Баланс энергии парусного судна. Ветроходы.

 

Возможности парусного судна определяются энергией ветра и площадью парусов. При расчете его энергетики следует исходить из мощности вымпельного ветра, зависящей от курса и скорости судна; на острых курсах она на порядок больше чем не фордевинде. Через нормальную вымпельному ветру площадку площадью в единицу времени переносится кинетическая энергия ; такова мощность, которой, в принципе, располагает парусное судно.

Обдувая судно, ветер расходует свою энергию; частично она идет на движение судна, но в основном затрачивается на трение ветра о паруса и на вихреобразование в самом воздушном потоке. То, что достается судну, определяется его КПД .

По приведенным выше данным “Бриза” были рассчитаны его энергетические характеристики; результаты представлены на рис.19. При скорости истинного ветра и площади парусов 11 мощность вымпельного ветра в зависимости от курса судна составляла 0,4- 4,5 л.с., расходуемая им мощность 0,2-2 л.с. КПД тримарана на всех рабочих курсах составлял 0,4-0,5, и он использовал около 1/3 мощности ветра на полных курсах и примерно 1/8 ее на бейдевинде. Наибольшая развивавшаяся тримараном мощность составляла 0,8 л.с., что не превышает возможностей одной лошади.

У парусных судов на острых курсах возникают энергетические проблемы. Уменьшается площадь проекции парусов на площадку, нормальную ветру; соответственно, судно с ним слабее взаимодействует. Когда судно идет очень круто к ветру, его КПД вообще падает до нуля. Отсюда следует, что, несмотря на все достоинства паруса как движителя судна, использовать на острых курсах для движения судна непосредственно давление ветра – не лучший способ применения ветровой энергии.

В этом аспекте представляют интерес упоминавшиеся ранее ветроходы, использующие энергию ветра более сложным образом. Ветроход имеет ветродвигатель соединенный с гребным винтом. Ветер, раскручивая ветродвигатель, создает на нем осевое давление и отдает на его вал мощность , где - КПД ветродвигателя. Эта мощность передается на гребной винт, создающий упор , где - КПД гребного винта. В отличие от тяги парусов упор гребного винта не исчезает и тогда, когда ветроход идет против ветра; чтобы это стало возможным, упор винта должен превышать давление ветра на ветродвигатель, т.е. должно быть , откуда следует, что

.

Опытные образцы ветроходов существуют и действительно ходят против ветра, но у них свои проблемы. Вращающийся воздушный винт большого диаметра создает вибрации и тряску; на маленьком судне он неудобен и опасен. Ветроход вообще сложная машина, и есть подозрение, что машинный подход к парусному делу способен испортить всю романтику парусов, заменив ее заботой о смазке подшипников. Конструкции ветрохода пригодного для наших целей все еще не придумали, но саму эту идею следует иметь ввиду.