Wirujące żagle

Czy byłbyś zaskoczony, drogi Czytelniku, gdybym Ci powiedział, że zamiast wielkich płacht materiału jako żagle można wykorzystywać także duże, stalowe cylindry?

Duże, wirujące, stalowe cylindry…

Okazuje się, że jest to możliwe i praktykowane z różnym skutkiem już od 90 lat. Pierwszy statek z takim napędem ruszył w dziewiczy rejs z Gdańska do Szkocji w lutym 1925 roku, a rok później przepłynął Atlantyk i dotarł do Nowego Jorku. Dziś statki z tego typu napędem noszą nazwę rotorowców.

Wirujący rotor jest w stanie wytworzyć siłę ciągu dzięki występowaniu tzw. efektu Magnusa. Efekt ten pojawia się wtedy, gdy wiruąca kula lub walec znajduje się w otoczeniu poruszającego się płynu — gazu lub cieczy. Widać go przy podkręconych piłkach serwowanych w tenisie, piłce nożnej, ale też w systemie hop-up podkręcającym plastikowe kulki wystrzeliwane z replik karabinków airsoftowych.

Całe zjawisko bardzo ładnie wytłumaczono na tym filmie. Pokazano je też na przykładzie podkręconej piłki do koszykówki, zrzuconej swobodnie z wysokiej zapory.

Mnie się udało to zjawisko też zaobserować kiedyś na laboratorium z mechaniki płynów podczas moich studiów na Politechnice Warszawskiej. Tam obserwowaliśmy przepływ wody wokół wirującego cylindra. Na poniższej fotografii może nie widać tego zbyt dobrze, ale jeśli się przyjrzeć, można zauważyć, że:

• nad walcem woda płynie szybciej,
• jej kierunek zmienia się po lewej stronie walca,
• a pod nim wygląda na to, że woda płynie wolniej.

Dokładnie ta różnica prędkości wody powoduje, że wirujący walec chce przesunąć się względem otaczającego go płynu. A na rotorowcach oznacza to nic innego, jak wytwarzanie siły napędzającej statek.

A tak wyglądają dwa rotory zamontowane na statku E-ship 1. Autor: Carshten, na licencji Creative Commons. Źródło: Wikimedia Commons.

Technicznie jest możliwe także zastąpienie wirującymi walcami skrzydeł samolotu. Będą one w stanie wytwarzać większą siłę nośną niż tradycyjne skrzydła, ale z drugiej strony będą też stawiać dużo większy opór. W przypadku wolno poruszających się obiektów, jakimi są statki, opór powietrza ma znikome znaczenie.

Tego typu rozwiązania póki co nie są stosowane na dużą skalę, bo wiążą się z dodatkowymi ograniczeniami. Statek wyposażony w rotory nie może przepłynąć pod nisko zawieszonymi mostami. Ale rotory i inne podobne pomysły wspomagania napędu klasycznymi siłowniami na statkach (np. przez duże latawce, ciągnące statki) będą w przyszłości z pewnością coraz popularniejsze. Na statku Jacquesa Cousteau turbożagiel (opatentowany przez m.in. J. Cousteau wariant tego rozwiązania) dostarczał mu 25-30% siły potrzebnej do napędu.

W skali globu użycie tego typu rozwiązań mogłoby w znaczący sposób zmniejszyć wpływ transportu morskiego na zanieczyszczenie środowiska i zużywanie nieodnawialnych zasobów, jakim z całą pewnością jest ropa naftowa, używana do produkcji paliwa dla statków.