ТУРБОПАРУС, ИЛИ ИСТОРИЯ ОДНОГО ИЗОБРЕТЕНИЯ

ТУРБОПАРУС, ИЛИ ИСТОРИЯ ОДНОГО ИЗОБРЕТЕНИЯ

В 1926 году эксперты британского общества «Регистр Ллойда» оказались в затруднительной ситуации — одно и то же судно им пришлось внести в классификационные списки дважды: в раздел «пароходы» и в раздел «парусники». Дело в том, что по действовавшим тогда регистрационным правилам, плавсредство, имеющее механический двигатель (будь то паровая машина, дизель или газовая турбина), считалось «пароходом». С этой точки зрения, судно голландского изобретателя Антона Флеттнера с его дизель-электрической установкой на борту по праву следовало бы отнести именно в этот разряд. Но как поступить, если при этом главной движущей силой у судна Флеттнера, как и у всех парусников, была сила ветра…

Все началось с ядра

В истории техники трудно найти другой пример механического изобретения, у истоков которого стояло бы столько профессоров, как у изобретения Флеттнера. Первым из них был профессор физики Берлинского университета Густав Магнус. В 1852 году к нему обратились артиллеристы за разрешением проблемы: их пушечные ядра даже в безветренную погоду иногда ни с того ни с сего меняли свою траекторию, отклоняясь вправо или влево от вертикальной плоскости стрельбы. Магнус предположил, что причина такой «аномалии» — вращение ядер. Для проверки гипотезы он смастерил прибор, на котором силу, вызывающую отклонение снаряда, можно было моделировать. Конструкция представляла собой тележку с установленным на ней вертикальным бронзовым цилиндром, которая могла передвигаться по рельсам поперек воздушного потока. Если цилиндр не вращался, тележка при обдувании воздухом оставалась неподвижной. Стоило же привести цилиндр во вращение — тележка начинала перемещаться поперек потока в сторону, где окружная скорость цилиндра и скорость воздушного потока совпадают. Вращая цилиндр в другую сторону, можно было заставить тележку двигаться в противоположном направлении.

Компоновочная схема судна Флеттнера
Компоновочная схема судна Флеттнера

Объяснив эффект качественно, Магнус не сумел произвести точных количественных измерений и дать какие-либо расчетные формулы. Не удалось сделать этого и английскому профессору лорду Рэлею, который спустя 25 лет связал секрет «резаных» мячей в теннисе с эффектом Магнуса. Спустя еще четверть века московский профессор Н. Жуковский, занимавшийся теоретическими исследованиями крыла, доказал, что подъемную силу можно получить и на цилиндре. Примерно в это же время, в 1910-1911 годах, французский профессор Лафё произвел первые более или менее точные измерения этой силы.

Шхуна «Букау» до и после ее переоборудования
Шхуна «Букау» до и после ее переоборудования

В 1918 году к теме вращающегося в потоке цилиндра снова обратились немецкие профессора — Прандтль и Феттингер. В аэродинамической лаборатории Геттингенского университета они выполнили тщательнейшее теоретическое и экспериментальное исследование эффекта Магнуса. Об этих работах еще один немецкий профессор — Альберт Эйнштейн — писал впоследствии: «Прандтль фактически осуществил то, что затем изобрел Флеттнер. Когда Флеттнер наблюдал за экспериментами Прандтля, ему и пришла в голову идея, что этот прибор может заменить паруса. Кто знает, додумался ли кто-нибудь до этого, если бы не Флеттнер?»

Труба вместо паруса

К 1920 году Антон Флеттнер сформулировал основную концепцию своей деятельности: создать ветровой движитель более эффективный, чем парус. Сейчас трудно предположить, что заставляло талантливого голландца с таким завидным упорством биться над разработкой ветровых движителей. Возможно, ему просто была невыносима мысль отказаться от ветра как источника движущей силы. Он перепробовал десятки авиационных крыльев различных форм и размеров, пока не остановился на эффекте Магнуса. Запатентованное в 1923 году судно Флеттнера было, по сути, ни чем иным, как увеличенной в сотни раз тележкой, с которой в середине XIX столетия экспериментировал берлинский профессор. А спустя три года после выдачи патента появилось необычное судно, которое и озадачило экспертов «Регистра Ллойда».

Схема действия ротора Флеттнера
Схема действия ротора Флеттнера

На корпусе шхуны «Букау» вместо мачт Флеттнер установил два вертикальных ротора. Высота каждого из них составляла 13 метров, диаметр — 3 метра. Два электродвигателя по 11 кВт вращали роторы со скоростью 750 об/мин. Когда ветер обдувал вращающиеся цилиндры, на них возникала поперечная сила, которая и двигала судно. Флеттнер видел преимущество такой конструкции в том, что при прочих равных условиях площадь поперечного сечения роторов была в десять раз меньше, чем площадь парусов. Первые удачные опыты подтвердили правоту Флеттнера и добавили энтузиазма его исследованиям.

Переименованная в «Баден-Баден» бывшая шхуна «Букау» совершила несколько рейсов вокруг Британских островов и Европы, и даже пересекла Атлантику. Успех этого перехода инициировал постройку сразу нескольких роторных яхт и крупного судна «Барбара» водоизмещением более 2000 тонн. Оборудованное тремя роторами, в течение нескольких лет оно совершало рейсы между Северным и Средиземным морями.

Небольшая яхта, оборудованная ротором (фото начала 1930-х годов)
Небольшая яхта, оборудованная ротором (фото начала 1930-х годов)

Однако регулярная эксплуатация вскоре выявила неустранимые недостатки судов Флеттнера. Для вращения роторов использовались механические двигатели и, следовательно, для них требовался достаточный запас топлива, поэтому о неограниченной дальности плавания, как у парусников, речи не шло. А поскольку главной движущей силой для них все-таки оставался ветер, выдерживать расписания, как рейсовые пароходы, роторные суда не могли. Постепенно ажиотаж стал затихать, прошло всего несколько лет, и громоздкие, напоминающие заводские трубы роторы исчезли с морских горизонтов. Флеттнеровские корабли пошли на слом. Суровая экономика не подтвердила их прав на жизнь.

Ошибка профессора Гюмбеля

Неисповедимы пути, которыми известность приходит к изобретателям. И, к сожалению, зачастую мы даже не помним имена тех, чьи открытия преобразили лицо нашего мира. Зато о роторных судах Флеттнера писали так много и часто, что они вошли едва ли не во все энциклопедии и учебники по судостроению. Даже уже упомянутый Эйнштейн посвятил им в 1930-х годах отдельную обстоятельную статью. Как и многих других ученых, его привлекало, по-видимому, то, что это изобретение родилось непосредственно из научного исследования, что наука выступала здесь на первом плане.

Трехроторное судно «Барбара»
Трехроторное судно «Барбара»

Парадоксально, но как раз именно предприимчивость и напористость Флеттнера помешали тогда развитию первоначальной идеи. Впечатляющие масштабностью роторные корабли и поднятая вокруг них шумиха затмили небольшой приборчик, построенный в Геттингенском университете профессором Гюмбелем.

«Алкиона» (фр. Alcyone) - экспедиционное судно Ж.-И. Кусто 1983-1985 годов постройки, оборудованное системой «турбопарус» (с эллипсными роторами), запатентованной фондом Кусто
«Алкиона» (фр. Alcyone) — экспедиционное судно Ж.-И. Кусто 1983-1985 годов постройки, оборудованное системой «турбопарус» (с эллипсными роторами), запатентованной фондом Кусто

Еще Н. Жуковский ясно показал, что вращающийся вокруг своей оси цилиндр в принципе ничем не отличается от лопасти: при обдувании воздухом на таком цилиндре, как и на лопасти, возникает подъемная сила. Чтобы продемонстрировать это сходство, Гюмбель сделал турбину, в которой вместо лопастей были вращающиеся в разные стороны цилиндры. Поместив конструкцию в поток, он убедился, что она начинает вращаться. Правда, лобовое сопротивление цилиндров настолько превышало сопротивление обычных лопастей, что ученый отнесся к своему прибору как наглядному пособию для студентов — не более. Как и Флеттнер, он считал необходимым условием получения подъемной силы вращение цилиндров.

Вертушка профессора Гюмбеля
Вертушка профессора Гюмбеля

Окажись немецкий профессор в нашем времени, он с удивлением бы узнал, что во многих странах мира сегодня ведутся исследования, базирующиеся на эффекте Магнуса. И не только применительно к судостроению. Есть проекты использования роторов и в современной авиации, и в альтернативной энергетике. Впрочем, как говорится, — это уже другая история…

Геннадий СМИРНОВ

Рекомендуем почитать

  • С СУШИ — НА ВОДУС СУШИ — НА ВОДУ
    Еще много есть в России рек и озер, которые могут доставить радость и удовольствие любителям отдыха на воде. Но большинство водоемов, где можно поплавать на лодке, находятся вдали от...
  • САДОВАЯ ВАЗАСАДОВАЯ ВАЗА
    В отличие от клумбы с цветами, декоративная ваза удобна тем, что может быть расположена в любом месте садового или дачного участка, украшая хоть зеленую лужайку, хоть угол мощеной...
Тут можете оценить работу автора: