Роторное судно

Роторное судно пользуется для своего движения силой ветра при помощи вращающихся вокруг вертикальной оси высоких цилиндров, или роторов. Еще в 1858 г. берлинский профессор Магнус, изучая причины отклонения при ветре быстро вращающихся во время полета снарядов от их теоретического направления, отметил явление, ставшее известным как эффект Магнуса, по которому условия распределения давления в среде параллельного потока воздуха на неподвижный и на вращающийся цилиндры будут далеко не одинаковы. Если так или иначе предотвращено заметное влияние срыва потока по концам цилиндра (например, когда длина цилиндра сравнительно велика или на концах его имеются выступающие за поверхность поперечные плоскости), то в случае неподвижного цилиндра параллельный поток, имеющий направление, перпендикулярное к его оси, будет симметрично обтекать цилиндр с обеих сторон, не производя в  результате этого никакой боковой силы по отношению к своему направлению. Между тем, вращающийся цилиндр, увлекающий в вращательное движение слои потока, близколежащие к его поверхности, изменит картину того же потока в том отношении, что на той стороне цилиндра, где направления потока и вращения цилиндра совпадают, скорость воздуха увеличится, а на другой стороне, где эти направления противоположны, скорость воздуха уменьшится. Как известно, но закону Бернулли, в первом случае давление воздуха будет меньше, а во втором больше того давления, которое существует   в потоке до встречи его с цилиндром (рис. 1).

Рис. 1.

В результате, избыток давления на одной стороне цилиндра образует некоторую силу, более или менее перпендикулярную к направлению потока.

Теоретическая сторона вопроса достаточно ясно освещена теорией Lanchеster—Prandtl, а также работами профессора Жуковского; что касается практического приложения «эффекта Магнуса», то в 1924 г. известный своими изобретениями в области аэрогидродинамики немецкий инженер Флеттнер (Flettner) предложил использовать для движения судна давление ветра на вращающиеся цилиндры, поставленные на судне взамен обычных парусов. Для проверки этой идеи с парусно-моторного судна «Букау» (длиной 45 м, шириной 9 м и осадкой 3,8 м) были сняты имевшиеся 3 мачты с их парусами и заменены двумя вращающимися цилиндрами диаметром 2,8 м и высотой 18,5 м, из листового железа толщиной 1,5 мм, подкрепленного изнутри легкой конструкцией. Оба цилиндра были подвешены на высоких опорах и могли вращаться с быстротой до 125 оборотов в минуту от отдельных для каждого из них электромоторов, делающих 750 оборотов в минуту и получающих энергию от общего дизель-мотора в 45 л.с. Если воспользоваться для практических соображений приближенной формулой, определяющей величину бокового к направлению ветра давления на вращающийся цилиндр или ротор:

P = 1/48 vd²hn,

где Р – давление в кг; v – скорость ветра в м/сек; d – диаметр ротора в м; h – высота ротора в м; n – число оборотов в минуту, то при указанных выше размерах роторов и ветре, дующем с борта со скоростью 9 м/сек, получим давление на каждый ротор по 3400 кг, а на оба вместе 6800 кг в направлении вдоль длины судна, чего достаточно для приведения его в движение со скоростью 8-9 узлов, смотря по состоянию моря, то есть с той же скоростью, которую может сообщить имеющийся на судне вспомогательный дизель-мотор в 250 л. с., все равно необходимый для хода судна в штиль и облегчения маневрирования в порту.

Черт. 2

Черт. 3

По сравнению с прежним парусным вооружением «Букау» имел в 10 раз меньшую проекционную площадь своих   роторов (рис. 2) и в 7 раз более легкий вес роторного устройства; другим немаловажным качеством явилась возможность непосредственного управления вращением роторов и, следовательно, движением судна с капитанского мостика, обходясь совершенно без довольно многочисленной команды для постановки и уборки парусов.

Мореходные качества судна при различных направлениях ветра относительно курса судна были заметно лучше, чем при прежнем парусном вооружении. В 1926 г. «Букау», переименованный в «Баден-Баден», совершил под роторами рейс в Нью-Йорк и обратно, с средней ходовой скоростью в 8 ½  узлов, хорошо выдержав весьма жестокий шторм в начале рейса. По примеру «Букау» в 1926 г. было построено 2-х-роторвое судно для перевозки зерна, «Барбара», длиной 85 м, шириной 19,2 м и осадкой 5,8 м (рис. 3), роторы которого имеют диаметр  4 м и высоту 17 м, вращаясь с быстротой до 150 оборотов в мин. На судне, кроме небольшого дизель-мотора, питающего электромоторы для вращения роторов, имеются 2 вспомогательных, дизель-мотора но 530 л.с., сообщающие судну посредством двух гребных винтов скорость в 9 узлов в штилевую погоду. Почти такую же скорость судно имеет при ходе под одними роторами, а при одновременной работе главных двигателей и роторов скорость доходит до 11 узлов. Несмотря на столь благоприятные показатели для роторного движителя, судьба его оказалась не блестящей, так как прежний «Букау» уже, сломан, а новых судов, кроме «Барбары», не строилось, что является, по-видимому, результатом как современного экономического кризиса на Западе, так и технических соображений о качествах и недостатках роторного движения.

Литература: А. Flettner, «Die Anwendung der Erkenntnisse der Aerodynamik zum Windantrieb von Schiffen» (Jahrbuch der Schiffbautechnischen Gesellschaft, 1924); «Rotor-Motorschiff «Barbara» (Schiffbau N. 18, 1926); Яновский, «Роторное судно А. Флеттнера» (Морской Сборник, № 11—12, 1926); Аккерет, «Роторный корабль. Новый способ использования силы ветра». Лигр., 1926.

И. Яковлев.