흰 돛의 날개 위에. 터보 돛을 달고 있는 배! 로터 세일

유명한 다큐멘터리 시리즈 "쿠스토 팀의 수중 오디세이"는 1960년대와 1970년대 프랑스의 위대한 해양학자가 촬영했습니다. Cousteau의 주함은 영국 지뢰 찾기 Calypso에서 개조되었습니다. 그러나 후속 영화 중 하나 인 "세계의 재발견"에는 요트 "Halcyone"이라는 또 다른 배가 등장했습니다.

그녀를 보면서 많은 TV 시청자들은 요트에 어떤 종류의 이상한 파이프가 설치되어 있는지 스스로에게 질문했습니다.... 아마도 이것은 보일러 또는 추진 시스템의 파이프일까요? 이것이 항해... 터보돛...이라는 사실을 알게 된다면 얼마나 놀랄지 상상해 보십시오.

Cousteau 재단은 1985년에 요트 Alcyone를 인수했으며, 이 배는 연구용 선박이 아니라 원래 선박 추진 시스템인 터보세일의 효율성을 연구하기 위한 기반으로 간주되었습니다. 그리고 11년 후 전설적인 칼립소(Calypso)가 침몰했을 때 알키오네(Alcyone)는 원정대의 주요 선박으로 자리를 잡았습니다. 그런데 오늘날 칼립소(Calypso)가 세워지고 반쯤 약탈된 상태로 콩카르노(Concarneau) 항구에 서 있습니다.

사실 터보세일은 쿠스토가 발명한 것입니다. 스쿠버 장비, 수중 접시 및 바다 깊이와 세계 해양 표면을 탐험하기 위한 기타 여러 장치와 같습니다. 이 아이디어는 1980년대 초반에 탄생했으며 가장 환경 친화적이면서 동시에 편리하고 현대적인 물새 추진 장치를 만드는 것이었습니다. 풍력발전의 이용은 가장 유망한 연구분야인 것 같았다. 하지만 문제는 다음과 같습니다. 인류는 수천 년 전에 돛을 발명했습니다. 이보다 더 간단하고 논리적인 것이 무엇일까요?

물론 쿠스토와 회사는 돛만으로 추진되는 배를 만드는 것이 불가능하다는 것을 알고 있었습니다. 더 정확하게는 아마도 주행 성능이 매우 평범하고 날씨와 바람의 방향에 따라 달라질 것입니다. 따라서 처음에는 새로운 "돛"이 기존 디젤 엔진을 보조하는 데 사용되는 보조 힘일 뿐이라는 것이 계획되었습니다. 동시에 터보세일은 소비량을 크게 줄여줍니다. 디젤 연료, 강한 바람이 불면 선박의 유일한 추진 장치가 될 수 있습니다. 그리고 연구원 팀은 조선에 심각한 공헌을 한 유명한 항공기 설계자인 독일 엔지니어 Anton Flettner의 발명품을 과거로 살펴보았습니다.

터보세일은 특수 펌프가 장착된 속이 빈 실린더입니다. 펌프는 터보세일의 한쪽 면에 진공을 생성하여 공기를 세일 안으로 펌핑합니다. 외부 공기는 다양한 속도로 터보세일 주위로 흐르기 시작하며 선박은 기압에 수직인 방향으로 움직이기 시작합니다. 이는 비행기 날개에 작용하는 양력을 매우 연상시킵니다. 날개 아래에서 압력이 더 커지고 비행기가 위로 밀려납니다. 터보세일을 사용하면 펌프 동력이 충분하다면 배가 어떤 바람에도 맞서 움직일 수 있습니다. 기존 선박용 엔진의 보조 시스템으로 사용됩니다. Cousteau 팀의 “Halcyon” 선박에 설치된 두 개의 터보세일 덕분에 최대 50%의 연료를 절약할 수 있었습니다.

Flettner 로터와 마그누스 효과

1922년 9월 16일, Anton Flettner는 소위 회전 용기에 대한 독일 특허를 받았습니다. 그리고 1924년 10월 실험용 회전선 Buckau가 킬에 있는 Friedrich Krupp 조선 회사의 활주로를 떠났습니다. 사실, 스쿠너는 처음부터 제작되지 않았습니다. Flettner 로터를 설치하기 전에는 일반 범선이었습니다.

Flettner의 아이디어는 소위 마그누스 효과(Magnus effect)를 사용하는 것이었습니다. 그 본질은 다음과 같습니다. 공기(또는 액체) 흐름이 회전하는 몸체 주위로 흐를 때 흐름 방향에 수직인 힘이 생성되어 몸체에 작용합니다. . 사실 회전하는 물체는 자신 주위에 소용돌이 운동을 생성합니다. 소용돌이의 방향이 액체 또는 기체 흐름의 방향과 일치하는 물체 쪽에서는 매체의 속도가 증가하고 반대쪽에서는 감소합니다. 압력 차이는 회전 방향과 흐름 방향이 반대인 쪽에서 일치하는 쪽으로 향하는 횡력을 생성합니다.

독일 엔지니어의 발전에 관한 기사에서 Louis Prandtl은 "Flettner의 바람 배는 유난히 열성적인 신문 선전 덕분에 모든 사람의 입술에 있습니다."라고 썼습니다.

이 효과는 1852년 베를린의 물리학자 하인리히 마그누스(Heinrich Magnus)에 의해 발견되었습니다.

마그누스 효과

독일의 항공공학자이자 발명가인 Anton Flettner(1885~1961)는 해양 역사에 돛을 교체하려는 사람으로 기록되었습니다. 그는 대서양과 인도양을 횡단하는 범선을 타고 오랫동안 여행할 기회를 가졌습니다. 그 시대에는 범선의 돛대에 많은 돛이 설치되었습니다. 항해 장비는 비싸고 복잡했으며 공기역학적으로 그다지 효율적이지 않았습니다. 폭풍 중에도 40-50 미터 높이의 돛을 처리해야했던 선원들은 끊임없는 위험에 직면했습니다.

항해 중에 젊은 엔지니어는 많은 노력이 필요한 돛을 더 간단하지만 효과적인 장치로 교체하려는 아이디어를 얻었습니다. 이 장치의 주요 추진력은 바람이기도 합니다. 이에 대해 생각하면서 그는 동포인 물리학자 하인리히 구스타프 마그누스(1802~1870)가 수행한 공기역학 실험을 떠올렸다. 그들은 공기 흐름 속에서 실린더가 회전할 때 실린더의 회전 방향에 따른 방향으로 횡력이 발생한다는 것을 발견했습니다(마그누스 효과).

그의 고전적인 실험 중 하나는 다음과 같았습니다. 다음과 같은 방법으로: “황동 원통은 두 지점 사이에서 회전할 수 있습니다. 상단에서와 같이 코드를 통해 실린더에 빠른 회전이 전달되었습니다. 회전하는 실린더는 쉽게 회전할 수 있는 프레임에 배치되었습니다. 이 시스템은 소형 원심 펌프를 사용하여 강한 공기 흐름에 노출되었습니다. 실린더는 공기 흐름과 실린더 축에 수직 인 방향으로 벗어 났으며 회전 방향과 흐름이 동일한 방향으로 벗어났습니다."(L. Prandtl "The Magnus Effect and the Wind Ship", 1925 ).

A. Flettner는 선박에 설치된 회전 실린더로 돛을 교체할 수 있다고 즉시 생각했습니다.

실린더 표면이 공기 흐름의 반대 방향으로 움직이는 경우 풍속은 감소하고 압력은 증가하는 것으로 나타났습니다. 실린더 반대편에서는 그 반대가 적용됩니다. 즉, 공기 흐름 속도가 증가하고 압력이 떨어집니다. 이러한 압력 차이는 다른 측면실린더는 배를 움직이게 하는 원동력이다. 이것이 바람의 힘을 이용해 선박을 추진시키는 회전장비의 기본 작동원리이다. 모든 것이 매우 간단하지만 A. Flettner만이 "지나가지 않았습니다". Magnus 효과는 반세기 이상 동안 알려져 왔습니다.

그는 1923년 베를린 근처의 호수에서 이 계획을 실행하기 시작했습니다. 사실, Flettner는 다소 간단한 일을 했습니다. 그는 길이 1m의 테스트 보트에 높이 1m, 직경 15cm 정도의 종이 실린더 로터를 설치하고 시계 메커니즘을 적용하여 회전시켰습니다. 그리고 배는 항해했습니다.

범선의 선장은 A. Flettner의 실린더를 조롱했는데, 그는 돛을 교체하고 싶었습니다. 발명가는 자신의 발명품에 대해 부유한 예술 후원자들의 관심을 끌었습니다. 1924년에는 3개의 마스트 대신 2개의 회전 실린더가 54m 스쿠너 Buckau에 장착되었습니다. 이 실린더는 45마력 디젤 발전기에 의해 회전되었습니다.

Bukau의 로터는 전기 모터로 구동되었습니다. 사실 매그너스의 고전적 실험과 디자인에는 별 차이가 없었다. 로터가 바람을 향해 회전하는 쪽에는 고기압 영역이 생기고 반대쪽에는 저기압 영역이 생성됩니다. 그 결과 힘이 배를 움직였습니다. 더욱이, 이 힘은 고정된 로터에 가해지는 풍압의 힘보다 약 50배 더 ​​컸습니다!

이것은 Flettner에게 엄청난 전망을 열어주었습니다. 무엇보다도 로터 면적과 질량은 항해 장비의 면적보다 몇 배 더 작았으며 이는 동일합니다. 추진력. 로터는 제어하기가 훨씬 쉬웠고 생산 비용도 상당히 저렴했습니다. 위에서 Flettner는 판형 평면으로 로터를 덮었습니다. 이는 로터에 대한 공기 흐름의 올바른 방향으로 인해 구동력을 약 두 배로 늘렸습니다. Bukau에 대한 로터의 최적 높이와 직경은 풍동에서 미래 선박의 모델을 불어서 계산되었습니다.

쿠스토의 터보세일러 - 2011년 현재 Alkyona는 Cousteau 터보세일을 갖춘 세계 유일의 선박입니다. 1997년 위대한 해양학자의 죽음으로 두 번째 유사한 선박인 Calypso II의 건조가 중단되었고 다른 조선소들은 특이한 설계를 경계하고 있습니다.

Flettner 로터의 성능은 매우 뛰어났습니다. 기존 범선과 달리 회전선은 악천후와 강한 측면 바람을 거의 두려워하지 않았으며 역풍에 대해 25도 각도로 교대로 쉽게 항해할 수 있었습니다(기존 항해의 경우 한계는 약 45도). 2개의 원통형 로터(높이 13.1m, 직경 1.5m)를 사용하여 선박의 균형을 완벽하게 맞출 수 있었으며 구조 조정 이전의 Bukau 범선보다 더 안정적인 것으로 나타났습니다. 테스트는 폭풍우가 치는 조용한 조건에서 고의적인 과부하가 걸린 상태에서 수행되었으며 심각한 결함은 확인되지 않았습니다. 선박의 이동에 가장 유리한 방향은 선박의 축과 정확히 수직인 바람의 방향이었고, 이동 방향(전진 또는 후진)은 로터의 회전 방향에 따라 결정되었습니다.

1925년 2월 중순, 돛 대신 Flettner 로터를 장착한 스쿠너 Buckau가 단치히(현 그단스크)를 떠나 스코틀랜드로 향했습니다. 날씨가 좋지 않아 대부분의 범선이 감히 항구를 떠나지 못했습니다. 북해에서 버카우호는 강한 바람과 큰 파도를 맞으며 치열한 전투를 벌였으나, 스쿠너는 마주한 다른 범선에 비해 굽힘이 적었다.

이 항해 중에는 바람의 세기나 방향에 따라 돛을 바꾸기 위해 갑판에 있는 승무원을 불러야 할 필요가 없었습니다. 필요한 것은 조타실을 떠나지 않고도 로터의 활동을 제어할 수 있는 시계 내비게이터 한 명뿐이었습니다. 이전에는 돛대가 3개인 스쿠너의 승무원은 최소 20명으로 구성되었으나, 회전선으로 전환한 후에는 10명이면 충분했습니다.

같은 해에 조선소는 3개의 17미터 로터로 구동되는 강력한 화물선 Barbara라는 두 번째 회전선을 건조했습니다. 동시에 각 로터에는 출력이 35hp에 불과한 소형 모터 하나면 충분했습니다. (각 로터의 최대 회전 속도는 160rpm입니다)! 로터의 추력은 약 1000마력의 출력을 가진 기존 선박용 디젤 엔진과 결합된 스크류 프로펠러의 추력과 동일했습니다. 그러나 선박에는 디젤도 존재했습니다. 로터 외에도 프로펠러를 구동했습니다(평온한 날씨의 경우 유일한 추진 장치로 남아 있음).

유망한 경험으로 인해 함부르크의 해운 회사인 Rob.M.Sloman은 1926년에 Barbara를 건조했습니다. 터보세일(Flettner 로터)을 장착하는 것이 미리 계획되었습니다. 길이 90m, 폭 13m의 선박에 높이 약 17m의 로터 3개가 장착됐다.

"Barbara"는 계획대로 과일을 이탈리아에서 함부르크까지 성공적으로 운송했습니다. 항해의 약 30~40%는 바람에 의해 추진되었습니다. 4~6포인트의 바람으로 "Barbara"는 13노트의 속도를 냈습니다.

계획은 대서양에서 더 긴 항해를 하면서 회전 선박을 테스트하는 것이었습니다.

그러나 1920년대 후반에 대공황이 닥쳤다. 1929년에 전세 회사는 Barbara의 임대를 계속 거부했고 그녀는 매각되었습니다. 새로운 소유자는 로터를 제거하고 전통적인 설계에 따라 선박을 재장착했습니다. 그럼에도 불구하고 로터는 바람에 대한 의존성과 출력 및 속도에 대한 특정 제한으로 인해 기존 디젤 발전소와 결합된 스크류 프로펠러보다 열등했습니다. Flettner는 보다 진보된 연구에 눈을 돌렸고, Baden-Baden호는 결국 1931년 카리브해에서 발생한 폭풍으로 인해 침몰했습니다. 그리고 그들은 오랫동안 로터 세일을 잊어버렸습니다...

회전선의 시작은 꽤 성공적인 것처럼 보였지만 개발되지 않아 오랫동안 잊혀졌습니다. 왜? 첫째, 회전 선박의 "아버지"인 A. Flettner는 헬리콥터 제작에 뛰어 들었고 해상 운송에 대한 관심을 중단했습니다. 둘째, 모든 장점에도 불구하고 회전식 선박은 고유한 단점을 지닌 범선으로 남아 있으며, 그 주요 원인은 바람에 대한 의존성입니다.

Flettner 로터는 과학자들이 기후 온난화를 완화하고 오염을 줄이며 보다 합리적인 연료 소비를 위한 다양한 조치를 제안하기 시작한 20세기 80년대에 다시 관심을 갖게 되었습니다. 그들을 가장 먼저 기억한 사람 중 한 명은 심해 탐험가인 프랑스인 Jacques-Yves Cousteau(1910-1997)였습니다. 터보세일 시스템의 작동을 테스트하고 점점 더 비싼 연료 소비를 줄이기 위해 2개의 돛대를 갖춘 쌍동선 "Alcyone"(Alcyone은 바람의 신 Aeolus의 딸입니다)을 회전 선박으로 전환했습니다. 1985년에 출항한 그는 캐나다와 미국, 케이프혼(Cape Horn)을 일주하고 호주와 인도네시아, 마다가스카르와 남아프리카공화국을 방문했습니다. 그는 카스피해로 이동해 그곳에서 3개월 동안 항해하며 다양한 연구를 했다. Alcyone은 여전히 ​​두 개의 서로 다른 추진 시스템, 즉 두 개의 디젤 엔진과 두 개의 터보 돛을 사용합니다.

터보세일 쿠스토

범선도 20세기 전반에 걸쳐 제작되었습니다. 이러한 유형의 현대식 선박에서는 전기 모터를 사용하여 돛을 펼치고 신소재를 사용하여 디자인이 훨씬 더 가벼워졌습니다. 그러나 범선은 범선이며, 풍력 에너지를 근본적으로 새로운 방식으로 사용하려는 아이디어는 Flettner 시대부터 진행되었습니다. 그리고 그것은 지칠 줄 모르는 모험가이자 탐험가인 Jacques-Yves Cousteau에 의해 선택되었습니다.

1986년 12월 23일, 기사 시작 부분에서 언급한 Halcyone이 출시된 후 Cousteau와 그의 동료 Lucien Malavard 및 Bertrand Charrier는 "움직이는 액체 또는 가스를 사용하여 힘을 생성하는 장치"에 대한 공동 특허 번호 US4630997을 받았습니다. .” 일반적인 설명은 다음과 같습니다. “장치는 특정 방향으로 움직이는 환경에 배치됩니다. 이 경우 첫 번째에 수직인 방향으로 작용하는 힘이 발생합니다. 이 장치는 추진력이 돛 면적에 비례하는 거대한 돛의 사용을 방지합니다.” Cousteau 터보세일과 Flettner 로터 세일의 차이점은 무엇입니까?

횡단면에서 터보세일은 끝이 둥글고 길쭉한 물방울과 같습니다. "드롭"의 측면에는 공기 흡입구 그릴이 있으며, 그 중 하나를 통해 (전진 또는 후진 필요성에 따라) 공기가 흡입됩니다. 공기 흡입구로 바람을 최대한 효과적으로 흡입하기 위해 전기 모터로 구동되는 소형 팬이 터보 세일에 설치됩니다.

이는 터보세일의 평면에서 분리되는 순간 공기 흐름을 흡입하여 돛의 바람이 불어오는 쪽에서 공기 이동 속도를 인위적으로 증가시킵니다. 이는 터보세일의 한쪽 면에 진공을 생성하는 동시에 난류 소용돌이의 형성을 방지합니다. 그리고 나서 마그누스 효과가 작용합니다. 한쪽이 진공 상태가 되어 선박이 움직일 수 있는 측면 힘이 발생합니다. 실제로 터보세일은 수직으로 배치된 항공기 날개입니다. 적어도 추진력을 생성하는 원리는 항공기 리프트를 생성하는 원리와 유사합니다. 터보세일이 항상 바람을 가장 많이 향하도록 하기 위해 유리한 측면, 특수 센서가 장착되어 턴테이블에 설치됩니다. 그건 그렇고, Cousteau의 특허는 팬뿐만 아니라 예를 들어 공기 펌프에 의해서도 터보세일 내부에서 공기가 흡입될 수 있음을 의미합니다. 따라서 Cousteau는 후속 "발명가"를 위해 문을 닫았습니다.

실제로 Cousteau는 1981년 쌍동선 "Windmill"(Moulin à Vent)에서 터보세일 프로토타입을 처음 테스트했습니다. 쌍동선의 가장 성공적인 항해는 더 큰 탐험선의 감독하에 탕헤르(모로코)에서 뉴욕까지의 여행이었습니다.

그리고 1985년 4월, 터보세일을 장착한 최초의 본격적인 선박인 Halcyone이 라로셸 항구에서 진수되었습니다. 현재 그녀는 여전히 이동 중이며 오늘날 Cousteau 팀 소함대의 기함(사실 유일한 대형 선박)입니다. 터보세일은 유일한 추진력 역할을 하는 것이 아니라 두 개의 디젤 엔진과
여러 개의 나사 (그런데 연료 소비를 약 1/3로 줄일 수 있음). 위대한 해양학자가 살아 있었다면 아마도 비슷한 배를 여러 척 더 만들었을 것입니다. 그러나 쿠스토가 떠난 후 동료들의 열정은 눈에 띄게 약해졌습니다.

1997년 사망 직전 Cousteau는 터보 세일을 갖춘 Calypso II 선박 프로젝트에 적극적으로 참여했지만 완료할 시간이 없었습니다. 최신 데이터에 따르면 2011년 겨울, 알키오네는 카엔(Kaen) 항구에 있었고 새로운 탐험을 기다리고 있었습니다.

그리고 다시 플래트너

오늘날 Flettner의 아이디어를 되살리고 로터 세일을 널리 보급하려는 시도가 이루어지고 있습니다. 예를 들어 함부르크의 유명한 회사인 Blohm + Voss는 1973년 석유 위기 이후 회전식 유조선의 적극적인 개발을 시작했지만 1986년에 이르러 경제적 힘이 프로젝트를 종료했습니다. 그런 다음 일련의 아마추어 디자인이있었습니다.

2007년에 플렌스부르크 대학교(University of Flensburg) 학생들은 로터 세일(Uni-cat Flensburg)로 추진되는 쌍동선을 제작했습니다.

2010년에는 역사상 세 번째 로터 세일 선박이 등장했습니다. E-Ship1 대형 트럭은 다음 중 하나인 Enercon의 주문에 따라 제작되었습니다. 최대 생산자세계의 풍력 발전기. 2010년 7월 6일, 이 배는 처음으로 진수되어 엠덴(Emden)에서 브레머하펜(Bremerhaven)까지 짧은 항해를 했습니다. 그리고 이미 8월에 그는 9대의 풍력 발전기를 싣고 아일랜드로 첫 항해를 떠났습니다. 선박에는 4개의 Flettner 로터가 장착되어 있으며, 날씨가 잔잔할 경우 추가 출력을 위해 전통적인 추진 시스템도 물론 사용됩니다. 하지만 로터 세일은 보조 추진력 역할만 합니다. 130미터 트럭의 경우 로터 세일의 출력은 적절한 속도를 내기에는 충분하지 않습니다. 엔진은 9개의 미쓰비시 동력 장치로 구동되며 로터는 배기 가스 에너지를 사용하는 지멘스 증기 터빈으로 구동됩니다. 로터 세일은 16노트의 속도에서 연료를 30~40% 절약할 수 있습니다.

그러나 Cousteau의 터보세일은 여전히 ​​일부 망각 속에 남아 있습니다. Alkyone은 현재 이러한 유형의 추진력을 갖춘 유일한 대형 선박입니다. 독일 조선소의 경험은 마그누스 효과로 구동되는 돛이라는 주제를 더욱 발전시키는 것이 합리적인지 여부를 보여줄 것입니다. 가장 중요한 것은 이에 대한 경제적 정당성을 찾고 그 효과를 입증하는 것입니다. 그러면 아시다시피 모든 세계 해운은 150여 년 전에 한 재능 있는 독일 과학자가 설명한 원칙으로 전환될 것입니다.

2010년 북해에서는 이상한 배 'E-Ship 1'이 목격됐다. 상부 데크에는 4개의 크고 둥근 굴뚝이 있지만 그 굴뚝에서는 연기가 결코 피어오르지 않습니다. 이것은 전통적인 돛을 대체한 소위 Flettner 로터입니다.

세계 최대 풍력 발전소 제조업체인 Enercon은 2010년 8월 2일 킬의 Lindenau 조선소에서 길이 130m, 폭 22m의 회전 선박을 진수했습니다. 이 선박은 나중에 E-Ship 1로 명명되었습니다. 이후 북해와 지중해에서 성공적으로 테스트되었으며 현재 풍력 발전기를 생산하는 독일에서 다른 유럽 국가로 운송하고 있습니다. 이 선박은 시속 17노트(32km/h)의 속도에 도달하고 동시에 9,000톤 이상의 화물을 운송하며 승무원은 15명입니다.

연료 소비와 배출을 줄이는 기술을 개발하는 싱가포르 소재 조선업체 Wind Again은 유조선과 화물선에 특별히 설계된 Flettner 로터(접이식)를 설치할 것을 제안합니다. 연료 소비를 30~40% 줄이고 3~5년 안에 비용을 지불하게 됩니다.

핀란드 해양 엔지니어링 회사인 Wartsila는 이미 크루즈 페리에 터보세일을 설치할 계획입니다. 이는 연료 소비와 환경 오염을 줄이려는 핀란드 페리 운영사 Viking Line의 바람 때문입니다.

플렌스부르크 대학(독일)에서는 유람선에 Flettner 로터를 사용하는 방법을 연구하고 있습니다. 유가 상승과 우려할 만큼 온난화된 기후는 풍력 터빈의 복귀에 유리한 조건을 조성하고 있는 것으로 보입니다.

Cloudia의 John Marples가 디자인한 요트는 재건된 삼동선 Searunner 34입니다. 이 요트는 2008년 2월 미국 플로리다주 포트 피어스에서 첫 테스트를 거쳤으며 제작 자금은 Discovery TV 채널에서 조달되었습니다. "Claudia"는 믿을 수 없을 만큼 기동성이 뛰어났습니다. 몇 초 만에 정지했다가 후진했으며, 바람에 대해 약 15° 각도로 자유롭게 움직였습니다. 기존 Flettner 로터에 비해 성능이 눈에 띄게 향상된 것은 삼동선의 전면 및 후면 로터에 설치된 추가 가로 디스크 때문입니다.

InfoGlaz.rf 이 사본이 작성된 기사에 대한 링크 -

유명한 다큐멘터리 시리즈 "쿠스토 팀의 수중 오디세이"는 1960년대와 1970년대 프랑스의 위대한 해양학자가 촬영했습니다. Cousteau의 주함은 영국 지뢰 찾기 Calypso에서 개조되었습니다. 그러나 후속 영화 중 하나 인 "세계의 재발견"에는 요트 Alcyone이라는 또 다른 배가 등장했습니다. 그녀를 보면서 많은 TV 시청자들은 스스로에게 질문했습니다. 요트에 설치된 이 이상한 돛대와 돛은 무엇입니까?..

Cousteau 재단은 1985년에 Halcyone을 인수했으며, 이 배는 연구용 선박이 아니라 원래 선박 추진 시스템인 터보세일의 효율성을 연구하기 위한 기반으로 간주되었습니다. 그리고 11년 후 전설적인 Calypso가 침몰했을 때 Alkyone은 원정대의 주요 선박으로 자리를 잡았습니다. 그런데 오늘날 Calypso는 세워지고 반쯤 약탈된 상태로 Concarneau 항구에 서 있습니다.

사실 터보세일은 쿠스토가 발명한 것입니다. 스쿠버 장비, 수중 접시 및 바다 깊이와 세계 해양 표면을 탐험하기 위한 기타 여러 장치와 같습니다. 이 아이디어는 80년대 초반에 탄생했으며 가장 환경 친화적이면서 동시에 편리하고 현대적인 물새 추진 장치를 만드는 것이었습니다. 풍력발전의 이용은 가장 유망한 연구분야인 것 같았다. 하지만 문제는 다음과 같습니다. 인류는 수천 년 전에 돛을 발명했습니다. 이보다 더 간단하고 논리적인 것이 무엇일까요?

물론 쿠스토와 회사는 돛만으로 추진되는 배를 만드는 것이 불가능하다는 것을 알고 있었습니다. 더 정확하게는 아마도 주행 성능이 매우 평범하고 날씨와 바람의 방향에 따라 달라질 것입니다. 따라서 처음에는 새로운 "돛"이 기존 디젤 엔진을 보조하는 데 사용되는 보조 동력일 뿐이라는 것이 계획되었습니다. 동시에 터보세일은 디젤 연료 소비를 크게 줄여주며, 강한 바람이 불 때 선박의 유일한 추진 장치가 될 수 있습니다.

그리고 연구원 팀은 조선에 심각한 공헌을 한 유명한 항공기 설계자인 독일 엔지니어 Anton Flettner의 발명품을 과거로 살펴보았습니다.

Flettner 로터와 마그누스 효과

1922년 9월 16일 Anton Flettner는 소위 "회전 선박"에 대한 독일 특허를 받았습니다. 그리고 1924년 10월 실험용 회전선 Buckau가 킬에 있는 Friedrich Krupp 조선 회사의 활주로를 떠났습니다. 사실, 스쿠너는 처음부터 제작되지 않았습니다. Flettner 로터를 설치하기 전에는 일반 범선이었습니다.

독일 엔지니어의 발전에 관한 기사에서 Louis Prandtl은 "Flettner의 바람 배는 유난히 열성적인 신문 선전 덕분에 모든 사람의 입술에 있습니다."라고 썼습니다.

Flettner의 아이디어는 이른바 마그누스 효과(Magnus Effect)를 이용하는 것이었고 그 본질은 다음과 같습니다. 공기(또는 액체) 흐름이 회전하는 물체 주위를 흐를 때 흐름 방향에 수직인 힘이 발생하여 물체에 작용합니다. . 사실 회전하는 물체는 자신 주위에 소용돌이 운동을 생성합니다. 소용돌이의 방향이 액체나 기체의 흐름 방향과 일치하는 물체 쪽에서는 매체의 이동 속도가 증가하고 반대쪽에서는 감소합니다. 압력 차이는 회전 방향과 흐름 방향이 반대인 쪽에서 일치하는 쪽으로 향하는 횡력을 생성합니다.

이 효과는 1852년 베를린의 물리학자 하인리히 마그누스(Heinrich Magnus)에 의해 발견되었습니다. 그의 고전적인 실험 중 하나는 다음과 같습니다. “황동 원통은 두 지점 사이에서 회전할 수 있습니다. 상단에서와 같이 코드를 통해 실린더에 빠른 회전이 전달되었습니다. 회전하는 실린더는 쉽게 회전할 수 있는 프레임에 배치되었습니다. 이 시스템은 소형 원심 펌프를 사용하여 강한 공기 흐름에 노출되었습니다. 실린더는 공기 흐름과 실린더 축에 수직인 방향으로 이탈했으며, 더욱이 회전 방향과 제트가 동일한 방향으로 벗어났습니다."(L. Prandtl, "Magnus Effect and the Wind Ship", 1925 ).

사실, Flettner는 다소 간단한 일을 했습니다. 그는 길이 1m의 테스트 보트에 높이 1m, 직경 15cm 정도의 종이 실린더 로터를 설치하고 이를 회전시키는 시계 메커니즘을 적용했습니다. 그리고 배는 항해했습니다. 마그누스 효과로 인한 측면 힘의 사용 가능성을 실제로 입증한 Flettner는 3개의 돛대를 갖춘 Bukau를 회전 선박으로 전환하기로 결정했습니다.

오늘날 Alkyone은 Cousteau 터보세일을 갖춘 세계 유일의 선박입니다. 1997년 위대한 해양학자의 죽음으로 두 번째 유사한 선박인 Calypso II의 건조가 중단되었고 다른 조선소들은 특이한 설계를 경계하고 있습니다.

Bukau의 로터는 전기 모터로 구동되었습니다. 사실 매그너스의 고전적 실험과 디자인에는 별 차이가 없었다. 로터가 바람을 향해 회전하는 쪽에는 고기압 영역이 생기고 반대쪽에는 저기압 영역이 생성됩니다. 그 결과 힘이 배를 움직였습니다. 더욱이, 이 힘은 고정된 로터에 가해지는 풍압의 힘보다 몇 배 더 컸습니다(약 50배)! 이것은 Flettner에게 엄청난 전망을 열어주었습니다. 무엇보다도 로터의 면적과 질량은 세일 리그의 면적보다 몇 배 더 작아서 동일한 추진력을 제공합니다. 로터는 제어하기가 훨씬 쉬웠고 생산 비용도 상당히 저렴했습니다. 위에서부터 Flettner는 로터를 평면 플레이트로 덮었습니다. 이는 로터에 대한 공기 흐름의 올바른 방향으로 인해 구동력을 약 두 배로 늘렸습니다. Bukau에 대한 로터의 최적 높이와 직경은 풍동에서 미래 선박의 모델을 불어서 계산되었습니다.

Flettner 로터의 성능은 매우 뛰어났습니다. 기존 범선과 달리 회전선은 실제로 악천후와 강한 측면 바람을 두려워하지 않았습니다. 역풍에 대해 25° 각도로 교대로 쉽게 항해할 수 있었습니다(기존 항해의 경우 한계는 약 45°입니다). 2개의 원통형 로터(높이 - 13.1m, 직경 - 1.5m)를 사용하여 선박의 균형을 완벽하게 유지할 수 있었으며 구조 조정 이전의 Bukau 범선보다 더 안정적인 것으로 나타났습니다. 선박은 폭풍우가 치는 조용한 조건에서 고의적인 과부하 상태에서 테스트되었으며 심각한 결함은 확인되지 않았습니다. 선박의 이동에 가장 유리한 방향은 선박의 축과 정확히 수직인 바람의 방향이었고, 이동 방향(전진 또는 후진)은 로터의 회전 방향에 따라 결정되었습니다.

이미 1925년 2월에 Bukau는 북해를 건너 단치히에서 스코틀랜드까지 성공적으로 항해했으며, 1년 후 배(Baden Baden으로 이름 변경)는 유럽에서 대서양을 건너 미국으로 항해했습니다. 같은 해에 조선소는 3개의 17미터 로터로 구동되는 강력한 화물선 Barbara라는 두 번째 회전선을 건조했습니다. 동시에 각 로터에는 출력이 35hp에 불과한 소형 모터 하나면 충분했습니다. (각 로터의 최대 회전 속도는 160rpm입니다)! 로터의 추력은 약 1000마력의 출력을 가진 기존 선박용 디젤 엔진과 결합된 스크류 프로펠러의 추력과 동일했습니다. 그러나 선박에는 디젤도 존재했습니다. 로터 외에도 프로펠러를 구동했습니다(평온한 날씨의 경우 유일한 추진 장치로 남아 있음).

그러나 20년대 말에 대공황이 닥쳤습니다. 1929년에 전세 회사는 Barbara의 임대를 계속 거부했고 그녀는 매각되었습니다. 새로운 소유자는 로터를 제거하고 전통적인 설계에 따라 선박을 재장착했습니다. 그럼에도 불구하고 회전 추진 시스템은 바람에 대한 의존성과 출력 및 속도에 대한 특정 제한으로 인해 기존 디젤 발전소와 결합된 스크류 추진 시스템보다 열등했습니다. Flettner는 보다 진보된 연구에 눈을 돌렸고, Baden Baden호는 결국 1931년 카리브해에서 발생한 폭풍으로 인해 침몰했습니다. 그리고 그들은 오랫동안 로터 세일을 잊어버렸습니다...

터보세일 쿠스토

범선도 20세기 전반에 걸쳐 제작되었습니다. 이러한 유형의 현대식 선박에서는 전기 모터를 사용하여 돛을 펼치고 신소재를 사용하여 디자인이 훨씬 더 가벼워졌습니다. 그러나 범선은 범선이며, 풍력 에너지를 근본적으로 새로운 방식으로 사용하려는 아이디어는 Flettner 시대부터 진행되었습니다. 그리고 그것은 지칠 줄 모르는 모험가이자 탐험가인 Jacques-Yves Cousteau에 의해 선택되었습니다.

Cloudia의 John Marples가 디자인한 요트는 재건된 삼동선 Searunner 34입니다. 이 요트는 2008년 2월 미국 플로리다주 포트 피어스에서 첫 테스트를 거쳤으며 제작 자금은 Discovery TV 채널에서 조달되었습니다. "Claudia"는 놀라울 정도로 기동성이 뛰어났습니다. 몇 초 만에 멈춰서 후진했으며, 바람에 대해 약 15° 각도로 자유롭게 움직였습니다. 기존 Flettner 로터에 비해 성능이 눈에 띄게 향상된 것은 삼동선의 전면 및 후면 로터에 설치된 추가 가로 디스크 때문입니다.

1986년 12월 23일 기사의 시작 부분에서 언급한 Halcyone이 출시된 후 Cousteau와 그의 동료 Lucien Malavar 및 Bertrand Charrier는 "이동하는 액체 또는 가스를 사용하여 힘을 생성하는 장치"에 대한 공동 특허 US4630997을 받았습니다. 특허 장치에 대한 일반적인 설명은 다음과 같습니다. “장치는 특정 방향으로 움직이는 매체에 배치됩니다. 이 경우 첫 번째에 수직인 방향으로 작용하는 힘이 발생합니다. 이 장치는 추진력이 돛 면적에 비례하는 거대한 돛의 사용을 방지합니다.” Cousteau 터보세일과 Flettner 로터 세일의 차이점은 무엇입니까?

횡단면에서 터보세일은 끝이 둥글고 길쭉한 물방울과 같습니다. "드롭"의 측면에는 공기 흡입구 그릴이 있으며, 그 중 하나를 통해 (전진 또는 후진 필요성에 따라) 공기가 흡입됩니다. 공기 흡입구로의 바람 흡입을 최대화하기 위해 전기 모터로 구동되는 소형 팬이 터보세일에 설치됩니다. 이는 터보세일의 평면에서 분리되는 순간 공기 흐름을 흡입하여 돛의 바람이 불어오는 쪽에서 공기 이동 속도를 인위적으로 증가시킵니다. 이는 터보세일의 한쪽 면에 진공을 생성하는 동시에 난류 소용돌이의 형성을 방지합니다. 그리고 나서 마그누스 효과가 작용합니다. 한쪽이 희박해지고 결과적으로 배를 움직일 수 있는 횡력이 발생합니다. 실제로 터보세일은 수직으로 배치된 항공기 날개입니다. 적어도 추진력을 생성하는 원리는 비행기의 양력을 생성하는 원리와 유사합니다. 터보세일은 항상 바람이 가장 많이 부는 쪽을 향하도록 하기 위해 특수 센서를 장착하고 턴테이블에 설치합니다.

이상하게도 우리 시대에는 업계에서 매우 친숙한 돛이 사용되었습니다. 조선 회사는 대형 유조선 및 트럭 설계에 장비 및 항해 장비 설치 가능성을 포함하는 경우가 많습니다. 가장 유명한 프로젝트는 2008년 1월 1일 진수된 독일 수송선 MS Beluga SkySails입니다. 선박은 160m2 면적의 거대한 연 덕분에 전력의 약 15-20%를 개발하며 회사는 이를 320m2로 늘릴 계획입니다. 연은 밧줄로 배의 뱃머리에 부착되어 있으며 그 동작은 컴퓨터에 의해 제어됩니다. 일반적으로 배를 당기면서 약 100m의 고도와 배로부터 약 500m의 거리에서 호버링합니다. 2013년까지 SkySails GmbH & Co.의 전문가들이 KG는 약 400척의 선박에 시스템을 장착할 계획입니다. 각각의 "튜닝"을 통해 연료 소비와 대기로의 유해한 배출량을 크게 줄일 수 있습니다.

실제로 Cousteau는 1981년 쌍동선 "Windmill"(Moulin à Vent)에서 터보세일 프로토타입을 처음 테스트했습니다. 쌍동선의 가장 성공적인 항해는 더 큰 탐험선의 "감독" 하에 탕헤르(모로코)에서 뉴욕까지의 여행이었습니다.

그리고 1985년 4월, 터보세일을 장착한 최초의 본격적인 선박이 라로셸 항구에서 진수되었습니다. 오늘날 그녀는 여전히 이동 중이며 오늘날 Cousteau 팀의 기함(사실 유일한 대형 선박)입니다. 터보세일은 유일한 추진력 역할을 하지 않지만 두 개의 디젤 엔진과 여러 프로펠러의 일반적인 결합을 돕습니다(이를 통해 연료 소비를 약 1/3까지 줄일 수 있습니다). 위대한 해양학자가 살아 있었다면 아마도 비슷한 배를 여러 척 더 만들었을 것입니다. 그러나 쿠스토가 떠난 후 동료들의 열정은 눈에 띄게 약해졌습니다. 1997년 사망 직전 Cousteau는 터보 세일을 갖춘 Calypso II 선박 프로젝트에 적극적으로 참여했지만 완료할 시간이 없었습니다. 최신 데이터에 따르면 2011년 겨울, 알키오네는 카엔(Kaen) 항구에 있었고 새로운 탐험을 기다리고 있었습니다.

그리고 다시 플래트너

오늘날 Flettner의 아이디어를 되살리고 로터 세일을 널리 보급하려는 시도가 이루어지고 있습니다. 예를 들어 함부르크의 유명한 회사인 Blohm & Voss는 1973년 석유 위기 이후 회전식 유조선의 적극적인 개발을 시작했지만 1986년 경제적 요인으로 인해 이 프로젝트가 "폐쇄"되었습니다. 그런 다음 수많은 아마추어 디자인이 있었습니다. 예를 들어, 2007년 플렌스부르크 대학(University of Flensburg) 학생들은 로터 세일(Uni-cat Flensburg)로 구동되는 쌍동선을 만들었습니다.

그리고 2010년에야 로터 돛을 장착한 역사상 세 번째 선박인 E-Ship 1 대형 트럭이 세상에 빛을 보았습니다. E-Ship 1은 세계 최대 풍력 발전기 제조업체 중 하나인 Enercon의 주문에 따라 제작되었습니다. 2010년 7월 6일, 이 배는 처음으로 진수되어 엠덴(Emden)에서 브레머하펜(Bremerhaven)까지 짧은 항해를 했습니다. 그리고 이미 8월에 그는 9대의 풍력 발전기를 실은 화물을 싣고 아일랜드로 첫 항해를 떠났습니다.

선박에는 4개의 Flettner 로터가 장착되어 있으며, 날씨가 잔잔할 경우 추가 출력을 위해 전통적인 추진 시스템도 물론 사용됩니다. 그럼에도 불구하고 로터 세일은 보조 추진기 역할만 합니다. 130미터 트럭의 경우 로터 돛의 출력이 적절한 속도를 내기에는 충분하지 않습니다. 엔진은 9개의 미츠비시 동력 장치로 구동되며 로터는 배기 가스로 구동되는 지멘스 증기 터빈으로 구동됩니다. 로터 세일은 16노트의 속도로 30~40%의 연료를 절약할 수 있습니다.

그러나 Cousteau의 터보세일은 현재로서는 일부 망각 상태에 있습니다. Alkyone은 여전히 ​​이러한 유형의 추진력을 갖춘 유일한 대형 선박입니다. 독일 조선소의 경험은 마그누스 효과로 구동되는 돛이라는 주제를 더욱 발전시키는 것이 합리적인지 여부를 보여줄 것입니다. 가장 중요한 것은 이에 대한 경제적 정당성을 찾고 그 효과를 입증하는 것입니다. 그러면 아시다시피 모든 세계 해운은 150여 년 전에 한 재능 있는 독일 과학자가 설명한 원칙으로 전환될 것입니다.

경제학자들의 계산에 따르면 현재 추진을 위해 바람을 사용하는 선박(풍력 선박)은 기존 기계식 엔진을 갖춘 선박과 경쟁할 수 없는 것으로 나타났습니다. 현재 풍력 화물선이 널리 사용되기에 부적합하다고 간주되는 많은 이유 중에서 저는 우리의 관점에서 볼 때 가장 심각한 두 가지에 대해 이야기하고 싶습니다. 둘 다 근본적인 성격을 가지고 있습니다.

불행히도 그들 중 하나와 관련하여 사람은 사실상 무력하며 시간조차도 여기에서는 아무것도 바꿀 수 없습니다. 이러한 이유는 객관적으로 풍력 에너지 "예금"의 실제 빈곤과 관련이 있습니다. 바람은 어디에나 있지만, 잠재적인 기회마치 우리 행성 표면에 얼룩진 것처럼. 무역풍이 일정한 지역과 같이 바람이 안정적인 지역은 드뭅니다. 바람의 강도와 방향은 다양합니다. 돛이나 기타 바람 추진력이 좌우되는 평균 속도는 낮습니다. 따라서, 풍력 터빈의 작동 요소에서 실현될 수 있는 국부적인 공기 흐름의 운동 에너지와 압력 강하는 작습니다. 엄청나게 많은 수의 대기(5.5X10 15톤) 중에서 자연이 배의 길이보다 크지 않은 너비와 "복도"에 떨어지는 부스러기들만 우리 몫으로 할당한다는 것은 매우 실망스럽습니다. 높이는 (현실적으로) 수십 미터를 넘지 않습니다. 한마디로, 귀중한 "화석"의 매장량은 방대하고 총 매장량도 엄청나지만 우리는 그중 극히 일부만 사용할 수 있습니다.

자연적으로 결정된 이러한 상황을 바꿀 수는 없습니다. 분명히 주요 노력은 풍력 발전소(WPP)의 효율성을 높이는 데 집중되어야 합니다. 선박 이동의 경우 - 주어진 방향과 세기의 바람으로 최대의 추진력을 얻습니다.

설계, 작동 원리, 장점과 단점이 다양한 풍력 추진기에 대한 기존 옵션은 대부분의 경우 다음과 같은 형태의 작업 본체를 갖습니다. 공기 역학적 날개. 풀 코스에서 모든 돛은 불리한 "초임계" 모드에서 작동하는 날개입니다. 바람이 심하게 부는 코스에서 좋은 돛은 실제 날개의 주요 장점을 모두 갖고 있습니다. 스포츠 조선에서는 강성 및 반강성 윙 세일이 오랫동안 사용되어 왔습니다.

이러한 다양한 장치의 효율성을 평가하기 위해 두 가지 관계를 사용할 수 있습니다. 하나는 장치에 의해 실현되는 힘과 유속 사이, 다른 하나는 양력과 항력의 크기 사이입니다.

첫 번째 관계는 두 가지 "무차원" 특성의 형태로 가장 편리하게 표현됩니다.

여기서 Y는 양력입니다. X - 정면 저항; S - 특성 영역; C y, C x - 각각 양력 및 항력 계수; V는 장치로 들어가는 흐름의 속도입니다.

두 번째 비율을 공기역학적 품질이라고 합니다.

우리의 의견으로는 특정 풍력 터빈의 설계 유형과 날개 요소의 크기 배열 방식에 관계없이 추진 장치의 효율성은 기껏해야 적절한 크기의 완벽한 날개의 효율성에 접근할 수 있을 뿐입니다. . 그러한 날개의 경우, 높은 K에서도 Cy의 최대값은 1.0-1.1 정도의 값을 초과하지 않습니다. 이 수치는 본질적으로 고려 중인 클래스의 풍력 터빈의 중간 성능의 상한을 정의합니다. 이것이 현재 풍력터빈의 경쟁력이 부족한 두 번째 이유이다.

기술과 과학 분야에서 예측을 하는 것은 가치 있는 일이지만 매우 어려운 일이기도 합니다. 위에서 표현한 비관적 결론이 잘못된 것으로 판명된다면 매우 좋을 것입니다. 그러나 논의중인 문제의 복잡성은 Clipper의 "다실"이 필요하다는 사실로 입증됩니다. 대량돛, 심지어 현대 풍력 터빈의 설계에서도 돛 날개의 높이가 엄청납니다.

분명히 우리는 풍력 터빈의 새로운 유형과 디자인을 찾아야 합니다. 가능하고 유망한 옵션 중 하나는 A. Fletner 로터 - 에너지 공급 장치로 작동하는 추진기입니다. 데크에 장착된 수직 실린더로 소형 보조 엔진으로 구동됩니다. 회전익기 작동에 대한 실험과 경험에서 알 수 있듯이 로터를 회전시키기 위해 상대적으로 적은 양의 기계적 에너지를 공급하면 양력 계수가 크게 증가할 수 있으므로 기존 프로토타입에 비해 윈드크래프트의 유효 항해 면적이 크게 줄어듭니다. .

공기 흐름에 의해 유선형으로 회전하는 실린더에 양력이 나타나는 효과(마그누스 효과)는 1852년에 탄도학 연구에 종사했던 베를린 물리학자 G. 마그누스(발사체 운동의 법칙)에 의해 설명되었습니다. 측면 바람의 영향으로 소총의 총구에서 회전을 받은 그들은 계산된 탄도 곡선과 반대되는 방식으로 궤도를 이상하게 변경했습니다. 이 현상은 나중에 유명한 물리학자 레일리 경(Lord Rayleigh)의 저서 "테니스 공의 불규칙한 비행"에서 논의되었습니다. 회전하는 테니스(축구 또는 배구) 공의 특징은 마그누스 효과의 영향을 받아 공격 측에서 조절하는 비행 속도와 회전의 특정 비율에서 완전히 한 장소에서 경기장에 떨어질 수 있다는 것입니다. "적"에게는 예상치 못한 일입니다.

회전 추진 장치의 작동 원리를 더 잘 이해하기 위해 고정 실린더 주위를 흐르는 이상적인 균질 흐름, 즉 점성이 없는 액체의 그림을 상상해 보겠습니다(그림 1, a). 액체가 속도 V 0 으로 실린더 위로 흐르도록 합니다. 액체 입자가 A 지점에서 실린더 단면으로 이동함에 따라 속도가 증가하고 B 지점과 B 1 지점에서 2V 0과 같아집니다. 잘 알려진 베르누이 법칙에 따르면 실린더의 이러한 지점에서 흐름의 압력은 "무한대"의 압력에 비해 감소해야 합니다(그림 1, d). 이 경우 압력은 xx 및 yy 축을 기준으로 대칭으로 분포됩니다.

이전과 마찬가지로 비회전 실린더가 점성을 갖는 실제 액체나 기체에 의해 유동한다면 유동 패턴이 변경됩니다(그림 1, b). 섹션 B-B 1을 통과한 액체 입자는 마찰력의 작용으로 인해 속도가 느려지고 지점 B 및 C 1에서 입자 층이 실린더 표면에서 떨어져 나가고 흐름의 대칭은 다음과 같습니다. 파손되고 실린더 뒷면에 저압 영역 (희박화)이 나타납니다. 이는 항력 X의 출현을 유발합니다.

이제 실제로 점성이 있고 일반적으로 정지되어 있는 유체에 배치된 실린더가 축을 중심으로 회전한다고 상상해 보십시오(그림 1, c). 실린더 표면은 실린더에 달라붙는 것처럼 보이는 가장 가까운 액체 입자 층의 이동을 포함합니다. 입자의 다음 층은 층이 서로 상대적으로 미끄러지기 때문에 더 낮은 속도로 회전합니다. 속도는 원통 표면에서 입자의 거리에 비례하여 감소합니다. 충분히 먼 거리에서 액체는 움직이지 않게 유지됩니다. 즉, V c =0입니다. 따라서 실린더는 소용돌이 치는 액체 흐름으로 둘러싸여 있으며 회전 강도는 입자 속도와 원형 경로 길이의 곱인 순환에 의해 측정됩니다. 원통 표면에서 순환 Г=V c ·2πr 0, 여기서 V c는 입자 속도입니다. r 0 - 원통의 반경.

균일한 흐름으로 배치된 회전 실린더 주위의 흐름을 상상하기 위해 위에서 설명한 두 가지 구성표를 서로 중첩하는 원리를 사용할 수 있습니다(그림 2, a). 원통 표면의 어느 지점에서든, 입자의 전체 속도는 회전하지 않는 원통 주위의 대칭 흐름에 해당하는 속도와 순환 원점의 접선 속도를 더하여 결정될 수 있습니다. 예를 들어, 지점 B에서 첫 번째 속도는 2V0이고 두 번째 속도는 Vc입니다. 전체 속도 2V 0 +V c . 지점 B 1 에서 접선 속도 V c 는 유속 2V 0 에 반대 방향으로 향합니다. 총 속도는 2V 0 -V입니다. c. 속도(따라서 압력)의 차이로 인해 위쪽과 아래쪽에 양력 Y가 발생하여 실린더를 위쪽으로 들어올리는 경향이 있습니다. 이것이 A. Fletner의 회전추진장치에 사용된 마그누스 효과이다. 로터에 대한 양력의 크기는 로터 표면 지점 V c 이동의 회전 부분 속도와 장치에 충돌하는 공기 흐름 V 0 속도의 비율에 따라 달라집니다.

사람은 바람을 제어할 수 없지만 V c 값을 완전히 제어할 수 있습니다. 엔진을 사용하면 실린더를 더 빠르고 느리게 회전할 수 있습니다. 이에 따라 양력의 크기를 조절할 수 있다.

기존 날개 주변의 흐름의 경우 결과 흐름을 비회전 흐름과 "와류"로 상징적으로 구분하는 것이 허용됩니다. 첫째, 날개의 윗면과 아랫면을 따라 흐르는 액체 층이 소위 '시작 소용돌이'의 형태로 날개의 날카로운 뒷전에서 분리될 때 순환이 발생합니다. 미래에는 뒷전 주변에 부드러운 흐름을 제공하여 보존됩니다. 일정한 날개 형상을 사용하면 순환 흐름의 속도는 받음각 a와 주 흐름 속도 V 0 에 의해 결정됩니다. 따라서 날개의 양력량은 공격 각도를 변경하여 제어할 수 있습니다.

날개와 회전 실린더의 장점에 대한 비교는 A. Fletner의 실험 결과를 바탕으로 계속할 수 있지만 먼저 한 가지 상황을 고려해야 합니다. 위에서 우리는 주변의 흐름을 고려했습니다. 교차 구역동일한 평면에 있는 실린더와 날개 - 2차원 유체 흐름. 실제로 실린더와 날개 모두 길이, 즉 폭이 제한되어 있습니다. 실린더 끝에서 고압 영역의 액체가 희박한 쪽으로 흐르고 추가적이고 원치 않는 소용돌이 흐름이 발생합니다. 따라서 양력의 크기가 감소하고 추가적인 "유도성" 항력이 발생합니다. 직경에 비해 실린더 길이가 길수록 최종 손실과 유도 리액턴스는 낮아집니다. 이러한 손실은 실린더 끝 부분에 공기 역학적 와셔를 설치하여 줄일 수 있습니다.

그림에서. 그림 3a는 공기 역학적 와셔가 있거나 없는 상대 신율 L/D = 4.7의 회전 실린더에 대한 양력 계수 C의 실험 측정 결과를 나타냅니다. 선박에 설치된 회전 추진 장치의 경우 바닥 와셔는 갑판일 수 있습니다. 로터 상단에 직경 1.7D의 와셔를 부착하는 것은 어렵지 않습니다. 따라서 선박에 설치된 실제 로터에 대해 양력계수 C y =9를 달성하는 것은 어렵지 않다고 가정할 수 있다. 그리고 이것은 가장 발전된 날개의 양력 계수보다 훨씬 더 높으며, 최고의 항해를 결정하는 동일한 계수보다 훨씬 더 높습니다(10배)!

그래프는 로터의 양력이 V c /V 0 =4로 증가함을 보여줍니다. 이는 로터 속도가 너무 높지 않을 수 있음을 의미합니다. 로터 직경이 클수록 최대 리프트를 달성하는 데 필요한 회전 속도는 낮아집니다. 또 다른 중요한 발견; 예를 들어, 계획되지 않은 풍속 증가가 발생하면 양력 계수가 자동으로 감소합니다. 이는 스콜 중에 회전 선박의 경사 모멘트가 기존 범선에서만큼 크게 증가하지 않음을 의미합니다.

이제 상대 속도 V c /V 0에 대한 로터 항력 계수 C x의 의존성 그래프를 살펴 보겠습니다 (그림 3, b). 이미 V c /V 0 ≥2에서 로터 저항이 급격히 증가하여 날개에 비해 로터의 공기역학적 품질이 저하됩니다.

추진 장치로서 로터의 공기 역학적 특성은 극성(C x 값에 따른 C y 변화 그래프 및 암시된 대로 V c /V 0 비율)일 수 있습니다(그림 4). 비교를 위해 그림에서 그림 4는 일반적으로 스쿠너를 조작하는 데 사용되는 개프 돛의 극성을 보여줍니다.

두 유형의 프로펄서에 대한 C y / C x 비율을 분석하면 경사 세일의 품질이 더 높지만 단위 세일 면적당(로터의 경우 직경에 높이를 곱한 값임을 기억하세요) 훨씬 더 높다는 것을 알 수 있습니다. 로터에 리프팅 힘을 얻을 수 있습니다.

이제 로터에 작용하는 힘이 어떻게 선박을 움직이는 견인력으로 변환되는지 살펴보겠습니다(그림 5). 로터는 공기 흐름으로 둘러싸여 있으며 속도와 방향(v in)은 바람의 속도와 방향(v and)과 다르다는 점을 고려해야 합니다. 선박이 움직이기 때문에 공기의 역류(v to)가 나타나며, 이는 실제 바람과 벡터를 합산하는 규칙에 따라 추가되어야 합니다.

로터의 양력 Y와 항력 X의 합은 결과적인 공기 역학적 힘 R을 제공하며, 이는 선박과 관련된 좌표계에서도 고려할 수 있으며 추력 T와 드리프트 D라는 두 가지 구성 요소의 형태로 간주됩니다. 분명히 다른 범선과 마찬가지로 회전익기는 바람을 직접적으로 거슬러 갈 수 없습니다. 힘 R이 선박의 뱃머리를 향하는 성분 T를 생성하는 것이 중요합니다. 로터의 품질이 낮을수록 헤딩 각도 Φ k의 최소값이 커집니다(예: K = 1.4 Φ k = 35°, K = 3 Φ k = 18° 등). 테스트 결과, 회전 선박은 진풍 Φk = 25-30°의 각도로 항해할 수 있는 것으로 나타났습니다.

로터는 백스테이 코스에서 최대 추력을 제공합니다. 이 경우, 공기 역학적 반응 D의 횡방향 성분은 바람이 불어오는 쪽을 향합니다. 즉, 굽힘 모멘트에 반작용합니다(그림 5, b 참조). 자이베에 가까운 코스에서는 로터의 양력이 코스에 수직으로 향합니다. 즉, 선박의 드리프트와 롤에만 영향을 미칩니다. 항력으로 인해 견인력이 제공되므로 로터를 회전시키는 것은 의미가 없습니다. 그러나 이 과정에서 추력은 가능한 최대값의 작은 부분입니다.

선박의 진로에 따른 회전추진시스템의 추력값의 변화를 그래프로 나타내면 Fig. 6.

로터의 회전 방향을 변경하면 공기 역학적 힘 R의 작용 방향을 거의 반대 방향으로 변경할 수 있습니다. 한 쌍의 로터가 선박에 설치되면 선박은 전진, 후진 및 거의 그 자리에서 회전할 수 있습니다(그림 7).

그림에서. 그림 8은 A. Fletner의 선박 "Bukkzu"의 로터에 대한 항력 및 공기역학적 힘의 계산된 곡선을 보여줍니다. 로터의 회전 속도는 일정하지만 공기 흐름의 속도는 변합니다. 즉, 바람의 증가가 시뮬레이션됩니다. 이러한 상황에서 일반 범선에서는 일부 돛이 제거되거나 암초가 제거됩니다. 회전선에서는 암초를 탈 수 없지만, 그림의 그래프에서 볼 수 있듯이 풍속이 증가하면 8에서는 로터에 가해지는 굽힘력이 증가하지 않습니다. 로터가 정지된 경우(V c =0), 해당 공기역학적 반력은 돛이 접힌 상태에서 기존 범선의 스파 및 장비의 항력보다 훨씬 작습니다. 돛이나 (더욱 그렇습니다) 단단한 돛 날개 모두 그러한 특성을 가지고 있지 않습니다.

실험에 따르면 로터를 최적의 주파수로 회전시키는 데 필요한 전력 소비는 문자 그대로 선박을 이동하기 위해 회전 추진 장치가 실현하는 전력의 백분율에 해당하는 것으로 나타났습니다.

선박 A, Fletner에 대한 데이터가 표에 나와 있습니다. 짧은 시간 안에 진취적인 발명가(또는 수완이 풍부한 기업가)가 5개의 플로팅 유닛을 제작하고 테스트했습니다.

첫 번째는 두꺼운 종이로 접착된 로터가 장착된 Danzig 회전익기의 3피트 모델이었습니다. 스프링 시계 메커니즘이 회전하도록 조정되었습니다. 이 실험에서 Fletner는 어떤 측정도 하지 않았으며 자신이 의심하지 않은 것과 상대방이 믿기를 거부한 것만 확인했습니다. 로터가 선박의 추진 장치 역할을 할 수 있습니까?

G. Magnus 자신을 시작으로 많은 반대자들이 있었는데, 그는 발견을 한 후 그것이 거의 쓸모 없다고 생각했습니다. 당시 전통적인 돛을 보다 효과적으로 대체할 제품을 찾고 있던 A. Fletner는 단단한 날개 돛의 약속을 진심으로 믿었습니다. 그는 떠다니는 바켄틴을 변환하는 프로젝트를 개발하고 기계화 날개 실험이 시작된 조선소 및 공기 역학 실험실과 계약을 체결했습니다. 발명가가 회전 용기를 만들 가능성에 대한 아이디어를 얻은 것은 바로 이때였습니다! 발명가는 최종 결과에 대한 확신이 필요했습니다. 최초의 작은 모델은 그에게 이러한 자신감을 가져다주었습니다.

실험실 실험이 이어졌습니다. Fletner는 A. Betz, I. Ackeret 및 L. Prandtl과 같은 유명한 과학자들의 상담과 지원을 즐겼습니다. 이 작업의 결과는 이전 범선 "Bukkau"의 회전식 버전을 재장착하고 테스트하는 것이었습니다(그림 9). 이것은 바다로 가는 최초의 회전익기입니다. “부카우”는 강풍을 쉽게 견디고 비스듬한 돛을 갖춘 범선처럼 바람에 날카롭게 항해했습니다. 회전익기는 또한 뛰어난 기동성을 보여주었습니다. 단치히(그단스크)에서 스코틀랜드 그레인지머스 항구까지 첫 번째 화물 비행 중 날씨매우 무거웠습니다. 신문에 따르면 그러한 날씨와 바람에서는 범선 한 척도 Grangemouth가 위치한 Firth of Forth에 들어갈 수 없습니다. 1년 후, 이름을 바덴바덴으로 바꾼 회전익기가 대서양을 횡단했을 때, 선원들은 배가 독립적으로 뉴욕항 안벽에 거의 도달했다는 사실에 큰 감명을 받았습니다.

성공에 고무된 발명가는 자신이 화물 운송의 개혁가가 될 것이라고 확신했습니다. 그러나 이것은 그에게 충분하지 않았습니다. A. Fletner는 두 대의 요트에 로터를 장착했습니다. 이번 실험 결과도 긍정적이었다. 11미터 요트(그림 10)는 완벽하게 항해했습니다. 약한 바람에서는 돛이 장착된 프로토타입에 비해 속도가 다소 떨어졌고, 강한 바람에서는 이를 추월했습니다. 실린더를 회전시키는 데 필요한 동력은 1~2리터였습니다. 와 함께.; 저자에 따르면 해상 시험 중 최대 속도는 12-13노트였습니다.

A. Fletner의 마지막 회전익기이자 현재까지 바다를 항해한 마지막 회전익기는 회전 추진을 위해 특별히 제작된 최초의 선박인 "Barbara"였습니다. 높이 29.9m, 직경 7.04m의 로터 1개를 설치하기로 되어 있었지만 당시 업계에서는 필요한 크기의 볼 베어링을 생산할 수 없어 바바라에는 로터 3개가 등장했습니다. 그들의 크기는 Bukkau에서 안정적으로 작동하는 것보다 약간 더 컸습니다.

현재 회전익기는 제작되지 않았으며 물에 뜨지 않습니다. 20대에 등장한 이들은 곧바로 사라졌다. 남은 것은 회전식 추진기의 장점과 단점을 요약할 수 있는 경험뿐입니다.

로터는 세일(1.0~1.1)에 비해 높은 양력계수(2.5~10.0)를 가지고 있습니다.

추진 장치는 유지 관리가 쉽습니다(Bukkau barquentine의 10개 돛 또는 브리지에서 제어되는 2개의 로터 중 어느 것이 더 쉽습니까?).

로터는 몇 분 만에 작동 모드에 도달하지만 돛을 설정하고 철회하는 데는 매우 오랜 시간이 걸립니다. 회전 선박의 승무원은 무겁고 위험한 일야드와 돛대에. 회전식 차량은 기동성이 좋습니다. 바람이 불 때 로터에 가해지는 공기역학적 힘은 돛에 비해 훨씬 적게 증가하므로 회전 선박은 대형 목록이나 전복 위험에 덜 민감합니다. 마지막으로 로터는 주 엔진과 보조 엔진으로 모두 사용할 수 있습니다. 이는 속도를 몇 노트 증가시키거나 연료를 절약합니다.

장점 목록은 인상적이지만 오늘날 해상 항로에 회전 선박이 없는 이유는 무엇입니까? 아마도 로터에는 장점뿐만 아니라 단점도 있기 때문일 것입니다. 이것이 중요한 것이 아니기 때문에 우리는 그것들을 간략하게 언급했습니다.

로터 차량은 인류가 기술 진보의 즐거움에 도취된 시기에 등장했습니다. 석탄과 석유, 무엇이 그들을 저항할 수 있을까요? 증기선 연기는 인간의 힘을 상징하는 것 같았습니다. 그리고 속도, 속도, 속도...

그리고 석유가 아니고 석탄이 아니고 속도가 아니라면? 그런 다음 - 문제, 문제 및 - 완전히 새로운 선박. 아마도 회전식 차량과 다소 유사할까요?

편집자로부터

"Rotor again?"이라는 기사의 저자 Anton Fletner의 당연히 잊혀진 회전 선박의 장점을 설득력있게 보여주었습니다. 그리고 그들은 최신 과학 기술 성과를 고려하여 개선된 회전 선박이 특정 조건매우 효과적이고 비용 효율적일 수 있습니다.

모든 사람에 비해 그들의 주요 이점은 매우 분명합니다. 클래식 뷰항해 장비 - 제어 용이성. 20년대에도 동시대 사람들을 놀라게 할 정도로 완전한 기계화가 이루어졌습니다. 마당에는 승무원이 없고 버튼을 누르는 파수꾼은 단 한 명뿐이었습니다! 기존 항해 장비에 비해 건설 비용을 절반으로 줄입니다. 높은 신뢰성, 상대적 단순성 및 디자인의 내구성; 윈드재머보다 작은 택 각도 - 로터의 이러한 부인할 수 없는 장점은 반세기 전의 경험으로 전환하는 것을 정당화합니다.

지금까지 말한 내용이 이론가들의 추측에 불과한 결론일 뿐이라고 생각하지 마십시오. 바바라호 선장의 의견은 다음과 같습니다. "로터는 특히 장거리 항해를 하는 대형 선박에 유망한 솔루션입니다." 이 선박을 운영한 회사의 공동 소유주이자 현재까지 남아 있는 유일한 특수 구조의 회전 선박인 B. Richter는 "로터는 평균 속도를 2~3노트 높이는 데 도움이 됩니다"라고 말하며 다음과 같은 용도의 선박에 이 선박의 사용을 권장했습니다. 대양 횡단 항해.

오늘날 모든 유형의 풍력 발전소에 대한 관심이 계속 증가함에 따라 엔지니어와 선장은 A. Fletner의 발명을 기억하게 되었습니다. 오늘 우리 얘기 중이야로터는 주로 보조 추진 수단으로 사용되어 기존 화물선의 연비를 보장합니다.

예를 들어, 많은 오리지널 범선의 유명한 영국 디자이너 Colin Mudie의 제안이 알려져 있습니다. 그의 아이디어는 구동 전기 모터가 내장된 모듈식 로터 장치의 생산을 시작하는 것입니다. 갑판에 필요한 수의 설치를 설치하고, 선박 발전소에서 전력을 공급하고, 로터 제어를 조타실의 제어반으로 가져오는 것은 어렵지 않습니다.

또 다른 영국인 D. J. Wellicum 박사는 150m 길이의 현대식 선박에 로터를 설치할 것을 제안했는데, 이 선박의 주 엔진 출력은 9노트의 속도를 제공하는 값으로 감소되었습니다. 계산에 따르면 유리한 바람 조건에서 이러한 선박의 속도(수직선에서 직경 12.5m, 높이 75m인 두 개의 로터를 회전시키는 데 사용 가능한 전력의 50%를 사용하는 경우)는 23노트입니다. .

1977년 또 다른 영국인 스티븐 바론(Stephen Baron)은 길이 226의 직렬 벌크선(벌크 화물용 선박)에 높이 53m, 직경 12.5m의 로터 3개를 설치하는 아이디어를 자세히 개발했습니다. m 및 63,800톤의 운반 능력을 갖춘 실린더를 경량 합금으로 용접하는 것이 제안되었습니다. 구동 엔진용 전기는 약 750마력의 디젤 발전기를 통해 공급됩니다. 와 함께. 만풍과 8.5m/s의 바람 속에서 항해할 때 주 엔진을 끈 상태에서 선박의 예상 속도는 16노트입니다. 로터가 전체 작동 시간의 30%만 작동하더라도 연료 소비 감소로 인한 연간 절감액은 최소 40만 달러에 달합니다. (지난 5년 동안 가격이 인상되어 이 수치가 크게 증가했습니다!) 마지막으로, 동일한 저자는 완전히 물에 잠긴 시가 모양의 75미터 선체 2개와 로터 2개가 설치된 표면 플랫폼을 갖춘 쌍동선 연구 선박에 대한 설계를 가지고 있습니다.

우리 해병대 중앙 연구소에서는 운반 능력이 27,000톤인 직렬 유조선에 3개의 34.5미터 로터를 설치하는 옵션에 대한 평가 연구가 수행되었습니다(NCC의 작업 모음 참조). "범선의 연구, 설계 및 건설"(Nikolaev, 1982)은 주 엔진 작동과 동시에 로터를 사용하면 전력 소비, 즉 연료 소비가 감소하는 동안 일반적인 속도(15.2노트)가 유지된다는 것을 보여주었습니다. 15~35% 감소했습니다.

그러나 우리가 볼 수 있듯이 이 모든 것은 다소 개발된 프로젝트 제안일 뿐입니다. 어떤 식 으로든 "Barbara"이후에는 회전 선박 건설에 대한 정보가 어디에도 없습니다. 그리고 이것은 분명히 우연이 아닙니다.

로터 반대자들의 주요 주장은 바람에 맞서 날카로운 코스를 항해할 때와 항해할 때 모두 태클이 필요하다는 것입니다. 풀 코스- 가파른 백스테이에서 지베까지(결국 이는 지속적인 순풍이 부는 고전적인 항해 선박 경로를 사용할 때 풍력 선박의 ​​효율성을 크게 감소시킵니다). 동시에, 순풍을 타고 항해할 때는 기계화할 수 없는 직접 무기가 가장 효과적이라는 것이 오랫동안 잘 알려져 왔습니다. 많은 연구 센터에서 로터와 직접 항해 장비의 장점을 결합하는 동일한 유혹적인 아이디어를 내놓은 것은 놀라운 일이 아닙니다.

G. Alchudzhan과 E. Fomina가 보고한 바와 같이, 미국 상선 관리국이 실시한 풍력 추진 사용 연구의 두 번째 단계에는 Fletner 로터와 고전적인 클리퍼 및 윈드재머 무기의 조합에 대한 분석이 포함됩니다. 미국 연구자들은 이것이 “충분한 결과를 제공할 수 있다”고 믿습니다. 경제적 효율성고가의 물품을 운송하는 경우에도 마찬가지입니다.”

독자들이 이미 알고 있듯이(예를 들어 1982년 10월 18일자 신문 "Pravda" 참조) 유사한 작업이 우리나라에서도 진행되고 있습니다. 해군 중앙 설계국은 오래된 로터 아이디어의 부활에 대해 이야기할 수 있는 공기 역학적 추진 장치(ADC)를 만들었지만 완전히 새로운 현대화된 형태로 기계화된 소프트 스트레이트와 결합했습니다. 돛. 당사 함대의 특정 직렬 선박에 유사한 모듈형 ADC를 설치하기 위한 옵션이 마련되었으며 ADC 작업 도면이 생성되고 있습니다.

편집자의 요청에 따라 ADK의 저자 중 한 명인 Georgy Mikhailovich Kudrevaty가 이에 대해 이야기합니다. 잡지의 다음 호에는 ADC 장치에 대한 기사를 게재하고 변위 보트에 설치하는 옵션을 고려할 계획입니다.

노트

1. 로터의 경우 특성 면적 S는 자오선 단면의 면적으로 직경 O와 높이 L의 곱과 같습니다.

2. 이것은 출판사 "Shipbuilding"에서 출판한 Yu. Kryuchkov와 I. Perestyuk "Wings of the Oceans"의 매우 유익하고 흥미로운 책에 설명되어 있습니다.

3. 적어도 공정성을 기하기 위해 몇 년 전 레닌그라드 근처 Kavgolovskoye 호수에서 많은 휴가객들이 자체 추진 회전 선박을 목격했다는 점을 언급해야 합니다. 페달 드라이브에 의해 회전하는 로터(마스트에 두 개의 디스크와 그 사이에 있는 필름)가 있는 일반 카약이었습니다. 바람이 반쯤 불 때 카약은 꽤 자신 있게 움직였지만, 방향을 바꾸고 다른 코스를 탐색하려면 노를 잡아야 했습니다. 카약 발명가인 그는 편집실을 방문하여 테스트가 성공적으로 완료되면 자신의 로터리 시스템을 자세히 설명하겠다고 약속했습니다.

4. "해외 조선", No. 1, 1982 참조.

해군 과학 후보자 V. DYGALO, 교수, 후방 제독. 작가의 그림.

4개의 돛대가 달린 러시아 범선 "Kruzenshtern"은 오늘날까지 살아남은 "비행 라인 P"의 유일한 대표자입니다. 1926년 독일에서 건조되었으며 현재도 훈련선으로 사용되어 차세대 러시아 해군 장교를 훈련하는 데 도움을 주고 있습니다.

범선 중 챔피언은 5개의 돛대를 갖춘 거대한 Preussen입니다.

가장 빠른 범선, 차깎이 '커티샥'.

아픈. 1. 마그누스 효과.

최초의 회전선 "Bukau".

돛 날개 바람 추진 장치를 갖춘 선박입니다.

화물선 "Dina-Schiff".

유조선 "신 에이토쿠 마루".

회전식 수직 공기 터빈을 갖춘 선박.

유명한 구석기 시대의 "비너스"(유라시아 대륙의 여러 곳에서 고고학자들이 발견한 원시 여성 조각품)의 저자를 지명하는 것이 불가능한 것처럼 돛이 언제 발명되었는지에 대한 질문에 답하는 것도 불가능합니다. 어쩌면 둘 다 - 돛과 "금성"이 구석기 시대에 동시에 나타났을까요? 우리는 이것에 대해서만 추측할 수 있습니다. 우리가 확실하게 말할 수 있는 유일한 것은 6,000년 전에 돛이 이미 존재했다는 것입니다. 이집트인들은 나일강을 따라 항해할 때 직선 돛을 사용했습니다.

돛의 발전은 인류의 발전과 병행하여 유명한 "바람 압착기"(차 가위)가 등장한 19 세기 중반에 정점에 이르렀고 20 세기 초에는 그 이하도 아닙니다. 함부르크 회사 "Laesh"의 "Flyins P" 유형("Flying P")의 유명한 선박입니다. 그녀의 5개의 돛대를 갖춘 선박 "Preussen"은 20세기 초 세계에서 가장 큰 범선으로 간주되었습니다. 기록 용량은 5081톤, 배수량은 11,000톤입니다. 기록은 6500미터 면적의 45개 돛으로 남아 있습니다. (5개의 돛대에 있는 30개는 직선형이었습니다). 증기기관으로 구동되는 최초의 철선의 역할이 아무리 크다고 해도, 당연히 목선 범선의 전성기라고 할 수 있는 때는 19세기였습니다. 화물선. 설계자들은 계속해서 범선의 품질을 향상시키고 속도를 높이려고 노력했으며 이는 무역 회사의 경쟁이 심화되는 주요 요인 중 하나가 되었습니다. 조선 경쟁에서는 미국과 영국 두 나라가 선두를 차지했습니다.

미국인들은 매우 가볍고 가늘고 빠른 선박인 가위를 최초로 제작했습니다. 그러나 영국인은 뒤처지지 않았고 곧 영국과 미국 범선 간의 실제 경쟁이 시작되었습니다.

선박의 평균 배수량은 1000~2000톤이었지만 일부 선박의 배수량은 최대 3500~4000톤에 달했습니다. 길이가 폭보다 6배 더 컸습니다. 그런 다음 잘 알려진 조선 원칙, 즉 "길이 실행"이 나타났습니다. 이러한 유형의 선박을 제작함으로써 조선소는 진정한 기적을 만들었습니다. 클리퍼의 선체는 복합재였습니다. 용골과 프레임은 철제이고 선체는 나무였으며 해조류 오염을 방지하기 위해 수중 부분을 구리 시트로 덮었습니다. 덕분에 선박 구조의 강도를 저하시키지 않으면서 경량성을 확보할 수 있었습니다.

승무원 규모를 23-28명으로 줄이고 이러한 범선에서 해상 작업을 용이하게 하기 위해 나사 조향 드라이브, 기어 드라이브가 있는 핸드 윈치, 플라이휠이 있는 펌프 및 기타 메커니즘과 같은 19세기 중반의 기술 성과가 사용되었습니다. "바다의 거품기"에서는 모든 것이 최고 속도를 달성하는 데 종속되었습니다. 길고 가늘고 장어 몸통처럼 매끄러운 선체를 갖춘 이 어선에는 칼처럼 파도를 가르는 우아한 곡선의 날카로운 줄기가 있었습니다. "스카이스크래퍼" 돛대와 매우 긴 뱃머리는 더 이상 능가할 수 없을 정도로 많은 양의 돛을 운반했습니다. 유명한 차 가위는 가장 빠른 것으로 간주되었습니다. 속도는 20노트(37km/h)에 달했습니다. 초당 10미터 이상 - 천 톤에 달하는 날카로운 코를 가진 배가 파도에서 파도로 날아가는 속도입니다(맞습니다, 날아갔습니다!). 무역회사매년 중국에서 새로운 수확차를 최초로 가져오는 선박에 특별상이 수여되었습니다. 따라서 이러한 이름이 붙었습니다. 이전 세기의 항해 장비 유형과 비교할 때, 지금까지의 일반적인 3개 또는 예외적인 경우 4단 직선 돛 대신, 완전히 장착된 클리퍼는 각 마스트에 최대 7개의 직선 돛을 운반했습니다. 영국 선원들 사이에서 그들의 이름(아래부터 시작)은 다음과 같이 들렸습니다: 하부 돛(앞돛 또는 주돛), 하부 윗돛, 윗 윗돛, 윗 윗세일, 윗 윗세일, “왕실” 돛, “하늘” 돛, “문” 돛( 또는 "스카이스크레이퍼"). 측면에 나열된 메인 돛 외에도 순풍의 경우 얇고 둥근 "나무"에 추가 여우 돛을 설치하고 마당을 따라 뻗은 리셀을 설치했으며 돛대 사이에 스테이 돛을 설치했습니다. 모든 돛의 총 면적은 3300m2 이상이었습니다. 클리퍼가 순풍을 맞으며 전속력으로 항해할 때, 옆에서 보면 바다 표면 위로 흰 구름이 날아가는 것처럼 보였습니다. 우아함, 유선형 모양, 풍부한 돛 및 속도로 인해 클리퍼는 "windjammers"( "wind squeezers")라는 또 다른 이름을 받았습니다.

차 경주는 진정한 속도 경쟁으로 변했습니다. 예를 들어, 1866년에 다섯 대의 가위가 차를 실은 화물을 거의 동시에 푸저우(중국)를 떠났습니다. 이 속도 경주는 지구 반대편에서 가장 짜릿한 바다 항해 중 하나였습니다. 다섯 명의 야심 찬 선장은 각자 먼저 런던에 오는 꿈을 꾸었습니다. 경주에서는 모든 것이 위태로워졌습니다. 범선 중 하나인 아리엘(Ariel)호는 대서양에서 심한 폭풍이 몰아치는 동안 여러 시간 동안 연속해서 많은 양의 목록을 가지고 항해했습니다. 클리퍼의 갑판 위로 가파른 파도가 굴렀습니다. 그러나 선원들은 적어도 하나의 돛을 제거하는 대신 캔버스로 해치와 기타 모든 개구부를 단단히 고정했습니다. 배 밖으로 씻겨 나가는 것을 피하기 위해 선원들은 작업장에서 특수 밧줄로 몸을 묶었습니다. 요소들과의 싸움은 거의 반나절 동안 계속되었습니다. 배가 승리했습니다. 99 일도 채 안되어 99 일도 채 지나지 않아 "Ariel"이 영국에 도착했습니다.... 1869 년 수에즈 운하가 개통 된 후 "차"라인을 따라 항해하는 선박 비행은 수익성이 없게되었습니다. "아리엘"은 영국에서 일본과 호주로 석탄을 운반하는 이상한 일을 했습니다.

그러나 잠시 동안 클리퍼 선박이 다시 유행했습니다. 호주는 유럽과 미국에 필요한 양모를 많이 생산하기 시작했습니다. 석탄을 추가로 싣지 않고 그렇게 먼 거리를 항해할 수 있는 증기선이 부족하여 우리는 범선 서비스에 의존해야 했습니다. 1885년 10월, 6척의 쾌속선이 호주의 시드니 항구에서 영국으로 출발했는데, 그 중에는 아름다운 선과 엄청난 항해력, 내항성으로 인해 “바다의 여왕”이라고 불리는 커티삭(Cutty Sark)도 있었습니다. 항해 67일째 되는 날, 커티삭호는 누구보다 먼저 런던에 도착했습니다. 이는 범선 사상 유례없는 기록이었다. 항해뿐만 아니라 증기도 마찬가지입니다. 돌아오는 길에 클리퍼는 당시 가장 빠른 여객선인 브리타니아호를 추월했습니다. 경비대 장교가 선장을 깨우며 이렇게 말했다고 합니다.

선생님! 다리로 나가면 뭔가 특별한 일이 일어나고 있습니다. 범선이 우리를 추월하고 있습니다!

선장은 미소를 지으며 자리에서 움직이지 않았다.

왜 가나요? 결국 이것은 Cutty Sark이고 그것과 경쟁하는 것은 쓸모가 없습니다!

쾌속선의 시대는 1924년에 최후의 미인 중 하나인 Hasperus가 폐기되면서 끝났습니다. 그리고 Cutty Sark만이 1949년까지 항해했습니다.

그러나 군용 및 수송용 항해 함대가 종료됨에 따라 항해는 끝나지 않았습니다. 돛은 스포츠 선박 및 보트의 추진 장치로서 오랫동안 선원 교육에 큰 역할을 담당해 왔으며 앞으로도 계속 그럴 것입니다.

빠른 기술적 진보심각한 표정도 동반 환경 문제, 때로는 자연에 돌이킬 수 없는 해를 끼치기도 합니다. 유조선의 재난과 해상 유전의 대규모 화재가 이를 확증합니다. 세상을 도와주세요 해군새로운 아이디어와 솔루션은 환경 친화적이어야 합니다. 그리고 돛은 참신함을 전달할 수 있습니다.

인류에게는 다행스럽게도 다른 사람들이 눈치 채지 못하는 것을 볼 수 있고 끝없는 호기심을 가진 사람들이 항상 있습니다. 이것은 모든 발명가의 필수 특성입니다.

그러한 사람이 바로 독일의 엔지니어 Anton Flettner(1885-1961)였습니다. 한번은 범선을 타고 항해하면서 40-50m 높이의 돛을 달고 폭풍 속에서 일하는 선원들의 노력을 보면서 그는 동일한 풍력을 사용하여 고전적인 돛을 다른 것으로 교체하는 것이 가능할까요? 반사를 통해 Flettner는 그의 동포 물리학자 Heinrich Gustav Magnus(1802-1870)를 기억하게 되었습니다. 그는 1852년에 액체 또는 가스의 흐름에서 회전하는 몸체에 작용하는 결과적인 횡력이 유속이 향하는 방향으로 향함을 증명했습니다. 회전하면 몸체가 일치합니다.

Magnus는 나중에 비늘을 사용한 실험에서 그러한 효과의 존재를 확인했습니다. 모터가 연결된 실린더를 그릇 중 하나에 수평으로 배치하고 균형추를 다른 그릇에 배치했습니다. 실린더에 공기가 불어졌지만 모터가 켜질 때까지 움직이지 않았고 저울의 균형도 깨지지 않았습니다. 그러나 회전 방향에 따라 실린더가 위치한 보울이 올라가거나 떨어지기 때문에 모터를 시동하여 실린더를 회전시키기만 하면 되었습니다. 이 실험을 통해 과학자는 공기 흐름이 회전하는 실린더로 흐르면 실린더 한쪽의 흐름 및 회전 속도가 더해지고 다른 쪽에서는 뺍니다. 그리고 더 높은 속도는 더 낮은 압력에 해당하므로, 공기 흐름에 위치한 회전 실린더에서 흐름에 수직인 추진력이 발생합니다. 실린더가 더 빠르게 또는 느리게 회전하면 증가하거나 감소할 수 있습니다. Flettner가 배의 돛을 회전하는 실린더로 교체한다는 아이디어를 얻은 것은 Magnus의 실험이었습니다. 그러나 즉시 의문이 생겼습니다. 실제로 대형 선박에서 이러한 로터는 20-25m 높이의 거대한 타워처럼 보일 것이며 폭풍이 닥칠 경우 선박에 엄청난 위험을 초래할 것입니다. 이러한 질문에 대한 답이 필요했고 Flettner는 연구를 시작했습니다.

1923년 6월 말, 그는 베를린 근처의 반제 호수에서 모델로 첫 번째 실험을 수행했습니다. 직경 약 15cm, 높이 약 1m의 종이 원통을 갖춘 길이 1m 미만의 보트로 시계 장치를 사용하여 회전시켰습니다. 실험은 성공적이었지만 회전하는 동안 로터에 발생하는 힘을 포함하여 많은 질문이 남아 있었습니다.

모든 추가 연구와 관련 측정은 실험실에서 수행되었습니다. 결과는 다음과 같았다.

회전하는 로터의 표면이 바람에 노출되면 로터의 속도가 변합니다. 표면이 바람쪽으로 이동하면 속도가 감소하고 압력이 증가합니다. 로터 반대쪽에서는 공기 흐름 속도가 증가하고 압력이 감소합니다. 결과적인 압력 차이는 용기를 이동하는 데 사용할 수 있는 원동력을 생성합니다.

그러나 Flettner의 연구에서 가장 놀라운 점은 다른 것이었습니다. 결과적인 구동력은 고정 로터의 풍압보다 몇 배 더 컸다는 것이 밝혀졌습니다. 계산에 따르면 사용된 풍력 에너지는 로터 회전에 사용된 것보다 약 50배 더 ​​많았으며 회전 빈도와 풍속에 따라 달라졌습니다. 또 다른 중요한 상황도 분명해졌습니다. 즉, 바람 선에 가까운 교대 코스(택)를 사용하여 바람에 맞서 회전 선박을 항해할 수 있다는 가능성입니다. 즉, 그러한 선박의 경우 일반 범선이 사용하는 자연 항해 법칙이 유효하게 유지됩니다. 그러나 동시에 회전 선박과 비교하여 변위가 비슷한 기존 범선의 돛 면적과 관련하여 로터 면적이 0.1-0.15 %에 불과했기 때문에 그 전망은 훌륭하게 평가되었습니다. , 그리고 그 (로터) 질량은 항해 무기의 전체 질량보다 약 5 배 적었습니다.

당연히 실린더의 회전으로 인해 얻은 노력의 일부는 드리프트(코스 라인에서 움직이는 선박의 변위)를 생성하는 데 소비되고 다른 부분은 선박을 앞으로 이동하는 데 소비됩니다.

풍동에서의 불어넣음은 실린더 자체의 직경보다 직경이 더 큰 디스크(평판 형태)로 실린더 상단을 덮으면 이 추진력을 거의 2배 증가시킬 수 있음을 보여줍니다. . 또한, 풍속과 로터의 회전 각속도 사이에 필요한 관계를 찾는 것이 중요했습니다. 회전으로 인해 발생하는 힘의 크기는 이에 따라 달라집니다. 이것이 바로 로터가 먼저 풍동에서 테스트된 후 모형 선박에서 테스트된 이유입니다. 이 실험을 통해 실험용 선박에 대한 최적의 크기를 설정할 수 있게 되었으며 이후 이 특이한 추진 장치에 "Flettner 로터"라는 이름이 지정되었습니다.

980톤의 배수량을 가진 폭행당한 3개의 마스트 스쿠너 "Bukau"가 1924년에 3개의 마스트 대신 높이 13.1m, 직경 1.5m의 로터 실린더 2개를 테스트하는 첫 번째 실험 선박으로 사용되었습니다. 그 위에는 220V 전압의 두 개의 DC 전기 모터로 구동되었습니다. 전기는 33kW(45hp) 용량의 소형 디젤 발전기로 생성되었습니다.

테스트는 발트해에서 시작되어 성공적으로 끝났습니다. 1925년 2월, 배는 "자유 도시 단치히"를 떠나 영국으로 향했습니다. 북해에서는 부카우호가 거센 파도와 싸워야 했지만, 스쿠너는 적절한 재밸러스트 덕분에 일반 선박보다 덜 흔들렸습니다. 무거운 로터가 선박의 안정성에 부정적인 영향을 미치거나 롤링 중에 영향을 받을 것이라는 우려는 실현되지 않았습니다. 표면의 풍압은 큰 값에 도달하지 않았습니다. 동시에 날씨가 너무 나빠서 Bukau와 같은 배수량의 많은 선박이 인근 항구로 피난처를 찾았습니다. 영자 신문에서는 “회전식 스쿠너처럼 항해를 완료할 수 있는 배는 단 한 척도 없었습니다”라고 썼습니다.

Cuxhaven으로 돌아가는 여정에도 폭풍이 동반되었습니다. 이번에 Bukau는 흘수선을 따라 석탄을 실었고 다른 범선에 비해 장점을 다시 한 번 보여주었습니다. 파도가 갑판 위로 굴러가며 구명정을 박살냈지만, 로터 자체는 아무런 피해도 입지 않았습니다. 그 후 스쿠너는 Baden-Baden으로 이름이 바뀌었고 또 다른 어려운 항해를 했습니다. 비스케이 만에서 심한 폭풍을 견뎌낸 후 그녀는 대서양을 건너 안전하게 뉴욕에 도착했습니다.

회전 추진 시스템은 높은 평가를 받았습니다. 기존 돛보다 유지 관리가 더 쉽고 빠르게 작동 모드로 전환되었으므로 테스트를 계속하기로 결정했습니다. 1924년 조선소에서 주식회사"Weser"(독일)는 회전식 추진 장치를 사용하여 항해하도록 특별히 설계된 최초의 선박이었습니다. "Barbara"라고 불리며 항구에서 과일을 운송하기 위해 고안되었습니다. 남아메리카독일로. 길이 85, 폭 15.2, 흘수 5.4m의 선박은 약 3000톤의 화물 용량을 갖췄으며 초기 설계에 따르면 높이 90m의 거대한 로터 1개를 장착할 예정이었습니다. 직경은 13.1m이지만 스쿠너 "Bukau"의 경험을 고려하여 거대한 로터는 높이 17m, 직경 4m의 작은 로터 3개로 교체되었습니다. 그들은 벽이 있는 알루미늄 합금으로 만들어졌습니다. 두께가 1밀리미터보다 약간 더 깁니다. 각 로터에는 26kW(35hp)의 출력을 갖고 150rpm을 발생시키는 하나의 모터가 있었습니다. 유리한 방향(헤딩 각도 105-110도)으로 5풍(8-11m/s)의 힘으로 회전식 프로펄서의 추력은 780kW(1060hp)의 출력을 가진 엔진 작동과 동일했습니다. ). 또한 750kW(1,020hp) 단일 샤프트 디젤 장치는 프로펠러 나사로터 추력을 보완하여 선박이 10노트(18.5km/h)의 속도로 이동할 수 있게 했습니다.

본질적으로 항해 선박이기 때문에 회전 선박은 이에 비해 엄청난 이점을 가졌습니다. 돛을 청소하고 설치하기 위해 갑판에 있는 승무원을 부를 필요가 없었습니다. 교량에 있는 장교 한 명만이 여러 핸들을 사용하여 로터의 움직임을 제어했습니다. (바람을 거슬러) 근접 운반할 때 이 선박은 최대 30도까지 항해하는 반면, 대부분의 일반 범선에서는 바람의 방향과 이동 방향 사이의 각도가 최소 40-50도입니다. 이동 속도는 로터의 회전 속도에 의해 조절되었고, 회전 방향을 변경하여 조종이 제어되었습니다. 로타리 선박은 역전될 수도 있습니다.

그러나 회전식 프로펄서 설계의 복잡성과 가장 중요한 것은 이를 장착한 선박이 모든 단점을 지닌 범선으로 계속 남아 있다는 사실, 그 중 첫 번째는 바람에 완전히 의존한다는 점으로 인해 널리 사용되지는 않았습니다. .

그럼에도 불구하고 디자이너들은 풍력 에너지를 사용한다는 아이디어로 계속해서 돌아 왔습니다. 20세기 60년대 중반에는 많은 사람들이 해양 국가특별한 디자인 국, 그는 풍력 추진 문제, 즉 풍력 엔진과 풍력 추진기를 사용하여 선박의 움직임을 다루었습니다. 첫 번째 경우, 풍력 에너지가 추력으로 변환되는 과정은 풍력 엔진 - 변속기(기계 또는 전기) - 프로펠러 등의 체인을 따라 발생합니다. 설계상 풍력 터빈은 수평 회전축(1-, 2-, 3- 또는 다중 블레이드 터빈)과 수직 회전축(예: 드럼형 터빈)으로 구분됩니다. 회전 속도 측면에서 - 고속, 높은 회전 속도(회전 주파수 측면에서 발전기와 잘 결합) 및 저속으로 프로펠러에 직접 큰 토크를 생성합니다. 풍력엔진을 사용하는 경우, 선박은 바람의 방향에 따른 항로 선택에 제한을 두지 않으나, 반복되는 에너지 변환으로 인해 풍력엔진의 효율이 낮다. 풍력 엔진은 3~4~12~14m/s의 풍속에서 효과적이며 배는 순풍보다 역풍에서 더 잘 움직입니다. 15-20m/s의 풍속에서는 파괴될 위험이 있으므로 정지해야 합니다.

다양한 디자인의 실험용 풍력 터빈이 요트에서 성공적으로 테스트되었습니다. 그러나 대형 운송선에서는 이 방향에 대한 실험이 계속되고 있지만 발전기용 드라이브로도 사용되지 않습니다.

두 번째 경우, 선박을 당기는 견인력은 풍력 터빈에서 직접 발생하지만, 바람에 맞서 직접 항해하고 이 방향 근처의 특정 방향 각도 범위에서 항해하는 것은 불가능합니다. 이러한 선박의 속도는 풍속에 따라 달라지며 상대적으로 낮습니다(7~10노트(13~18.5km/h)). 풍력 추진기의 주요 유형에는 이미 우리에게 알려진 Flettner 로터, 윙 세일 및 클래식 세일이 포함되며, 이는 아직 개선되고 있으며 제작 과정에 있습니다. 최신 자료. 플라스틱과 합성섬유를 소재로 하여 강도와 가벼움을 높인 주름 방지 라브산과 내열 니트론이 등장했습니다. 이는 돛 추진력을 갖춘 현대식 선박에 사용됩니다.

풍력 터빈에 대한 최초의 본격적인 연구는 함부르크 조선소에서 1960~1967년에 수행되었으며, 여기서 재하중량 17,000톤의 화물선 설계가 개발되었습니다. 풍동에 있는 50개의 모델과 실험 수영장에서 테스트를 통해 1982년에 오랫동안 세계에서 유사품이 없었던 "Dina-Schiff" 선박을 건조할 수 있었습니다. 이 범선은 16,500톤의 화물을 운반할 수 있으며 길이 160.5m, 너비 21m, 측면 높이 13m, 흘수 9.1m의 인상적인 크기를 가지고 있습니다. 6개의 회전 마스트 각각에는 5개의 직선 돛이 있습니다. 간격없이 프로파일 야드에 뻗어 있으며 전체적으로 1200m2 면적의 하나의 효과적인 (높고 좁은) 거대한 돛을 구성했습니다 (모든 돛의 총 면적은 7200m2에 도달했습니다). 30개의 돛 중 하나를 올리거나 내리는 전기 모터는 컴퓨터가 설치된 제어실의 당직 장교가 제어합니다. 돛 외에도 Din-Schiff에는 330kW(448hp) 디젤 엔진이 장착되었습니다. 배는 평균 12노트의 속도와 유리한 바람(최대 16노트)을 개발했습니다.

Dyna-Schiff 프로젝트의 추가 개선은 독일 아렌스부르크 시의 프리드리히 바이스 연구회(Friedrich Weiss Research Society)에 의해 계속되었습니다. 그것은 자동으로 돛을 후퇴시키는 멋진 항해 화물선을 만들었습니다. 각각의 돛은 프로파일된 마당에 위치한 샤프트에 감겨 있었습니다. 벌크선의 길이는 65m입니다. 1000톤의 화물을 실을 수 있습니다. 3개의 회전 돛대 각각은 5개의 직선 돛을 운반합니다. 또한, 날씨가 좋을 경우에는 350kW(476hp) 출력의 보조 디젤 엔진이 선박에 설치되었습니다. 돛 추진력만 사용하면 이러한 선박은 12~14노트의 속도에 도달할 수 있고 강한 순풍(최대 20(37km/h))에 도달할 수 있습니다. 이는 현대 컨테이너선의 속도에 해당한다.

"Dina-Schiff"와 Ahrensburg의 벌크선은 현재 해상 도로에서 혼자가 아닙니다. 1990년 6월부터 그린피스 조직의 기함인 "Rainbow-Urrior"가 함부르크에서 다음과 같은 방식으로 개조되었습니다. 디나-쉬프". 풍력이 5일 때 선박은 12노트(22km/h) 이상의 속도를 냅니다.

이러한 선박의 우수한 성능을 고려하여 현재 900~2000톤의 운반 능력을 갖춘 건화물 범선이 설계되고 있습니다. 그러나 독일 과학자들은 바람이 끊임없이 불기 때문에 유럽에 수익성이 없을 것이라고 믿습니다. 해안 근처에 있으며 일반 건조 화물선과 컨테이너 선박에 추가 항해 장비를 장착할 것을 제안하여 10~25%의 연료 절감 효과를 가져올 것입니다.

풍력 터빈과 풍력 터빈의 개발은 천연 석유 매장량이 제한되어 있거나 존재하지 않는 국가에서 특히 심각하게 받아들여지고 있습니다. 따라서 일본에서는 1980~1986년에만 기계적 추진 외에 풍력 추진을 갖춘 10척의 선박이 운항되었습니다. 대표적인 것이 이마무라 조선소가 1980년 7월 진수한 배수량 1,600톤의 연안 유조선 신에이토쿠마루(Shin Eitoku Maru)이다. 주요 치수는 길이 - 66, 너비 - 10.6, 드래프트 - 4.4m이며 각각 97m 2의 면적을 가진 2개의 돛과 1177kW(1600hp)의 출력을 가진 엔진을 갖추고 있습니다. 유조선의 평균 속도는 12노트(22km/h)입니다. 그가 연간 항해에 소비하는 시간은 전체 시간의 15%에 불과합니다.

"기계 엔진과 풍력 추진" 방식을 사용한 선박 건조에서 가장 높은 성과는 일본 선박 "Usiki Pioneer"였습니다. 배수량 26,000톤, 길이 162.4, 빔 25.2, 흘수 10.6m, 출력 2427kW(3300hp)의 주 엔진 2개, 각각 320m2의 돛 2개를 갖추고 있습니다. 돛과 엔진 중 하나를 결합하여 선박은 평균 13.5노트(25km/h)의 속도로 항해할 수 있습니다. 바람의 추진력은 컴퓨터 명령으로 제어됩니다.

일본 엔지니어들은 또한 17,000톤의 화물과 250명의 승객을 태울 수 있는 범선 설계를 개발했습니다. 돛 설치 및 청소와 관련된 모든 작업은 완전히 기계화됩니다. 이를 통해 한 사람이 컴퓨터를 사용하여 6개의 돛대에 배치된 1500m 2 의 돛을 20초 만에 처리할 수 있습니다. 최대 속도선박 - 약 20노트(37km/h). 약간의 바람도 "잡을" 수 있습니다. 완전히 진정되면 엔진 설치가 제공됩니다.

1985년 폴란드 과학자와 설계자들에 의해 항해 옵션에 대한 다목적이고 비용이 많이 드는 테스트가 수행되었습니다. 배수량 550톤의 길이 50m 실험선 '오세아니아'에는 직선형 돛을 갖춘 내구성이 뛰어난 경합금 재질의 마스트 3개가 설치되었습니다. 총 면적으로 700m2. 유압 드라이브와 견고한 합성 재료인 Kevlar로 만든 특수 기어를 사용하여 설치 및 제거되었습니다. 바람이 강해지면 돛의 면적이 줄어들었고, 풍속이 25m/s를 초과하면 돛대 주위에 상자 형태로 접혀 있었습니다.

이 경험을 통해 그단스크 조선소의 조선소는 1986년에 유람선 Gwarek을 건조할 수 있었는데, 이 선박의 항해 장비는 오세아니아에 설치된 것과 거의 유사했습니다. "Gwarek"은 떠다니는 별장으로서 여행국의 소유가 되었으며, 승객은 100개의 편안한 더블 캐빈에 수용됩니다. 선박의 모든 제어는 컴퓨터와 유압 시스템을 사용하여 선교에서 수행됩니다.

새로운 돛에는 보다 현대적인 고정과 청소가 필요했습니다. 여러 가지 마스트 디자인이 개발되었으며 각 디자인에는 고유한 "하이라이트"가 있습니다. 따라서 일부 마스트는 회전 플랫폼에 설치되고 돛은 영화 스크린처럼 야드에서 확장되었다가 내부로 들어가게 됩니다. 그리고 1977년 슈체친 출신의 폴란드 발명가 A. Borowsky는 튼튼한 합성 재료로 만들어진 얇은 외부 껍질로 하나로 연결된 많은 금속 튜브로 구성된 마스트에 대한 특허를 받았습니다. 이 디자인은 일반적인 디자인보다 가볍고 강도도 열등하지 않습니다.

스포츠 보트용으로 새로운 유형의 돛도 개발되었습니다. 특히, 새로운 추진 장치인 세일 윙(Sail-Wing)이 이미 적용되었습니다. 글라이더 또는 비행기의 날개와 디자인이 유사하지만 대칭적인 단면 프로파일을 갖는 견고한 돛 형태로 만들어집니다. 발전하는 아이스보트와 세일링 쌍동선에 장착됩니다. 고속, 낮은 공격 각도에서 작동합니다. 훨씬 더 효과적인 것은 공격 각도와 배나 보트가 항해하는 택에 따라 달라지는 볼록-오목 프로파일을 갖는 날개 돛입니다. 예를 들어, 쌍동선 Patient Lady U(미국)에 사용된 디자인에서 세일 날개는 바람에 대한 특정 각도에서 컴퓨터를 사용하여 자동으로 설치되는 6개의 부품으로 구성됩니다. 합판, 유리 섬유, 폼 및 합성 직물로 만들어졌으며 면적이 28m 2 인 무게는 46kg에 불과합니다.

풍력 추진 및 엔진과 관련된 설계자들은 선박의 속도를 20노트, 즉 티 클리퍼의 속도에 도달할 수 있는 프로젝트에 가장 매력을 느낍니다. 호버크라프트와 수중익선 추진 원리를 사용하여 현대적으로 범선을 부활시키려는 시도가 이루어지고 있습니다.

새로운 유형의 풍력 터빈 개발에도 긍정적인 발전이 있습니다. 따라서 독일 엔지니어들은 6개의 폴리에스터 평면이 두 개의 수직 축에 위치하고 서로 60도 각도로 회전하는 "회전목마형" 엔진을 제안했습니다. 이러한 공기 터빈에 작용하는 바람은 터빈을 회전시켜 운동 에너지를 선박 프로펠러 샤프트 회전의 기계적 에너지로 변환합니다.

오늘날 구현 단계와 개발 단계 모두에서 상당히 다양한 풍력 터빈 및 풍력 터빈 프로젝트가 있습니다. 선택할 수 있는 것이 많지만 전문가들은 가장 적절한 옵션은 해양 및 해양 시설에 설치하는 것이라고 결론 내렸습니다. 강 보트주 기계 엔진에 추가로 풍력 터빈을 추가합니다. 이를 통해 연료가 25~30% 절약되고 선박에 16노트라는 매우 허용 가능한 속도가 제공되며 강력한 발전소 대신 상대적으로 작은 선박을 사용할 수 있게 됩니다. 그리고 또 하나의 필수 조건은 모든 새로운 유형의 항해 추진력을 사용하려면 컴퓨터의 광범위한 도입이 필요하다는 것입니다. 오직 고속 컴퓨팅 기술만이 선박의 움직임에 영향을 미치는 모든 매개변수를 고려하여 항해의 안전성을 높일 수 있습니다.

일러스트레이션 캡션

아픈. 1. 그림에서 볼 수 있듯이 회전하는 실린더에는 공기 흐름 방향과 반대되는 힘이 작용하기 시작합니다. 따라서 회전 선박에 가장 유리한 경로는 선상에서 직접 바람이 불 때임이 분명합니다. 그리고 이동 방향은 로터가 시계 방향으로 회전하는지 반시계 방향으로 회전하는지에만 의존합니다.

아픈. 2. 이 각도가 66°보다 크면 가까운 바람을 최대 바람이라고 하고, 이 각도가 작으면 가파른 바람이라고 합니다. 전진 이동은 범선의 경로와 일치하는 풍압 성분(a)에 의해 보장되는 반면 측면 성분(b)의 작용은 선박의 용골에 의해 중화됩니다.

나는 잡지 독자들에게 마그누스 효과를 사용하여 움직임이 수행된 쌍동선에 대해 이야기하고 싶습니다. 마그누스 효과는 공기가 회전하는 몸체 주위로 흐를 때 흐름 방향에 수직인 힘이 발생하는 것입니다. 예를 들어, 실린더가 회전하면 벽에 가까운 공기층도 원을 그리며 움직이기 시작합니다. 이로 인해 회전체의 한쪽에서는 실린더 주위를 흐르는 흐름의 속도가 증가하고 다른 쪽에서는 감소합니다. 결과적으로 실린더 표면 근처에 고압 및 저압 영역이 형성되어 선박을 이동하는 데 사용할 수 있는 힘이 생성됩니다. 이는 테니스와 축구에서 "컷" 공의 비행 방향을 바꾸는 것과 동일한 힘입니다.

높은 압력 영역에서 낮은 압력 영역으로의 공기 흐름을 줄이기 위해 실린더 끝 부분에 더 큰 직경의 디스크가 설치됩니다.

실험에 따르면 실린더 회전 표면의 선형 속도가 풍속의 약 4배인 경우 마그누스 효과가 최대로 나타나는 것으로 나타났습니다. 이 경우 로터 추력은 해당 면적과 동일한 세일 추력보다 10배 더 큽니다.

20년대에는 두 척의 대용량 선박에 유사한 로터가 장착되었습니다. Oka는 대서양 횡단 항해까지 했지만 나중에 건조되지는 않았습니다. 그 이유는 거대한 금속 로터의 부피가 커서 강한 바람에 선박이 전복될 수 있었기 때문입니다.

... 한번은 크라스노야르스크 저수지에서 휴식을 취하는 동안 친구인 N. Beskrovny와 V. Brin의 도움을 받아 접이식 소프트 로터가 달린 쌍동선을 만들었습니다. 우리는 3주밖에 시간이 없었기 때문에 모터가 필요하지 않은 덜 효율적인 Savonius 로터를 만들어야 했습니다.

Savonius 로터는 반경 길이만큼 서로 상대적으로 이동된 두 개의 반원통형 표면으로 구성됩니다.

바람의 영향으로 로터가 회전하고 선형 속도는 풍속 1.7을 초과하지 않습니다. 이 때문에 Savonius 로터의 마그누스 효과는 강제 회전 로터보다 2~3배 약합니다.

로터(그림 참조)는 Ø 10mm 로드에서 용접된 디스크와 반원통이라는 두 개의 프레임으로 구성됩니다. 반원통형 프레임을 형성하는 막대는 조밀한 직물 패널로 서로 연결됩니다. 두 디스크의 프레임 끝은 로프로 묶여 있습니다. 상단과 하단에 형성된 육각형은 캔버스로 덮여 있습니다. 로터 축은 돛을 접을 수 있는 로프 역할도 합니다.

두 개의 직물 스트립을 각 패널에 꿰매고 그 아래에 폭 6cm, 길이 80cm의 고무 의료 붕대가 통과됩니다. 그 끝은 막대에 묶여 있습니다. Ø 4mm 강철 막대로 만들어진 보강 프레임이 패널에 부착됩니다.

로터에 장력을 제공하는 유연한 축과 로프는 지지 베어링에 연결된 장착 브래킷에 묶여 있습니다. 우리는 기존의 볼 베어링을 사용했습니다. 그들은 스스로를 완전히 정당화했습니다. 로터는 약간의 바람이 불어도 회전했습니다.

1, 2 - 하프 프레임 상단, 3 - 로터 디스크 프레임, 4 - 로터 패널, 5 - 디스크 패널, 6 - 로프 로터 축, 7 - 패브릭 스트립, 8 - 소프트 프레임(의료용 고무 붕대), 9 - 하드 하프 프레임, 10 - 로프 가이 라인, 11 - U자형 마스트 지지대, 12 - 쌍동선 가로 빔, 13 - 하부 장력 케이블, 14 - 빔 브래킷, 15 - 장력 케이블 레버, 16 - 로터 서스펜션, 17 - 서스펜션 브래킷, 18 - 베어링 하우징 , 19 - 베어링, 20 - 서스펜션 후크, 21 - 블록. 스티어링 휠은 표시되지 않습니다.

쌍동선의 수레는 캔버스 덮개입니다. 각각에는 고무 직물로 만들어진 3개의 실린더가 포함되어 있습니다(볼 챔버도 사용할 수 있음). 우리는 유목으로 만든 프레임에 수레를 묶었습니다. (크라스노야르스크 저수지 기슭에 많이 있습니다.) 연감 "보트와 요트"가 한 번 이상 이야기했기 때문에 쌍동선 선체의 건설은 자세히 포함되지 않았습니다. 우리 것보다 더 나은 디자인의 풍선 쌍동선에 대해.

로터는 다음과 같이 설치됩니다. 먼저 그는 고무 붕대로 묶여 있고 U 자 모양의 지지대 블록을 통과하는 로프의 도움으로 맨 위로 올라갑니다. 그런 다음 쌍동선의 빔에 고정된 링을 통과하는 로프를 사용하여 수동으로 장력을 가합니다. 로프의 마지막 15~20cm는 레버를 사용하여 당겨야 합니다.

우리는 매우 약한 바람 속에서 10일 동안 쌍동선을 테스트했습니다. 30cm 길이의 실이 30~40° 어긋나면 바람이 강하다고 생각했습니다.

그러한 바람으로 인해 쌍동선은 표류하여 바람에 비해 100~110°보다 더 날카로운 각도로 항해할 수 없었습니다. 압정을 바꾸려면 로터를 뒤집어야 했고, 이 작업에는 5~6분이 걸렸습니다.

속도 측정은 수행되지 않았지만 다음 여름에는 동일한 쌍동선이 로터와 거의 동일한 일반 6m2 돛으로 항해했지만 돛을 사용하면 더 잘 조종했습니다.

많은 디자인 구성 요소가 실패한 것으로 판명되었으므로 쌍동선을 정확한 사본의 예로 권장하지 않습니다. 예를 들어, 엔드 디스크의 가장자리는 막대나 플라스틱 튜브로 만들어져야 합니다. 우리의 경험은 아마추어가 매우 독창적이고 유망한 추력 생성 방법으로 선박을 제작할 가능성이 있음을 입증합니다.

회전식 용기에 관심이 있는 독자라면 분명 더 나은 디자인을 만들 수 있을 것입니다. 가벼운 내연 기관에 의해 회전되는 접이식 실린더로 쌍동선을 만드는 것이 우리에게 가장 흥미로운 것 같습니다. 실린더는 팽창 가능한 풍선 형태로 만들 수도 있고 우리가 만든 로터처럼 신축성 있는 디자인을 가질 수도 있습니다.

아마추어가 테스트한 디자인은 아마도 국가 경제에 적용될 것입니다.

우리의 의견으로는 화물 붐을 사용하여 설치된 전기 모터가 장착된 팽창형 또는 신축성 로터는 화물선의 보조 엔진으로 사용될 수 있습니다.