Знаменитый документальный сериал« Подводная одиссея команды Кусто» великий французский океанограф снимал в 1960—1970-х годах. Основным кораблем Кусто был тогда переделанный из британского минного тральщика« Калипсо». Но в одном из последующих фильмов — «Повторное открытие мира» — появилось другое судно, яхта« Алкиона». Глядя на нее, многие телезрители задавали себе вопрос: что это за странные мачты-паруса установлены на яхте?..

«Алкиону» фонд Кусто приобрёл в 1985 году, и рассматривался этот корабль не столько как исследовательский, сколько в качестве базы для изучения эффективности турбопарусов — оригинального судового движителя. А когда спустя одиннадцать лет легендарная «Калипсо» затонула, «Алкиона» заняла её место в качестве основного судна экспедиции (к слову, сегодня «Калипсо» поднята и в полуразграбленном состоянии стоит в порту Конкарно).

Собственно, турбопарус изобрёл Кусто. Так же, как акваланг, подводное блюдце и ещё множество приспособлений для исследований морских глубин и поверхности мирового океана. Идея родилась ещё в начале восьмидесятых и заключалась в том, чтобы создать максимально экологичный, но при этом удобный и современный движитель для водоплавающего средства. Использование силы ветра представлялось наиболее перспективным направлением исследований. Но вот незадача: парус человечество придумало несколько тысяч лет назад, а что может быть проще и логичнее?

Конечно, Кусто и компания понимали, что построить судно, приводимое в движение исключительно парусом, невозможно. Точнее, возможно, но его ходовые качества будут весьма посредственны и зависимы от капризов погоды и направления ветра. Поэтому изначально планировалось, что новый «парус» будет лишь вспомогательной силой, применимой в помощь обычным дизельным двигателям. При этом турбопарус заметно снизил бы расход дизельного топлива, а при сильном ветре мог стать единственным движителем судна.

И взгляд команды исследователей обратился в прошлое — к изобретению немецкого инженера Антона Флеттнера, знаменитого авиаконструктора, внесшего серьёзный вклад и в кораблестроение.

Ротор Флеттнера и эффект Магнуса

16 сентября 1922 года Антон Флеттнер получил немецкий патент на так называемое «роторное судно». А в октябре 1924 года экспериментальное роторное судно Buckau сошло со стапелей кораблестроительной компании Friedrich Krupp в Киле. Правда, строилась шхуна не с нуля: до установки роторов Флеттнера она была обычным парусным судном.

«Ветряной корабль Флеттнера у всех на устах благодаря необычайно ревностной газетной пропаганде», — писал Луи Прандтль в своей статье о разработке немецкого инженера.

Идея Флеттнера заключалась в использовании так называемого эффекта Магнуса, суть которого состоит в следующем Когда воздушный (или жидкостный) поток обтекает вращающееся тело, образуется сила, перпендикулярная направлению потока и воздействующая на тело. Дело в том, что вращающийся объект создаёт вокруг себя вихревое движение. С той стороны объекта, где направление вихря совпадает с направлением потока жидкости или газа, скорость движения среды растёт, а с противоположной — падает. Разница давлений и создаёт поперечную силу, направленную от стороны, где направление вращения и направление потока противоположны, к стороне, где они совпадают.

Открыл этот эффект в 1852 году берлинский физик Генрих Магнус. Один из его классических опытов выглядел следующим образом: «Латунный цилиндр мог вращаться между двумя остриями; быстрое вращение цилиндру сообщалось, как в волчке, шнуром. Вращающийся цилиндр помещался в раме, которая в свою очередь легко могла поворачиваться. На эту систему пускалась сильная струя воздуха при помощи маленького центробежного насоса. Цилиндр отклонялся в направлении, перпендикулярном к воздушной струе и к оси цилиндра, при том в ту сторону, с которой направления вращения и струи были одинаковы» (Л.Прандтль, «Эффект Магнуса и ветряной корабль», 1925 год).

Собственно, Флеттнер сделал довольно простую вещь. Он установил на метровую испытательную шлюпку бумажный цилиндр-ротор высотой около метра и диаметром 15 сантиметров, а для его вращения приспособил часовой механизм. И шлюпка поплыла. Доказав на практике возможность использования боковой силы, возникающей в результате эффекта Магнуса, Флеттнер решился переоборудовать трёхмачтовик «Букау» в роторный корабль.

На сегодняшний день «Алкиона» является единственным в мире судном с турбопарусом системы Кусто. Смерть великого океанографа в 1997 году поставила крест на постройке второго подобного корабля, «Калипсо II», а другие кораблестроители опасаются непривычной конструкции…

Роторы «Букау» вращались от электродвигателей. Собственно, никакого отличия от классических опытов Магнуса в конструкции не было. Со стороны, где ротор вращался навстречу ветру, создавалась область повышенного давления, с противоположной — пониженного. Результирующая сила и двигала судно. Более того, эта сила во много раз превышала силу давления ветра на неподвижный ротор — примерно в 50 раз! Это открывало перед Флеттнером огромные перспективы. Помимо всего прочего, площадь ротора и его масса были в несколько раз меньше, чем площадь парусного вооружения, которое бы давало равную движущую силу. Ротором было намного проще управлять, да и в производстве он был достаточно дёшев. Сверху Флеттнер накрыл роторы плоскостями-тарелками — это увеличивало движущую силу примерно в два раза за счёт правильной ориентации потоков воздуха относительно ротора. Оптимальную высоту и диаметр ротора для «Букау» рассчитали, продув модель будущего судна в аэродинамической трубе.

Ротор Флеттнера показал себя прекрасно. В отличие от обычного парусного судна, роторный корабль практически не боялся непогоды и сильных боковых ветров, легко мог идти переменными галсами под углом 25° к встречному ветру (для обычного паруса предел — около 45°). Два цилиндрических ротора (высота — 13,1 м, диаметр — 1,5 м) позволили отлично сбалансировать судно — оно оказалось устойчивее парусника, которым «Букау» был до перестройки. Испытания судна проводили и в штиль, и в шторм, и с намеренной перегрузкой — и никаких серьёзных недостатков выявлено не было. Наиболее выгодным для движения судна было направление ветра точно по перпендикуляру к оси судна, а направление движения (вперёд или назад) определялось направлением вращения роторов.

Уже в феврале 1925 году «Букау» успешно прошла путь из Данцига в Шотландию через Северное море, а годом позже корабль (переименованный в «Баден Баден») совершил вояж из Европы в Америку через Атлантический океан. В том же году на верфи был заложен второй роторный корабль — могучий грузовой лайнер «Барбара», приводимый в движение тремя 17-метровыми роторами. При этом для каждого ротора хватало одного маленького моторчика мощностью всего 35 л.с. (при максимальной скорости вращения каждого ротора 160 об/мин)! Тяга роторов была эквивалентна тяге винтового движителя вкупе с обычным корабельным дизелем мощностью около 1000 л.с. Впрочем, дизель на судне тоже наличествовал: в дополнение к роторам он приводил в движение винт (который оставался единственным движителем в случае безветренной погоды).

Но в конце двадцатых грянула Великая Депрессия. В 1929 году чартерная компания отказалась от дальнейшей аренды «Барбары», и её продали. Новый владелец снял роторы и переоборудовал корабль по традиционной схеме. Всё-таки роторный движитель проигрывал винтовым движителям в сочетании с обычной дизельной силовой установкой из-за своей зависимости от ветра и определённых ограничений по мощности и скороходности. Флеттнер обратился к более перспективным исследованиям, а «Баден Баден» в итоге затонул во время шторма в Карибском море в 1931 году. И о роторных парусах надолго забыли…

Турбопарус Кусто

Парусники строились и на протяжении XX века. В современных кораблях такого типа парусное вооружение сворачивается с помощью электромоторов, новые материалы позволяют заметно облегчить конструкцию. Но парусник парусником, а идея использовать энергию ветра кардинально новым способом витала в воздухе ещё со времён Флеттнера. И её подхватил неутомимый искатель приключений и исследователь Жак-Ив Кусто.

Яхта конструкции Джона Марплса «Клодия» (Cloudia) представляет собой перестроенный тримаран Searunner 34. Первые тесты яхта прошла в феврале 2008 года в городе Форт Пирс, Флорида, США, а создание её финансировал телеканал Discovery. «Клодия» показала себя невероятно маневренной — она останавливалась и переходила на задний ход за считанные секунды, свободно двигалась под углом порядка 15° к ветру. Заметное улучшение характеристик по отношению к традиционному ротору Флеттнера обусловлено дополнительными поперечными дисками, установленными на передний и задний роторы тримарана.

23 декабря 1986 года, уже после того, как упомянутая в начале статьи «Алкиона» была спущена на воду, Кусто и его коллеги Люсьен Малавар и Бертран Шаррье получили совместный патент US4630997 на «Устройство, создающее силу посредством использования движущейся жидкости или газа». Общее описание патентуемого устройства звучит следующим образом: «Устройство помещается в среду, движущуюся в некотором направлении; при этом возникает сила, действующая в направлении, перпендикулярном первому. Устройство позволяет избежать использования массивных парусов, в которых движущая сила пропорциональная площади паруса». Чем же отличается турбопарус Кусто от роторного паруса Флеттнера?

В поперечном сечении турбопарус представляет собой нечто вроде вытянутой и скруглённой с острого конца капли. По бокам «капли» расположены воздухозаборные решётки, через одну из которых (в зависимости от необходимости движения вперёд или назад) производится отсос воздуха. Для максимально эффективного засасывания ветра в воздухозаборник на турбопарусе установлен небольшой вентилятор, приводимый от электромотора. Он искусственно повышает скорость движения воздуха с подветренной стороны паруса, всасывая воздушную струю в момент её отрыва от плоскости турбопаруса. Это создаёт разрежение с одной из сторон турбопаруса, параллельно предотвращая образование турбулентных вихрей. А дальше действует эффект Магнуса: разрежение с одной стороны, как результат — поперечная сила, способная приводить судно в движение. Собственно, турбопарус — это поставленное вертикально самолётное крыло; по крайней мере принцип создания движущей силы схож с принципом создания подъёмной силы самолёта. Для того, чтобы турбопарус всегда был повёрнут к ветру наиболее выгодной стороной, он оборудован специальными датчиками и установлен на поворотной платформе.

Как ни странно, и в наше время в промышленности используются вполне привычные паруса. Судостроительные компании нередко закладывают в проекты крупных танкеров и грузовиков возможность установки такелажа и парусного вооружения. Известнейшим проектом является немецкий транспортный корабль MS Beluga SkySails, спущенный на воду 1 января 2008 года. Примерно 15−20% мощности корабль развивает благодаря гигантскому воздушному змею площадью 160 м 2 , в планах компании — увеличение его до 320 м 2 . Змей укреплен на носу корабля на канате, его поведение контролируется компьютером. Обычно он парит на высоте порядка 100 м и на расстоянии около 500 м от корабля, при этом тянет судно за собой. К 2013 году специалисты компании SkySails GmbH & Co. KG планируют оснастить своей системой около 400 судов — каждый такой «тюнинг» позволит заметно сократить расход топлива и количество вредных выбросов в атмосферу.

Собственно, впервые Кусто испытал прототип турбопаруса на катамаране «Ветряная мельница» (Moulin à Vent) в 1981 году. Самым крупным успешным плаванием катамарана было путешествие из Танжера (Марокко) в Нью-Йорк — под «присмотром» более крупного корабля экспедиции.

А в апреле 1985 года в порту Ля Рошель была спущена на воде «Алкиона», первый полноценный корабль, оборудованный турбопарусами. Сегодня она по‑прежнему на ходу и на сегодняшний день является флагманом (и, по сути, единственным крупным кораблём) команды Кусто. Турбопаруса на ней служат не единственным движителем, но помогают обычной сцепке из двух дизелей и нескольких винтов (что позволяет сократить расход горючего примерно на треть, кстати). Будь великий океанограф жив, он бы, наверное, построил ещё несколько подобных кораблей, но энтузиазм его соратников после ухода Кусто заметно спал. Незадолго до смерти в 1997 году Кусто активно прорабатывал проект судна «Калипсо II» с турбопарусом, но завершить его не успел. По последним данным зимой 2011 года «Алкиона» стояла в порту Каен и ждала новой экспедиции.

И снова Флеттнер

Сегодня предпринимаются попытки возродить идею Флеттнера и сделать роторные паруса массовыми. Например, знаменитая гамбургская компания Blohm & Voss начала активную разработку роторного танкера после нефтяного кризиса 1973 года — но к 1986 экономические факторы «прикрыли» этот проект. Потом был ряд любительских конструкций; например, в 2007 году студенты Фленсбургского университета построили катамаран, приводимый в движение роторным парусом (Uni-cat Flensburg).

И лишь в 2010 году свет увидел третий в истории корабль с роторными парусами — тяжёлый грузовик E-Ship 1, построенный по заказу компании Enercon, одного из крупнейших производителей ветрогенераторов в мире. 6 июля 2010 года корабль был впервые спущен на воду и совершил короткое плавание из Эмдена в Бремерхафен. А уже в августе он отправился в первый рабочий вояж в Ирландию с грузом из девяти ветрогенераторов.

Судно оборудовано четырьмя роторами Флеттнера и, конечно, традиционной силовой установкой на случай безветрия и для получения дополнительной мощности. Всё-таки роторные паруса служат лишь вспомогательными движителями — для 130-метрового грузовика их мощности маловато, чтобы развивать должную скорость. Двигателями служат девять силовых установок Mitsubishi, а роторы вращаются с помощью паровой турбины производства Siemens, работающей от отработавших газов. Роторные паруса позволяют сэкономить от 30 до 40% топлива на скорости 16 узлов.

А вот турбопарус Кусто пока что остаётся в некотором забвении: «Алкиона» и на сегодняшний день — единственный полноразмерный корабль с таким типом движителя. Опыт немецких кораблестроителей покажет, имеет ли смысл и дальше развивать тему парусов, работающих на эффекте Магнуса. Главное — найти этому экономическое обоснование и доказать эффективность. А там, глядишь, и всё мировое судоходство перейдёт на принцип, который талантливый немецкий учёный описал более 150 лет назад.

мотопарусная "Barbara" (кликабельно )

После того, как первое, совсем еще экспериментальное судно с роторными парусами системы Антона Флеттнера "Buckau" показало близкие к расчетным параметры - немецкие военные моряки заказали промышленности еще одно судно, но на сей раз уже полноценный транспортник, чтобы оценить его в реальной коммерческой эксплуатации. И в 1926 году на воду было спущено судно "Барбара".

Спуск на воду уникального судна

Первоначальный проект предполагал один ротор высотой 28(!) и диаметром около семи метров. Но, к счастью, в доступности не нашлось подшипников требуемого размера. Т.е., они были - но только подшипники скольжения, а они не подходили по уровню потерь. Поэтому пришлось исходить из имеющегося - и поставить целых три алюминиевых ротора высотой по 17 метров и диаметром в 4 метра. Каждый из них был подвешен на двух подшипниках, в основании и на 2/3 высоты.

Вращение им обеспечивали электродвигатели мощностью по 41 л.с. каждый, скорость вращения составляла 160 об/мин. При ветре в 8.5 м/с расчетная тяга каждого ротора была 4 тонны. Для судна, водоизмещением 2850 тонн немного, согласен. Но это же не чистый парусник, все-таки. Основная силовая установка состояла из двух дизелей Bauart AG-Weser/MAN, по 530 л.с. каждый. Они работали, - помимо генераторов, на нормальные гребные винты, обеспечивая даже при полном штиле контрактные 10 узлов.

роторно-парусное судно в порту (кликабельно )

Судно было успешно испытано, тяга "парусов" оказалась близка к расчетной - и его отправили на регулярную линию вокруг Европы в Средиземное море. Естественно, что оно вызывало фурор во всех портах и по пути следования, но специальных исследования и гонок не проводилось, прагматичные немцы изучали, как и собирались, технико-экономические параметры эксплуатации судна.

Понятно, что на чистой "парусной" тяге судно ходило нечасто. Роторы использовались либо для повышения скорости хода, либо для экономии топлива, которая получалась довольно заметной.

со всех сторон... (кликабельно )

Действительно, 12 тонн тяги при легком ветерке при затратах всего в 120 л.с. - это много. Я бы даже сказал, что это ОЧЕНЬ много. При увеличении скорости ветра, возможно, получилось бы и еще больше, так что вроде бы с экономической т.з. все было хорошо. Судно успешно работало уже три года, как случилась неприятность: да-да, она самая. "Великая депрессия". Объемы грузоперевозок резко упали, а самое главное - упала и цена топлива. До совершенно несерьезных величин. И тут выяснилось неприятное:

моделька мотопарусника

Да. Экономия топлива заметная. Но оно стоит такие копейки, что расходы на сорокатонную конструкцию из трех роторов со всеми их дополнительными системами (смазки под давлением, редукторов к электромоторам и самих электромоторов) - вводят в такой дополнительный расход, что уже никакой экономии топлива не хочется. Простой теплоход без роторов дешевле грузы возить будет.

Вот поэтому-то в депрессию теплоход не продержался и двух лет, и в 1931 году был "упрощен", лишен роторных парусов и переделан в обычный грузовоз без претензий. P.S. А сейчас интерес к теме возрождается . Утилизовать ветер с помощью простейших и удобно управляемых роторов считается хорошей идеей.

Шхуна «Букау» с роторными парусами

Впервые роторные турбопаруса немецкого инженера Антона Флеттнера были успешно испытаны на шхуне «Букау» в 1924 году .

В 1980-х годах более сложная форма турбопаруса была разработана французскими инженерами под руководством океанолога Жака-Ива Кусто . Наиболее успешно она применялась на судне «Алсион ».

Техническая конструкция

Концепция

Эффективность системы, однако, до сих пор не подвергалась обстоятельному сравнительному анализу. Система Турбопарус успешно действовала только на двух судах, и группа Кусто - единственная в мире организация, располагающая большим объёмом данных об этом устройстве. Страница, посвящённая «Алсиону» на сайте Команды Кусто , сообщает, что Турбопарус способен обеспечить экономию до 35 % горючего .

Раннее развитие (1981-1982) : «Moulin à Vent»

Кусто и его исследовательская команда установили своё изобретение на катамаран под названием «Moulin à Vent» (с фр.  -  «ветряная мельница») и опробовали систему в плавании из Танжера в Нью-Йорк . Переход подходил к концу, когда недалеко от американского берега судну пришлось столкнуться с ветрами, скорость которых превышала 50 узлов . Сварные швы , удерживавшие турбопарус в вертикальном положении, лопнули, и прототип рухнул в море.

Прототип системы состоял из единственной трубы, выкрашенной в тёмно-синий цвет. Исследовательская программа судна ставила целью определить эффективность тяги системы. Хотя турбопарус и давал тягу и энергию, но в меньших количествах, чем обычные паруса и генераторы, которые он замещал. Конструктивные проблемы системы привели к короблению конструкции и появлению трещин у основания паруса (за счёт усталости металла). Всё это значительно снизило эффективность турбопаруса. После того, как основная идея получила подтверждение, Кусто и его группа прекратили работу над прототипом, полностью сосредоточившись на более крупном судне, «Алсионе».

«Алсион»

Кусто использовал приобретённый опыт при постройке нового судна. Совместно с инженерами-судостроителями он разработал алюминиевый корпус, прочный и лёгкий. Кормовая часть, аналогичная катамарану, придавала судну стабильность, а одиночный нос был заложен в конструкцию, чтобы разрезать волны и облегчать движение в бурном море. Два турбопаруса были установлены на палубе, а два дизельных двигателя давали питание нагнетателям. Судно было названо по имени Алкионы , дочери древнегреческого бога ветров Эола .

При постройке «Алсиона» (начатой в 1985 году) учитывались результаты работы с «Moulin a Vent». С использованием двух турбопарусов с уменьшенным соотношением сторон нагрузки на металл поверхностей значительно уменьшились. Оба паруса включали также осевые турбины для выработки энергии, а управление системой осуществляли компьютеры, подешевевшие к тому времени. Компьютеры координировали работу турбопарусов и дизелей, запуская последние, когда ветер полностью стихал, и останавливая их при достаточной скорости ветра. Для управления судном достаточно было всего 5 человек.

В 1980-х годах Кусто сделал «Алсион» флагманским судном своей группы и основной плавучей базой для исследований. Судно обошло вокруг света, собирая информацию об использовании турбопаруса в различных погодных условиях, полностью подтверждая при этом замысел создателей.

Расчеты экономистов показывают, что в настоящее время суда, использующие для движения ветер, - ветроходы - не могут составить конкуренцию судам, имеющим обычный механический двигатель. Среди многих причин, по которым грузовые ветроходы на нынешний момент признаются непригодными к широкому использованию, хотелось бы задержаться на двух, с нашей точки зрения, наиболее серьезных. Обе носят принципиальный характер.

К сожалению, в отношении одной из них человек практически беспомощен, и даже время не сможет здесь что-либо изменить. Эта причина объективно связана с фактической бедностью «месторождений» ветровой энергии. Ветер есть везде, но его потенциальные возможности как бы размазаны по поверхности нашей планеты. Районы устойчивых ветров типа зон постоянных пассатов редки. Ветер непостоянен по силе и направлению; его средняя скорость, от которой зависят возможности паруса или другого ветрового движителя, мала. Соответственно, малы кинетическая энергия местного воздушного потока и те перепады давлений, которые можно реализовать на рабочих элементах ветроустановок. Крайне обидно, что из огромного числа клокочущих тонн атмосферы (5,5X10 15 т) на нашу долю природой выделяются только те крохи, которые попадают в «коридор» шириной не больше длины корабля и высотой (если быть реалистами) не больше нескольких десятков метров. Словом, месторождения заветного «ископаемого» обширны, общие запасы огромны, но использовать мы можем лишь незначительную их часть.

На изменение этого положения, определенного природой, рассчитывать не приходится. Очевидно, главные усилия необходимо направлять на повышение эффективности ветроэнергетических установок (ВЭУ). В случае движения судна - на получение максимальной движущей силы при ветре данного направления и силы.

Существующие варианты ветровых движителей, разнообразные по конструкции, принципу действия, своим достоинствам и недостаткам, в большинстве случаев имеют рабочие органы в виде аэродинамического крыла. На полном курсе любой парус представляет собой крыло, работающее в неблагоприятном «закритическом» режиме. На остром к ветру курсе хороший парус обладает всеми главными достоинствами настоящего крыла. В спортивном судостроении уже давно используют жесткие и полужесткие паруса-крылья.

Для оценки эффективности столь разнообразных устройств можно использовать два соотношения: одно - между реализуемой устройством силой и скоростью потока, другое - между величиной подъемной силы и лобовым сопротивлением.

Первое соотношение удобнее всего представить в виде двух «безразмерных» характеристик:

где Y - подъемная сила; X - лобовое сопротивление; S - характерная площадь; С у, С х - соответственно коэффициенты подъемной силы и лобового сопротивления; V - скорость потока, набегающего на устройство.

Второе соотношение называют аэродинамическим качеством

По нашему представлению, независимо от конструктивного типа конкретного ВЭУ, от того, каким образом скомпонованы в его габаритах крыльевые элементы, эффективность движителя в лучшем случае может лишь приблизиться к эффективности некоторого совершенного крыла соответствующих размеров. У такого крыла даже при высоком К максимальные значения С у не превышают величин порядка 1,0-1,1. Эти цифры, по существу, определяют верхнюю границу умеренных возможностей ВЭУ рассматриваемого класса. В этом и состоит вторая причина сегодняшней неконкурентоспособности ветроходов.

Делать прогнозы в технике и науке - занятие достойное, но и очень трудное. Будет очень хорошо, если пессимистическое заключение, высказанное выше, окажется ошибочным. Однако о сложности обсуждаемой проблемы свидетельствует тот факт, что «чайные» клипера нуждались в большом количестве парусов, да и в проектах современных ветроходов паруса-крылья имеют огромную высоту.

По-видимому, нужно искать новые типы и конструкции ветродвижителей. Один из возможных и перспективных вариантов - роторы А. Флетнера - движители, работающие с подводом энергии. Они представляют собой вертикальные цилиндры, установленные на палубе и приводимые во вращение небольшим вспомогательным двигателем. Как показали эксперименты, а затем и опыт эксплуатации ротороходов, подвод относительно небольшого количества механической энергии для вращения роторов позволяет значительно повысить коэффициент подъемной силы, а значит, и существенно уменьшить эффективную площадь парусности ветрохода по сравнению с его классическим прототипом.

Эффект возникновения подъемной силы на вращающемся цилиндре, обтекаемом потоком воздуха (эффект Магнуса), объяснил в 1852 г. берлинский физик Г. Магнус, занимавшийся исследованиями баллистики - законов движения снарядов, Снаряды, получавшие вращение в нарезной чести ствола орудия, под действием бокового ветра странным образом изменяли свою траекторию вопреки рассчитанной для них баллистической кривой. Позже это явление было рассмотрено в работе знаменитого физика лорда Рэлея «Нерегулярный полет теннисного мяча». Особенность закрученного теннисного (футбольного или волейбольного) мяча заключается в том, что под влиянием эффекта Магнуса при определенном соотношении скорости полета и вращения, регулируемых нападающей стороной, он может упасть на игровое поле в совершенно неожиданном для «противника» месте.

Чтобы лучше понять принцип работы роторного движителя, представим себе картину обтекания неподвижного цилиндра идеальным однородным потоком, т. е. лишенной вязкости жидкостью (рис. 1,а). Пусть жидкость натекает на цилиндр со скоростью V 0 . По мере продвижения жидкой частицы от точки А к поперечному сечению цилиндра ее скорость повышается, а в точках Б и Б 1 становится равной 2V 0 . Согласно известному закону Бернулли, давление в потоке в этих точках цилиндра должно соответственно понизиться по сравнению с давлением «на бесконечности» (рис. 1, г). При этом давление распределяется симметрично относительно осей хх и yy.

Если же по-прежнему невращающийся цилиндр обтекается реальной жидкостью или газом, обладающими вязкостью, то картина обтекания изменяется (рис. 1, б). Частицы жидкости, миновав сечение Б-Б 1 , в результате действия сил трения затормаживаются, а в точках В и В 1 слой частиц отрывается от поверхности цилиндра, симметрия течения нарушается, на тыльной стороне цилиндра появляется область пониженного давления - разрежения. Она обусловливает возникновение силы лобового сопротивления X.

Теперь представим, что цилиндру, помещенному в реальную - вязкую, неподвижную в целом жидкость, придается вращение вокруг его оси (рис. 1, в). Поверхность цилиндра вовлечет в движение ближайший к ней слой частиц жидкости, которые как бы прилипают к цилиндру. Следующий слой частиц будет вращаться уже с меньшей скоростью за счет проскальзывания слоев относительно друг друга - скорость уменьшится пропорционально отстоянию частиц от поверхности цилиндра. На достаточно большом удалении жидкость останется неподвижной, т. е. V c =0. Таким образом, цилиндр окажется окруженным завихренным потоком жидкости, интенсивность вращения которого измеряется циркуляцией - произведением скорости частиц на длину их кругового пути. У поверхности цилиндра циркуляция Г=V c ·2πr 0 , где V c - скорость частиц; r 0 - радиус цилиндра.

Чтобы представить себе обтекание вращающегося цилиндра, помещенного в однородный поток, можно использовать принцип наложения двух из рассмотренных выше схем друг на друга (рис. 2, а). В любой точке поверхности цилиндра суммарную скорость частиц можно определить, складывая скорости, соответствующие симметричному обтеканию невращающегося цилиндра, и касательные скорости циркуляционного происхождения. Например, в точке Б первая из скоростей равна 2V0, вторая скорость составляет Vc; суммарная скорость 2V 0 +V c . В точке B 1 касательная скорость V c направлена против скорости потока 2V 0 ; суммарная скорость составит 2V 0 -V c . В результате получившейся разности скоростей (а отсюда и давлений) на верхней и нижней сторонах возникает подъемная сила Y, стремящаяся поднять цилиндр вверх. В этом и состоит эффект Магнуса, использованный в роторном движителе А. Флетнера. Величина подъемной силы на роторе зависит от соотношения скорости вращательной части движения точек поверхности ротора V c и скорости воздушного потока V 0 , набегающего на устройство.

Распоряжаться ветром человек не в силах, зато может полностью контролировать величину V c: при помощи двигателя можно вращать цилиндр и быстрее и медленнее; соответственно, можно управлять и величиной подъемной силы.

В случае обтекания обычного крыла допустимо символическое разделение результирующего течения на безвихревое и «завихренное». Сперва циркуляция возникает при срыве слоев жидкости, обтекающих верхнюю и нижнюю поверхности крыла, с острой задней его кромки в виде так называемого «стартового вихря». В дальнейшем она сохраняется, обеспечивая плавное обтекание задней кромки; При постоянной геометрии крыла скорость циркулирующего потока определяется углом атаки а и скоростью основного потока V 0 . Таким образом, величиной подъемной силы крыла можно управлять, изменяя угол атаки.

Сравнение достоинств крыла и вращающегося цилиндра можно продолжить, опираясь на результаты экспериментов А. Флетнера, но прежде следует учесть одно обстоятельство. Выше рассматривалось обтекание поперечного сечения цилиндра и крыла в одной плоскости - двухмерным потоком жидкости. На самом деле и цилиндр и крыло имеют ограниченную длину, или размах. У концов цилиндра жидкость из области повышенного давления перетекает на сторону разрежения, возникают дополнительные и нежелательные вихревые потоки. Соответственно, величина подъемной силы падает, возникает дополнительное «индуктивное» сопротивление. Чем больше длина цилиндра в сравнении с его диаметром, тем меньше концевые потери и индуктивное сопротивление. Снизить эти потери можно, установив на торцах цилиндра аэродинамические шайбы.

На рис. 3,а представлены результаты экспериментальных замеров коэффициента подъемной силы С у вращающегося цилиндра с относительным удлинением L/D=4,7, снабженного аэродинамическими шайбами и без них. Для роторного движителя, установленного на судне, нижней шайбой может быть палуба; закрепить на верхнем конце ротора шайбу диаметром 1.7D не представит труда. Поэтому можно считать, что достичь коэффициента подъемной силы С y =9 для реального ротора, установленного на судне, несложно. А это гораздо выше, чем коэффициент подъемной силы самого совершенного крыла, и тем более выше (раз в 10), чем такой же коэффициент, определяющий самый хороший парус!

График показывает, что подъемная сила на роторе растет до V c /V 0 =4. Это значит, что скорость вращения ротора может не быть слишком высокой. Чем больше диаметр ротора, тем меньшая частота вращения необходима для достижения максимальной подъемной силы. Другой важный вывод; при, скажем, незапланированном повышении скорости ветра коэффициент подъемной силы автоматически снижается. Значит, при шквале кренящий момент на роторном судне возрастает не в столь большой степени, как на обычном паруснике.

Обратимся теперь к графику зависимости коэффициента лобового сопротивления ротора С х от относительной скорости V c /V 0 (рис. 3, б). Уже при V c /V 0 ≥2 сопротивление ротора резко возрастает, что становится причиной снижения аэродинамического качества ротора по сравнению с крылом.

Аэродинамической характеристикой ротора как движителя может служить поляра - график изменения С у в зависимости от величины С х и, как подразумевается, соотношения V c /V 0 (рис. 4). Для сравнения на рис. 4 нанесена поляра гафельного паруса, обычно применяющегося для оснащения шхун.

Анализируя отношение С у /С х для обоих типов движителей, можно заметить, что качество косого паруса выше, но на единицу площади парусности (напомним, для ротора - это диаметр, умноженный на высоту) на роторе можно получать существенно более высокую подъемную силу.

Посмотрим теперь, каким образом силы, действующие на ротор, превращаются в силу тяги, движущую судно (рис. 5). Следует учитывать, что ротор обтекается потоком воздуха, скорость и направление которого (v в) отличаются от скорости и направления ветра (v и). Поскольку судно имеет ход, то появляется встречный поток воздуха (v к), который нужно сложить по правилу суммирования векторов с истинным ветром.

Сумма подъемной силы Y и лобового сопротивления X на роторе дают результирующую аэродинамическую силу R, которая также может рассматриваться в систем.е координат, связанной с судном, в виде двух составляющих - силы тяги Т и дрейфа D. Очевидно, как и любое парусное судно, ротороход прямо против ветра идти не сможет. Важно, чтобы сила R давала составляющую Т, направленную в нос корабля. Чем ниже качество ротора, тем больше минимальное значение курсового угла φ к (например, при К=1,4 φ к =35°; при К=3 φ к =18° и т. д.). Испытания показали, что роторные суда способны ходить под углом к истинному ветру φ к =25-30°.

Максимальную тягу ротор обеспечивает на курсе бакштаг. При этом поперечная составляющая аэродинамической реакции D направлена в наветренную сторону, т. е. противодействует кривящему моменту (см. рис. 5, б). На курсе, близком к фордевинду, подъемная сила ротора направлена перпендикулярно курсу, т. е. она только способствует дрейфу и крену судна. Тяга обеспечивается за счет лобового сопротивления, поэтому приводить во вращение ротор не имеет смысла. Но этом курсе тяга составляет малую долю ее максимально возможной величины.

Графически изменение величины тяги роторного движителя в зависимости от курса судно показано на рис. 6.

Изменяя направление вращения ротора, можно менять и направление действия аэродинамической силы R почти на обратное. Если на судне установлена пара роторов, то оно может двигаться вперед, назад и разворачиваться практически на месте (рис. 7).

На рис. 8 привалены расчетные кривые сопротивления и аэродинамической силы ка роторах судна А. Флетнера «Буккзу». Скорость вращения роторов постоянна, но изменяется скорость воздушного потока, т. е. имитируется усиление ветра. На обычном паруснике в такой ситуации убирают часть парусов или берут рифы. На роторном судне рифы не взять, но при повышении скорости ветра, как видно из графика на рис. 8, кренящая сила на роторе не увеличивается. Если ротор остановить (V c =0), та аэродинамическая реакция окажется намного меньше даже силы сопротивления рангоута и такелажа обычного парусника при убранных парусах. Подобными свойствами не обладает ни парус, ни (том более) жесткий парус-крыло.

Эксперименты показали, что затраты мощности на вращение ротора с оптимальной частотой составляют буквально проценты от мощности, реализуемой роторным движителем для движения судна.

Данные по кораблям А, Флетнера приведены в таблице. За короткий срок предприимчивый изобретатель (или изобретательный предприниматель) построил и испытал пять плавающих единиц.

Первой была трехфутовая модель роторохода «Данциг», снабженная склеенным из плотной бумаги ротором. Для его вращения был приспособлен пружинный часовой механизм. В этом эксперименте Флетнер не делал никаких замеров, он только проверял то, в чем не сомневался сам и во что отказывались верить его оппоненты: может ли ротор служить движителем судна?

Оппонентов было немало, начиная с самого Г. Магнуса, который, сделав открытие, счел его практически бесполезным. В ту пору А. Флетнер, искавший более эффективную замену традиционному парусу, искренне верил в перспективность жестких парусов-крыльев. Он успел разработать проект переоборудования плавающей баркентины и заключил договор с верфью и с аэродинамической лабораторией, где начались эксперименты с механизированным крылом. Надо же было так случиться, что именно в это время у изобретателя появилась мысль о возможности создания роторного судна! Изобретателю необходима была уверенность в конечном результате. Эту уверенность принесла ему уже первая маленькая модель.

Затем последовали лабораторные эксперименты. Флетнер пользовался консультациями и поддержкой таких известных ученых, как А. Бетц, И. Аккерет и Л. Прандтль. Результатом этих работ было переоборудование и испытание роторного варианта бывшего парусника «Буккау» (рис. 9). Это первый ротороход, который вышел в море. «Буккау» легко переносил шквальные ветра, ходил так же остро к ветру, как парусники, оснащенные косыми парусами. Ротороход продемонстрировал и замечательные маневренные качества. В первом грузовом рейсе из Данцига (Гданьска) в шотландский порт Грейнджмут погодные условия были очень тяжелыми. Как писали газеты, при такой погоде и ветре ни один парусник не смог бы войти в залив Фёрт-оф-Форт, в котором расположен Грейнджмут. Через год, когда ротороход, сменивший свое название на «Баден-Баден», пересек Атлантический океан, на моряков произвело сильное впечатление то, что судно самостоятельно дошло почти до самой причальной стенки в Нью-Йоркском порту.

Окрыленный успехом, изобретатель был убежден, что станет реформатором грузового мореплавания. Но этого^ ему было мало: А. Флетнер оборудовал роторами две яхты. Результаты этого эксперимента также были многообещающими. Одиннадцатиметровая яхта (рис. 10) ходила отлично; при слабом ветре она несколько уступала в скорости прототипам, оснащенным парусами, а при сильном - обгоняла их. На вращение цилиндра расходовалась мощность 1-2 л. с.; максимальная скорость на ходовых испытаниях, по свидетельству автора, составляла 12-13 уз.

Последним ротороходом А. Флетнера и последним до настоящего времени ротороходом, бороздившим море, была «Барбара» - первое судно, специально построенное для роторного движения. На него предполагалось поставить один ротор высотой 29,9 м и диаметром 7,04 м. Однако в то время промышленность не могла выпускать шарикоподшипники нужных размеров, поэтому на «Барбаре» появились три ротора. Их размеры незначительно превышали те, что надежно работали на «Буккау».

В настоящее время ротороходы не строятся и не плавают. Появившись в 20-е годы, они сразу же исчезли. Остался только опыт, который позволяет подытожить достоинства и недостатки роторных движителей.

Ротор обладает высоким коэффициентом подъемной силы (2,5-10,0) против парусного (1,0-1,1).

Движитель прост в обслуживании (10 парусов баркентины «Буккау» или два управляемых с мостика ротора, что проще?).

Ротор выходит на рабочий режим в считанные минуты, тогда как постановка и уборка парусов занимает очень много времени. Экипаж роторного судна освобожден от тяжелой и опасной работы на реях и мачтах. Ротороход обладает хорошими маневренными качествами. При шквалистом усилении ветра аэродинамические силы на роторе возрастают в гораздо меньшей степени, чем на парусах, поэтому роторное судно в меньшей степени подвержено опасности получить большой крен или опрокинуться. Наконец, ротор можно применять и в качестве главной установки, и в качестве вспомогательного двигателя: он даст прирост скорости на несколько узлов или - экономию топлива.

Перечень достоинств внушителен, но почему сегодня не видно роторных судов на океанских трассах? Наверно, потому, что ротор обладает не только достоинствами, но и недостатками. О них мы упомянули только кратко, поскольку не это главное.

Ротороходы появились в период упоения человека прелестями технического прогресса. Уголь, а за ним нефть,- что им могло противостоять? Пароходные дымы казались символом могущества человека. И скорость, скорость, скорость...

А если не нефть, не уголь и не скорость? Тогда - проблемы, проблемы и - совершенно новые корабли. Быть может, чем-то похожие на ротороходы?

От редакции

Авторы статьи «Снова ротор?» убедительно показали нам достоинства незаслуженно забытых роторных судов Антона Флетнера. И доказали, что усовершенствованные с учетом последних достижений науки и техники роторные суда в определенных условиях могут оказаться высокоэффективными и рентабельными.

Совершенно очевидно главное их преимущество перед всеми классическими видами парусного вооружения - простота управления. Даже в 20-е годы была достигнута поражавшая современников полная его механизация - никакой команды на реях, один вахтенный, нажимающий кнопки! Сокращение построечной стоимости вдвое, по сравнению с традиционным парусным вооружением; высокая надежность, относительная простота и долговечность конструкции; меньший, чем у винджаммеров, угол лавировки, - эти неоспоримые плюсы ротора оправдывают обращение к опыту полувековой давности.

Не подумайте, что сказанное - лишь умозрительное заключение теоретиков. Вот мнение капитана «Барбары»; «Роторы - многообещающее средство, особенно для больших судов, совершающих продолжительные рейсы». Б. Рихтер - совладелец компании, эксплуатировавшей это так и остающееся пока единственным роторное судно специальной постройки, заявил: «Роторы помогают увеличить среднюю скорость на 2-3 уз», и рекомендовал применять их на судах, предназначенных для трансокеанских рейсов.

В наши дни все возрастающий интерес ко всем видам ветроэнергетических установок заставил инженеров и капитанов вспомнить об изобретении А. Флетнера. Сегодня речь идет о роторах как в первую очередь вспомогательном средстве движения, обеспечивающем экономию топлива на существующих грузовых судах-теплоходах.

Известно, например, предложение знаменитого английского конструктора многих оригинальных парусников Колина Мьюди. Его идея заключается в том, чтобы наладить выпуск модульных роторных установок с встроенными приводными электродвигателями. Будет несложно установить на палубе нужное число таких установок, подать питание от судовой электростанции и вывести управление роторами на щит в ходовую рубку.

Другой англичанин - доктор Д. Ж. Велликам предложил установить роторы на 150-метровом современном судне, мощность главного двигателя которого уменьшена до величины, обеспечивающей скорость 9 уз. По расчетам, при благоприятных ветровых условиях скорость такого судна (при отборе 50% имеющейся мощности на вращение двух роторов диаметром 12,5 м и высотой 75 м от КВЛ) составит 23 уз.

Еще один англичанин - Стивен Бэрон в 1977 г. детально разработал идею установки трех роторов высотой по 53 м и диаметром 12,5 м на серийный балкер (судно для навалочных грузов) длиной 226 м и грузоподъемностью 63 800 т. Цилиндры предложено сделать сварными из легкого сплава. Электроэнергию для приводных двигателей будет давать дизель-генератор мощностью около 750 л. с. При ходе в галфвинд и ветре 8,5 м/с ожидаемая скорость судна с выключенными главными двигателями составит 16 уз. Если даже роторы будут работать лишь 30% общего ходового времени, годовая экономия благодаря уменьшению расхода топлива составит минимум 400 тыс. долларов. (Повышение цен за последние пять лет существенно увеличивает эту цифру!) Наконец, тому же автору принадлежит проект научно-исследовательского судна-катамарана с двумя полностью погруженными сигарообразными 75-метровыми корпусами и надводной платформой, на которой установлены два ротора.

В нашем ЦНИИ морского флота выполнены оценочные проработки варианта с установкой трех 34,5-метровых роторов на серийный танкер грузоподъемностью 27 000 т. Расчеты (см. сборник трудов НКЦ «Исследование, проектирование и постройка парусных судов», Николаев, 1982) показали, что использование роторов одновременно с работой главного двигателя обеспечивает сохранение обычной скорости хода (15,2 уз) при снижении потребляемой мощности, а следовательно и расхода топлива, на 15-35%.

Однако все это, как видим, лишь более или менее проработанные проектные предложения. Так или иначе, но после «Барбары» о постройке где-либо роторных судов сведений нет . И это, очевидно, не случайность.

Главным доводом противников ротора служит необходимость лавировки как при ходе острыми курсами против ветра, так и при ходе полными курсами - от крутого бакштага до фордевинда (ведь это существенно снижает эффективность ветрохода при использовании классических путей парусников с постоянными попутными ветрами). В то же время с давних пор хорошо известно, что при ходе с попутными ветрами наиболее эффективно не поддающееся механизации прямое вооружение. Неудивительно, что в ряде исследовательских центров возникла одна и та же заманчивая идея: совместить достоинства ротора и прямого парусного вооружения.

Как сообщают Г. Алчуджан и Е. Фомина , вторая стадия исследований по применению ветродвижения, проводимых Управлением торгового флота США, включает анализ комбинации роторов Флетнера и классического вооружения клиперов и винджаммеров. Американские исследователи считают, что это «может обеспечить достаточную экономическую эффективность даже при перевозках высокотарифицируемых грузов».

Как уже, возможно, известно читателю (см., например, газ. «Правда» от 18.X 1982 г.), аналогичная работа проводится и в нашей стране. В ЦПКБ министерства морского флота создан аэродинамический движительный комплекс (АДК), позволяющий говорить о возрождении старой идеи ротора, но в совершенно новом - модернизированном виде: в сочетании с механизированным мягким прямым парусом. Проработаны варианты установки подобных модульных АДК на конкретных серийных судах нашего флота, выпускаются рабочие чертежи АДК.

Об этом по просьбе редакции рассказывает один из авторов АДК Георгий Михайлович Кудреватый. В следующем номере журнала предполагается напечатать статью об устройстве АДК и рассмотреть вариант его для установки на водоизмещающих катерах.

Примечания

1. Для ротора характерной площадью S является площадь меридионального его сечения, равная произведению диаметра О на высоту L.

2. Об этом рассказывается в очень содержательной и интересной книжке Ю. Крючкова и И. Перестюка «Крылья океанов», выпущенной изд-вом «Судостроение».

3. Хотя бы справедливости ради надо упомянуть, что пару лет назад самоходное роторное судно видели многие из отдыхающих на Кавголовском озере под Ленинградом. Это была обычная байдарка с ротором (два диска на мачте и пленка между ними), вращаемым педальным приводом. В полветра байдарка шла довольно уверенно, но для поворотов и хода другими курсами приходилось браться за весло. Изобретатель-байдарочник побывал в редакции и обещал подробно описать свою роторную систему в случае удачного завершения испытаний,

4. См. «Судостроение за рубежом», № 1, 1982 г.

Судя по всему, в техническом творчестве появился феномен, который условно можно назвать бутылочным моделизмом. Дело в том, что моделисты самых различных направлений все чаще используют… пластиковые бутылки. Из этих легких и в то же время прочных сосудов они изготавливают прекрасные корпуса моделей яхт и катамаранов, баллоны сжатого воздуха для привода в действие пневмодвигателей авиа- и автомоделей. Тонкий прозрачный пластик стал идеальным материалом и для изготовления фонарей к моделям самолетов.

А вот еще одна модель, в конструкции которой используются пластиковые сосуды. Это катамаран с оригинальным роторным ветряным движителем.

Для начала несколько слов о том, как у ротора появляется движущая аэродинамическая сила. Давно подмечено, что если поместить вращающийся цилиндр в воздушный поток, то на цилиндр будет действовать сила, перпендикулярная направлению потока. Дело в том, что при вращении цилиндра направление движения одной из частей его поверхности совпадает с направлением течения воздуха, а вращение противоположной части - ему навстречу.

В соответствии с законом Бернулли, устанавливающим соответствие скорости течения воздуха и давления в нем, при увеличении скорости потока давление в нем уменьшается. При обдуве вращающегося цилиндра в зоне со встречным движением цилиндрической поверхности и потока давление оказывается меньшим, чем в зоне с попутным движением цилиндрической поверхности и воздуха. Появление же разности давлений вызывает образование силы, направленной перпендикулярно движению воздуийо-го потока от зоны большего давления к зоне меньшего давления.

Время от времени предпринимались попытки использования роторов для привода судов. Одним из самых удачных следует назвать движитель, установленный на исследовательском судне Жака-Ива Кусто «Калипсо». Вращающиеся цилиндры, смонтированные в диаметральной плоскости судна, позволяют на океанских переходах экономить немало топлива.

1 - поперечина мостика (фанера s15,2 шт.); 2- платформа мостика (сосна, рейка 60×15); 3 - корпуса роторов; 4-передняя часть корпуса модели катамарана; 5 - киль; 6 - задняя часть корпуса модели катамарана; 7 - рулевое устройство; 8- шайбы; 9 - болт М5; 10 - дистанционная шайба (резина); 11 -гайка М5; 12,17,21,22 - широкие шайбы (сталь); 13 - гайка вентиля (2 шт.); 14 - вентиль с золотником (от велосипедной камеры); 15-резьбовая пробка; 16-уплотнительная шайба (резина); 18 - распорная втулка (дюралюминий); 19 - подшипник (2 шт.); 20 - вал ротора (сталь); 23 - гайка М6; 24 - подшипниковый корпус (дюралюминий)

Следует отметить, что роторы на «Калипсо» раскручиваются небольшим вспомогательным двигателем. Однако неплохие результаты показывают и устройства, приводимые во вращение воздушным потоком.

В предлагаемой модели катамарана роторы также раскручиваются потоком воздуха. Каждый из роторов представляет собой пластиковую бутылку, на поверхности которой имеется множество лопаток - при обдуве такая бутылка, установленная вертикально на подшипниках, получает осевое вращение.

Впрочем, изготовление катамарана имеет смысл начать с корпусов - для каждого потребуется две полутора- или двухлитровые бутылки. Пластиковые сосуды в единый корпус стыкуются донышками и соединяются болтом М5, гайкой и шайбами- двумя стальными и одной резиновой. Такая стыковка получается весьма жесткой и обеспечивает абсолютно точную центровку. Дело в том, что донные выступы одного сосуда попадают во впадины другого.

Для такой стыковки требуются специальные инструменты - отвертка с удлиненным жалом и длинный торцевой ключ. Чтобы ввести крепеж внутрь бутылок, болт, гайку и шайбу можно прилепить к инструментам обычным пластилином.

1 - накладка (береза, рейка 12×10, 2 шт.); 2 - пластина (фанера s5)

Корпус ротора (основа ротора- пластиковая бутылка емкостью 1,5 или 2 л)

В пробки всех четырех бутылок вставляются вентили от велосипедных камер - с их помощью корпуса крепятся гайками к поперечинам мостиков. К тому же через вентили можно обычным велонасосом создать внутри корпусов избыточное давление воздуха, существенно повышающее их жесткость.

Подготовленные таким образом корпуса монтируются в единый катамаран с помощью мостика, состоящего из платформы (сосновая дощечка сечением 60×15 мм) и двух поперечин (фанера толщиной 15 мм). Детали мостика соединяются длинными шурупами диаметром 4 мм. В поперечинах сверлятся отверстия под вентили. Готовый мостик ошкуривается, окрашивается и покрывается двумя-тремя слоями паркетного лака.

Киль катамарана вырезается из фанеры толщиной 5 мм, в верхней его части эпоксидной смолой приклеиваются два березовых брусочка. Передняя часть киля имеет скругление, задняя сошлифована на клин. Готовый киль ошкуривается и покрывается двумя слоями паркетного лака. При необходимости, если устойчивость катамарана недостаточна, на конец киля можно навесить свинцовый бульб. Крепление киля к платформе мостика - четырьмя шурупами диаметром 4 мм.

Рулевое устройство катамарана состоит из фанерного рулевого пера и оси-румпеля. Последний выгибается из 4-мм стальной проволоки и на одном его конце нарезается резьба М4. Рулевое перо имеет симметричный профиль с округлой передней и заостренной задней кромками. Отделка пера стандартная: шлифовка, окраска и покрытие паркетным лаком.

Соединение пера с осью-румпелем неразъемное - на эпоксидном клее. Впрочем, если необходимо периодически разбирать катамаран, то при вклейке в перо оси резьбу на ней следует покрыть тонким слоем консистентной смазки. После отверждения смолы ось будет легко вывинчиваться из пера. Крепление рулевого устройства на платформе мостика - парой гаек и шайб.

А теперь основное - изготовление роторного движителя. Как уже упоминалось, каждый из роторов представляет собой шарнирно закрепленную на платформе полутора- или двухлитровую пластиковую бутылку со множеством отогнутых лопаток на поверхности. При обдуве воздушным потоком такой ротор начинает вращаться. Чтобы лопатки получились одинаковыми и аккуратными, в качестве рабочего инструмента для прорезания стенки бутылки-ротора желательно использовать электровыжигатель или самодельный электротерморезак.

1 - режущая часть (нихром, проволока d0,5); 2 - фарфоровая колодка (от лампового патрона); 3 - ручка (от напильника); 4 - соединительный двухпроводным шнур

Рулевое устройство:

1 -ось-румпель (сталь, проволока d4); 2- платформа мостика; 3 - гайки М4; 4 - рулевое перо (фанера s6); 5 - шайбы

Последний несложно собрать из деревянной ручки от напильника, фарфоровой колодки от патрона лампы накаливания и нихромовой проволоки диаметром 0,5 мм. Питается инструмент от ЛАТРа. Напряжение должно обеспечивать такой нагрев нихромовой проволоки, чтобы пластик лишь плавился, но ни в коем случае не горел.

Размечать контуры лопаток на поверхности желательно тонким фломастером-маркером по шаблону - жестяной пластине с прорезанным в ней окном по размерам лопатки. Перед вырезкой имеет смысл проплавить в окне пару отверстий, а затем уже делать прорези по контуру лопатки. Следует учесть, что работать терморезаком надо в хорошо проветриваемом помещении - лучше всего у открытого окна. На подготовленном таким образом роторе лопатки отгибаются приблизительно на 35°.

Шарнирные узлы роторов должны обеспечивать их предельно легкое вращение - буквально, от малейшего ветерка. Сделать это можно только с помощью шарикоподшипников. Для двухлитровых бутылок вполне подойдут подшипники с диаметрами 18 (внешним) и 6 (внутренним) мм и шириной 6 мм.

Для крепления подшипников в горлышке бутылки нужен корпус из дюралюминия; в горлышке он фиксируется штатной бутылочной пробкой с отверстием диаметром 8 мм. Ступенчатый валик, на котором вращаются подшипники и, соответственно, ротор, - стальной, на платформе мостика он крепится гайкой М6. Чтобы обеспечить легкость вращения ротора, перед установкой подшипников в корпус из них следует удалить консистентную смазку (промыть подшипники в керосине) и нанести машинное масло, предназначенное для швейных машин.

На ходовых испытаниях у правильно отрегулированного катамарана роторный движитель легко раскручивается, и суденышко, ориентированное боком к ветру, быстро набирает скорость, автоматически выдерживая курс относительно направления ветра. Если модель приводится или уваливается то необходимо сместить центр бокового сопротивления перестановкой киля вперед или назад.

Следует отметить, что роторный катамаран может ходить не только курсом галфвинд, когда ветер дует точно в борт, но и более полными или более острыми курсами. Хотя, конечно, катамаран с классическим парусом способен идти несколько круче к ветру.