F l = 2M | V | | Ω | sin α, burada α vektörler arasındaki açıdır.

Kürenin yüzeyinde hareket eden bir cismin hızı iki bileşene ayrılabilir. Bunlardan biri, cismin bulunduğu noktada topa teğet, yani hızın yatay bileşeni olan bir düzlemde yer alır; ikincisi, dikey bileşen ise bu düzleme diktir. Bir cisme etki eden Coriolis kuvveti, bulunduğu yerin coğrafi enleminin sinüsüyle orantılıdır. Kuzey Yarımküre'de bir meridyen boyunca herhangi bir yönde hareket eden bir cisim, hareketinde sağa doğru yönlendirilen Coriolis kuvvetine maruz kalır. Kuzey Yarımküre'deki nehirlerin sağ kıyılarının, kuzeye mi yoksa güneye mi aktıklarına bakılmaksızın yıkanmasına neden olan da bu kuvvettir. Güney Yarımküre'de aynı kuvvet hareket halinde sola doğru yönlendirilir ve meridyen yönünde akan nehirler sol kıyıları yıkar. Coğrafyada bu olguya Beer yasası denir. Nehir yatağı meridyen yönü ile çakışmadığında Coriolis kuvveti nehrin akış yönü ile meridyen arasındaki açının kosinüsü kadar az olacaktır.

Tayfunların, kasırgaların, kasırgaların ve her türlü girdabın oluşumuna ve bunların daha sonraki hareketlerine yönelik hemen hemen tüm çalışmalar, bunların ortaya çıkmasının temel nedeninin Coriolis kuvveti olduğunu ve bunların yörüngesini belirlediğini göstermektedir. Dünya yüzeyi boyunca hareket. Bununla birlikte, Coriolis kuvveti kasırgaların, tayfunların ve kasırgaların oluşumuna dahil olsaydı, Kuzey Yarımküre'de saat yönünde sağa ve Güney Yarımküre'de sola, yani saat yönünün tersine dönüşe sahip olacaklardı. Ancak Kuzey Yarımküre'deki tayfunlar, kasırgalar ve kasırgalar saat yönünün tersine sola, Güney Yarımküre'de ise saat yönünde sağa döner. Bu kesinlikle Coriolis kuvvetinin etki yönüne uymuyor, üstelik tam tersi. Daha önce de belirtildiği gibi, Coriolis kuvvetinin büyüklüğü coğrafi enlemin sinüsüyle orantılıdır ve bu nedenle kutuplarda maksimumdur ve ekvatorda yoktur. Sonuç olarak, eğer farklı ölçeklerde girdapların oluşmasına katkıda bulunduysa, o zaman bunlar çoğunlukla kutupsal enlemlerde ortaya çıkar ve bu da mevcut verilerle tamamen çelişir.

Dolayısıyla yukarıdaki analiz, Coriolis kuvvetinin, oluşum mekanizmaları önceki bölümlerde tartışılan tayfun, kasırga, kasırga ve her türlü girdap oluşum süreciyle hiçbir ilgisi olmadığını ikna edici bir şekilde kanıtlamaktadır.

Yörüngelerini belirleyen şeyin Coriolis kuvveti olduğuna inanılıyor, özellikle Kuzey Yarımküre'de meteorolojik oluşumlar olarak tayfunlar hareketleri sırasında sağa ve Güney Yarımküre'de sola doğru sapıyor, bu da yönüne karşılık geliyor. Coriolis kuvvetinin bu yarıkürelerdeki etkisi. Tayfun yörüngelerindeki sapmanın nedeni bulunmuş gibi görünüyor - bu Coriolis kuvveti, ancak aceleyle sonuca varmayalım. Yukarıda bahsedildiği gibi, bir tayfun Dünya yüzeyi boyunca hareket ettiğinde, Coriolis kuvveti tek bir nesne olarak ona şuna eşit etki edecektir:

Fк = 2MVΩ sin θ cos α, (21)

burada θ tayfunun coğrafi enlemi; α, bir bütün olarak tayfunun hız vektörü ile meridyen arasındaki açıdır.

Tayfun yörüngelerindeki sapmanın gerçek nedenini bulmak için, tayfuna etki eden Coriolis kuvvetinin büyüklüğünü belirlemeye çalışalım ve bunu şimdi göreceğimiz gibi daha gerçek bir kuvvetle karşılaştıralım.

MAGNUS'UN GÜCÜ

Alize rüzgarıyla hareket eden bir tayfun, yazarın bildiği kadarıyla, bu bağlamda henüz hiçbir araştırmacı tarafından ele alınmamış bir kuvvetten etkilenecektir. Bu, tayfunun tek bir nesne olarak, bu tayfunu hareket ettiren hava akışıyla etkileşiminin kuvvetidir. Tayfunların yörüngelerini gösteren resme bakarsanız, sürekli esen tropik rüzgarların, dünyanın dönmesi sonucu oluşan ticaret rüzgarlarının etkisi altında doğudan batıya doğru hareket ettikleri anlaşılacaktır. Aynı zamanda alize rüzgarı tayfunu yalnızca doğudan batıya taşımakla kalmıyor. En önemlisi alize rüzgarında yer alan bir tayfunun, tayfunun hava akışlarının alize rüzgarının hava akışıyla etkileşiminden kaynaklanan bir kuvvetten etkilenmesidir.

Bir sıvı veya gaz akışı içinde dönen bir cismin üzerine etki eden enine kuvvetin ortaya çıkmasının etkisi, 1852'de Alman bilim adamı G. Magnus tarafından keşfedildi. Dönen dairesel bir silindirin eksenine dik dönmeyen (laminer) bir akış etrafında akması durumunda, silindirin yüzeyinin doğrusal hızının gelen akışın hızına zıt olduğu kısmında, bir yüksek basınç alanı ortaya çıkar. Ve yüzeyin doğrusal hızının yönünün gelen akışın hızıyla çakıştığı karşı tarafta ise alçak basınç alanı var. Silindirin karşıt taraflarındaki basınç farkı Magnus kuvvetinin oluşmasına neden olur.

Mucitler Magnus'un gücünden yararlanmaya çalıştılar. Üzerine yelkenler yerine motorlar tarafından döndürülen dikey silindirlerin yerleştirildiği bir gemi tasarlandı, patenti alındı ​​ve inşa edildi. Bu tür dönen silindirik "yelkenlerin" verimliliği bazı durumlarda geleneksel yelkenlerin verimliliğini bile aştı. Magnus etkisi, topa vururken ona dönme hareketi verirlerse uçuş yolunun eğrisel hale geleceğini bilen futbolcular tarafından da kullanılıyor. “Kuru çarşaf” olarak adlandırılan böyle bir vuruşla, futbol sahasının neredeyse kale hizasında bulunan köşesinden topu rakibin kalesine gönderebilirsiniz. Voleybol oyuncuları, tenisçiler ve pinpon oyuncuları da vurulduğunda topu döndürür. Her durumda, kavisli bir topun karmaşık bir yörünge boyunca hareketi rakip için birçok sorun yaratır.

Ancak alize rüzgarının etkisiyle hareket eden tayfuna dönelim.

Okyanusların tropik enlemlerinde ticaret rüzgarları ve sabit hava akımları (yılda on aydan fazla sürekli olarak esiyor), Kuzey Yarımküre'de alanlarının yüzde 11'ini, Güney Yarımküre'de ise yüzde 20'ye kadar kaplıyor. Alize rüzgarlarının ana yönü doğudan batıya doğrudur, ancak 1-2 kilometre yükseklikte ekvatora doğru esen meridyen rüzgarları ile desteklenirler. Sonuç olarak, Kuzey Yarımküre'de ticaret rüzgarları güneybatıya doğru hareket eder ve Güney Yarımküre'de rüzgarlar güneybatıya doğru hareket eder.

Kuzeybatıya. Alize rüzgarları, Columbus'un ilk seferinden (1492-1493) sonra Avrupalılar tarafından tanındı; katılımcılar, karavelaları İspanya kıyılarından Atlantik'in tropik bölgelerine taşıyan güçlü kuzeydoğu rüzgarlarının istikrarına hayran kaldılar.

Tayfunun devasa kütlesi, alize rüzgarının hava akışında dönen bir silindir gibi düşünülebilir. Daha önce de belirtildiği gibi, Güney Yarımküre'de saat yönünde, Kuzey Yarımküre'de ise saat yönünün tersine dönerler. Bu nedenle, güçlü ticaret rüzgarları akışıyla etkileşim nedeniyle, hem Kuzey hem de Güney Yarımküredeki tayfunlar ekvatordan sırasıyla kuzeye ve güneye doğru sapar. Hareketlerinin bu doğası meteorologların gözlemleriyle de doğrulanmıştır.

(Sonu takip eder.)

Meraklısı için detaylar

AMPERE YASASI

1920'de Fransız fizikçi Anre Marie Ampere deneysel olarak yeni bir fenomeni keşfetti: iki iletkenin akımla etkileşimi. İki paralel iletkenin, içlerindeki akımın yönüne bağlı olarak çektiği veya ittiği ortaya çıktı. İletkenler, akımlar aynı yönde (paralel) akarsa birbirine yaklaşma eğilimindedir ve akımlar zıt yönlerde (antiparalel) akarsa birbirlerinden uzaklaşır. Ampere bu fenomeni doğru bir şekilde açıklayabildi: “Gimlet kuralı” ile belirlenen akımların manyetik alanlarının etkileşimi meydana gelir. Eğer jilet I akımı yönünde vidalanırsa, sapının hareketi manyetik alan çizgilerinin H yönünü gösterecektir.

Paralel olarak uçan iki yüklü parçacık da bir elektrik akımı oluşturur. Bu nedenle yörüngeleri, parçacık yükünün işaretine ve hareketlerinin yönüne bağlı olarak yakınlaşacak veya uzaklaşacaktır.

Yüksek akımlı elektrik bobinleri (solenoidler) tasarlanırken iletkenlerin etkileşimi dikkate alınmalıdır - dönüşlerinden akan paralel akımlar, bobini sıkıştıran büyük kuvvetler oluşturur. Bir tüpten yapılmış bir paratonerin, bir yıldırım çarpmasından sonra silindire dönüştüğü bilinen durumlar vardır: yüzlerce kiloamperlik bir kuvvetle yıldırım deşarj akımının manyetik alanları tarafından sıkıştırılmıştır.

Ampere yasasına dayanarak, SI'daki standart akım birimi - amper (A) - kuruldu. “Fiziksel büyüklük birimleri” durum standardı şunları tanımlar:

“Bir amper, birbirinden 1 m uzaklıktaki bir vakumda bulunan, sonsuz uzunlukta ve ihmal edilebilecek kadar küçük kesit alanına sahip iki paralel düz iletkenden geçtiğinde, eşit bir etkileşim kuvvetine neden olan akım gücüne eşittir. 2 iletkenin 1 m uzunluğundaki bir bölümünde . 10-7 K.”

Meraklısı için detaylar

MAGNUS VE CORIOLIS KUVVETLERİ

Magnus ve Coriolis kuvvetlerinin tayfun üzerindeki etkisini, alize rüzgarının uçurduğu dönen bir hava silindiri biçimindeki ilk yaklaşım olarak hayal ederek karşılaştıralım. Böyle bir silindire aşağıdakilere eşit bir Magnus kuvveti etki eder:

F m = DρHV n V m / 2, (22)

burada D tayfunun çapıdır; ρ - ticaret rüzgarı hava yoğunluğu; H yüksekliğidir; V n > - alize rüzgarındaki hava hızı; V t - tayfundaki doğrusal hava hızı. Basit dönüşümlerle elde ederiz

Fm = R 2 HρωV n, - (23)

burada R, tayfunun yarıçapıdır; ω tayfunun açısal dönüş hızıdır.

İlk yaklaşım olarak alize rüzgarının hava yoğunluğunun tayfundaki hava yoğunluğuna eşit olduğunu varsayarak şunu elde ederiz:

M t = R 2 Hρ, - (24)

burada M tayfunun kütlesidir.

O halde (19) şu şekilde yazılabilir:

F m = M t ωV p - (25)

veya F m = M t V p V t / R. (26)

Magnus kuvvetine ait ifadeyi Coriolis kuvvetine ait ifadeye (17) bölerek şunu elde ederiz:

F m /F k = M t V p V t /2RMV p Ω sinθ cosα (27)

veya F m /F k = V t /2RΩ sinθ cosα (28)

Uluslararası sınıflandırmaya göre tayfunun rüzgar hızının 34 m/s'yi aştığı tropikal bir kasırga olarak kabul edildiğini dikkate alarak hesaplamalarımızda bu en küçük rakamı alacağız. Tayfun oluşumu için en uygun coğrafi enlem 16o olduğundan, θ = 16o'yu alacağız ve tayfunlar oluştuktan hemen sonra neredeyse enlemsel yörüngeler boyunca hareket ettiğinden, α = 80o'yu alacağız. Orta büyüklükteki bir tayfunun yarıçapını 150 kilometre olarak alalım. Tüm verileri formülde yerine koyarsak, şunu elde ederiz:

F m / F k = 205. (29)

Başka bir deyişle Magnus kuvveti Coriolis kuvvetinden iki yüz kat daha büyüktür! Dolayısıyla Coriolis kuvvetinin yalnızca tayfun yaratma süreciyle değil, aynı zamanda yörüngesini değiştirmeyle de hiçbir ilgisi olmadığı açıktır.

Alize rüzgarındaki bir tayfun iki kuvvetten etkilenecektir: yukarıda bahsedilen Magnus kuvveti ve basit bir denklemle bulunabilen alize rüzgarının tayfun üzerindeki aerodinamik basıncının kuvveti.

F d = KRHρV 2 p, - (30)

burada K, tayfunun aerodinamik sürükleme katsayısıdır.

Tayfunun hareketinin, Magnus kuvvetleri ile aerodinamik basıncın toplamı olan ve ticarette hava hareketi yönüne p açısı yapacak olan bileşke kuvvetin hareketinden kaynaklanacağını görmek kolaydır. rüzgâr. Bu açının tanjantı denklemden bulunabilir.

tgβ = Fm /Fd (31)

Basit dönüşümlerden sonra (26) ve (30) ifadelerini (31) yerine koyarsak, şunu elde ederiz:

tgβ = V t /KV p, (32)

Tayfuna etki eden sonuçta ortaya çıkan kuvvet Fp'nin yörüngesine teğet olacağı açıktır ve eğer alize rüzgarının yönü ve hızı biliniyorsa, o zaman bu kuvveti belirli bir tayfun için yeterli doğrulukla hesaplamak mümkün olacaktır, böylece neden olduğu hasarı en aza indirecek olan sonraki yörüngesini belirler. Bir tayfunun yörüngesi, adım adım bir yöntem kullanılarak tahmin edilebilir; ortaya çıkan kuvvetin olası yönü, yörüngesindeki her noktada hesaplanır.

Vektör formunda ifade (25) şuna benzer:

F m = M [ωVp ]. (33)

Magnus kuvvetini tanımlayan formülün yapısal olarak Lorentz kuvveti formülüyle aynı olduğunu görmek kolaydır:

F ben = q .

Bu formülleri karşılaştırıp analiz ettiğimizde formüller arasındaki yapısal benzerliğin oldukça derin olduğunu görüyoruz. Böylece her iki vektör çarpımının (M& #969; ve q V) nesnelerin (tayfun ve temel parçacık) ve sağ tarafların parametrelerini karakterize eder ( V n ve B) - çevre (ticaret rüzgar hızı ve manyetik alan indüksiyonu).

Fiziksel eğitim

BİR OYUNCUYA CORIOLIS GÜÇLERİ

Dönen bir koordinat sisteminde, örneğin dünyanın yüzeyinde, Newton yasaları karşılanmaz; böyle bir koordinat sistemi eylemsiz değildir. Vücudun doğrusal hızına ve sistemin açısal hızına bağlı olan ek bir atalet kuvveti ortaya çıkar. Vücudun yörüngesine (ve hızına) diktir ve bu ek kuvveti açıklayan ve hesaplayan Fransız tamirci Gustav Gaspard Coriolis'in (1792-1843) adını taşıyan Coriolis kuvveti olarak adlandırılır. Kuvvet, hız vektörüyle hizalanmak için sistemin dönme yönünde dik açıyla döndürülmesi gereken şekilde yönlendirilir.

Bir elektrikli plak çalar kullanarak iki basit deney gerçekleştirerek Coriolis kuvvetinin nasıl "çalıştığını" görebilirsiniz. Bunları gerçekleştirmek için kalın kağıttan veya kartondan bir daire kesin ve diskin üzerine yerleştirin. Dönen bir koordinat sistemi görevi görecek. Hemen bir not düşelim: Oynatıcı diski saat yönünde dönüyor ve Dünya saat yönünün tersine dönüyor. Dolayısıyla modelimizdeki kuvvetler, Dünya'da bizim yarımkürede gözlemlenen kuvvetlerin tersi yönde yönlendirilecektir.

1. İki yığın kitabı oynatıcının yanına, tabağın hemen üstüne yerleştirin. Kitapların üzerine, kenarlarından biri diskin çapına uyacak şekilde bir cetvel veya düz çubuk yerleştirin. Disk sabitken, çubuk boyunca yumuşak bir kalemle ortasından kenarına doğru bir çizgi çizerseniz, o zaman doğal olarak düz olacaktır. Şimdi oynatıcıyı çalıştırırsanız ve çubuk boyunca bir kalem çizerseniz, G. Coriolis tarafından hesaplanan yasaya tamamen uygun olarak sola doğru kavisli bir yörünge çizecektir.

2. Kitap yığınlarından bir slayt oluşturun ve diskin çapı boyunca yönlendirilmiş kalın bir kağıt oluğuna bantlayın. Küçük bir topu sabit bir diskin üzerindeki bir oyuk boyunca yuvarlarsanız, çapı boyunca yuvarlanacaktır. Ve dönen bir diskte sola doğru hareket edecektir (tabii ki yuvarlanma sırasındaki sürtünme küçükse).

Fiziksel eğitim

MASA ÜZERİNDE VE HAVADA MAGNUS ETKİSİ

1. Küçük bir silindiri kalın kağıttan birbirine yapıştırın. Masanın kenarından çok uzak olmayan bir yere bir kitap yığını yerleştirin ve bunu bir tahtayla masanın kenarına bağlayın. Kağıt silindiri ortaya çıkan slayttan aşağı doğru yuvarlandığında, bir parabol boyunca masadan uzağa doğru hareket etmesini bekleyebiliriz. Ancak bunun yerine silindir yörüngesini keskin bir şekilde diğer yöne doğru bükecek ve masanın altına uçacak!

Bernoulli yasasını hatırlarsak paradoksal davranışı oldukça anlaşılırdır: Bir gaz veya sıvı akışındaki iç basınç azalır, akış hızı arttıkça. Örneğin bir püskürtme tabancasının çalışması bu olguya dayanmaktadır: daha yüksek atmosferik basınç, sıvıyı daha düşük basınçlı bir hava akımına sıkıştırır.

İnsan akışlarının da bir dereceye kadar Bernoulli yasasına uyması ilginçtir. Trafiğin zor olduğu metroda yürüyen merdiven girişinde insanlar yoğun, sıkıştırılmış bir kalabalık halinde toplanıyor. Ve hızlı hareket eden bir yürüyen merdivende serbestçe duruyorlar - yolcu akışındaki "iç basınç" düşüyor.

Silindir düşüp dönmeye devam ettiğinde, sağ tarafının hızı, gelen hava akışının hızından çıkarılır ve buna sol tarafın hızı eklenir. Silindirin solundaki hava akışının bağıl hızı daha yüksektir ve içindeki basınç sağa göre daha düşüktür. Basınç farkı silindirin aniden yörüngesini değiştirmesine ve masanın altına uçmasına neden olur.

Roket fırlatırken, uzun mesafelerde hassas atış yaparken, türbinleri, jiroskopları vb. hesaplarken Coriolis ve Magnus yasaları dikkate alınır.

Ona bakan birçok TV izleyicisi kendilerine şu soruyu sordu: Yatta ne tür garip borular var?.. Belki bunlar kazanlardan veya tahrik sistemlerinden gelen borulardır? Bunların YELKEN olduğunu öğrenirseniz ne kadar şaşıracağınızı hayal edin... turboyelkenler...

Cousteau Vakfı, 1985 yılında Alcyone yatını satın aldı ve bu gemi bir araştırma gemisi olarak değil, orijinal gemi tahrik sistemi olan turbo yelkenlerin etkinliğini incelemek için bir temel olarak kabul edildi. Ve 11 yıl sonra efsanevi Calypso battığında, seferin ana gemisi olarak Alcyone yerini aldı (bu arada, bugün Calypso yükseltildi ve yarı yağmalanmış bir durumda Concarneau limanında duruyor).

Aslında turbo yelkeni Cousteau tarafından icat edildi. Tıpkı denizin derinliklerini ve Dünya Okyanusunun yüzeyini keşfetmek için tüplü dalış ekipmanı, su altı tabağı ve diğer birçok cihaz gibi. Fikir 1980'lerin başında doğdu ve su kuşları için en çevre dostu, aynı zamanda kullanışlı ve modern tahrik cihazını yaratmaktı. Rüzgar enerjisinin kullanımı en umut verici araştırma alanı gibi görünüyordu. Ancak sorun şu: İnsanoğlu yelkeni birkaç bin yıl önce icat etti ve bundan daha basit ve daha mantıklı ne olabilir?

Elbette Cousteau ve arkadaşları, yalnızca yelkenle hareket eden bir gemi inşa etmenin imkansız olduğunu anlamıştı. Belki daha doğrusu, ancak sürüş performansı çok vasat olacak ve hava ve rüzgar yönü değişkenliklerine bağlı olacaktır. Bu nedenle başlangıçta yeni “yelkenin” yalnızca geleneksel dizel motorlara yardım etmek için kullanılan bir yardımcı güç olması planlanmıştı. Aynı zamanda turbo yelken, dizel yakıt tüketimini önemli ölçüde azaltacak ve kuvvetli rüzgarlarda geminin tek tahrik cihazı haline gelebilecektir. Ve araştırma ekibi geçmişe, gemi yapımına ciddi katkılarda bulunan ünlü uçak tasarımcısı Alman mühendis Anton Flettner'in icadına baktı.

Turbo yelken, özel bir pompayla donatılmış içi boş bir silindirdir. Pompa, yelkenin bir tarafında vakum oluşturarak yelkenin içine hava pompalar, dışarıdaki hava, turboyelkenin etrafında farklı hızlarda akmaya başlar ve gemi, hava basıncına dik yönde hareket etmeye başlar. Bu, bir uçağın kanadına etki eden kaldırma kuvvetini çok andırır; kanadın altından gelen basınç daha fazladır ve uçak yukarı doğru itilir. Turboyelken, yeterli pompa gücü olduğu sürece geminin her türlü rüzgara karşı hareket etmesini sağlar. Geleneksel bir deniz motoru için yardımcı sistem olarak kullanılır. Cousteau'nun "Halcyon" ekibinin gemisine kurulan iki turbo yelken, yakıttan %50'ye varan oranda tasarruf edilmesini mümkün kıldı.

Flettner rotoru ve Magnus etkisi

16 Eylül 1922'de Anton Flettner, döner gemi olarak adlandırılan gemi için bir Alman patenti aldı. Ve Ekim 1924'te deneysel döner gemi Buckau, Kiel'deki Friedrich Krupp gemi inşa şirketinin kızaklarından ayrıldı. Doğru, gulet sıfırdan inşa edilmedi: Flettner rotorlarının kurulumundan önce sıradan bir yelkenli gemiydi.

Flettner'ın fikri, özü şu şekilde olan Magnus etkisini kullanmaktı: Bir hava (veya sıvı) akışı dönen bir gövdenin etrafında aktığında, akış yönüne dik bir kuvvet üretilir ve gövdeye etki eder. . Gerçek şu ki, dönen bir nesne kendi etrafında bir girdap hareketi yaratır. Nesnenin girdap yönünün sıvı veya gaz akış yönü ile çakıştığı tarafta ortamın hızı artar, karşı tarafta ise azalır. Basınç farkı, dönme yönü ile akış yönünün zıt olduğu taraftan, çakıştığı tarafa doğru yönlendirilen enine bir kuvvet oluşturur.

Louis Prandtl, Alman mühendisin gelişimi hakkındaki makalesinde, "Flettner'ın rüzgar gemisi, alışılmadık derecede gayretli gazete propagandası sayesinde herkesin dilinde" diye yazdı.

Bu etki 1852'de Berlinli fizikçi Heinrich Magnus tarafından keşfedildi.

Magnus etkisi

Alman havacılık mühendisi ve mucit Anton Flettner (1885–1961), denizcilik tarihine yelkenleri değiştirmeye çalışan adam olarak geçti. Atlantik ve Hint okyanuslarını yelkenliyle uzun süre seyahat etme fırsatı buldu. O dönemin yelkenli gemilerinin direklerine çok sayıda yelken takılıydı. Yelken ekipmanı pahalıydı, karmaşıktı ve aerodinamik açıdan pek verimli değildi. Fırtına sırasında bile 40-50 metre yükseklikte yelkenlerle uğraşmak zorunda kalan denizcileri sürekli tehlikeler bekliyordu.

Yolculuk sırasında genç mühendisin aklına, çok çaba gerektiren yelkenleri, ana itici gücü rüzgar olan, daha basit ama etkili bir cihazla değiştirme fikri geldi. Bunu düşünürken vatandaşı fizikçi Heinrich Gustav Magnus'un (1802-1870) yaptığı aerodinamik deneyleri hatırladı. Silindir hava akışında döndüğünde, silindirin dönüş yönüne bağlı olarak yönde bir enine kuvvetin ortaya çıktığını (Magnus etkisi) bulmuşlardır.

Klasik deneylerinden biri şu şekildeydi: “Pirinç bir silindir iki nokta arasında dönebilir; Silindire, üstte olduğu gibi bir kordonla hızlı dönüş sağlandı.

Dönen silindir, kolaylıkla dönebilen bir çerçeveye yerleştirildi. Bu sistem, küçük bir santrifüj pompa kullanılarak güçlü bir hava akışına maruz bırakıldı. Silindir, hava akışına ve silindir eksenine dik bir yönde, üstelik dönüş ve akış yönlerinin aynı olduğu yönde saptı” (L. Prandtl “Magnus Etkisi ve Rüzgar Gemisi”, 1925) ).

A. Flettner hemen yelkenlerin gemiye takılan döner silindirlerle değiştirilebileceğini düşündü.

Silindir yüzeyinin hava akışına karşı hareket ettiği yerde rüzgar hızının azaldığı ve basıncın arttığı ortaya çıktı. Silindirin diğer tarafında ise bunun tersi doğrudur; hava akış hızı artar ve basınç düşer. Silindirin farklı taraflarındaki basınç farkı, gemiyi hareket ettiren itici güçtür. Bu, gemiyi hareket ettirmek için rüzgarın kuvvetini kullanan döner ekipmanın temel çalışma prensibidir. Her şey çok basit, ancak Magnus etkisi yarım yüzyıldan fazla bir süredir bilinmesine rağmen yalnızca A. Flettner "geçmedi".

Planını 1923 yılında Berlin yakınlarındaki bir gölde uygulamaya başladı. Aslında Flettner oldukça basit bir şey yaptı. Bir metre uzunluğundaki bir test teknesine yaklaşık bir metre yüksekliğinde ve 15 cm çapında bir kağıt silindir-rotor yerleştirdi ve onu döndürecek bir saat mekanizmasını uyarladı. Ve tekne yola çıktı.

Yelkenli gemilerin kaptanları, A. Flettner'ın yelkenleri değiştirmek istediği silindirleriyle alay etti. Mucit, icadıyla sanatın zengin patronlarının ilgisini çekmeyi başardı. 1924 yılında, 54 metrelik Buckau guletine üç direk yerine iki döner silindir monte edildi. Bu silindirler 45 hp'lik bir dizel jeneratör tarafından döndürülüyordu.

Bukau'nun rotorları elektrik motorlarıyla çalıştırılıyordu. Aslında tasarım açısından Magnus'un klasik deneylerinden hiçbir farkı yoktu. Rotorun rüzgara doğru döndüğü tarafta yüksek basınç alanı, karşı tarafta ise düşük basınç alanı oluşturuldu. Ortaya çıkan kuvvet gemiyi hareket ettirdi. Üstelik bu kuvvet, sabit bir rotor üzerindeki rüzgar basıncı kuvvetinden yaklaşık 50 kat daha büyüktü!

Bu, Flettner için muazzam umutların kapısını açtı. Diğer şeylerin yanı sıra, rotorun alanı ve kütlesi, eşit itici güç sağlayacak olan yelken teçhizatının alanından birkaç kat daha küçüktü. Rotorun kontrolü çok daha kolaydı ve üretimi de oldukça ucuzdu. Flettner yukarıdan rotorları düzlem plakalarla kapladı - bu, hava akışlarının rotora göre doğru yönlendirilmesi nedeniyle tahrik kuvvetini yaklaşık iki kat artırdı. Bukau için optimum rotor yüksekliği ve çapı, gelecekteki geminin bir modelinin bir rüzgar tünelinde üflenmesiyle hesaplandı.

Cousteau'nun turbo yelkeni - Alkyone, 2011 yılı itibarıyla dünyada Cousteau turbo yelkenli tek gemidir. Büyük oşinografın 1997'deki ölümü, ikinci benzer gemi olan Calypso II'nin inşasına son verdi ve diğer gemi yapımcıları bu olağandışı tasarım konusunda ihtiyatlı davrandılar...

Flettner rotoru mükemmel performans gösterdi. Geleneksel bir yelkenli gemiden farklı olarak, döner bir gemi pratikte kötü hava koşullarından ve kuvvetli yan rüzgarlardan korkmuyordu; karşı rüzgara 25°'lik bir açıyla alternatif yönlerde kolayca seyredebiliyordu (geleneksel bir yelken için sınır yaklaşık 45°'dir). İki silindirik rotor (yükseklik 13,1 m, çap 1,5 m) geminin mükemmel şekilde dengelenmesini mümkün kıldı - Bukau'nun yeniden yapılanmadan önce olduğu yelkenli tekneden daha stabil olduğu ortaya çıktı.

Testler sakin koşullarda, fırtınalarda ve kasıtlı aşırı yük altında gerçekleştirildi ve hiçbir ciddi eksiklik tespit edilmedi. Geminin hareketi için en avantajlı yön, rüzgarın gemi eksenine tam dik yönüydü ve hareket yönü (ileri veya geri), rotorların dönüş yönüne göre belirleniyordu.

Şubat 1925'in ortalarında, yelken yerine Flettner rotorlarıyla donatılmış gulet Buckau, İskoçya'ya gitmek üzere Danzig'den (şimdiki Gdansk) ayrıldı. Hava kötüydü ve yelkenli gemilerin çoğu limanlardan ayrılmaya cesaret edemiyordu. Kuzey Denizi'nde Buckau, güçlü rüzgarlar ve büyük dalgalarla ciddi bir savaşa girdi, ancak gulet, karşılaşılan diğer yelkenli gemilere göre daha az yana yattı.

Bu yolculuk sırasında, rüzgarın şiddetine veya yönüne bağlı olarak mürettebatı güverteye çağırıp yelken değiştirmelerine gerek yoktu. İhtiyaç duyulan tek şey, kaptan köşkünü terk etmeden rotorların faaliyetlerini kontrol edebilecek bir saat navigatörüydü. Daha önce üç direkli bir guletin mürettebatı en az 20 denizciden oluşuyordu; döner gemiye dönüştürüldükten sonra 10 kişi yeterliydi.

Aynı yıl, tersane ikinci döner gemisini - 17 metrelik üç rotorla sürülen güçlü kargo gemisi Barbara'yı - inşa etti. Aynı zamanda her rotor için yalnızca 35 hp gücünde bir küçük motor yeterliydi. (her rotorun maksimum dönüş hızı 160 rpm'dir)! Rotorların itme kuvveti, yaklaşık 1000 hp güce sahip geleneksel bir gemi dizel motoruyla birleştirilmiş vidalı bir pervanenin itme kuvvetine eşdeğerdi. Ancak gemide dizel de mevcuttu: rotorlara ek olarak pervaneyi de çalıştırıyordu (sakin havalarda tek tahrik cihazı olarak kaldı).

Umut verici deneyimler, Hamburglu "Rob.M.Sloman" nakliye şirketini 1926'da "Barbara" gemisini inşa etmeye yöneltti. Turbo yelkenler - Flettner rotorları ile donatılması önceden planlanmıştı. Yaklaşık 17 m yüksekliğinde üç rotor, 90 m uzunluğunda ve 13 m genişliğinde bir gemiye monte edildi.

"Barbara", planlandığı gibi bir süre meyveleri İtalya'dan Hamburg'a başarıyla taşıdı. Yolculuğun yaklaşık% 30-40'ı rüzgarla sağlandı. 4-6 puanlık rüzgarla “Barbara” 13 knot hıza ulaştı.

Plan, döner gemiyi Atlantik Okyanusu'nda daha uzun yolculuklarda test etmekti.

Ancak 1920'lerin sonlarında Büyük Buhran yaşandı. 1929'da charter şirketi Barbara'yı kiralamaya devam etmeyi reddetti ve Barbara satıldı. Yeni sahibi rotorları söküp gemiyi geleneksel tasarıma göre yeniden yerleştirdi. Yine de rotor, rüzgara bağımlı olması ve güç ve hız üzerindeki belirli sınırlamalar nedeniyle geleneksel dizel enerji santraliyle birlikte kullanılan vidalı pervanelerden daha düşüktü. Flettner daha ileri araştırmalara yöneldi ve Baden-Baden sonunda 1931'de Karayipler'deki bir fırtına sırasında battı. Ve uzun süre rotor yelkenlerini unuttular...

Döner gemilerin başlangıcı oldukça başarılı görünüyordu, ancak geliştirilmediler ve uzun süre unutuldular. Neden? İlk olarak, döner gemilerin "babası" A. Flettner, helikopter yaratmaya başladı ve deniz taşımacılığıyla ilgilenmeyi bıraktı. İkincisi, döner gemiler, tüm avantajlarına rağmen, esas olarak rüzgara bağımlılık olan kendi doğasında olan dezavantajlarıyla yelkenli gemiler olarak kalmıştır.

Flettner rotorları, bilim adamlarının iklim ısınmasını azaltmak, kirliliği azaltmak ve daha rasyonel yakıt tüketimini azaltmak için çeşitli önlemler önermeye başladığı yirminci yüzyılın 80'li yıllarında yeniden ilgilenmeye başladı. Onları ilk hatırlayanlardan biri derinliklerin kaşifi Fransız Jacques-Yves Cousteau'ydu (1910–1997). Turboyelken sisteminin çalışmasını test etmek ve giderek pahalılaşan yakıt tüketimini azaltmak için iki direkli katamaran "Alcyone" (Alcyone, rüzgar tanrısı Aeolus'un kızıdır) döner bir gemiye dönüştürüldü. 1985 yılında yelken açarak Kanada ve Amerika'yı ziyaret etti, Horn Burnu'nu turladı, Avustralya, Endonezya, Madagaskar ve Güney Afrika çevresini dolaştı. Hazar Denizi'ne nakledildi ve orada çeşitli araştırmalar yaparak üç ay boyunca yelken açtı. Alcyone hala iki farklı tahrik sistemi kullanıyor; iki dizel motor ve iki turbo yelken.

Turboyelken Kusto

Yelkenli tekneler de 20. yüzyıl boyunca inşa edildi. Bu tip modern gemilerde yelkenler elektrik motorları kullanılarak sarılır ve yeni malzemeler tasarımı önemli ölçüde daha hafif hale getirir. Ancak yelkenli bir yelkenli teknedir ve rüzgar enerjisini tamamen yeni bir şekilde kullanma fikri Flettner'ın zamanından beri havadaydı. Ve yorulmak bilmez maceracı ve kaşif Jacques-Yves Cousteau tarafından ele geçirildi.

23 Aralık 1986'da, makalenin başında bahsedilen Halcyone piyasaya sürüldükten sonra, Cousteau ve meslektaşları Lucien Malavard ve Bertrand Charrier, "hareket eden bir sıvı veya gazın kullanımı yoluyla kuvvet oluşturan bir cihaz" için US4630997 numaralı ortak patenti aldılar. .” Genel açıklaması şu şekildedir: “Cihaz belirli bir yönde hareket eden bir ortama yerleştirilir; bu durumda birinciye dik yönde etki eden bir kuvvet ortaya çıkar. Cihaz, itici gücün yelken alanıyla orantılı olduğu devasa yelkenlerin kullanımını ortadan kaldırıyor." Cousteau turbo yelkeni ile Flettner rotor yelkeni arasındaki fark nedir?

Enine kesitte turboyelken, keskin ucu yuvarlatılmış uzun bir damlaya benzer. "Düşmenin" yanlarında, birinden (ileri veya geri hareket etme ihtiyacına bağlı olarak) havanın emildiği hava giriş ızgaraları vardır. Rüzgarın hava girişine maksimum etkili şekilde emilmesini sağlamak için, turbo yelken üzerine bir elektrik motoruyla çalıştırılan küçük bir fan takılmıştır.

Yelkenin rüzgâraltı tarafındaki hava hareketinin hızını yapay olarak arttırır ve turboyelken düzleminden ayrıldığı anda hava akımını emer. Bu, turboyelkenin bir tarafında bir vakum yaratırken aynı zamanda türbülanslı girdapların oluşumunu da önler. Ve sonra Magnus etkisi devreye giriyor: sonuç olarak bir tarafta seyrekleşme - geminin hareket etmesine neden olabilecek yanal bir kuvvet. Aslında turboyelken dikey olarak yerleştirilmiş bir uçak kanadıdır, en azından itici güç oluşturma prensibi, uçak kaldırma prensibine benzer. Turboyelkenin rüzgara karşı daima en avantajlı tarafa bakmasını sağlamak için özel sensörler ile donatılmış ve bir döner tabla üzerine monte edilmiştir. Bu arada, Cousteau'nun patenti, havanın turbo yelkenin içinden yalnızca bir fan tarafından değil, aynı zamanda örneğin bir hava pompası tarafından da emilebileceğini ima ediyor - böylece Cousteau, sonraki "mucitler" için kapıyı kapattı.

Aslında Cousteau, turbo yelken prototipini ilk kez 1981 yılında “Yel Değirmeni” (Moulin à Vent) katamaranında test etti. Katamaranın en büyük başarılı yolculuğu, daha büyük bir keşif gemisinin gözetiminde Tanca'dan (Fas) New York'a yaptığı yolculuktu.

Ve Nisan 1985'te, turbo yelkenlerle donatılmış ilk tam teşekküllü gemi olan Halcyone, La Rochelle limanında suya indirildi. Şimdi hala hareket halinde ve bugün Cousteau takım filosunun amiral gemisi (ve aslında tek büyük gemisi). Üzerindeki turbo yelkenler tek itici güç görevi görmez, ancak iki dizel motorun olağan bağlantısına yardımcı olurlar ve
birkaç vida (bu arada, yakıt tüketimini yaklaşık üçte bir oranında azaltmanıza olanak tanır). Büyük oşinograf hayatta olsaydı, muhtemelen birkaç benzer gemi daha inşa ederdi, ancak Cousteau gittikten sonra arkadaşlarının coşkusu gözle görülür şekilde azaldı.

1997'deki ölümünden kısa bir süre önce Cousteau, turbo yelkenli Calypso II gemisinin projesi üzerinde aktif olarak çalışıyordu, ancak bunu tamamlayacak zamanı yoktu. Son verilere göre 2011 kışında Alcyone Kaen limanındaydı ve yeni bir sefer bekliyordu.

Ve yine Flettner

Bugün Flettner'in fikrini yeniden canlandırmak ve rotor yelkenlerini yaygınlaştırmak için girişimlerde bulunuluyor. Örneğin, ünlü Hamburg şirketi Blohm + Voss, 1973'teki petrol krizinden sonra aktif bir döner tanker geliştirmeye başladı, ancak 1986'da ekonomik faktörler bu projeyi kapattı. Sonra bir dizi amatör tasarım vardı.

2007 yılında Flensburg Üniversitesi'ndeki öğrenciler, rotor yelkeni (Uni-cat Flensburg) ile hareket ettirilen bir katamaran inşa ettiler.

2010 yılında, tarihteki rotor yelkenli üçüncü gemi ortaya çıktı - dünyanın en büyük rüzgar jeneratörü üreticilerinden biri olan Enercon'un emriyle inşa edilen E-Ship1 ağır hizmet kamyonu. 6 Temmuz 2010'da gemi ilk kez suya indirildi ve Emden'den Bremerhaven'a kısa bir yolculuk yaptı. Ve zaten Ağustos ayında, dokuz rüzgar jeneratörü yüküyle İrlanda'ya ilk çalışma yolculuğuna çıktı. Gemi, dört Flettner rotoru ve elbette sakin havalarda ve ek güç için geleneksel bir tahrik sistemiyle donatılmıştır. Yine de rotor yelkenleri yalnızca yardımcı tahrik görevi görüyor: 130 metrelik bir kamyon için güçleri uygun hızı geliştirmek için yeterli değil. Motorlar dokuz Mitsubishi güç ünitesi tarafından çalıştırılıyor ve rotorlar, egzoz gazı enerjisini kullanan bir Siemens buhar türbini tarafından çalıştırılıyor. Rotorlu yelkenler 16 knot hızda %30 ila %40 oranında yakıt tasarrufu sağlayabilir.

Ancak Cousteau'nun turbo yelkeni hala unutulmaya yüz tutmuş durumda: "Halcyone" bugün bu tür itiş gücüne sahip tek tam boyutlu gemidir. Alman gemi yapımcılarının deneyimi, Magnus etkisiyle desteklenen yelken temasını daha da geliştirmenin mantıklı olup olmadığını gösterecek. Önemli olan bunun için ekonomik bir gerekçe bulmak ve etkinliğini kanıtlamaktır. Ve sonra, görüyorsunuz, tüm dünya denizciliği, yetenekli bir Alman bilim adamının 150 yıldan fazla bir süre önce tanımladığı prensibe geçecek.

2010 yılında Kuzey Denizi'nde garip bir gemi olan “E-Ship 1” görülebiliyordu. Üst güvertesinde dört adet uzun, yuvarlak baca var ama onlardan asla duman çıkmıyor. Bunlar geleneksel yelkenlerin yerini alan Flettner rotorlarıdır.

Dünyanın en büyük rüzgar enerjisi santrali üreticisi Enercon, 2 Ağustos 2010'da Kiel'deki Lindenau tersanesinde, daha sonra E-Ship 1 adını alan 130 metre uzunluğunda, 22 metre genişliğindeki döner gemiyi denize indirdi. Daha sonra Kuzey ve Akdeniz'de başarıyla test edilen gemi, şu anda rüzgar jeneratörlerini üretildiği Almanya'dan diğer Avrupa ülkelerine taşıyor. 17 knot (32 km/saat) hıza ulaşıyor, aynı anda 9 bin tondan fazla kargo taşıyor, mürettebatı 15 kişi.

Yakıt tüketimini ve emisyonları azaltmaya yönelik teknolojiler yaratan Singapur merkezli gemi inşa şirketi Wind Again, tankerlere ve kargo gemilerine özel tasarlanmış Flettner rotorlarının (katlanabilir) takılmasını öneriyor. Yakıt tüketimini %30-40 oranında azaltacaklar ve 3-5 yıl içinde kendilerini amorti edecekler.

Finlandiyalı deniz mühendisliği şirketi Wartsila, yolcu feribotlarına turboyelken yerleştirmeyi planlıyor. Bunun nedeni Finlandiyalı feribot operatörü Viking Line'ın yakıt tüketimini ve çevre kirliliğini azaltma arzusudur.

Flettner rotorlarının gezi teknelerinde kullanımı Flensburg Üniversitesi (Almanya) tarafından araştırılmaktadır. Artan petrol fiyatları ve endişe verici derecede ısınan iklim, rüzgar türbinlerinin geri dönüşü için uygun koşullar yaratıyor gibi görünüyor.

John Marples, Cloudia tarafından tasarlanan yat, yeniden inşa edilmiş bir Searunner 34 trimaranıdır. Yat ilk testlerini Şubat 2008'de Fort Pierce, Florida, ABD'de gerçekleştirdi ve yaratımı Discovery TV kanalı tarafından finanse edildi. "Claudia" inanılmaz derecede manevra kabiliyetine sahip olduğunu gösterdi: birkaç saniye içinde durdu ve geri döndü ve rüzgara yaklaşık 15°'lik bir açıyla serbestçe hareket etti. Geleneksel Flettner rotoruyla karşılaştırıldığında performanstaki gözle görülür iyileşme, trimaranın ön ve arka rotorlarına takılan ek enine disklerden kaynaklanmaktadır.

Turboyelken, Magnus etkisi olarak bilinen fiziksel bir olay sayesinde rüzgar enerjisinden itme gücü oluşturan, rotor tipi bir deniz tahrik cihazıdır.

Bir turboyelken, Magnus etkisi olarak bilinen, dönen silindirik veya yuvarlak bir gövde etrafında bir sıvı veya gaz aktığında meydana gelen fiziksel bir süreç temelinde çalışır. Bu fenomen adını, onu 1853'te tanımlayan Prusyalı bilim adamı Heinrich Magnus'un adından almıştır.

Onları yıkayan bir gaz veya sıvı akışında dönen bir top veya silindir hayal edelim. Bu durumda silindirik gövdenin uzunlamasına ekseni boyunca dönmesi gerekir. Bu işlem sırasında vektörü akış yönüne dik olan bir kuvvet ortaya çıkar. Bu neden oluyor? Vücudun dönme yönü ile akış vektörünün çakıştığı tarafta havanın veya sıvı ortamın hızı artar ve Bernoulli yasasına göre basınç azalır. Dönme ve akış vektörlerinin çok yönlü olduğu gövdenin karşı tarafında ortamın hızı yavaşlamış gibi azalır ve basınç artar. Dönen bir cismin karşıt taraflarında oluşan basınç farkı, enine kuvvet üretir. Aerodinamikte havadan ağır taşıtları uçuşta tutan kaldırma kuvveti olarak bilinir. Rotor yelkenleri durumunda bu, güverteye dikey olarak monte edilen ve uzunlamasına eksen boyunca dönen bir rotor yelkenine etki eden, rüzgarın yönüne dik bir vektöre sahip bir kuvvettir.

Flettner dönen yelkenler

Tanımlanan fiziksel olay, Alman mühendis Anton Flettner tarafından yeni bir deniz motoru türü oluştururken kullanıldı. Rotor yelkeni, dönen silindirik rüzgar enerjisi kulelerine benziyordu. 1922'de mucit, cihazı için bir patent aldı ve 1924'te tarihteki ilk döner gemi olan dönüştürülmüş gulet Bukau stoklardan ayrıldı.
Bukau turbo yelkenleri elektrik motorlarıyla çalıştırılıyordu. Rotor yüzeyinin rüzgara doğru döndüğü tarafta Magnus etkisine uygun olarak artan basınç alanı, karşı tarafta ise azalan basınç alanı oluşturuldu. Sonuç olarak, yan rüzgarın varlığına bağlı olarak gemiyi hareket ettiren bir itme kuvveti ortaya çıktı. Flettner, silindir etrafındaki hava akışının daha iyi yönlendirilmesi için rotor silindirlerinin üstüne düz plakalar yerleştirdi. Bu, itici gücün iki katına çıkarılmasını mümkün kıldı. Yanal itme kuvveti oluşturmak için Magnus etkisini kullanan dönen içi boş metal silindir rotora daha sonra yaratıcısının adı verildi.

Testler sırasında Flettner'ın turbo yelkenleri mükemmel performans gösterdi. Geleneksel bir yelkenli teknenin aksine, güçlü bir yan rüzgar yalnızca deney gemisinin performansını artırdı. İki silindirik rotor, geminin daha iyi dengelenmesini mümkün kıldı. Aynı zamanda rotorların dönüş yönünü değiştirerek geminin ileri veya geri hareketini değiştirmek mümkün oldu. Elbette, itme kuvveti oluşturmak için en avantajlı rüzgar yönü, geminin uzunlamasına eksenine kesinlikle dikti.

Cousteau'dan Turboyelken

Yelkenli tekneler 20. yüzyılda inşa edildi ve 21. yüzyılda hala inşa ediliyor. Modern yelkenler daha hafif ve daha güçlü sentetik malzemelerden yapılıyor ve yelken teçhizatı elektrik motorları tarafından hızla katlanarak insanları fiziksel işten kurtarıyor.

Ancak geminin itiş gücünü oluşturmak için rüzgar enerjisini kullanan temelde yeni bir sistem fikri henüz havadaydı. Fransız kaşif ve mucit Jacques-Yves Cousteau tarafından ele geçirildi. Bir oşinograf olarak, ücretsiz, yenilenebilir ve kesinlikle çevre dostu bir enerji kaynağı olan rüzgarın itici güç olarak kullanılmasından çok etkilendi. 1980'lerin başında modern gemiler için bu tür itici güçler yaratma çalışmalarına başladı. Flettner'ın turbo yelkenlerini temel aldı, ancak sistemi önemli ölçüde modernize ederek daha karmaşık hale getirdi, ancak aynı zamanda verimliliğini de artırdı.

Cousteau turbo yelkeni ile Flettner tahrik sistemi arasındaki fark nedir? Cousteau'nun tasarımı, aerodinamik profile sahip ve uçak kanadıyla aynı prensipte çalışan, dikey olarak monte edilmiş içi boş bir metal borudur. Borunun kesiti damla şeklinde veya yumurta şeklindedir. Yanlarında, havanın bir pompa sistemi aracılığıyla pompalandığı hava giriş ızgaraları bulunmaktadır. Ve sonra Magnus etkisi devreye giriyor. Hava türbülansı yelkenin içinde ve dışında basınç farkı yaratır. Borunun bir tarafında vakum, diğer tarafında ise sızdırmazlık oluşturulur. Sonuç olarak geminin hareket etmesine neden olan yanal bir kuvvet ortaya çıkar. Esasen, bir turbo yelken dikey olarak monte edilmiş bir aerodinamik kanattır: bir tarafta hava diğerine göre daha yavaş akar, bu da bir basınç farkı ve yanal itme yaratır. Benzer bir prensip uçakta kaldırma kuvveti oluşturmak için kullanılır. Turboyelken otomatik sensörlerle donatılmıştır ve bilgisayar tarafından kontrol edilen dönen bir platform üzerine monte edilmiştir. Akıllı makine, rüzgarı dikkate alarak rotoru konumlandırıyor ve sistemdeki hava basıncını ayarlıyor.

Cousteau, turbo yelkeninin bir prototipini ilk kez 1981 yılında Atlantik Okyanusu'nu geçerken Moulin à Vent katamaranında test etti. Yolculuk sırasında katamarana güvenlik açısından daha büyük bir sefer gemisi eşlik etti. Deneysel turbo yelken, geleneksel yelken ve motorlardan daha az itme kuvveti sağladı. Ayrıca yolculuk sonunda metal yorgunluğu nedeniyle rüzgarın baskısı altında kaynak dikişleri patladı ve yapı suya düştü. Ancak fikir doğrulandı ve Cousteau ile meslektaşları daha büyük bir döner gemi olan Halsion'u geliştirmeye odaklandılar. 1985 yılında denize indirildi. Üzerindeki turbo yelkenler, iki dizel motor ve birkaç pervanenin birleşimine ek olarak yakıt tüketiminde üçte bir oranında tasarruf sağlıyor. Yaratıcısının ölümünden 20 yıl sonra bile Alsion hâlâ hareket halinde ve Cousteau filosunun amiral gemisi olmaya devam ediyor.

Turbosail ve kanvas kanatlar

En iyi modern yelkenlerle karşılaştırıldığında bile turbo yelken rotoru 4 kat daha fazla itme katsayısı sağlar. Bir yelkenli teknenin aksine, güçlü bir yandan rüzgar, dönen bir gemi için sadece tehlikeli olmakla kalmaz, aynı zamanda ilerlemesi için de son derece faydalıdır. 250 derecelik bir açıyla karşıdan esen rüzgarda bile iyi hareket eder. Aynı zamanda, geleneksel yelkenli bir gemi, en çok arkadan esen rüzgarı "seviyor".

Sonuçlar ve beklentiler

Artık Flettner'ın yelkenlerinin tam analogları, Alman kargo gemisi E-Ship-1'e yardımcı itici güçler olarak kuruluyor. Geliştirilmiş modelleri ise Jacques-Yves Cousteau Vakfı'na ait Alsion yatında kullanılıyor.
Dolayısıyla Turbosail sistemi için şu anda iki tip tahrik sistemi bulunmaktadır. 20. yüzyılın başında Flettner tarafından icat edilen geleneksel bir rotor yelkeni ve Jacques-Yves Cousteau tarafından modernize edilmiş versiyonu. Birinci modelde net kuvvet dönen silindirlerin dışından kaynaklanmaktadır; ikinci, daha karmaşık versiyonda, elektrikli pompalar içi boş bir borunun içindeki hava basıncında bir fark yaratır.

İlk turbo yelken, gemiyi yalnızca yan rüzgarlarda itme yeteneğine sahiptir. Bu nedenle Flettner'ın turbo yelkenleri dünya gemi yapımında yaygınlaşamadı. Cousteau turbo yelkeninin tasarım özelliği rüzgarın yönü ne olursa olsun itici güç elde etmenizi sağlar. Bu tür itici güçlerle donatılmış bir gemi, rüzgara karşı bile yol alabilir; bu, hem geleneksel yelkenlere hem de rotor yelkenlere göre yadsınamaz bir avantajdır. Ancak bu avantajlara rağmen Cousteau sistemi de üretime alınmadı.

Bu, Flettner'ın fikrini hayata geçirmek için bugünlerde girişimlerde bulunulmadığı anlamına gelmiyor. Çok sayıda amatör proje var. 2010 yılında, Bukau ve Alsion'dan sonra tarihteki üçüncü gemi, 130 metrelik Alman Ro-Lo sınıfı bir kamyon olan rotor yelkenleriyle inşa edildi. Geminin tahrik sistemi, iki çift döner rotordan ve sakin durumda ve ek çekiş gücü oluşturmak için birkaç dizel motordan oluşur. Rotor yelkenleri yardımcı motorların rolünü oynuyor: 10,5 bin ton deplasmanlı bir gemi için güvertede dört rüzgar enerjisi kulesi yeterli değil. Ancak bu cihazlar her uçuşta %40’a varan yakıt tasarrufu sağlayabiliyor.
Ancak projenin ekonomik fizibilitesi kanıtlanmış olmasına rağmen Cousteau sistemi haksız yere unutulmaya mahkum edildi. Bugün Alsion, bu tür itiş gücüne sahip tek tam teşekküllü gemidir. Sistemin neden ticari amaçlarla, özellikle de kargo gemilerinde kullanılmadığı açık değil; çünkü dizel yakıtta %30'a kadar tasarruf sağlıyor; para.