Siri dokumentari terkenal The Cousteau Team's Underwater Odyssey ditembak oleh ahli oseanografi Perancis yang hebat pada tahun 1960-an - 1970-an. Kapal utama Cousteau kemudian ditukarkan dari kapal penyapu ranjau Britain "Calypso". Tetapi dalam salah satu filem berikutnya - "Penemuan Semula Dunia" - kapal lain muncul, kapal layar "Alcyone".
Melihatnya, banyak penonton bertanya kepada diri mereka sendiri: apakah paip pelik ini dipasang di kapal layar?.. Mungkin mereka adalah paip dandang atau sistem pendorong?
Bayangkan kehairanan anda jika anda mengetahui bahawa ini adalah SAILS … turbosail …
Dana Cousteau memperoleh kapal layar "Alkiona" pada tahun 1985, dan kapal ini dianggap tidak hanya sebagai kapal penyelidikan, tetapi sebagai pangkalan untuk mengkaji keberkesanan turbosail - sistem penggerak kapal yang asli. Dan ketika, 11 tahun kemudian, "Calypso" yang legendaris tenggelam, "Alcyona" mengambil tempatnya sebagai kapal utama ekspedisi (omong-omong, hari ini "Calypso" dibesarkan dan berada dalam keadaan separa rampasan di pelabuhan Concarneau).
Sebenarnya, turbosail itu dicipta oleh Cousteau. Serta peralatan selam, periuk bawah air dan banyak alat lain untuk menjelajahi kedalaman laut dan permukaan Lautan Dunia. Idea ini lahir pada awal 1980-an dan adalah untuk mewujudkan yang paling mesra alam, tetapi pada masa yang sama sistem pendorong yang mudah dan moden untuk unggas air. Penggunaan tenaga angin nampaknya merupakan bidang penyelidikan yang paling menjanjikan. Tetapi inilah nasib buruk: manusia mencipta layar beberapa ribu tahun yang lalu, dan apa yang lebih mudah dan logik?
Sudah tentu, Cousteau dan syarikatnya memahami bahawa mustahil untuk membina kapal yang digerakkan secara eksklusif dengan kapal layar. Lebih tepat lagi, mungkin, tetapi prestasi pemanduannya akan menjadi sangat biasa-biasa saja dan bergantung pada kelainan arah cuaca dan angin. Oleh itu, pada awalnya dirancang bahawa "belayar" baru hanya akan menjadi kekuatan tambahan, yang berlaku untuk membantu mesin diesel konvensional. Pada saat yang sama, turbosail akan secara signifikan mengurangi penggunaan bahan bakar diesel, dan dalam angin kencang, itu dapat menjadi satu-satunya penggerak kapal. Dan penampilan pasukan penyelidik beralih ke masa lalu - kepada penemuan jurutera Jerman, Anton Flettner, pereka pesawat terkenal, yang memberikan sumbangan penting dalam pembinaan kapal.
Video promosi:
Turbo sail adalah silinder berongga yang dilengkapi dengan pam khas. Pam mewujudkan vakum di satu sisi turbosail, mengepam udara ke layar, udara luar mula mengalir di sekitar turbosail dengan kelajuan yang berbeza dan kapal mula bergerak dalam arah tegak lurus dengan tekanan udara. Ini sangat mirip dengan lift yang bertindak pada sayap pesawat - tekanan dari bahagian bawah sayap lebih besar dan kapal terbang mendorong ke atas. Layar turbo membolehkan kapal bergerak melawan angin apa pun, asalkan daya pam mencukupi. Ia digunakan sebagai sistem tambahan untuk mesin marin konvensional. Dua turbosail yang dipasang di kapal pasukan Cousteau "Alkion" memungkinkan untuk menjimatkan bahan bakar hingga 50%.
Rotor Flettner dan kesan Magnus
Pada 16 September 1922, Anton Flettner menerima paten Jerman untuk kapal pusingan yang disebut. Dan pada bulan Oktober 1924, sebuah kapal putar eksperimen Buckau meninggalkan stok syarikat pembinaan kapal Friedrich Krupp di Kiel. Benar, schooner tidak dibina dari awal: sebelum pemasangan rotor Flettner, ia adalah kapal layar biasa.
Idea Flettner adalah menggunakan apa yang disebut kesan Magnus, intinya adalah seperti berikut: apabila aliran udara (atau cairan) mengalir di sekitar badan yang berputar, daya dihasilkan yang tegak lurus dengan arah aliran dan bertindak pada badan. Faktanya ialah objek yang berputar mencipta gerakan pusaran di sekitarnya. Di sisi objek, di mana arah pusaran bertepatan dengan arah aliran cecair atau gas, halaju medium meningkat, dan dari sisi yang berlawanan, ia menurun. Perbezaan tekanan dan mewujudkan daya ricih yang diarahkan dari sisi di mana arah putaran dan arah aliran bertentangan, ke sisi di mana mereka bertepatan.
"Kapal terbang Flettner ada di bibir semua orang berkat propaganda akhbar yang sangat bersemangat," tulis Louis Prandtl dalam artikelnya mengenai perkembangan seorang jurutera Jerman.
Kesan ini ditemui pada tahun 1852 oleh ahli fizik Berlin Heinrich Magnus.
Kesan Magnus
Jurutera dan pencipta aeronautika Jerman, Anton Flettner (1885–1961) dalam sejarah pelayaran sebagai seorang lelaki yang berusaha menggantikan kapal layar. Dia berpeluang melakukan perjalanan untuk waktu yang lama dengan kapal layar melintasi Atlantik dan Samudera India. Banyak layar dipasang di tiang kapal layar pada zaman itu. Peralatan pelayaran itu mahal, kompleks, dan aerodinamik tidak begitu cekap. Bahaya berterusan menunggu pelaut, yang, walaupun dalam ribut, harus berlayar dengan ketinggian 40-50 meter.
Semasa pelayaran, jurutera muda itu mempunyai idea untuk mengganti layar, yang memerlukan lebih banyak usaha, dengan alat yang lebih sederhana tetapi berkesan, dorongan utamanya juga akan menjadi angin. Merenungkan hal ini, dia mengingat eksperimen aerodinamik yang dilakukan oleh ahli fizik senegaranya, Heinrich Gustav Magnus (1802-1870). Mereka mendapati bahawa apabila silinder berputar dalam aliran udara, daya melintang timbul dengan arah bergantung pada arah putaran silinder (Magnus effect).
Salah satu eksperimen klasiknya kelihatan seperti ini: "Silinder tembaga boleh berputar antara dua titik; putaran silinder yang cepat diberikan, seperti di bahagian atas, oleh tali. Silinder berputar diletakkan dalam bingkai, yang pada gilirannya dapat diputar dengan mudah. Jet udara yang kuat dihantar ke sistem ini menggunakan pam empar kecil. Silinder menyimpang ke arah tegak lurus ke aliran udara dan ke paksi silinder, lebih-lebih lagi, ke arah dari mana arah putaran dan jetnya sama "(L. Prandtl" Magnus Effect and a Wind Ship ", 1925).
A. Flettner segera berpendapat bahawa layar boleh diganti dengan silinder berputar yang dipasang di kapal.
Ternyata di mana permukaan silinder bergerak melawan aliran udara, kelajuan angin menurun dan tekanan meningkat. Di sisi lain silinder, sebaliknya berlaku - kadar aliran udara meningkat dan tekanan menurun. Perbezaan tekanan dari sisi yang berlainan dari silinder adalah daya penggerak yang membuat kapal bergerak. Ini adalah prinsip asas peralatan putar yang menggunakan kekuatan angin untuk menggerakkan kapal. Semuanya sangat sederhana, tetapi hanya A. Flettner yang "tidak lewat", walaupun kesan Magnus telah diketahui lebih dari setengah abad.
Dia mula melaksanakan rancangan itu pada tahun 1923 di sebuah tasik berhampiran Berlin. Sebenarnya, Flettner melakukan perkara yang cukup sederhana. Dia memasang rotor silinder kertas dengan ketinggian sekitar satu meter dan diameter 15 cm pada kapal uji sepanjang satu meter, dan menyesuaikan mekanisme jam untuk memutarnya. Dan kapal itu berlayar pergi.
Para kapten kapal layar mengejek silinder A. Flettner, yang dengannya dia ingin menggantikan kapal layar. Pencipta berjaya menarik perhatian pelanggan seni yang kaya dengan penemuannya. Pada tahun 1924, bukannya tiga tiang, dua silinder rotor dipasang pada "Buckau" schooner 54 meter. Silinder ini digerakkan oleh penjana diesel 45 hp.
Rotor Bucau digerakkan oleh motor elektrik. Sebenarnya, tidak ada perbezaan dari eksperimen klasik Magnus dalam reka bentuknya. Di sisi, di mana rotor berputar melawan angin, kawasan tekanan meningkat dibuat, di sisi yang berlawanan, kawasan tekanan rendah. Kekuatan yang dihasilkan adalah yang mendorong kapal. Lebih-lebih lagi, daya ini kira-kira 50 kali lebih besar daripada kekuatan tekanan angin pada pemutar pegun!
Ini membuka prospek besar bagi Flettner. Antara lain, kawasan rotor dan jisimnya beberapa kali lebih kecil daripada kawasan rig pelayaran, yang akan memberikan daya penggerak yang sama. Rotor jauh lebih mudah dikendalikan, dan pembuatannya agak murah. Dari atas, Flettner menutupi rotor dengan pesawat plat - ini meningkatkan daya penggerak sekitar dua kali kerana orientasi aliran udara yang betul berbanding pemutar. Ketinggian dan diameter rotor yang optimum untuk "Bukau" dikira dengan meniup model kapal masa depan di terowong angin.
Kapal turbosail Cousteau - Untuk tahun 2011, Alkiona adalah satu-satunya kapal di dunia dengan turbosail Cousteau. Kematian seorang jurutera laut yang hebat pada tahun 1997 menghentikan pembinaan kapal kedua seperti itu, Calypso II, dan pembangun kapal lain takut reka bentuk yang tidak biasa …
Rotor Flettner terbukti sangat baik. Tidak seperti kapal belayar biasa, kapal berputar praktikal tidak takut cuaca buruk dan angin kencang, kapal itu dapat dengan mudah berlayar bergantian pada sudut 25º ke arah angin (untuk belayar biasa, hadnya sekitar 45 about). Dua rotor silinder (ketinggian 13.1 m, diameter 1.5 m) memungkinkan untuk mengimbangkan kapal dengan sempurna - ternyata lebih stabil daripada kapal layar yang Bukau sebelum penstrukturan semula. Ujian dilakukan dengan tenang, dan dalam ribut, dan dengan beban yang disengajakan - dan tidak ada kekurangan yang serius. Yang paling menguntungkan untuk pergerakan kapal adalah arah angin tepat tegak lurus dengan sumbu kapal, dan arah pergerakan (maju atau mundur) ditentukan oleh arah putaran rotor.
Pada pertengahan Februari 1925, schooner "Buckau", dilengkapi dengan rotor Flettner dan bukannya layar, meninggalkan Danzig (sekarang Gdansk) menuju Scotland. Cuaca buruk dan kebanyakan kapal layar tidak berani meninggalkan pelabuhan. Di Laut Utara, Buckau harus berhadapan dengan angin kencang dan ombak yang besar, tetapi kapal terbang lebih cepat daripada kapal layar lain yang dihadapi.
Semasa pelayaran ini, tidak perlu memanggil anak kapal ke geladak untuk menukar layar bergantung pada kekuatan atau arah angin. Seorang navigator jam tangan sudah cukup, yang, tanpa meninggalkan ruang roda, dapat mengawal aktiviti pemutar. Sebelum ini, kru skooner tiga tiang terdiri daripada sekurang-kurangnya 20 pelaut, setelah penukarannya menjadi kapal berputar, 10 orang sudah cukup.
Pada tahun yang sama, galangan kapal meletakkan dasar untuk kapal putar kedua - kapal kargo perkasa "Barbara", didorong oleh tiga rotor 17 meter. Pada masa yang sama, satu motor kecil dengan kapasiti hanya 35 hp sudah cukup untuk setiap rotor. (pada kelajuan putaran maksimum setiap rotor 160 rpm)! Dorong rotor setara dengan baling-baling yang didorong oleh baling-baling yang digabungkan dengan enjin diesel kapal konvensional dengan kapasiti sekitar 1000 hp Namun, kapal itu juga memiliki mesin diesel: selain rotor, kapal itu menggerakkan baling-baling (yang tetap menjadi satu-satunya alat pendorong sekiranya cuaca tenang).
Eksperimen yang menjanjikan mendorong syarikat perkapalan Rob. M. Sloman dari Hamburg untuk membina kapal Barbara pada tahun 1926. Ia dirancang sebelumnya untuk melengkapkan turbosail - rotor Flettner. Pada kapal panjang 90 m dan lebar 13 m, tiga pemutar dengan ketinggian sekitar 17 m dipasang.
Barbara telah berjaya mengangkut buah dari Itali ke Hamburg untuk beberapa waktu, seperti yang dirancang. Kira-kira 30-40% masa pelayaran kapal itu berlayar kerana angin yang kuat. Dengan angin 4-6 mata "Barbara" mengembangkan kelajuan 13 knot.
Ia dirancang untuk menguji kapal putar pada pelayaran yang lebih panjang di Lautan Atlantik.
Tetapi pada akhir 1920-an, Depresi Besar melanda. Pada tahun 1929, syarikat piagam enggan menyewa Barbara lebih jauh dan dijual. Pemilik baru mengeluarkan rotor dan menukar kapal mengikut skema tradisional. Namun, rotor hilang dari baling-baling skru bersama dengan loji kuasa diesel konvensional kerana pergantungannya pada angin dan batasan kuasa dan kelajuan tertentu. Flettner beralih ke penjelajahan yang lebih menjanjikan, dan Baden-Baden akhirnya tenggelam semasa ribut di Caribbean pada tahun 1931.
Dan mereka lupa tentang layar putar untuk masa yang lama …
Permulaan kapal putar, nampaknya, cukup berjaya, tetapi mereka tidak mendapat perkembangan dan dilupakan untuk masa yang lama. Kenapa? Pertama, "bapa" kapal berputar A. Flettner terjun ke dalam pembuatan helikopter dan tidak lagi berminat dengan pengangkutan laut. Kedua, di sebalik semua kelebihannya, kapal berputar tetap menjadi kapal layar dengan kekurangan yang ada, yang utama adalah bergantung kepada angin.
Rotor Flettner kembali tertarik pada tahun 80-an abad kedua puluh, ketika para saintis mula mencadangkan pelbagai langkah untuk mengurangkan pemanasan iklim, mengurangkan pencemaran, dan penggunaan bahan bakar yang lebih rasional. Salah satu yang pertama mengingat mereka adalah penjelajah Perancis Jacques-Yves Cousteau (1910-1997). Untuk menguji pengoperasian sistem turbosail dan mengurangkan penggunaan bahan bakar, catamaran dua tiang "Alcyone" (Alcyone adalah anak perempuan dewa angin Aeolus) diubah menjadi kapal putar. Berlayar pada tahun 1985, dia melakukan perjalanan ke Kanada dan Amerika, mengelilingi Cape Horn, melewati Australia dan Indonesia, Madagaskar dan Afrika Selatan. Dia dipindahkan ke Laut Kaspia, di mana dia berlayar selama tiga bulan, melakukan berbagai kajian. Alcyone masih menggunakan dua sistem penggerak yang berbeza - dua enjin diesel dan dua turbosail.
Turbo-pelayaran Cousteau
Kapal layar dibina sepanjang abad ke-20. Dalam kapal moden jenis ini, persenjataan pelayaran dilipat dengan bantuan motor elektrik; bahan baru memungkinkan untuk meringankan struktur dengan ketara. Tetapi perahu layar adalah perahu layar, dan idea untuk menggunakan tenaga angin dengan cara yang baru secara radikal telah ada di udara sejak zaman Flettner. Dan dia dijemput oleh petualang dan penjelajah yang tidak kenal lelah Jacques-Yves Cousteau.
Pada 23 Disember 1986, setelah Alcyone disebutkan pada awal artikel dilancarkan, Cousteau dan rakan-rakannya Lucien Malavar dan Bertrand Charier menerima paten bersama No. Gambaran umum adalah seperti berikut: “Perangkat ditempatkan di lingkungan yang bergerak ke arah tertentu; ini mewujudkan daya yang bertindak dalam arah yang berserenjang dengan yang pertama. Peranti mengelakkan penggunaan layar besar di mana daya penggeraknya sebanding dengan kawasan layar. Apakah perbezaan antara turbosail Cousteau dan layar putar Flettner?
Dalam keratan rentas, turbosail adalah seperti tetesan memanjang yang bulat dari hujung tajam. Di sisi "drop" terdapat kisi-kisi pengambilan udara, yang salah satunya (bergantung pada keperluan untuk bergerak maju atau mundur) udara disedut keluar. Untuk penyedutan angin yang paling cekap ke dalam pengambilan udara, kipas kecil yang digerakkan oleh motor elektrik dipasang di layar turbo.
Ini secara artifisial meningkatkan kelajuan pergerakan udara dari sebelah kiri layar, menghisap aliran udara pada saat pemisahannya dari bidang turbo-sail. Ini menimbulkan kekosongan pada satu sisi turbosail sambil menghalang pembentukan pusaran bergelora. Dan kemudian kesan Magnus bertindak: jarang berlaku di satu sisi, akibatnya - daya melintang yang mampu menggerakkan kapal. Sebenarnya, turbosail adalah sayap pesawat yang diposisikan secara menegak, sekurang-kurangnya prinsip mewujudkan daya pendorong serupa dengan prinsip membuat pengangkut pesawat. Untuk memastikan turbosail selalu dipusingkan ke arah angin yang paling menguntungkan, ia dilengkapi dengan sensor khas dan dipasang di atas meja putar. By the way, paten Cousteau menunjukkan bahawa udara dapat disedut keluar dari bahagian dalam turbosail bukan hanya oleh kipas, tetapi juga, misalnya,pam udara - dengan itu Cousteau menutup pintu untuk "penemu" berikutnya.
Sebenarnya, buat pertama kalinya, Cousteau menguji prototaip turbosail di catamaran Moulin à Vent pada tahun 1981. Pelayaran catamaran yang paling berjaya adalah perjalanan dari Tangier (Maghribi) ke New York di bawah pengawasan kapal ekspedisi yang lebih besar.
Dan pada bulan April 1985, di pelabuhan La Rochelle, Alcyone, kapal pertama yang lengkap dengan turbosail, dilancarkan. Sekarang dia masih bergerak dan hari ini adalah kapal induk (dan, sebenarnya, satu-satunya kapal besar) dari armada Cousteau. Turbo berlayar di atasnya bukan satu-satunya penggerak, tetapi mereka membantu gandingan biasa dua diesel dan beberapa baling-baling (yang, by the way, memungkinkan untuk mengurangkan penggunaan bahan bakar sekitar sepertiga). Sekiranya jurutera laut yang hebat itu masih hidup, dia mungkin akan membina beberapa kapal yang serupa, tetapi semangat rakan-rakannya setelah pemergian Cousteau terasa reda.
Tidak lama sebelum kematiannya pada tahun 1997, Cousteau secara aktif mengusahakan projek kapal "Calypso II" dengan turbosail, tetapi tidak berjaya menyiapkannya. Menurut data terbaru, pada musim sejuk tahun 2011, "Alkiona" berada di pelabuhan Caen dan sedang menunggu ekspedisi baru.
Flettner Lagi
Hari ini, usaha sedang dilakukan untuk menghidupkan kembali idea Flettner dan menjadikan arus putar menjadi arus perdana. Sebagai contoh, syarikat Hamburg terkenal Blohm + Voss, selepas krisis minyak tahun 1973, memulakan pengembangan aktif kapal tangki putar, tetapi pada tahun 1986, faktor ekonomi menutupi projek ini. Kemudian ada sebilangan rekaan amatur.
Pada tahun 2007, para pelajar di University of Flensburg membina sebuah catamaran yang dikuasakan oleh rotary sail (Uni-cat Flensburg).
Pada tahun 2010, kapal ketiga dengan layar putar muncul - trak berat E-Ship 1, yang dibina untuk Enercon, salah satu pengeluar turbin angin terbesar di dunia. Pada 6 Julai 2010, kapal ini pertama kali dilancarkan dan melakukan pelayaran pendek dari Emden ke Bremerhaven. Dan pada bulan Ogos, dia melakukan perjalanan kerja pertamanya ke Ireland dengan membawa sembilan turbin angin. Kapal ini dilengkapi dengan empat rotor Flettner dan, tentu saja, sistem pendorong tradisional sekiranya keadaan tenang dan untuk kekuatan tambahan. Namun, layar putar hanya berfungsi sebagai baling-baling tambahan: untuk trak setinggi 130 meter, kuasa mereka tidak cukup untuk mengembangkan kelajuan yang betul. Enjinnya adalah sembilan loji kuasa Mitsubishi, dan rotor diputar oleh turbin wap Siemens,menggunakan tenaga gas ekzos. Layar putar menjimatkan bahan bakar 30 hingga 40% pada kelajuan 16 knot.
Tetapi turbosail Cousteau masih belum dilupakan: Alcyone kini merupakan satu-satunya kapal bersaiz penuh dengan jenis pendorong ini. Pengalaman pembuat kapal Jerman akan menunjukkan sama ada masuk akal untuk mengembangkan lagi tema layar yang beroperasi pada kesan Magnus. Perkara utama adalah mencari justifikasi ekonomi untuk ini dan membuktikan keberkesanannya. Dan di sana, anda lihat, semua pelayaran dunia akan berpindah kepada prinsip yang digambarkan oleh saintis berbakat Jerman lebih dari 150 tahun yang lalu.
Di Laut Utara pada tahun 2010, anda dapat melihat kapal pelik "E-Ship 1". Di dek atasnya terdapat empat cerobong bulat tinggi, tetapi asap tidak pernah berpusing keluar dari situ. Ini adalah apa yang disebut pemutar Flettner, yang menggantikan layar tradisional.
Pada 2 Ogos 2010, pengeluar loji tenaga angin terbesar di dunia Enercon melancarkan kapal putar sepanjang 130 meter, selebar 22 m, yang kemudian diberi nama "E-Ship 1" di galangan kapal Lindenau di Kiel. Kemudian berjaya diuji di Laut Utara dan Laut Tengah, dan saat ini mengangkut generator angin dari Jerman, di mana ia dihasilkan, ke negara-negara Eropah yang lain. Ia mengembangkan kecepatan 17 knot (32 km / j), serentak mengangkut lebih dari 9 ribu tan muatan, krewnya adalah 15 orang.
Syarikat perkapalan yang berpangkalan di Singapura Wind Again, teknologi pengurangan bahan bakar dan pelepasan, menawarkan rotor Flettner yang direka khas (dilipat) untuk kapal tangki dan kapal kargo. Mereka akan mengurangkan penggunaan bahan bakar sebanyak 30-40% dan akan membuahkan hasil dalam 3-5 tahun.
Syarikat kejuruteraan laut Finland Wartsila sudah merancang untuk menyesuaikan turbosailnya di kapal feri pelayaran. Ini disebabkan oleh keinginan pengendali feri Finland Viking Line untuk mengurangkan penggunaan bahan bakar dan pencemaran alam sekitar.
Penggunaan rotor Flettner pada kapal kesenangan sedang dikaji oleh University of Flensburg (Jerman). Kenaikan harga minyak dan pemanasan iklim yang membimbangkan nampaknya merupakan keadaan yang baik untuk pemulangan turbin angin.
Kapal layar yang dirancang oleh John Marples "Cloudia" adalah trimaran yang dibina semula Searunner 34. Kapal layar ini pertama kali diuji pada Februari 2008 di Fort Pierce, Florida, AS, dan penciptaannya dibiayai oleh saluran Discovery. "Claudia" terbukti sangat bermanuver: dia berhenti dan menghidupkan mundur dalam beberapa saat, bergerak bebas pada sudut sekitar 15 ° ke arah angin. Peningkatan prestasi yang ketara terhadap rotor Flettner tradisional disebabkan oleh cakera melintang tambahan yang dipasang pada rotor trimaran depan dan belakang.
