Сергей Балакин
Жёсткие, полужёсткие, щелевые
О жёстких парусах, представляющих собой аэродинамическое крыло, мы уже говорили (см. здесь). Но помимо них существует множество других конструкций. Расскажем о самых примечательных.
В августе 1980 года произошло событие, взбудоражившее судостроителей и судовладельцев всего мира. В Японии был спущен на воду небольшой (699 брт) танкер «Син Айтоку Мару» («Shin Aitoku Maru»), оснащённый вспомогательным парусным вооружением. Впервые после полувекового перерыва появилось новое парусно-моторное судно, предназначенное не для учебных или исследовательских целей, а для перевозки коммерческого груза.
На танкере были установлены две поворотные мачты, несущие трёхсекционные полужёсткие паруса размером 12,5 х 8 м. Боковые элементы каркаса паруса и его центральная часть были изготовлены из стали, остальное пространство затянуто синтетической тканью. Поворот мачт и складывание парусов осуществляются с помощью гидропривода. Работа парусов рассчитана на скорость ветра до 20 м/с. Впервые в истории управление парусами с целью обеспечения максимальной тяги осуществлялось автоматически компьютерной системой. Эта же система обеспечивала контроль за работой главного двигателя, регулируя его мощность в зависимости от тяги, создаваемой парусами. Общая стоимость постройки танкера составила 530 млн иен, из которых 60 млн было затрачено на парусное вооружение с системой управления.
Вслед за «Син Айтоку Мару» многие компании оснастили вспомогательными парусами грузовые суда разных типов, однако массового внедрения этой новации не произошло. Экономия топлива за счёт использования энергии ветра в среднем составляет 10-15%, но в денежном выражении она сильно зависит от цен на нефть. Последние, как известно, подвержены существенным колебаниям. Поэтому у судовладельцев не было уверенности, что дополнительные затраты на установку парусов окупятся.
Весьма оригинальный жёсткий управляемый парус был создан для советского научно-исследовательского судна (НИС) «Академик Иоффе», построенного в Финляндии в 1989 году. Паруса устанавливались на заваливающихся мачтах; основное их предназначение – обеспечить судну бесшумный ход при его работе с буксируемыми гидроакустическими системами.
Вообще жёсткий щелевой парус был изобретён в 1970-х годах англичанином Джоном Уолкером, но вариант для «Академика Иоффе», совместно разработанный несколькими отечественными НИИ, имел ряд важных усовершенствований. Каждый из двух ветродвигателей представлял собой каркас с пятью вертикальными крыльями, три из которых были неподвижными и два - поворотными. При усилении ветра выше предельных значений срабатывали клапаны аварийной пневматической системы, и парус «обезветривался».
К сожалению, решение оснастить судно парусами возникло на той стадии, когда в проект уже нельзя было вносить значительных изменений. Поэтому место установки и само расположение ветродвижителей (рядом друг с другом, поперёк судна) оказались вынужденными и далеко не оптимальными. На испытаниях в Атлантике в 1989 году при скорости ветра от 6 до 14 м/с «Академик Иоффе» смог развить ход лишь 2 – 3,8 узла. А вскоре наступили пресловутые 90-е годы, финансирование исследований резко сократилось, и научные суда стали использоваться преимущественно как круизные лайнеры для иностранных туристов. В ходе переоборудования паруса сняли и на их месте соорудили дополнительные пассажирские каюты.
Самый новый пример грузового судна со вспомогательным парусным движителем – японский балкер «Shofu Maru», принятый в эксплуатацию в октябре 2022 года. Это довольно крупное судно длиной 235 м и грузоподъёмностью более 80 тыс. т. Оно оснащено жёстким парусом системы Wind Challenger, состоящим из четырёх телескопически раздвигающихся секций. В поднятом состоянии высота паруса составляет 55 м.
Надувные паруса
Надувной парус на судне выглядит необычно: он похож на надувной матрас. Но по сути он представляет собой парус-крыло, только не жёсткое, а мягкое. Ставится он при помощи электрического насоса, спускается (точнее, сдувается) простым открытием клапанов. Профиль паруса регулируется изменением давления воздуха внутри. По эффективности такой парус уступает жёсткому, но он гораздо проще и удобнее в эксплуатации.
Турбопаруса нового поколения
По сей день не дают покоя изобретателям и роторные паруса Антона Флеттнера, о которых мы уже рассказывали. Существует целый ряд усовершенствованных вариантов этого движителя, некоторые из них воплощены в жизнь и успешно испытаны.
Одна из таких конструкций – совместное изобретение Жак-Ива Кусто, Люсьена Малавара и Бертрана Шарье. Их турбопарус внешне похож на ротор Флеттнера, но в поперечном сечении это не цилиндр, а некое подобие вытянутой капли, оборудованное дополнительным подвижным щитком. По бокам турбопаруса расположены воздухозаборные решётки, через одну из которых, в зависимости от направления движения, производится отсос воздуха и создаётся разряжение. Наружный воздух начинает течь вокруг турбопаруса с разной скоростью, и возникает сила, очень похожая на подъёмную силу, действующую на крыло самолёта. Главное преимущество такой конструкции в том, что всегда можно получить движущую силу в нужном направлении, независимо от того, куда дует ветер.
Прототип турбопаруса был испытан в 1981 году на катамаране «Moulin à Vent», а в 1985 году сошло на воду новое экспедиционное судно «Alcyone», призванное заменить ветерана «Calypso». Установленные на нём турбопаруса позволили, по заявлению Кусто, сократить расход топлива примерно на треть.
Ещё один усовершенствованный вариант движителя Флеттнера предложил американец Джон Марплс. Он установил на своей яхте «Cloudia» роторные паруса, оснащённые дополнительными поперечными дисками, что заметно улучшило ходовые характеристики судна. «Cloudia» представляет собой перестроенный парусный тримаран «Searunner 34». На испытаниях, прошедших в феврале 2008 года у берегов Флориды, яхта показала отличную манёвренность и могла идти под углом около 15° к ветру.
Солнечный парус
Продукция австралийской компании Solarsailor – это прогулочные катера и яхты с парусами из солнечных батарей. Компания занимается их разработкой и строительством уже более 25 лет - с 1996 года.
Солнечная батарея на судах Solarsailor выполняет две функции: аккумулирует тепло Солнца и одновременно играет роль обычного паруса. Благодаря шарнирному креплению батарея может менять углы поворота и наклона. Это позволяет ей эффективно ловить и ветер, и отражённые от морской поверхности солнечные лучи. Избыток энергии, накопленной в течение дня, идёт на зарядку аккумуляторов.
Мощность солнечных батарей серийного катера - 6 кВт, площадь каждого солнечного паруса - 28 кв. м, 22 из которых – солнечные батареи. При усилении ветра паруса автоматически складываются. Изобретателем оригинального солнечного паруса считается инженер Роберт Дэйн.
Суда компании Solarsailor пользуются устойчивым спросом в странах Океании и Юго-Восточной Азии. По заявлению фирмы, их окупаемость составляет от двух до четырёх лет.
Парус - воздушный змей
Идея использовать вместо паруса параплан или воздушный змей наверняка спровоцирована растущей популярностью кайтсёрфинга. Ныне замысел стал реальностью: несколько лет назад вошёл в эксплуатацию контейнеровоз «Beluga Skysails», ставший первым в мире коммерческим грузовым судном с дополнительной тягой в виде воздушного змея.
Змей (кайт), в который «запрягли» теплоход, - необычный, надувной, состоящий из отдельных секций. Степень наполнения секций и, соответственно, изменение аэродинамического профиля зависит от силы и направления ветра; этим процессом управляет компьютер. Площадь кайта составляет 160 кв. м, а трос позволяет ему подниматься на высоту до 300 м, где ветер обычно более сильный и стабильный. Разработчик проекта - фирмы Skysails – уверяет, что использование ветра в ходе трансатлантического рейса из Германии в Венесуэлу позволит на 20% снизить потребление топлива, тем самым существенно уменьшив количество вредных выбросов диоксида углерода в атмосферу Земли. По последним данным, около 4% общемирового выброса углекислого газа приходится именно на долю морского транспорта, это более чем в два раза выше загрязнения атмосферы авиацией.
Парус-зонтик
Эта фотография сделана ещё в XIX веке. Идея паруса-зонтика на первый взгляд выглядит очень привлекательно: ставится и складывается быстро, такелаж не нужен. Поэтому такие конструкции периодически появляются в разных странах вновь и вновь. Однако несмотря на внешнюю простоту замысла, возникает много вопросов: как управлять таким парусом, как брать рифы, как успеть сложить зонтик при резком порыве ветра?.. Нет ничего удивительного в том, что распространения подобные паруса не получили.
Плавучие ветряки
Идеи оснастить судно вместо паруса подобием ветряной мельницы, передающей вращение на гребные колёса или винт Архимеда, известны как минимум с XVIII века. Однако реализовать её на практике впервые удалось лишь в 1924 году французскому инженеру Константену. Впоследствии подобные суда регулярно появлялись в разных странах, но так и не вышли из стадии экспериментов. Причина проста: КПД такого движителя по сравнению с обычными парусами неизбежно был ниже.
Правда, в последние десятилетия произошли качественные изменения в области ветроэнергетики. Новые материалы и технологии ныне позволяют делать колонны и лопасти ветряных электростанций лёгкими, прочными и при этом относительно недорогими. Поэтому появление рентабельных в эксплуатации судов с пропеллерами вместо парусов вполне возможно уже в ближайшем будущем.
* * *
Что же касается нереализованных проектов и патентов корабельных ветродвижителей (жёстких, роторных, карусельных и т.п.), то их существует великое множество, и рассказывать обо всех вряд ли имеет смысл. Упомянем лишь один из них - пожалуй, самый оригинальный. Инженеры норвежской фирмы Lade AS предложили концептуальный проект принципиально нового океанского грузового судна «Vindskip» («Ветро-корабль»), высокий корпус которого одновременно является парусом! А если быть более точным – аэродинамическим крылом. Специалисты уверены: при всей своей фантастичности этот проект может быть воплощён в жизнь уже в ближайшие годы.
Ещё о парусах:
10 любопытных фактов о парусах
Необычные паруса (1). Роторы Флеттнера
Необычные паруса (2). Крылья сверху и снизу
Необычные паруса (3). DynaRig