Парусники без парусов
Впрочем, разработка Штефана Враге – не единственная в своем роде. Еще в 1931 году в Германии появилось небольшое грузовое судно «Букау». И хотя на нем не было парусов, именно под действием ветра оно не раз пересекало Атлантический океан.
На палубе «Букау» располагались два цилиндра высотою 15,6 и диаметром 2,8 м. Вращаясь, они подобно парусам гнали корабль по волнам благодаря физическому эффекту, который первыми обнаружили… артиллеристы.
В середине XIX века на вооружение армии поступила нарезная артиллерия. Снаряды ее вращались, и это повышало меткость стрельбы. Но вели себя снаряды все же странно: при боковом ветре их дальность полета то возрастала, то значительно уменьшалась.
Причину этого явления выяснил в 1852 году немецкий ученый Густав Магнус. Он обнаружил, что на вращающийся цилиндр, обдуваемый сбоку ветром, действует сила, перпендикулярная его направлению (это явление стали называть эффектом Магнуса). Снаряд нарезного орудия – это, в сущности, и есть вращающийся цилиндр. Потому, когда ветер дул на него с одного бока, он поднимался и летел дальше, а когда дул с другой стороны, то терял высоту.
Физическую суть эффекта Магнуса прояснил профессор Геттингенского университета Л. Прандтль в начале прошлого века. Вот что происходит на поверхности вращающегося цилиндра, обдуваемого воздушным потоком. На одной его стороне направление вращения совпадает с направлением потока, а с другой – ему противоположно.
Воздух, коснувшийся поверхности цилиндра, образует на ней 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.
Такая же сила возникает и на парусе, и на крыле самолета. Но у цилиндра она примерно в десять раз больше. Поэтому вращающиеся цилиндры – роторы – были использованы немецким инженером Флеттнером вместо парусов судна «Букау». При совсем небольшом ветре 8 м/с на каждом цилиндре возникала сила тяги в 2300 кг. Цилиндры вращались электромоторами мощностью 18 л.с., получавшими энергию от дизельной электростанции.
Под действием ветра судно двигалось со скоростью 40 км/ч, при этом на преодоление силы сопротивления расходовалась мощность около 700 л.с. Сравните: если то же судно двигать при помощи винтов, то понадобятся двигатели общей мощностью около 1000 кВт! А будь «Букау» парусником, для обслуживания парусов понадобились бы 20 человек. Между тем для обслуживания роторов Флеттнера хватало одного механика.
В свое время суда с ротором Флеттнера не получили широкого распространения и были вытеснены теплоходами. Интерес к ним возродился в 70-е годы ХХ века в связи с ростом цен на топливо и повышением внимания к вопросам экологии. 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.
Но в будущем вполне возможно использование роторных ветродвижителей, например, на спортивных и туристских судах. Например, в отличие от Романа Абрамовича, для которого недавно спустили на воду очередную моторную мегаяхту, американец Том Перкинс – любитель парусных судов. Впрочем, и его 88-метровый «Мальтийский сокол» – вершина инженерной мысли.
Дебютировав на выставке в Монако, яхта собрала все возможные награды за дизайн и технические характеристики. Она имеет весьма отдаленное отношение к традиционным клиперам. Прямое парусное вооружение, характерное для судов времен Колумба, – не более чем внешнее сходство. На яхте использована уникальная технология «Dyna Rig» с вращающимися мачтами. Каждая рея имеет сенсоры, передающие на пульт управления данные о силе и направлении ветра. Компьютер затем рассчитывает оптимальное поло* парусов. Максимальная скорость – 19,5 узла, заметно больше, чем у дизельных танкеров.
Станислав Николаевич Зигуненко, «100 великих загадок истории флота», 2008г.