100 великих рекордов транспорта

Физическую суть эффекта Магнуса прояснил профессор Геттингенского университета Л. Прандтль в начале ХХ столетия. Он рассудил, что на поверхности вращающегося цилиндра, обдуваемого воздушным потоком, с одной его стороны направление вращения совпадает с направлением потока, а с другой – ему противоположно. При этом воздух, коснувшийся поверхности цилиндра, образует так называемый пограничный слой, в котором, чем ближе к поверхности, тем меньше его скорость относительно этой поверхности. На самой же поверхности воздух относительно неподвижен, он как бы к ней прилипает. По мере поворота цилиндра «прилипший» к ней пограничный слой устремляется навстречу внешнему потоку, отрывается от поверхности цилиндра, и возникает давление, направленное перпендикулярно потоку, омывающему цилиндр.

На практике этот эффект был впервые использован в 1931 году, когда в Германии переоснастили небольшое грузовое судно «Букау». На его палубе появились два цилиндра высотою 15,6 и диаметром 2,8 м. Вращаясь, они, подобно парусам, гнали корабль по волнам, позволили ему даже переплыть Атлантику.

Даже при небольшом ветре 8 м/с на каждом цилиндре возникала сила тяги в 2300 кг. Цилиндры предварительно раскручивались электромоторами мощностью 18 л.с., получавшими энергию от дизельной электростанции. Под действием же ветра судно двигалось со скоростью 40 км/ч, развивая мощность около 700 л.с. Сравните: если то же судно двигать при помощи винтов, то понадобятся двигатели общей мощностью около 1000 кВт!

К сожалению, и суда с ротором Флеттнера, как и обычные парусники, зависели от прихотей ветра, а потому и были вытеснены теплоходами. Интерес к ним возродился в 70-е годы прошлого века в связи с ростом цен на топливо и повышением внимания к экологии. Так, знаменитый французский исследователь океана Ж.И. Кусто в 1980 году построил судно «Калипсо», оснащенное двумя роторными ветродвижителями. На каждом его роторе имелся щиток, направляющий поток воздуха. Изменяя его положение, можно было получать тягу в нужном направлении независимо от того, куда дует ветер. К сожалению, опыты с такими судами были прекращены после кончины ученого и более не возобновлялись.

Под жестким парусом

Тем временем совершенствуется и традиционный парус. Только теперь его стали делать не мягким, а жестким, словно авиационное крыло, поставленное стоймя.

Первопроходцами в применении таких парусов стали японцы, которые в 1983 году оснастили парусами-крыльями небольшой сухогруз «Сеньо Маару» водоизмещением в 2100 т. А через год в море вышел балкер «Аква Сити» грузоподъемностью почти 40 тыс.т.

Правда, выигрыш от парусов общей площадью 350 кв. м получился не таким уж большим. Их применение позволило увеличить скорость на 0,5 узла, а мощность двигателя уменьшить с 5830 до 5566 л.с. Поэтому, несмотря на то, что парусные установки управлялись автоматически, с помощью компьютера, скорость поворота паруса составляла 0,2 об/с, раскрытие – 90 с, а на складывание парусов уходило две минуты, эксперименты с подобными парусниками прекратили. И вспомнили о них вновь, лишь когда опять-таки резко поднялись цены на нефть и нефтепродукты.

Судно под современным жестким парусом

Тут уж в ход пошла и идея изобретателя из МАИ Юрия Макарова. В конце 70-х годов ХХ века он предложил использовать сразу два крыла, скрепленные в виде буквы V и закрепленные на шарнире. Этот шарнир позволял поворачивать парус и «перекидывать» его с одного борта на другой так, чтобы тот всегда подставлялся ветру «нужной» стороной крыла.

Паруса на макете судна и в самом деле очень напоминают закрепленные на палубе планеры. Подобная схема помимо всего прочего позволяет снизить крен – давление ветра на верхнее крыло V-образного паруса частично компенсируется давлением на нижнее. Кроме этого, крен снижается и за счет того, что сам шарнир может перемещаться по направляющим, расположенным поперек судна. Во время шторма крыло за счет аэродинамических рулей, аналогичных хвостовому оперению самолета, устанавливается в нулевой угол атаки и флюгерный режим.

Группой Макарова были произведены расчеты для грузового судна водоизмещением 37 тыс. т и дедвейтом 23 000 т, с жесткими поворотными парусами-крыльями планерного типа. Выяснилось, что при ветре 7 м/с подобный корабль способен разогнаться до 16 узлов.

Разработка была запатентована, удостоена множества дипломов и медалей на международных салонах изобретений в Женеве и Брюсселе. Но дальше дело не пошло. Возможным объяснением тому является громоздкость и сложность всей схемы морских перевозок. Более или менее регулярные рейсы возможны лишь там, где есть постоянные ветра.

Когда парус – воздушный змей