Serial dokumenter terkenal The Cousteau Team's Underwater Odyssey dibuat oleh ahli kelautan Prancis yang hebat pada 1960-an - 1970-an. Kapal utama Cousteau kemudian diubah dari kapal penyapu ranjau Inggris "Calypso". Tapi di salah satu film berikutnya - "Penemuan Kembali Dunia" - kapal lain muncul, kapal pesiar "Alcyone".
Melihatnya, banyak pemirsa bertanya pada diri sendiri pertanyaan: pipa aneh apa yang dipasang di kapal pesiar?.. Mungkin itu pipa boiler atau sistem propulsi?
Bayangkan keheranan Anda jika Anda mengetahui bahwa ini adalah SAILS … turbosails …
Dana Cousteau memperoleh kapal pesiar "Alkiona" pada tahun 1985, dan kapal ini dianggap bukan sebagai kapal penelitian, tetapi sebagai dasar untuk mempelajari keefektifan layar turbo - sistem propulsi kapal asli. Dan ketika, 11 tahun kemudian, "Calypso" yang legendaris tenggelam, "Alcyona" menggantikannya sebagai kapal utama ekspedisi (ngomong-ngomong, sekarang "Calypso" diangkat dan berada dalam keadaan setengah dijarah di pelabuhan Concarneau).
Sebenarnya, turbosail ditemukan oleh Cousteau. Selain peralatan selam, piring bawah air, dan banyak perangkat lain untuk menjelajahi kedalaman laut dan permukaan samudera. Idenya lahir pada awal 1980-an dan adalah untuk menciptakan sistem propulsi yang paling ramah lingkungan, tetapi pada saat yang sama nyaman dan modern untuk unggas air. Penggunaan tenaga angin tampaknya menjadi bidang penelitian yang paling menjanjikan. Tapi inilah nasib buruknya: umat manusia menemukan layar beberapa ribu tahun yang lalu, dan apa yang bisa lebih sederhana dan lebih logis?
Tentu saja, Cousteau dan perusahaannya memahami bahwa tidak mungkin membangun kapal yang hanya ditenagai oleh layar. Lebih tepatnya, mungkin, tetapi performa mengemudinya akan sangat biasa-biasa saja dan bergantung pada perubahan cuaca dan arah angin. Oleh karena itu, awalnya direncanakan bahwa "layar" baru hanya akan menjadi kekuatan tambahan, yang dapat digunakan untuk membantu mesin diesel konvensional. Pada saat yang sama, sebuah turbosail akan secara signifikan mengurangi konsumsi bahan bakar diesel, dan dalam angin kencang itu bisa menjadi satu-satunya penggerak kapal. Dan tampilan tim peneliti beralih ke masa lalu - ke penemuan insinyur Jerman Anton Flettner, perancang pesawat terkenal, yang memberikan kontribusi signifikan dalam pembuatan kapal.
Video promosi:
Layar turbo adalah silinder berlubang yang dilengkapi dengan pompa khusus. Pompa menciptakan ruang hampa di satu sisi turbosail, memompa udara ke layar, udara luar mulai mengalir di sekitar turbosail dengan kecepatan yang berbeda dan kapal mulai bergerak ke arah tegak lurus dengan tekanan udara. Ini sangat mirip dengan gaya angkat yang bekerja pada sayap pesawat - tekanan dari bagian bawah sayap lebih besar dan pesawat mendorong ke atas. Layar turbo memungkinkan kapal bergerak melawan angin apa pun, selama ada daya pompa yang cukup. Ini digunakan sebagai sistem tambahan untuk mesin kelautan konvensional. Dua turbosail yang dipasang di kapal tim Cousteau "Alkion" memungkinkan penghematan hingga 50% bahan bakar.
Rotor Flettner dan efek Magnus
Pada 16 September 1922, Anton Flettner menerima paten Jerman untuk apa yang disebut kapal putar. Dan pada bulan Oktober 1924, sebuah kapal putar eksperimental Buckau meninggalkan saham perusahaan pembuat kapal Friedrich Krupp di Kiel. Benar, sekunar tidak dibangun dari awal: sebelum pemasangan rotor Flettner, itu adalah kapal layar biasa.
Ide Flettner adalah menggunakan apa yang disebut efek Magnus, intinya adalah sebagai berikut: ketika aliran udara (atau cairan) mengalir di sekitar benda yang berputar, gaya yang dihasilkan tegak lurus terhadap arah aliran dan bekerja pada benda tersebut. Faktanya adalah bahwa benda yang berputar menciptakan gerakan pusaran di sekitarnya. Pada sisi benda yang arah pusarannya bertepatan dengan arah aliran cairan atau gas, maka kecepatan mediumnya bertambah, dan dari sisi yang berlawanan semakin berkurang. Perbedaan tekanan dan menciptakan gaya geser yang diarahkan dari sisi yang arah putaran dan arah alirannya berlawanan, ke sisi yang bertepatan.
"Kapal terbang Flettner ada di bibir semua orang berkat propaganda surat kabar yang luar biasa bersemangat," tulis Louis Prandtl dalam artikelnya tentang perkembangan seorang insinyur Jerman.
Efek ini ditemukan pada tahun 1852 oleh fisikawan Berlin Heinrich Magnus.
Efek Magnus
Insinyur dan penemu aeronautika Jerman Anton Flettner (1885–1961) turun dalam sejarah navigasi sebagai seorang pria yang mencoba mengganti layar. Ia sempat lama melakukan perjalanan dengan kapal layar melintasi Atlantik dan Samudra Hindia. Banyak layar dipasang di tiang-tiang kapal layar pada masa itu. Peralatan berlayar itu mahal, rumit, dan secara aerodinamis tidak terlalu efisien. Bahaya terus-menerus menanti para pelaut, yang bahkan saat badai harus berlayar pada ketinggian 40-50 meter.
Selama perjalanan, insinyur muda memiliki ide untuk mengganti layar, yang membutuhkan lebih banyak tenaga, dengan perangkat yang lebih sederhana namun efektif, penggerak utamanya juga adalah angin. Merenungkan hal ini, dia teringat eksperimen aerodinamis yang dilakukan oleh fisikawan senegaranya Heinrich Gustav Magnus (1802-1870). Mereka menemukan bahwa ketika silinder berputar dalam aliran udara, gaya transversal muncul dengan arah tergantung pada arah putaran silinder (efek Magnus).
Salah satu eksperimen klasiknya terlihat seperti ini: “Sebuah silinder kuningan dapat berputar di antara dua titik; rotasi cepat silinder diberikan, seperti di bagian atas, dengan kabel. Silinder yang berputar ditempatkan dalam sebuah bingkai, yang pada gilirannya dapat dengan mudah diputar. Semburan udara yang kuat dikirim ke sistem ini menggunakan pompa sentrifugal kecil. Silinder menyimpang dalam arah tegak lurus terhadap aliran udara dan sumbu silinder, terlebih lagi, ke arah dari mana arah rotasi dan jet adalah sama "(L. Prandtl" Efek Magnus dan Kapal Angin ", 1925).
A. Flettner segera berpikir bahwa layar dapat diganti dengan silinder berputar yang dipasang di kapal.
Ternyata ketika permukaan silinder bergerak melawan aliran udara, kecepatan angin berkurang dan tekanan meningkat. Di sisi lain silinder, yang terjadi adalah sebaliknya - laju aliran udara meningkat dan tekanan menurun. Perbedaan tekanan dari sisi silinder yang berbeda ini merupakan gaya penggerak yang membuat kapal bergerak. Ini adalah prinsip dasar dari alat putar yang menggunakan gaya angin untuk menggerakkan kapal. Semuanya sangat sederhana, tetapi hanya A. Flettner yang "tidak lewat", meskipun efek Magnus telah dikenal lebih dari setengah abad.
Dia mulai menerapkan rencana tersebut pada tahun 1923 di sebuah danau dekat Berlin. Sebenarnya, Flettner melakukan hal yang sangat sederhana. Dia memasang rotor silinder kertas dengan tinggi sekitar satu meter dan diameter 15 cm pada perahu uji sepanjang satu meter, dan mengadaptasi mekanisme jam untuk memutarnya. Dan perahu itu pun berlayar.
Para kapten kapal layar mengejek silinder A. Flettner, yang ingin diganti layarnya. Penemu berhasil menarik perhatian pelanggan seni yang kaya dengan penemuannya. Pada tahun 1924, alih-alih tiga tiang, dua silinder rotor dipasang pada sekunar 54 meter "Buckau". Silinder ini didukung oleh generator diesel 45 hp.
Rotor Bucau didukung oleh motor listrik. Sebenarnya, tidak ada perbedaan dari eksperimen klasik Magnus dalam desainnya. Di sisi, di mana rotor berputar melawan angin, area tekanan yang meningkat dibuat, di sisi yang berlawanan, area yang berkurang. Gaya yang dihasilkan inilah yang mendorong kapal. Selain itu, gaya ini sekitar 50 kali lebih besar dari gaya tekanan angin pada rotor stasioner!
Ini membuka prospek besar bagi Flettner. Antara lain, luas rotor dan massanya beberapa kali lebih kecil dari luas rig layar, yang akan memberikan gaya penggerak yang sama. Rotor jauh lebih mudah dikendalikan, dan cukup murah untuk diproduksi. Dari atas, Flettner menutupi rotor dengan bidang pelat - ini meningkatkan gaya penggerak sekitar dua kali karena orientasi yang benar dari aliran udara relatif terhadap rotor. Tinggi dan diameter rotor yang optimal untuk "Bukau" dihitung dengan meniup model kapal masa depan di terowongan angin.
Cousteau turbosailboat - Untuk tahun 2011, Alkiona adalah satu-satunya kapal di dunia yang memiliki turbosail Cousteau. Kematian ahli kelautan hebat pada tahun 1997 mengakhiri pembangunan kapal kedua, Calypso II, dan pembuat kapal lainnya takut dengan desain yang tidak biasa …
Rotor Flettner terbukti sangat bagus. Tidak seperti kapal layar biasa, kapal rotari praktis tidak takut dengan cuaca buruk dan angin samping yang kuat, kapal ini dapat dengan mudah berlayar dengan paku payung bergantian pada sudut 25º dari arah angin (untuk layar normal, batasnya sekitar 45º). Dua rotor silinder (tinggi 13,1 m, diameter 1,5 m) memungkinkan penyeimbangan kapal dengan sempurna - ternyata lebih stabil daripada perahu layar yang dimiliki Bukau sebelum restrukturisasi. Tes dilakukan dengan tenang, dan dalam badai, dan dengan sengaja kelebihan beban - dan tidak ada kekurangan serius yang teridentifikasi. Yang paling menguntungkan untuk pergerakan kapal adalah arah angin tepat tegak lurus dengan sumbu kapal, dan arah gerakan (maju atau mundur) ditentukan oleh arah putaran rotor.
Pada pertengahan Februari 1925, sekunar Buckau, dilengkapi dengan baling-baling Flettner dan bukan layar, berlayar dari Danzig (sekarang Gdansk) ke Skotlandia. Cuaca buruk dan sebagian besar perahu layar tidak berani meninggalkan pelabuhan. Di Laut Utara, Buckau harus menghadapi angin kencang dan ombak besar dengan serius, tetapi kapal sekunar tidak terlalu kuat dibandingkan dengan perahu layar lainnya.
Selama perjalanan ini, tidak perlu memanggil awak kapal untuk mengganti layar tergantung pada kekuatan atau arah angin. Satu navigator arloji sudah cukup, yang, tanpa meninggalkan ruang kemudi, dapat mengontrol aktivitas rotor. Sebelumnya, awak sekunar tiga tiang terdiri dari setidaknya 20 pelaut, setelah diubah menjadi kapal putar, cukup 10 orang.
Pada tahun yang sama, galangan kapal meletakkan fondasi untuk kapal putar kedua - kapal kargo besar "Barbara", yang digerakkan oleh tiga rotor 17 meter. Sementara itu, satu motor kecil dengan kapasitas hanya 35 hp sudah cukup untuk setiap rotor. (pada kecepatan putaran maksimum setiap rotor 160 rpm)! Dorongan rotor setara dengan baling-baling yang digerakkan baling-baling yang digabungkan dengan mesin diesel kapal konvensional dengan kapasitas sekitar 1000 hp. Namun, kapal itu juga memiliki mesin diesel: selain rotor, ia juga menggerakkan baling-baling (yang tetap menjadi satu-satunya alat penggerak jika cuaca sedang tenang).
Eksperimen yang menjanjikan mendorong perusahaan pelayaran Rob. M. Sloman dari Hamburg untuk membangun kapal Barbara pada tahun 1926. Direncanakan sebelumnya untuk melengkapi turbosail - rotor Flettner. Di atas kapal dengan panjang 90 m dan lebar 13 m dipasang tiga rotor dengan tinggi sekitar 17 m.
Barbara telah berhasil mengangkut buah dari Italia ke Hamburg selama beberapa waktu, sesuai rencana. Kira-kira 30-40% dari waktu pelayaran kapal itu berlayar karena kekuatan angin. Dengan kecepatan angin 4-6 poin, "Barbara" mengembangkan kecepatan 13 knot.
Direncanakan untuk menguji kapal putar pada pelayaran yang lebih lama di Samudra Atlantik.
Namun pada akhir 1920-an, Depresi Hebat melanda. Pada tahun 1929, perusahaan charter menolak untuk menyewakan Barbara lebih lanjut dan dijual. Pemilik baru melepas rotor dan mengubah kapalnya sesuai dengan skema tradisional. Namun, rotor itu lebih rendah daripada baling-baling sekrup yang dikombinasikan dengan pembangkit listrik diesel konvensional karena ketergantungannya pada angin dan keterbatasan daya dan kecepatan tertentu. Flettner beralih ke eksplorasi yang lebih menjanjikan, dan Baden-Baden akhirnya tenggelam selama badai di Karibia pada tahun 1931.
Dan mereka sudah lama melupakan layar putar …
Awal dari kapal putar, tampaknya, cukup berhasil, tetapi mereka tidak menerima pengembangan dan lama terlupakan. Mengapa? Pertama, "bapak" kapal rotari A. Flettner terjun ke dalam pembuatan helikopter dan tidak lagi tertarik pada transportasi laut. Kedua, terlepas dari semua kelebihannya, kapal putar tetap menjadi kapal layar dengan kelemahan bawaannya, yang utamanya adalah ketergantungan pada angin.
Rotor Flettner kembali tertarik pada tahun 80-an abad ke-20, ketika para ilmuwan mulai mengusulkan berbagai tindakan untuk mengurangi pemanasan iklim, mengurangi polusi, dan penggunaan bahan bakar yang lebih rasional. Salah satu yang pertama mengingat mereka adalah penjelajah Prancis Jacques-Yves Cousteau (1910-1997). Untuk menguji pengoperasian sistem turbosail dan mengurangi konsumsi bahan bakar, katamaran dua tiang "Alcyone" (Alcyone adalah putri dewa angin Aeolus) diubah menjadi bejana putar. Berlayar pada tahun 1985, ia melakukan perjalanan ke Kanada dan Amerika, mengelilingi Cape Horn, melewati Australia dan Indonesia, Madagaskar dan Afrika Selatan. Dia dipindahkan ke Laut Kaspia, di mana dia berlayar selama tiga bulan, melakukan berbagai penelitian. Alcyone masih menggunakan dua sistem propulsi yang berbeda - dua mesin diesel dan dua turbosail.
Cousteau layar turbo
Perahu layar dibangun sepanjang abad ke-20. Pada kapal modern jenis ini, persenjataan layar dilipat dengan bantuan motor listrik; bahan baru memungkinkan untuk meringankan struktur secara signifikan. Tapi perahu layar adalah perahu layar, dan gagasan untuk menggunakan energi angin dengan cara yang sangat baru telah mengudara sejak zaman Flettner. Dan dia dijemput oleh petualang dan penjelajah yang tak kenal lelah Jacques-Yves Cousteau.
Pada tanggal 23 Desember 1986, setelah Alcyone yang disebutkan di awal artikel diluncurkan, Cousteau dan rekan-rekannya Lucien Malavar dan Bertrand Charier menerima paten bersama No. US4630997 untuk "perangkat yang menciptakan gaya dengan menggunakan cairan atau gas yang bergerak". Gambaran umumnya adalah sebagai berikut: “Perangkat ditempatkan di lingkungan yang bergerak ke arah tertentu; ini menciptakan gaya yang bekerja dalam arah tegak lurus dengan yang pertama. Perangkat ini menghindari penggunaan layar besar di mana gaya penggerak sebanding dengan area layar. " Apa perbedaan antara layar turbosail Cousteau dan layar putar Flettner?
Dalam penampang, turbosail adalah sesuatu seperti tetesan memanjang yang membulat dari ujung yang tajam. Di sisi "drop" ada kisi-kisi pemasukan udara, yang salah satunya (tergantung kebutuhan untuk bergerak maju atau mundur) udara disedot keluar. Untuk penghisapan angin yang paling efisien ke dalam pemasukan udara, kipas kecil yang digerakkan oleh motor listrik dipasang pada layar turbo.
Ini secara artifisial meningkatkan kecepatan pergerakan udara dari sisi bawah layar, menyedot aliran udara pada saat pemisahannya dari bidang layar turbo. Ini menciptakan ruang hampa di satu sisi turbosail sekaligus mencegah pembentukan pusaran turbulen. Dan kemudian efek Magnus bertindak: penghalusan di satu sisi, sebagai akibatnya - gaya transversal yang mampu membuat kapal bergerak. Sebenarnya turbosail adalah sayap pesawat yang diposisikan secara vertikal, setidaknya prinsip menciptakan gaya pendorong mirip dengan prinsip menciptakan gaya angkat pesawat. Untuk memastikan bahwa turbosail selalu berputar ke arah angin yang paling menguntungkan, ia dilengkapi dengan sensor khusus dan dipasang di atas meja putar. Ngomong-ngomong, paten Cousteau menyiratkan bahwa udara dapat disedot keluar dari bagian dalam turbosail tidak hanya oleh kipas angin, tetapi juga, misalnya,pompa udara - dengan demikian Cousteau menutup pintu bagi "penemu" berikutnya.
Sebenarnya, untuk pertama kalinya, Cousteau menguji prototipe turbosail di catamaran Moulin à Vent pada tahun 1981. Pelayaran catamaran terbesar yang berhasil adalah perjalanan dari Tangier (Maroko) ke New York di bawah pengawasan kapal ekspedisi yang lebih besar.
Dan pada bulan April 1985, di pelabuhan La Rochelle, Alcyone, kapal lengkap pertama yang dilengkapi dengan turbosail, diluncurkan. Sekarang dia masih bergerak dan hari ini adalah andalan (dan, pada kenyataannya, satu-satunya kapal besar) dari armada Cousteau. Layar turbo di atasnya bukan satu-satunya penggerak, tetapi mereka membantu kopling biasa dari dua mesin diesel dan beberapa baling-baling (yang, omong-omong, memungkinkan untuk mengurangi konsumsi bahan bakar sekitar sepertiga). Jika ahli kelautan yang hebat itu masih hidup, dia mungkin akan membangun beberapa kapal yang serupa, tetapi antusiasme rekan-rekannya setelah kepergian Cousteau terasa mereda.
Sesaat sebelum kematiannya pada tahun 1997, Cousteau secara aktif mengerjakan proyek kapal "Calypso II" dengan turbosail, tetapi tidak berhasil menyelesaikannya. Menurut data terakhir, pada musim dingin tahun 2011, "Alkiona" berada di pelabuhan Caen dan sedang menunggu ekspedisi baru.
Flettner Lagi
Saat ini, upaya sedang dilakukan untuk menghidupkan kembali ide Flettner dan menjadikan layar putar sebagai arus utama. Misalnya, perusahaan Hamburg Blohm + Voss yang terkenal, setelah krisis minyak 1973, mulai mengembangkan kapal tanker putar secara aktif, tetapi pada 1986, faktor ekonomi menutupi proyek ini. Lalu ada sejumlah desain amatir.
Pada tahun 2007, mahasiswa di University of Flensburg membangun katamaran yang didukung oleh layar putar (Uni-cat Flensburg).
Pada 2010, kapal layar putar ketiga muncul - truk berat E-Ship 1, yang dibuat untuk Enercon, salah satu produsen turbin angin terbesar di dunia. Pada 6 Juli 2010, kapal pertama kali diluncurkan dan melakukan pelayaran singkat dari Emden ke Bremerhaven. Dan pada bulan Agustus, dia melakukan perjalanan kerja pertamanya ke Irlandia dengan beban sembilan turbin angin. Kapal ini dilengkapi dengan empat rotor Flettner dan, tentu saja, sistem propulsi tradisional untuk ketenangan dan tenaga tambahan. Namun, layar putar hanya berfungsi sebagai baling-baling tambahan: untuk truk setinggi 130 meter, tenaganya tidak cukup untuk mengembangkan kecepatan yang sesuai. Mesinnya adalah sembilan pembangkit listrik Mitsubishi, dan rotor diputar oleh turbin uap Siemens,menggunakan energi dari gas buang. Layar putar menghemat 30 hingga 40% bahan bakar dengan kecepatan 16 knot.
Tapi turbosail Cousteau masih terlupakan: Alcyone saat ini adalah satu-satunya kapal ukuran penuh dengan jenis propulsi ini. Pengalaman pembuat kapal Jerman akan menunjukkan apakah masuk akal untuk mengembangkan lebih lanjut tema layar yang beroperasi dengan efek Magnus. Hal utama adalah menemukan justifikasi ekonomi untuk ini dan membuktikan keefektifannya. Dan di sana, Anda tahu, semua perkapalan dunia akan beralih ke prinsip yang dijelaskan oleh ilmuwan Jerman berbakat lebih dari 150 tahun yang lalu.
Di Laut Utara tahun 2010, Anda bisa melihat kapal aneh "E-Ship 1". Di dek atasnya ada empat cerobong asap bundar yang tinggi, tapi asap tidak pernah keluar darinya. Ini adalah apa yang disebut rotor Flettner, yang menggantikan layar tradisional.
Pada tanggal 2 Agustus 2010, produsen pembangkit listrik tenaga angin terbesar di dunia, Enercon, meluncurkan kapal putar sepanjang 130 meter, dengan lebar 22 m, yang kemudian diberi nama "E-Ship 1" di galangan kapal Lindenau di Kiel. Kemudian berhasil diuji di Laut Utara dan Mediterania, dan saat ini sedang mengangkut generator angin dari Jerman, tempat mereka diproduksi, ke negara-negara Eropa lainnya. Ini mengembangkan kecepatan 17 knot (32 km / jam), secara bersamaan mengangkut lebih dari 9 ribu ton kargo, awaknya adalah 15 orang.
Perusahaan pelayaran yang berbasis di Singapura Wind Again, sebuah teknologi bahan bakar dan pengurangan emisi, menawarkan rotor Flettner yang dirancang khusus (dapat dilipat) untuk kapal tanker dan kapal kargo. Mereka akan mengurangi konsumsi bahan bakar 30-40% dan akan terbayar dalam 3-5 tahun.
Perusahaan teknik kelautan Finlandia, Wartsila, sudah berencana untuk menyesuaikan layar turbo di kapal feri jelajah. Hal ini disebabkan keinginan operator feri Finlandia Viking Line untuk mengurangi konsumsi bahan bakar dan pencemaran lingkungan.
Penggunaan rotor Flettner pada kapal pesiar sedang dipelajari oleh University of Flensburg (Jerman). Kenaikan harga minyak dan pemanasan iklim yang mengkhawatirkan tampaknya merupakan kondisi yang menguntungkan untuk kembalinya turbin angin.
Kapal pesiar yang dirancang oleh John Marples "Cloudia" adalah trimaran Searunner 34 yang dibangun kembali. Kapal pesiar ini pertama kali diuji pada Februari 2008 di Fort Pierce, Florida, AS, dan pembuatannya didanai oleh Discovery Channel. "Claudia" terbukti sangat bisa bermanuver: dia berhenti dan beralih ke posisi mundur dalam hitungan detik, dengan bebas bergerak dengan sudut sekitar 15 ° terhadap angin. Peningkatan kinerja yang nyata dibandingkan dengan rotor Flettner tradisional disebabkan oleh cakram transversal tambahan yang dipasang pada rotor trimaran depan dan belakang.
