Роторные паруса, или турбопаруса, похожи не на классические паруса из натуральных или синтетических тканей, а на корабельные трубы.
Это конструкция в виде цилиндра, который вращается при помощи электродвигателя.
Вращение необходимо, чтобы создавать так называемый эффект Магнуса: благодаря вращению поток воздуха с одной стороны от цилиндра ускоряется, с другой замедляется. Изменение скорости воздушного потока приводит к перепаду давления, что создаёт подъемную силу. Только направлена она не вверх, а горизонтально, перпендикулярно направлению потока ветра, поэтому может двигать судно вперед.
Открыл этот эффект в 1852 году берлинский физик Генрих Магнус. Поскольку этот эффект действует на все вращающиеся шарообразные или цилиндрические тела в воздухе, ему подвержены и кручёные мячи, то есть те, которым придали вращение при ударе. Именно он помогает футболистам забивать голы по хитрой траектории – из-за ворот или ударом “сухой лист” с углового. Есть соответствующие приёмы и в других видах спорта с мячом: например, топ-спин и бэк-спин в настольном теннисе.
Но эффект Магнуса применяется не только в спорте. В 1922 году, немецкий инженер Антон Флеттнер получил патент на роторное судно — корабль, движущей установкой в котором являются «роторы Флеттнера», или турбопаруса. Первым судном, где были применены такие паруса, стала экспериментальная шхуна «Букау», три мачты которой заменили на две трубы диаметром три метра и высотой пятнадцать. Их вращал электродвигатель мощностью всего 50 лошадиных сил (примерно как у Daewoo Matiz в минимальной комплектации). Оптимальную высоту и диаметр роторов для «Букау» Флеттнер рассчитал, продув модель корабля в аэродинамической трубе.
Однако в двадцатом веке роторные паруса не смогли завоевать популярность. Моряки опасались незнакомой конструкции, а, кроме того, Великая депрессия 1929 года привела к снижению цен на нефть, и выгода от оснащения судов турбопарусами стала несущественной. В итоге инвесторы отказались от перспективных проектов Флеттнера, отдав предпочтение «классическим» судам с дизельными силовыми установками.
Следующим, кто обратился к идее турбопарусов, стал французский мореплаватель и исследователь Жак-Ив Кусто. Первый прототип, однопарусный катамаран под названием «Moulin à Vent» (с французского «ветряная мельница») потерпел крушение при переходе из Танжера в Нью-Йорк. Полученный опыт Кусто и его команда учли при работе над следующим судном, которое получило название «Алсиона».
Согласно данным Команды Кусто, «Алсиона» расходовала на 35% меньше топлива, чем похожее по размерам судно без парусов. Однако цены на углеродное топливо всё ещё оставались низкими, а глобального экологического тренда на снижение выбросов углекислого газа пока не существовало.
Сегодня всё чаще предпринимаются попытки возродить идею Флеттнера. Например, в 2010 году в Германии спущен на воду первый коммерческий корабль с роторными парусами — грузовое судно E‑Ship 1.
Эксперименты по установке на суда роторных парусов проводит и финская компания Norsepower. По данным компании, использование на судах роторов Флеттнера – которые поставляются под маркой Norsepower Rotor Sails – позволяет экономить до 4-5% топлива в год. Пока неизвестно, сможет ли большинство эксплуатируемых в мире грузовых судов перейти на роторные паруса. Однако, учитывая мировые тренды на отход от традиционных видов топлива, это вполне может произойти в ближайшие десятилетия.
Смотрите новые видео на youtube.com/@PhysFromPobed
Приобретайте наши конструкторы на fizikits.ru