Ротор Флеттнера. Статья №33. 21.03.17.


В сравнении с умеренной отклоняющей силой в эффекте Магнуса, Прандтль, с подачи инженера Флеттнера, обнаружил аномально высокую аэродинамическую силу на быстро вращающемся роторе. Фактически Прандтль открыл новый физический эффект.

Но началось всё с инженера Флеттнера. Основываясь на ранних экспериментах, проводимых в Геттингенской лаборатории под руководством Прандтля, Флеттнер увидел в эффекте Магнуса скрытые от неискушённого глаза резервы.

Инженер Антон Флеттнер много лет был одержим поиском альтернативы классичес­кому парусному вооружению. Поначалу ему казалось, что замена традиционных матерчатых парусов на метал­лические крылья, управляе­мые специальными механизмами, способна совершить революцию в кораблестро­ении. Но информация о чудодейственной силе Магнуса (формулу которой вывел Прандтль) зародила в его голове новую идею – идею создания “роторных парусов”.

В качестве первого шага Флеттнер изготовил небольшое макетное судно метровой длины. На палубе крошечной шлюпки он установил картонный цилиндр-ротор диаметром 15 см и высотой пол метра. Ротор вращал часовой пружинный механизм.

Испытания макета прошли успешно. И уже в 1922 году Флеттнер получил немецкий патент на роторный парус, основанный на эффекте Магнуса.

Но только в конце 1923 года в институте Прандтля начинаются серьёзные исследо­вания эффекта Магнуса при высоких скоростях вращения цилиндра. До этого момента у Прандтля не было подходящих электромоторов для такого рода исследований.



Консультируясь с Прандтлем, Флеттнер приступил к разработке проекта настоящего судна с роторными парусами. Купив на деньги спонсоров трёхмачтовый парусник «Букау», водоизмеще­нием в 600 тонн, Флеттнер заменил 833 квадратных метров парусов на два ротора диаметром 2,8 м и высотой 15,6 м, которые были выполнены из стального листа толщиной в 1 мм, и установлены на подшипниковых опорах. Вращение роторных парусов обеспечивали электромоторы, мощностью в 15 л.с каждый. Запитывались они от дизельного генератора. Частота вращения роторов варьировалась от 2 до 2,4 об/сек.

В 1924 году, с большим фурором, необычный корабль был спущен на воду.

Даже на фоне чудодейственной подъёмной силы самолётного крыла, способной подни­мать в воздух летательный аппарат с человеком на борту, тяга роторного движителя в начале XX века поражала воображение современников Флеттнера, поскольку при высоких оборотах ротора она в десять раз превышала тягу самолётного крыла.

В феврале 1925 года «Букау» совершил переход из Данцига в Шотландию через Северное море. Годом позже этот корабль, переименованный в «Баден-Баден», ус­пеш­но пересёк Атлантический океан, выполнив грузовой рейс из Европы в Америку.

При свежем ветре абсолютно гладкие роторы Флеттнера создавали пять тонн дополнительной тяги, экономя топливо на длительных морских маршрутах. Это было похоже на чудо – чудо инженерного мышления.



Многообещающие результаты плавания «Букау» вдохновили судоходную компанию «Rob.M.Sloman» из Гамбурга в 1926 году построить роторный парусник по проекту Флеттнера. Строительство велось на верфи в г. Килле, а судно получило имя «Барбара».

Первоначально планировалось установить один гигантский ротор диаметром около 7 метров и высотой 28 метров. Но соорудить для такого большого ротора соответству­ющую турель не удалось. В результате, установили три алюминиевых ротора, диаметром 4 метра и высотой 17 метров. От кормы к носу под роторами возвышались нарастающие по высоте платформы, а со стороны казалось, что роторы имеют разную высоту.

Вращение роторов обеспечивали электродвигатели мощностью по 41 л.с. каждый. Скорость вращения роторов могла достигать почти 3-х оборотов в секунду, а это значит, что стенки роторов мчались относительно палубы со скорость 120 км/час.

Суммарная толкающая сила трёх роторов при ветре в 10 м/сек достигала 16 тонн !

Силовая установка судна состояла из двух дизелей Bauart AG-Weser/MAN, по 530 л.с. каждый. Они вращали и генераторы, и обычные гребные винты, обеспечивая при полном штиле скорость 10 узлов. При свежем ветре роторные паруса позволяли разогнать судно до скорости 13 узлов. При этом более трети тяговой мощности обеспечивали роторы Флетнера, отбирая лишь пять процентов мощности от силовой установки.

«Барбара» в течение нескольких лет успешно перевозила фрукты из Италии в Гамбург, огибая Европу через Средиземное море. Всего лишь 30–40 % времени рейса судно эффективно использовало силу ветра. Разумеется, это был не лучший маршрут, с точки зрения использования энергии ветра.

К сожалению, разразившийся в Европе в конце двадцатых годов экономический кризис вынудил чартерную компанию продать необычное судно. Новый владелец, на фоне обрушения цен на дизельное топливо, не видя смысла в экономии топлива, переоборудовал Барбару под обычный винтовой движитель.

Про чудесные свойства роторных парусов Флеттнера надолго забыли.

Надо сказать, что с самого начала, физик Людвик Прандтль не разделял чрезмерного оптимизма инженера Антона Флеттнера в отношении судов с роторными движителями. Он был уверен, что зависимость роторного паруса от ветра сведёт на нет всю его энергетическую привлекательность.

В итоге, так оно и вышло. Роторный парус не выдержал конкуренции с классическим винтовым движителем, не только в роли главного движителя, но даже и в роли вспомогательного.

Но вот, совсем недавно, неожиданно начала возрождаться идея использования роторных парусов на крупных грузовозах, совершающих длительные трансокеанские переходы в зоне устойчивых ветров.



Например, в 2010 году в Германии на судоверфи Линденау в г. Киле по заказу компании “Enerson” было построено 130 метровое роторное судно E-Ship 1, исполь­зующее роторные паруса в качес­тве вспомога­тельных движителей.

Четыре цилиндра высотой 27 метров и ди­аметром 4 метра приво­дятся во вращение паровой турбиной и развивают гигантскую тягу в 23 тонны. Для сравнения, тяга двух реактивных двигателей легендарного истребителя Су-27 равнялась 25 тоннам в режиме форсажа.

По данным компании «Enerson» - одного из крупнейших немецких производителей шельфовых ветрогене­раторов, роторные паруса позволяют сэконо­мить 1,2-1,7 МВт мощности силовой установки корабля. При этом на один мегаватт полезной тяговой мощности затрачивается всего 140 кВт мощности турбины, приводящей во вращение роторные паруса сухогруза. Другими словами, КПД такого экзотического движителя составляет 700 %, если, конечно учитывать только мощность, отбира­емую от паровой турбины.

Но, было бы странно, если при подсчёте коэффициента полезного действия (КПД) мы бы учитывали мощность ветрового потока, который вносит свой полезный вклад без каких бы то ни было усилий с нашей стороны. Проще говоря, КПД – это отно­шение полученной на выходе мощности, к мощности, затраченной на входе.

Именно затраченной, а не присоединённой, поскольку умение присоединить к своим усилиям ещё и усилия внешних сил – это и есть истинное изобретательство.

Итак, ротор Флеттнера даёт нам реальный пример малозатратного создания тяговой мощности. Настолько малозатратного, что полезная тяговая мощность ротора в несколько раз превосходит мощность, необходимую для его вращения.

Других подобных примеров история машиностроения не знает.

Но это ещё не все чудеса, которые таит в себе эффект Магнуса.

И мы ещё вернёмся к этим новым чудесам.

Игорь Юрьевич Куликов


Дерзайте и творите! А мы поможем оформить
патент на ваше изобретение.

Телефон: +7 (495) 737-63-77 доб. 4020
Надежда Станиславовна Ковальчук



Автор:  Игорь Юрьевич Куликов. Видео - Николай Геннадьевич Соков

Возврат к списку