Турбопаруса – как эти гигантские цилиндры двигают корабли

В прошлом мореплавание было не просто способом обнаружения новых земель и главным инструментом торговли, но и одним из основных факторов, определяющих историю целых государств. На протяжении многих веков человечество использовало энергию ветра для того, чтобы приводить в движение как малые, так и гигантские суда. Но с развитием технологий и появлением судовых двигателей роль паруса как основного корабельного движителя потеряла прежнюю актуальность.

Однако сегодня использование энергии ветра может вновь стать неотъемлемой частью судоходства, во всяком случае, грузового. Это стало возможным благодаря развитию таких корабельных движителей как турбопаруса.

История создания роторных парусов

Впервые мир узнал о турбопарусах почти 100 лет назад. В 20-е годы прошлого века немецкий авиационный инженер и изобретатель Антон Флеттнер разработал абсолютно новый тип судна, который он назвал «роторным кораблем». Позже подобные суда также называли «кораблями Флеттнера».

Экспериментальное судно под названием «Buckau» было построено в 1924 году. По сути это была переоборудованная шхуна, у которой классические мачты были заменены двумя большими цилиндрами, похожими на гигантские колонны. Они приводились в движение электрической силовой установкой мощностью 50 лошадиных сил.

Спустя некоторое время был построен еще один корабль, который отличался большими размерами и имел на своем борту уже 3 роторных паруса.

После проведенных испытаний выяснилось, что турбопаруса действительно работают и даже показывают более впечатляющие результаты, нежели классические паруса. Однако энергия, затрачиваемая на их вращение, не была пропорциональна движущему эффекту, так что технологию посчитали экономически невыгодной и Флеттнер занялся другими проектами.

Почти полвека роторные паруса провели в небытие и только в 1980-х годах известный французский исследователь Жак-Ив Кусто обратил на них внимание.

Изобретатель, вместе с командой инженеров, разработал новую концепцию турбопарусов, принцип работы которых, однако, основывался на том же физическом эффекте, что и у роторов Флеттнера.

Использование подобных парусов позволило снизить затраты топлива корабельными двигателями на 30-35% и значительно уменьшило количество вредных выбросов в атмосферу.

Принцип действия турбопаруса

Каким же образом конструкции, похожие на гигантские колонны, могут приводить в движение корабль и тем более быть более эффективными, нежели классические паруса? Ответом на этот вопрос служит физическое явление именуемое эффектом Магнуса.

Суть его довольно проста – тело, независимо вращающееся в потоке воздуха, подвергается воздействию силы, которая направлена перпендикулярно его оси вращения и направлению этого потока.

Ротор Флеттнера как раз и является таким телом. Там, где направление потока воздуха совпадает с направлением вращения трубы, создается пониженное давление, с противоположной стороны – повышенное. Именно благодаря этому эффекту и возникает прямая тяга. Однако, если ветер поменяет направление на противоположное, тяга станет обратной и корабль будет двигаться назад, поэтому вращение ротора нужно менять.

Самое интересное, что турбопарус может продолжать двигать судно даже в том случае, если угол встречного ветра составляет 25%, что просто немыслимо для классического паруса. Кроме того, ротор не требуется сворачивать, как обычный парус, в плохую погоду и он прост в использовании.

Что же касается разработки Кусто, то ее сечение было не круглым, а похожим на яйцо или каплю. Воздух попадает внутрь такого турбопаруса, что приводит к появлению все того же эффекта Магнуса, толкающего судно вперед. Эта модель паруса установлена только на одном судне, носящем название «Алсион» или «Alcyone».

Будущее роторных парусов

После того, как Жак-Ив Кусто покинул этот мир, разработка и усовершенствование турбопарусов значительно сбавили скорость. Несколько лет роторные паруса фигурировали лишь в небольших, в основном, исследовательских проектах. Однако проблема экономии ресурсов и загрязнения окружающей среды заставила крупные компании вновь вернуться к вопросу необходимости этого типа движителей.

В 2008 году немецкая компания «Enercon» начала строительство корабля «E-Ship 1», на борту которого расположены 4 турбопаруса Флеттнера высотой 27 метров и диаметром в 4 метра. Это судно было введено в эксплуатацию в 2010 году.

Роторные паруса выполняют вспомогательную функцию – выхлопные газы от работы дизельных двигателей судна вращают турбопаруса, что снижает затраты топлива на 25-30%.

Также планируется массово использовать роторы на кораблях судоходной компании «Maersk». А в 2018 году финская паромная компания «Viking Line» модифицировала круизный лайнер «MS Viking Grace», установив на него роторную систему для снижения расхода топлива.