают жёсткие конструкции, с заданным крыльевым профилем. Вероятно, они могут быть заметно эффективнее, но лишь на определённых режимах. Надо думать, что за счёт применения авиационного опыта механизации крыла и управления обтеканием у таких конструкций могут быть немалые резервы.
Есть, например, и такие экзотические варианты, как паруса-"парашюты" (крепится к судну в одной-двух точках за "стропы" и парит себе впереди), в том числе - надувные, может быть, даже наполненные каким-нибудь лёгким газом.
Fakir
BlueSkyDreamer
Dem_anywhere> Да, основной недостаток такой штуки - что её не уберёшь при сильном ветре.
Это НЕ недостаток. Наоборот - даже достоинство; убирать нет необходимости.
Сопротивление что роторного паруса Флеттнера, что турбопаруса Кусто - не то что не больше, но чуть ли не меньше, чем у "голого" рангоута и стоячего такелажа классического парусного судна.
Поэтому даже в шторм убирать его вовсе не надо - достаточно сбавить обороты/убавить отсос, или вовсе остановить.
Fakir
BlueSkyDreamer
Dem_anywhere> Не, у Кусто другая штука была.
Dem_anywhere> У этой "трубы" несколько щелей, через которые проходит воздух и вращает находящуюся внутри турбину (подсоединённую к винту)
Угу, лошадь толкает телегу.
Не турбина там, разумеется, а вентилятор.
Fakir
BlueSkyDreamer
Татарин> Это парус на т.н. эффекте Магнуса
Не, всё-таки у Кусто НЕ Магнус - как тут уже напоминал артём. И у него конструкция лучше, кстати. Намного более правильная идеологически, хотя еще и не окончательно совершенная. Даже удивительно, что сейчас опять вспоминают Флеттнера, но не Кусто.
Всё-таки дедушка Кусто был большая умница, земля и вода ему пухом.
Wyvern-2
координатор
С появлением и развитием парусов-кайтов все другие конструкции на парусно-моторных судах просто умерли. Из за компактности, легкости в постановке и уборке, простоте управления, приспосабливаемости к любой конструкции судна и очень высокой эффективности кайтов.
Жизнь коротка, путь искусства долог, удобный случай мимолетен, опыт обманчив. Ἱπποκράτης
Fakir
BlueSkyDreamer
Будем посмотреть. У каждого варианта - букетик преимуществ и недостатков. Так, к примеру, кайты не позволяют идти настолько же круто к ветру, как классическое яхтенное вооружение.
Дальше букеты технологические, эксплуатационные, экономические и прочие. На голый глаз хрен определишь - кто-чего-куда.
Тем более что многие варианты еще не доведены до логического совершенства - как тот же турбопарус Кусто. Кстати, кто угадает - кто его близкая идеологическая родня?
аксакал
Wyvern-2>С появлением и развитием парусов-кайтов все другие конструкции на парусно-моторных судах просто умерли.
Что-то странное вы влагаете в уши наши. Где вы видели живые яхты с кайтами? Основная часть парусников существует с классическими бермудскими парусами. Разве что переходят на голимый пластик в качестве материала паруса.
>Из за компактности, легкости в постановке и уборке, простоте управления, приспосабливаемости к любой конструкции судна и очень высокой эффективности кайтов.
Долго смеялся. Очень удобно, дальше некуда. Кайт можно использовать для всяких рекордов скорости и прочего выпендрежа.
Роторным парусам не повезло потому, что их изготовление требует индустрии. А индустрия предлагает паралельно дизельный двигатель, который и выбирают основным. Те же кто хочет парус - им нужна романтика, либо полная автономность вооружения, без приводов и прочих моторчиков. Поэтому "трубы" роторов не в чести.
Serg Ivanov
аксакал
Fakir> Будем посмотреть. У каждого варианта - букетик преимуществ и недостатков. Так, к примеру, кайты не позволяют идти настолько же круто к ветру, как классическое яхтенное вооружение.
Это откуда такой вывод?
Насколько круто можно идти к ветру зависит только от двух вещей:
1. Аэродинамического качества паруса и здесь хороший кайт кроет обычный парус.
2. Гидродинамического качества корпуса судна и здесь нужен хороший киль - и опять кайт за счёт свободной точки крепления к корпусу устраняет крен давая некоторые преимущества.
Минус кайта - нету той романтики, что под парусом..
пс
50 градусов к ветру - не плохо для бескилевого грузовоза -
Kite-Powered Freighter Begins Transatlantic Voyage
The world's first kite-powered cargo ship has set sail on its maiden transatlantic voyage, departing Bremerhaven in northern Germany on its.
Глядя на нее, многие телезрители задавали себе вопрос: что это за странные трубы установлены на яхте. Может быть это трубы котлов или двигательных установок ? Каково же может быть ваше изумление, если вы узнаете, что это ПАРУСА … турбопаруса …
Собственно, турбопарус изобрел Кусто. Так же как акваланг, подводное блюдце и множество других приспособлений для исследования морских глубин и поверхности Мирового океана. Идея родилась еще в начале 1980-х и заключалась в том, чтобы создать максимально экологичный, но при этом удобный и современный движитель для водоплавающего средства. Использование силы ветра представлялось наиболее перспективным направлением исследований. Но вот незадача: парус человечество придумало несколько тысяч лет назад, а что может быть проще и логичнее?
Ротор Флеттнера и эффект Магнуса
16 сентября 1922 года Антон Флеттнер получил немецкий патент на так называемое роторное судно. А в октябре 1924 года экспериментальное роторное судно Buckau сошло со стапелей кораблестроительной компании Friedrich Krupp в Киле. Правда, строилась шхуна не с нуля: до установки роторов Флеттнера она была обычным парусным судном.
Идея Флеттнера заключалась в использовании так называемого эффекта Магнуса, суть которого состоит в следующем: когда воздушный (или жидкостный) поток обтекает вращающееся тело, образуется сила, перпендикулярная направлению потока и воздействующая на тело. Дело в том, что вращающийся объект создает вокруг себя вихревое движение. С той стороны объекта, где направление вихря совпадает с направлением потока жидкости или газа, скорость движения среды растет, а с противоположной — падает. Разница давлений и создает поперечную силу, направленную от стороны, где направление вращения и направление потока противоположны, к стороне, где они совпадают.
Открыл этот эффект в 1852 году берлинский физик Генрих Магнус.
Эффект Магнуса
Германский авиационный инженер и изобретатель Антон Флеттнер (1885–1961) вошел в историю мореплавания как человек, пытавшийся заменить паруса. Ему довелось долго странствовать на паруснике по Атлантическому и Индийскому океанам. На мачтах парусных судов той эпохи ставилось много парусов. Парусное оснащение было дорогостоящим, сложным, а в аэродинамическом отношении не слишком эффективным. Постоянные опасности подстерегали моряков, которым даже во время шторма надо было заниматься парусами на 40–50-метровой высоте.
Во время плавания у молодого инженера родилась мысль заменить паруса, требующие больших усилий более простым, но эффективным устройством, основным движителем которого также служил бы ветер. Раздумывая над этим, он вспомнил аэродинамические опыты, проводимые его соотечественником физиком Генрихом Густавом Магнусом (1802–1870). Ими было установлено, что при вращении цилиндра в потоке воздуха возникает поперечная сила с направлением, зависящим от направления вращения цилиндра (эффект Магнуса).
А.Флеттнер сразу подумал, что паруса можно заменить установленными на корабле вращающимися цилиндрами.
К реализации замысла он приступил в 1923 году на одном озере недалеко от Берлина. Собственно, Флеттнер сделал довольно простую вещь. Он установил на метровую испытательную шлюпку бумажный цилиндр-ротор высотой около метра и диаметром 15 см, а для его вращения приспособил часовой механизм. И шлюпка поплыла.
Во время этого плавания не требовалось вызывать на палубу членов команды, чтобы они меняли паруса в зависимости от силы или направления ветра. Хватило одного вахтенного штурмана, который, не выходя из рубки, мог управлять деятельностью роторов. Раньше команда трехмачтовой шхуны состояла как минимум из 20 матросов, после ее переделки в роторный корабль хватило 10 человек.
Планировалось испытать роторное судно в более длительных рейсах в Атлантическом океане.
Турбопарус Кусто
Парусники строились и на протяжении XX века. В современных кораблях такого типа парусное вооружение сворачивается с помощью электромоторов, новые материалы позволяют заметно облегчить конструкцию. Но парусник парусником, а идея использовать энергию ветра кардинально новым способом витала в воздухе еще со времен Флеттнера. И ее подхватил неутомимый искатель приключений и исследователь Жак-Ив Кусто.
нескольких винтов (что, кстати, позволяет сократить расход горючего примерно на треть). Будь великий океанограф жив, он бы, наверное, построил еще несколько подобных кораблей, но энтузиазм его соратников после ухода Кусто заметно спал.
И снова Флеттнер
Сегодня предпринимаются попытки возродить идею Флеттнера и сделать роторные паруса массовыми. Например, знаменитая гамбургская компания Blohm + Voss после нефтяного кризиса 1973 года начала активную разработку роторного танкера, но к 1986-му экономические факторы прикрыли этот проект. Потом был целый ряд любительских конструкций.
В 2007 году студенты Фленсбургского университета построили катамаран, приводимый в движение роторным парусом (Uni-cat Flensburg).
В 2010 году появился третий в истории корабль с роторными парусами - тяжелый грузовик E-Ship 1, который был построен по заказу компании Enercon, одного из крупнейших производителей ветрогенераторов в мире. 6 июля 2010 года корабль был впервые спущен на воду и совершил короткое плавание из Эмдена в Бремерхафен. А уже в августе он отправился в свой первый рабочий вояж в Ирландию с грузом из девяти ветрогенераторов. Судно оборудовано четырьмя роторами Флеттнера и, конечно, традиционной силовой установкой на случай безветрия и для получения дополнительной мощности. Все-таки роторные паруса служат лишь вспомогательными движителями: для 130-метрового грузовика их мощности маловато, чтобы развивать должную скорость. Двигателями служат девять силовых установок Mitsubishi, а роторы вращаются с помощью паровой турбины производства Siemens, использующей энергию отработавших газов. Роторные паруса позволяют сэкономить от 30 до 40% топлива на скорости 16 узлов.
Использование роторов Флеттнера на прогулочных судах изучает университет Фленсбурга (Германия). Похоже, растущие цены на нефть и вызывающее тревогу потепление климата создают благоприятные условия для возвращения ветряных движителей.
Читайте также: