Комплексные испытания роторного ветряного движителя

В США компаниями «Уиндшип Девелопмент Корпорейшн» и «Уиндфри Инкорпорейтед», занимающимися проблемами использования ветровой энергии для движения судов, в 1983 г. были начаты комплексные испытания роторного движителя, принцип действия которого основан на использовании эффекта Магнуса (см. «КЯ» №104). Испытания проводились для оценки эффективности роторных движителей в сравнении с жесткими парусами типа крыла и парусами из ткани.

Цилиндрический ротор диаметром 1,16 м, высотой 7,19 м и площадью боковой проекции 8,34 м2 был установлен на носовом участке палубы моторной яхты «Трэйкер» валовой вместимостью 18 per. т. Корпус ротора, полый внутри и снабженный аэродинамическими шайбами у торцов, изготовлен из алюминиевого сплава; его масса — 82 кг.

В вертикальном положении ротор поддерживается при помощи мачты, которая внутри полости цилиндра доходит до середины его высоты. На топе мачты установлен гидромотор, вращающий корпус ротора. Скорость и направление вращения ротора можно контролировать с поста управления судном. В ходе испытаний частота вращения ротора не превышала 580 об/мин.

Как показали испытания, затрачиваемая на вращение ротора мощность в среднем составляет около 10 % величины мощности, развиваемой ротором и преобразуемой в тягу. Зависимость тяги от скорости вращения ротора нелинейна. С повышением частоты вращения коэффициент тяги возрастает, однако в этом случае на вращение будет расходоваться значительная мощность. Шероховатость поверхности ротора практически не влияет на его аэродинамические качества, зато от нее может зависеть величина мощности приводного двигателя.

Величину развиваемой ротором тяги могут ограничивать конструктивные возможности самого устройства и судна (прочность ротора, остойчивость судна). Например, на «Трэйкере» роторный движитель рассчитан на работу при скоростях кажущегося ветра не более 20 уз. В случае превышения этой величины ротор необходимо «разгрузить», снизив скорость его вращения. Такая разгрузка требуется при курсе бейдевинд, когда скорость кажущегося ветра является векторной суммой скоростей ходового воздушного потока и истинного ветра.

При ветрах кормовой четверти, когда скорость кажущегося ветра невелика (вектор скорости ходового воздушного потока вычитается из скорости истинного ветра), требуется очень незначительная регулировка частоты вращения; при слабых ветрах «разгрузка» не требуется вообще.

Оптимальное направление истинного ветра смещено в корму от траверзного (галфвинда) за счет силы воздушного сопротивления, особенно при возрастании скорости ветра.

Из графика, отражающего результаты испытаний «Трэйкера», видно, что полезная тяга появляется при направлениях истинного ветра по отношению к ДП судна от 20° и выше, а максимум ее достигается при курсовом угле от 85° (при скорости ветра 6 уз) до 110° (при 30 уз). Заметим, что площадь боковой проекции ротора «Трэйкера» составляет всего 1/6 площади паруса, создающего ту же величину тяги, а при отношении скорости поверхности ротора к скорости ветра не ниже 4,0 сила сопротивления ротора оказывается ниже.

Испытания роторного движителя на яхте «Трэйкер» доказали, во-первых, возможность экономить до 20—30% топлива при совместной работе ротора и обычного двигателя яхты, во-вторых, — способность яхты при скорости ветра 7—8 м/с идти со скоростью 6 уз только под ротором. Окупаемость установки ротора на яхте оценивается двумя-тремя годами.