გოლფის მოთამაშეები და ჩოგბურთელები კარგად იცნობენ მბრუნავი ბურთის ტენდენციას გადახრის ნორმალური ტრაექტორიიდან იმ მიმართულებით, რომლითაც ტრიალებს მისი წინა ნაწილი. ამ ფენომენს მაგნუსის ეფექტს უწოდებენ. რეილის მიხედვით (ტ. I, 343-346), მაგნუსის ეფექტი, როგორც წესი, ხარისხობრივად შემდეგნაირად აიხსნება.

ჰაერის ლოკალური სიჩქარე ბურთთან შედარებით მისი ბრუნვის გამო უფრო დიდია იმ მხარეს, სადაც ბრუნა არის მიმართული უკან, ვიდრე იმ მხარეს, სადაც ის არის მიმართული წინ (იხ. სურ. 3). ამიტომ, ბერნულის განტოლების (3) მიხედვით, წნევა ერთ მხარეს

ნაკლები, და ეს იძლევა შედეგს დაკვირვების შესაბამისი მიმართულებით.

ამ ახსნიდან რაოდენობრივი შედეგის მიღება ძალიან რთულია, რადგან ბრუნვის მიმოქცევასთან დაკავშირების გარკვეული გზა არ გვაქვს - თუნდაც ცილინდრის შემთხვევაში. პრანდტლმა გმირული მცდელობა გააკეთა, დაედგინა მაინც მაქსიმალური ამწევი ძალა, რომელიც, როგორც ის ამტკიცებდა, მიიღწევა მაშინ, როდესაც მიმოქცევის მნიშვნელობა განისაზღვრება იმ პირობით, რომ არსებობს ერთი კრიტიკული წერტილი.

ამის საფუძველზე მან დაადგინა, რომ მაქსიმალური კოეფიციენტი უდრის

ბრინჯი. 3. მაგნუსის ეფექტი.

ცოტა ხნის წინ ამ მნიშვნელობას გადააჭარბა - კიდევ ერთი ფაქტი, რომელიც აჩვენებს არასანდო მსჯელობას.

მაგნუსის ეფექტის არსებული განმარტებების შეუსაბამობა კიდევ უფრო ნათლად ჩანს მაგნუსის ეფექტის შემდეგი პარადოქსით.

მაგნუსის ეფექტის პარადოქსი. ბრუნვის დაბალი სიჩქარის დროს, გადახრის მიმართულება რეალურად საპირისპიროა რეილის ახსნით მოცემული მიმართულებისა (და რომელიც დააკვირდა მაგნუსს) 4).

მაგნუსის ეფექტის ამ პარადოქსის ასახსნელად, როგორც ჩანს, აუცილებელია საზღვრის ტურბულენტობის გათვალისწინება.

ფენა, ფენომენი, რომელიც ჯერ კიდევ არ არის შესწავლილი მათემატიკურად, როგორც სასაზღვრო მნიშვნელობის პრობლემა. ამრიგად, დაბალ ბრუნვის სიჩქარეზე რეალური ათვლის ძალის ნებისმიერი სწორი ინტერპრეტაცია უნდა ითვალისწინებდეს რეინოლდსის რიცხვს.

"წარმოების" ფენომენი მაგნუსის ეფექტის მსგავსია. მსროლელებმა ას წელზე მეტია იცოდნენ, რომ მბრუნავი ჭურვები გადახრისკენ მიდრეკილია ვერტიკალური სიბრტყისგან, რომელშიც ისინი ისვრიან, და რომ ასეთი გადახრა ხდება ჭურვის თავის ბრუნვის მიმართულებით. თუმცა, ეს ფენომენი მრავალი წლის განმავლობაში არასწორად იყო გაგებული.

ერთი არასწორი ახსნა შემოგვთავაზა ცნობილმა მათემატიკოსმა პუასონმა. მას სჯეროდა, რომ ინერციის გამო, ჭურვის ღერძი ჩამორჩება ტრაექტორიის ტანგენტის მიმართულებას, როგორც ეს სქემატურად არის ნაჩვენები ნახ. 4, ა.

ბრინჯი. 4. მაგნუსის ეფექტის ახსნა, პუასონის მიხედვით.

ამიტომ, on ქვედა მხარემეტი წნევა უნდა შეიქმნას და შესაბამისად მეტი ხახუნი. ნახ. 4, b ამან უნდა გამოიწვიოს გადახრა დაკვირვებული მიმართულებით. პუასონის ახსნის სიცრუე აშკარა ხდება ჩოგბურთის ბურთის ტრიალზე გამოყენებისას: გადახრა იქნება მაგნუსის ნორმალური ეფექტის საპირისპირო მიმართულებით!

სწორი ახსნა ასეთია. გიროსკოპიული სტაბილურობის რაოდენობრივი შესწავლის გამოყენებით შეიძლება დადგინდეს, რომ სტაბილური პოზიციაჭურვის ღერძი (მარჯვენა ხრახნიანი ძაფით) მდებარეობს ტრაექტორიის ტანგენტის მარჯვნივ და არა მის ზემოთ, როგორც პუასონი ამტკიცებდა. ამრიგად, ჭურვის წარმოქმნა ძირითადად გამოწვეულია

გავაგრძელოთ საუბარი ჰიდრავლიკურ და აეროდინამიკურ ეფექტებზე, უნდა Განსაკუთრებული ყურადღებადახატეთ ცნობილი გერმანელი მეცნიერის ჰაინრიხ მაგნუსის სახელობის ეფექტი, რომელმაც 1853 წელს შესთავაზა ფიზიკური ახსნა ქვემეხის ფრენის ბილიკის გამრუდებაზე, რომელიც გამოწვეულია მისი შემთხვევითი ბრუნვით. მბრუნავი ბურთის ფრენა მრავალი თვალსაზრისით ჰგავს დატრიალებული ბურთის ფრენას ფეხბურთში ან ჩოგბურთში. ბურთის ბრუნვა ფრენისას ქმნის აეროდინამიკურ ძალას, რომელიც აქცევს ბურთს მისი სწორი ფრენის გზიდან. სერ ნიუტონმა დაწერა ამ საოცარი აეროდინამიკური ეფექტის შესახებ, როდესაც კომენტარს აკეთებდა ჩოგბურთში მოჭრილი დარტყმების შესახებ.

როგორც წესი, ქვემეხის სიმძიმის ცენტრი არ ემთხვევა მის გეომეტრიულ ცენტრს, რაც გასროლისას იწვევს ჭურვის უმნიშვნელო გადახვევას. ქვემეხის სიმძიმის ცენტრის თვითნებურმა მდებარეობამ გასროლამდე გამოიწვია ქვემეხის ფრენის ბილიკის თანაბრად თვითნებური გადახრა. იცოდნენ ამ ნაკლოვანების შესახებ, არტილერისტებმა ქვემეხის ბურთულები ვერცხლისწყალში ჩაყარეს და შემდეგ მონიშნეს. ზედა წერტილიბუანობა. მონიშნულ ბირთვებს ეწოდებოდა ლიანდაგის ბირთვები.

კალიბრირებული ქვემეხის სროლისას გაირკვა, რომ იმ შემთხვევაში, როდესაც ქვემეხი იარაღში იყო მოთავსებული სიმძიმის ცენტრით ქვევით გადაადგილებული, შედეგი იყო „ქვედარტყმა“. თუ ბირთვი მოთავსებულია სიმძიმის ცენტრით ზემოთ, მაშინ მიიღება "ფრენა". შესაბამისად, თუ სიმძიმის ცენტრი მდებარეობდა მარჯვნივ, ჭურვის ფრენისას დაფიქსირდა გადახრები მარჯვნივ, თუ ჭურვის სიმძიმის ცენტრი მარცხნივ იყო, გადახრები დაფიქსირდა მარცხნივ. პრუსიელ მსროლელებს ჰქონდათ სპეციალური მითითებები კალიბრირებული ქვემეხის სროლისთვის.

მოგვიანებით მათ გაუჩნდათ იდეა, გაეკეთებინათ ბირთვები მიზანმიმართულად გადაადგილებული სიმძიმის ცენტრით. ასეთ ჭურვებს უწოდეს ექსცენტრიული და უკვე 1830 წლიდან დაიწყეს მათი გამოყენება პრუსიის და საქსონიის ჯარებმა. თოფის შლანგში ექსცენტრიული ბირთვის სწორად მოთავსებით შესაძლებელი გახდა სროლის მანძილის გაზრდა ლულის პოზიციის შეცვლის გარეშე ერთნახევარჯერ. საინტერესოა, რომ მეცნიერებს საერთო არაფერი ჰქონდათ ამ საარტილერიო ინოვაციასთან.

თუმცა, განმანათლებლური მე-19 საუკუნე მოითხოვდა ნებისმიერი გაუგებარი ფენომენის „მეცნიერულ ახსნას“. ასე რომ, პრუსიელმა არტილერისტებმა მიმართეს განვითარებადი აეროდინამიკის ერთ-ერთ აღიარებულ ავტორიტეტს - ჰაინრიხ მაგნუსს ქვემეხის ბურთის მრუდი ფრენის ბილიკის ახსნისთვის.

მაგნუსმა ვარაუდობდა, რომ საკითხი არ იყო ბირთვის გადაადგილებული სიმძიმის ცენტრი, როგორც ასეთი. მან მიზეზი ბირთვის ბრუნვაში დაინახა. თავისი ჰიპოთეზის შესამოწმებლად მაგნუსმა ჩაატარა ლაბორატორიული ექსპერიმენტების სერია იძულებითი ჰაერის ნაკადით მბრუნავ სხეულზე, რომელიც იყო არა სფერო, არამედ ცილინდრები და კონუსები. ცილინდრზე წარმოქმნილი აეროდინამიკური ძალა მოქმედებდა იმავე მიმართულებით, როგორც მბრუნავი ბირთვის გადახრის ძალა.

ამრიგად, მაგნუსი იყო პირველი ფიზიკოსი, რომელმაც ნათლად მოახდინა სიმულაცია და დაადასტურა, ლაბორატორიულ პირობებში, პირდაპირი ფრენისგან გადახრილი ქვემეხის გასაოცარი ეფექტი. სამწუხაროდ, მაგნუსმა არ ჩაატარა რაოდენობრივი გაზომვები თავისი აეროდინამიკური ექსპერიმენტების დროს, მაგრამ მხოლოდ დაფიქსირდა გადახრის ძალის წარმოქმნა და მისი მიმართულების დამთხვევა საარტილერიო პრაქტიკაში მომხდართან.

მკაცრად რომ ვთქვათ, მაგნუსმა ზუსტად არ მოახდინა გრეხილი ბირთვის ფრენის ფენომენის სიმულაცია. მის ექსპერიმენტებში მბრუნავი ცილინდრი იძულებით აფეთქდა ჰაერის გვერდითი ნაკადით. რეალური საარტილერიო პრაქტიკის დროს, ქვემეხი დაფრინავს უძრავ ჰაერში. ბერნულის თეორემის შესაბამისად, ჰაერის წნევა ჭავლში მცირდება მისი სიჩქარის კვადრატის პროპორციულად. იმ შემთხვევაში, თუ სხეული მოძრაობს უძრავ ჰაერში, არ არის რეაქტიული რეაქტიული სიჩქარე, შესაბამისად, არ არის მოსალოდნელი ჰაერის წნევის ვარდნა.

გარდა ამისა, მაგნუსის ექსპერიმენტებმა დააფიქსირა ძალა, რომელიც მოქმედებდა ცილინდრზე, მკაცრად პერპენდიკულარულად შემომავალი თვითმფრინავის მიმართ. სინამდვილეში, ცილინდრის ან ბურთის ბრუნვა ასევე ზრდის წევის ძალას, რაც მნიშვნელოვან გავლენას ახდენს ჭურვის ფრენის გზაზე.

სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, მაგნუსის ძალა არ მოქმედებს ფრენის ბილიკზე მკაცრად პერპენდიკულურად, არამედ გარკვეული კუთხით, რომელიც მაგნუსმა არ გამოიკვლია.

მაგნუსის დროს ჯერ კიდევ არ არსებობდა წარმოდგენა ფიზიკოსებს შორის ფიზიკური ფენომენების იდენტურობის შესახებ, რომლებიც თან ახლავს ხისტი სხეულის რეალურ ფრენას და ფენომენებს, რომლებიც წარმოიქმნება, როდესაც ქარი ურტყამს უძრავ სხეულს. ამიტომ, აეროდინამიკის პიონერებმა ჩაატარეს პირველი ექსპერიმენტები მოდელების ჩამოშვებით მაღალი სიმაღლე, რითაც ახდენს რეალური ფრენის ეფექტის სიმულაციას. მაგალითად, ეიფელი აქტიურად იყენებდა თავის კოშკს აეროდინამიკურ ექსპერიმენტებში.

და მხოლოდ მრავალი წლის შემდეგ მოულოდნელად გაირკვა, რომ აეროდინამიკური ძალები, რომლებიც წარმოიქმნება თხევადი ან აირის ნაკადთან მყარი სხეულის ურთიერთქმედების დროს, თითქმის იდენტურია, როგორც სტაციონარულ სხეულს, ასევე როდესაც სხეული მოძრაობს სტაციონარულ გარემოში. . და მიუხედავად იმისა, რომ ამ იდენტობამ უნებურად ეჭვქვეშ დააყენა ბერნულის თეორემა, რომელიც მოქმედებს რეაქტიული ნაკადისთვის რეალური მაღალსიჩქარიანი წნევით, არცერთმა აეროდინამიკოსმა არ დაიწყო უფრო ღრმად გათხრა, რადგან ბერნულის ფორმულამ შესაძლებელი გახადა თანაბრად წარმატებით გამოესახა ნაკადის შედეგები. სხეული, მიუხედავად იმისა, თუ რა მოძრაობს რეალურად - ნაკადი თუ მყარი.

ლუდვიგ პრანდტლი, მე-20 საუკუნის დასაწყისში გეტინგენის ლაბორატორიაში, იყო პირველი მეცნიერი, რომელმაც ჩაატარა მაგნუსის ძალის სერიოზული ლაბორატორიული კვლევა, ძალების და სიჩქარის გაზომვით.

ექსპერიმენტების პირველ სერიაში ცილინდრის ბრუნვის სიჩქარე დაბალი იყო, ამიტომ ამ ექსპერიმენტებს ახალი არაფერი მოუტანიათ, მათ მხოლოდ მაგნუსის თვისებრივი დასკვნები დაადასტურეს. ყველაზე საინტერესო რამ დაიწყო ექსპერიმენტებში სწრაფად მბრუნავი ცილინდრის აფეთქებით, როდესაც ცილინდრის ზედაპირის პერიფერიული სიჩქარე რამდენჯერმე აღემატებოდა შემომავალი ჰაერის ნაკადის სიჩქარეს.

სწორედ აქ აღმოაჩინეს პირველად მბრუნავ ცილინდრზე მოქმედი გადახრის ძალის ანომალიურად მაღალი მნიშვნელობა.

წრეწირის ბრუნვის სიჩქარის ხუთჯერ მეტი ნაკადის სიჩქარეზე, მბრუნავი ცილინდრის აეროდინამიკური ძალა, გამოთვლილი ცილინდრის კვეთის კვადრატულ მეტრზე, აღმოჩნდა ათჯერ მეტი, ვიდრე აეროდინამიკური ძალა, რომელიც მოქმედებს ფრთაზე კარგი აეროდინამიკური პროფილი.

სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, მბრუნავი როტორზე ბიძგების ძალა იყო სიდიდის რიგითობა, ვიდრე თვითმფრინავის ფრთის აწევის ძალა!

პრანდტლი ცდილობდა აეხსნა წარმოუდგენლად დიდი აეროდინამიკური ძალა, რომელიც წარმოიქმნება მბრუნავი ცილინდრის ირგვლივ ბრუნვისას ბერნულის თეორემის საფუძველზე, რომლის მიხედვითაც წნევა სითხის ან აირის ნაკადში მკვეთრად ეცემა დინების სიჩქარის მატებასთან ერთად. თუმცა, ეს ახსნა არ არის ძალიან დამაჯერებელი, რადგან მრავალმა აეროდინამიკურმა ექსპერიმენტმა ნათლად დაამტკიცა, რომ გამარტივებულ ზედაპირზე წნევის ვარდნა დამოკიდებულია ნაკადის ფარდობით სიჩქარეზე და არა ნაკადის სიჩქარეზე.

როდესაც ცილინდრი ბრუნავს ნაკადთან მიმართებით საწინააღმდეგოდ, ნაკადის ფარდობითი სიჩქარე იზრდება, შესაბამისად, ვაკუუმი უნდა იყოს მაქსიმალური. დინების მიმართ ბრუნვისას დინების ფარდობითი სიჩქარე მცირდება, შესაბამისად, ვაკუუმი მინიმალური უნდა იყოს.

სინამდვილეში, ყველაფერი ხდება ზუსტად საპირისპიროდ: თანაბრუნვის ზონაში ვაკუუმი მაქსიმალურია, ხოლო საწინააღმდეგო ბრუნვის ზონაში ვაკუუმი მინიმალურია.

როგორ წარმოიქმნება ბიძგი მბრუნავ ცილინდრზე აფეთქებისას?

როდესაც მაგნუსმა შეისწავლა მბრუნავი ცილინდრი გვერდითი ჰაერის ნაკადის გარეშე, მან შენიშნა, რომ ცილინდრის ზედაპირთან ახლოს იყო წნევის ვარდნა: ცილინდრის გვერდით მოთავსებული სანთლის ალი დაჭერილი იყო ცილინდრის ზედაპირზე.

ინერციული ძალების გავლენის ქვეშ, ჰაერის კედელთან ახლოს მდებარე ფენა მბრუნავი ზედაპირიდან იშლება, რაც ქმნის ვაკუუმს გამოყოფის ზონაში.

ანუ, იშვიათობა არ არის თავად რეაქტიული სიჩქარის შედეგი, როგორც ბერნულის თეორემა ამბობს, არამედ თვითმფრინავის მრუდი ტრაექტორიის შედეგი.

როდესაც როტორი აფეთქდება გვერდიდან, იმ ზონაში, სადაც შემომავალი ნაკადი ემთხვევა კედლის ფენის მოძრაობას, ხდება ჰაერის მორევის დამატებითი ბრუნვა და, შესაბამისად, იშვიათობის სიღრმის ზრდა.

პირიქით, გვერდითი ნაკადის საწინააღმდეგო მოძრაობის ზონაში, კედლის ფენასთან შედარებით, შეინიშნება მორევის ბრუნვის შენელება და იშვიათობის სიღრმის დაქვეითება. ვაკუუმის სიღრმის უთანასწორობა როტორის ზონებში იწვევს გვერდითი ძალის წარმოქმნას (მაგნუსის ძალა). თუმცა, ვაკუუმი იმყოფება როტორის მთელ ზედაპირზე.

შესაძლოა, პრანდტის ექსპერიმენტების ყველაზე მნიშვნელოვანი შედეგი არის ანომალიური გამოყენების შესაძლებლობა დიდი ძალამბრუნავ როტორზე გემის ასაწევად. მართალია, ეს აზრი არ მოუვიდა თავში თავად პრანდტლს, არამედ მის თანამემამულეს, ინჟინერ ანტონ ფლეტნერს, რომელზეც ცალკე ვისაუბრებთ შემდეგ გვერდებზე.

იგორ იურიევიჩ კულიკოვი

ნინა ნიკოლაევნა ანდრეევა დაგეხმარებათ მოწყობაში
პატენტი თქვენი გამოგონებისთვის

ავსტრალიაში მოყვარულმა ფიზიკოსებმა აჩვენეს მაგნუსის ეფექტი მოქმედებაში. YouTube-ზე გამოქვეყნებულმა ექსპერიმენტის ვიდეომ 9 მილიონზე მეტი ნახვა მიიღო.

მაგნუსის ეფექტი არის ფიზიკური ფენომენი, რომელიც ხდება მაშინ, როდესაც სითხის ან აირის ნაკადი მიედინება მბრუნავი სხეულის გარშემო. როდესაც მფრინავი მრგვალი სხეული ბრუნავს, მის გარშემო ჰაერის მიმდებარე ფენები იწყებს ცირკულაციას. შედეგად, ფრენის დროს სხეული იცვლის მოძრაობის მიმართულებას.

მოყვარულმა ფიზიკოსებმა ექსპერიმენტის ჩასატარებლად აირჩიეს კაშხალი 126,5 მეტრი სიმაღლისა და ჩვეულებრივი კალათბურთის ბურთი. თავიდან ბურთი უბრალოდ ჩამოაგდეს, ის კაშხლის პარალელურად გაფრინდა და მონიშნულ წერტილზე დაეშვა. მეორედ ბურთი ჩამოაგდეს, ოდნავ დატრიალდა თავისი ღერძის გარშემო. მფრინავი ბურთი გაფრინდა უჩვეულო ტრაექტორიის გასწვრივ, ნათლად აჩვენებს მაგნუსის ეფექტს.

მაგნუსის ეფექტი ხსნის რატომ ზოგიერთში სპორტული შეჯიბრებებიმაგალითად, ფეხბურთში, ბურთი დაფრინავს უცნაური ტრაექტორიით. ბურთის "არანორმალური" ფრენის ყველაზე ნათელი მაგალითი შეიძლება დაფიქსირდეს ფეხბურთელის რობერტო კარლოსის მიერ საჯარიმო დარტყმის შემდეგ 1997 წლის 3 ივნისს ბრაზილიისა და საფრანგეთის ნაკრებებს შორის მატჩის დროს.

გემი ტურბო იალქნის ქვეშ!

ცნობილი დოკუმენტური სერიალი "კუსტოს გუნდის წყალქვეშა ოდისეა" გადაიღო დიდმა ფრანგმა ოკეანოგრაფმა 1960-იან და 1970-იან წლებში. კუსტოს მთავარი ხომალდი შემდეგ გადაკეთდა ბრიტანული ნაღმმტყორცნი კალიფსოსგან. მაგრამ ერთ-ერთ მომდევნო ფილმში - "მსოფლიოს ხელახალი აღმოჩენა" - გამოჩნდა კიდევ ერთი გემი, იახტა "Halcyone".

მისი შემხედვარე ბევრმა ტელემაყურებელმა საკუთარ თავს დაუსვა კითხვა: რა უცნაური მილებია დამონტაჟებული იახტაზე? წარმოიდგინეთ თქვენი გაოცება, თუ გაიგებთ, რომ ეს არის იალქნები... ტურბო იალქნები...

Cousteau Foundation-მა შეიძინა იახტა Alcyone 1985 წელს და ეს გემი განიხილებოდა არა იმდენად კვლევით გემად, არამედ როგორც საფუძვლად ტურბოიალქების ეფექტურობის შესასწავლად - გემის ორიგინალური მამოძრავებელი სისტემა. და როდესაც, 11 წლის შემდეგ, ლეგენდარული კალიფსო ჩაიძირა, ალკიონემ თავისი ადგილი დაიკავა, როგორც ექსპედიციის მთავარი გემი (სხვათა შორის, დღეს კალიფსო ამაღლებულია და ნახევრად გაძარცვულ მდგომარეობაში დგას კონკარნოს პორტში).

სინამდვილეში, ტურბოიალი გამოიგონა კუსტომ. ასევე სკუბას ხელსაწყოები, წყალქვეშა თეფშები და მრავალი სხვა მოწყობილობა საძიებლად ზღვის სიღრმეებიდა მსოფლიო ოკეანის ზედაპირი. იდეა გასული საუკუნის 80-იანი წლების დასაწყისში დაიბადა და წყლის ფრინველებისთვის ყველაზე ეკოლოგიურად სუფთა, მაგრამ ამავდროულად მოსახერხებელი და თანამედროვე მამოძრავებელი მოწყობილობის შექმნა იყო. ქარის ენერგიის გამოყენება, როგორც ჩანს, კვლევის ყველაზე პერსპექტიული სფერო იყო. მაგრამ აქ არის პრობლემა: კაცობრიობამ გამოიგონა იალქანი რამდენიმე ათასი წლის წინ და რა შეიძლება იყოს უფრო მარტივი და ლოგიკური?

რა თქმა უნდა, კუსტო და კომპანია მიხვდნენ, რომ შეუძლებელი იყო გემის აშენება მხოლოდ იალქნებით. უფრო ზუსტად, ალბათ, მაგრამ მისი მამოძრავებელი მოქმედება იქნება ძალიან უღიმღამო და დამოკიდებული ამინდისა და ქარის მიმართულების ცვალებადობაზე. ამიტომ, თავდაპირველად იგეგმებოდა, რომ ახალი "იალქანი" იქნებოდა მხოლოდ დამხმარე ძალა, რომელიც გამოიყენებოდა ჩვეულებრივი დიზელის ძრავების დასახმარებლად. ამავდროულად, ტურბო იალქანი მნიშვნელოვნად შეამცირებს მოხმარებას დიზელის საწვავიდა ძლიერი ქარის დროს ის შეიძლება გამხდარიყო გემის ერთადერთი მამოძრავებელი მოწყობილობა. მკვლევართა ჯგუფმა კი წარსულს მიხედა - გერმანელი ინჟინრის ანტონ ფლეტნერის გამოგონებას, ცნობილი თვითმფრინავის დიზაინერის, რომელმაც სერიოზული წვლილი შეიტანა გემთმშენებლობაში.

ტურბოიალი არის ღრუ ცილინდრი, რომელიც აღჭურვილია სპეციალური ტუმბოთი. ტუმბო ქმნის ვაკუუმს ტურბო იალქნის ერთ მხარეს, ამოტუმბავს ჰაერს იალქნის შიგნით, გარე ჰაერი იწყებს მოძრაობას ტურბო იალქნის გარშემო. სხვადასხვა სიჩქარითდა გემი იწყებს მოძრაობას ჰაერის წნევის პერპენდიკულარული მიმართულებით. ეს ძალიან მოგვაგონებს ამწევ ძალას, რომელიც მოქმედებს თვითმფრინავის ფრთაზე - წნევა უფრო დიდია ფრთის ქვემოდან და თვითმფრინავი ზევით იწევს. ტურბო იალქანი საშუალებას აძლევს გემს გადაადგილდეს ნებისმიერი ქარის საწინააღმდეგოდ, სანამ საკმარისია ტუმბოს სიმძლავრე. გამოიყენება როგორც დამხმარე სისტემა ჩვეულებრივი საზღვაო ძრავისთვის. Cousteau-ს გუნდის გემზე "Halcyon" დაყენებული ორი ტურბო იალქანი საშუალებას გაძლევთ დაზოგოთ საწვავის 50% -მდე.

ფლეტნერის როტორი და მაგნუსის ეფექტი

1922 წლის 16 სექტემბერს ანტონ ფლეტნერმა მიიღო გერმანული პატენტი ე.წ. და 1924 წლის ოქტომბერში, ექსპერიმენტულმა მბრუნავმა გემმა Buckau-მ დატოვა ფრიდრიხ კრუპის გემთმშენებელი კომპანიის სასრიალოები კიელში. მართალია, შუნერი ნულიდან არ აშენდა: Flettner-ის როტორების დამონტაჟებამდე, ეს იყო ჩვეულებრივი მცურავი გემი.

ფლეტნერის იდეა იყო ეგრეთ წოდებული მაგნუსის ეფექტის გამოყენება, რომლის არსი ასეთია: როდესაც ჰაერის (ან სითხის) ნაკადი მიედინება მბრუნავი სხეულის გარშემო, ძალა წარმოიქმნება დინების მიმართულების პერპენდიკულურად და მოქმედებს სხეულზე. . ფაქტია, რომ მბრუნავი ობიექტი თავის გარშემო ქმნის მორევის მოძრაობას. ობიექტის იმ მხარეს, სადაც მორევის მიმართულება ემთხვევა სითხის ან აირის დინების მიმართულებას, საშუალო სიჩქარე იზრდება, ხოლო მოპირდაპირე მხარეს მცირდება. წნევის განსხვავება ქმნის განივი ძალას, რომელიც მიმართულია იმ მხრიდან, სადაც ბრუნვის მიმართულება და დინების მიმართულება საპირისპიროა, იმ მხრიდან, სადაც ისინი ემთხვევა.

”ფლეტნერის ქარის გემი ყველას პირზეა, უჩვეულოდ გულმოდგინე გაზეთების პროპაგანდის წყალობით”, - წერს ლუი პრანდტლი თავის სტატიაში გერმანელი ინჟინრის განვითარების შესახებ.

ეს ეფექტი 1852 წელს აღმოაჩინა ბერლინელმა ფიზიკოსმა ჰაინრიხ მაგნუსმა.

მაგნუსის ეფექტი

გერმანელი აერონავტიკის ინჟინერი და გამომგონებელი ანტონ ფლეტნერი (1885–1961) შევიდა საზღვაო ისტორიაში, როგორც ადამიანი, რომელიც ცდილობდა აფრების შეცვლას. მას საშუალება ჰქონდა დიდხანს ემოგზაურა იალქნიანი ნავით ატლანტისა და ინდოეთის ოკეანეებზე. იმ ეპოქის მცურავი გემების ანძებზე მრავალი იალქანი იყო დამონტაჟებული. მცურავი აღჭურვილობა იყო ძვირი, რთული და აეროდინამიკურად არც თუ ისე ეფექტური. მუდმივი საფრთხეები ელოდათ მეზღვაურებს, რომლებსაც ქარიშხლის დროსაც კი უწევდათ 40-50 მეტრის სიმაღლეზე აფრების გამკლავება.

მოგზაურობისას ახალგაზრდა ინჟინერს გაუჩნდა იდეა, შეეცვალა იალქნები, რაც დიდ ძალისხმევას მოითხოვდა, უფრო მარტივი, მაგრამ ეფექტური მოწყობილობით, რომლის მთავარი მამოძრავებელიც ასევე ქარი იქნებოდა. ამაზე ფიქრისას გაახსენდა მისი თანამემამულის, ფიზიკოსის ჰაინრიხ გუსტავ მაგნუსის (1802–1870) მიერ ჩატარებული აეროდინამიკური ექსპერიმენტები. მათ აღმოაჩინეს, რომ როდესაც ცილინდრი ბრუნავს ჰაერის ნაკადში, წარმოიქმნება განივი ძალა, რომლის მიმართულებაც დამოკიდებულია ცილინდრის ბრუნვის მიმართულებაზე (მაგნუსის ეფექტი).

მისი ერთ-ერთი კლასიკური ექსპერიმენტი ასე წარიმართა: „სპილენძის ცილინდრი შეიძლება ბრუნავდეს ორ წერტილს შორის; სწრაფი როტაცია ცილინდრს, ისევე როგორც ზედა ნაწილში, კაბით აწვდიდა.

მბრუნავი ცილინდრი მოთავსებული იყო ჩარჩოში, რომელიც, თავის მხრივ, ადვილად ბრუნავდა. ამ სისტემაში ჰაერის ძლიერი ნაკადი გათავისუფლდა მცირე ზომის გამოყენებით ცენტრიდანული ტუმბო. ცილინდრი გადახრილი იყო ჰაერის ნაკადისა და ცილინდრის ღერძის პერპენდიკულარული მიმართულებით, უფრო მეტიც, იმ მიმართულებით, რომლითაც ბრუნვის მიმართულებები და ნაკადი ერთნაირი იყო“ (ლ. პრანდტლი „მაგნუსის ეფექტი და ქარის გემი“, 1925 წ. ).

ა.ფლეტნერმა მაშინვე იფიქრა, რომ იალქნები შეიძლებოდა შეეცვალა გემზე დაყენებული მბრუნავი ცილინდრებით.

გამოდის, რომ იქ, სადაც ცილინდრის ზედაპირი ჰაერის ნაკადის საწინააღმდეგოდ მოძრაობს, ქარის სიჩქარე მცირდება და წნევა იზრდება. ცილინდრის მეორე მხარეს საპირისპიროა - ჰაერის ნაკადის სიჩქარე იზრდება და წნევა ეცემა. წნევის ეს განსხვავება სხვადასხვა მხარეცილინდრი და არის მამოძრავებელი ძალა, რომელიც აიძულებს გემს მოძრაობას. ეს არის მბრუნავი აღჭურვილობის მუშაობის ძირითადი პრინციპი, რომელიც იყენებს ქარის ძალას გემის ასაწევად. ყველაფერი ძალიან მარტივია, მაგრამ მხოლოდ ა. ფლეტნერმა „არ გაიარა“, თუმცა მაგნუსის ეფექტი ნახევარ საუკუნეზე მეტია ცნობილია.

გეგმის განხორციელება მან 1923 წელს ბერლინის მახლობლად მდებარე ტბაზე დაიწყო. სინამდვილეში, ფლეტნერმა საკმაოდ მარტივი რამ გააკეთა. მან დაამონტაჟა ქაღალდის ცილინდრი-როტორი დაახლოებით ერთი მეტრის სიმაღლისა და 15 სმ დიამეტრის მეტრის სიგრძის საცდელ ნავზე და დაამონტაჟა საათის მექანიზმი მის დასაბრუნებლად. და ნავი მიცურავდა.

მცურავი გემების კაპიტანები დასცინოდნენ ა.ფლეტნერის ცილინდრებს, რომლითაც მას სურდა იალქნები შეეცვალა. გამომგონებელმა მოახერხა თავისი გამოგონებით ხელოვნების მდიდარი მფარველების დაინტერესება. 1924 წელს 54 მეტრიან ბუკაუზე სამი ანძის ნაცვლად ორი მბრუნავი ცილინდრი დამონტაჟდა. ამ ცილინდრებს ბრუნავდა 45 ცხენის ძალის დიზელის გენერატორი.

ბუკაუს როტორებს ელექტროძრავები მართავდნენ. სინამდვილეში, დიზაინში არანაირი განსხვავება არ იყო მაგნუსის კლასიკური ექსპერიმენტებისგან. იმ მხარეს, სადაც როტორი ბრუნავდა ქარისკენ, შეიქმნა არე სისხლის მაღალი წნევა, პირიქით - შემცირებული. მიღებულმა ძალამ გემი ამოძრავა. უფრო მეტიც, ეს ძალა დაახლოებით 50-ჯერ აღემატებოდა ქარის წნევის ძალას უძრავ როტორზე!

ამან ფლეტნერს უზარმაზარი პერსპექტივები გაუხსნა. სხვა საკითხებთან ერთად, როტორის ფართობი და მისი მასა რამდენჯერმე მცირე იყო იალქნის დანადგარის ფართობზე, რაც უზრუნველყოფს თანაბარ მამოძრავებელ ძალას. როტორის კონტროლი ბევრად უფრო ადვილი იყო და მისი წარმოება საკმაოდ იაფი იყო. ზემოდან ფლეტნერმა დაფარა როტორები ფირფიტის მსგავსი თვითმფრინავებით - ამან დაახლოებით გააორმაგა მამოძრავებელი ძალა როტორთან შედარებით ჰაერის ნაკადების სწორი ორიენტაციის გამო. ბუკაუს როტორის ოპტიმალური სიმაღლე და დიამეტრი გამოითვალა მომავალი გემის მოდელის ქარის გვირაბში აფეთქებით.

კუსტოს ტურბოსეილერი - 2011 წლის მონაცემებით, Alkyone არის ერთადერთი გემი მსოფლიოში, რომელსაც აქვს Cousteau ტურბოიალი. დიდი ოკეანოგრაფის გარდაცვალებამ 1997 წელს დაასრულა მეორე მსგავსი გემის, კალიფსო II-ის მშენებლობა და სხვა გემთმშენებლები უფრთხილდებიან უჩვეულო დიზაინს...

Flettner-ის როტორი შესანიშნავად მუშაობდა. ჩვეულებრივი მცურავი გემისგან განსხვავებით, მბრუნავ გემს პრაქტიკულად არ ეშინოდა უამინდობისა და ძლიერი გვერდითი ქარის, მას ადვილად შეეძლო ცურვა ალტერნატიულ საყრდენებზე 25º კუთხით საპირისპირო ქარის მიმართ (ჩვეულებრივი იალქნისთვის ზღვარი არის დაახლოებით 45º). ორმა ცილინდრულმა როტორმა (სიმაღლე 13,1 მ, დიამეტრი 1,5 მ) შესაძლებელი გახადა გემის სრულყოფილად დაბალანსება - აღმოჩნდა, რომ ის უფრო სტაბილური იყო, ვიდრე იალქნიანი ნავი, რომელსაც Bukau იყო რესტრუქტურიზაციამდე.

ტესტები ჩატარდა მშვიდ პირობებში, ქარიშხლებში და მიზანმიმართული გადატვირთვით - და სერიოზული ხარვეზები არ გამოვლენილა. გემის მოძრაობისთვის ყველაზე ხელსაყრელი მიმართულება იყო ქარის მიმართულება გემის ღერძის ზუსტად პერპენდიკულარული, ხოლო მოძრაობის მიმართულება (წინ ან უკან) განისაზღვრებოდა როტორების ბრუნვის მიმართულებით.

1925 წლის თებერვლის შუა რიცხვებში შუნერი ბუკაუ, რომელიც აღჭურვილი იყო ფლეტნერის როტორებით იალქნების ნაცვლად, გაემგზავრა დანციგიდან (ახლანდელი გდანსკი) შოტლანდიაში. ცუდი ამინდი იყო და მცურავი გემების უმეტესობა ვერ ბედავდა პორტების დატოვებას. ჩრდილოეთ ზღვაში "ბუკაუს" სერიოზული ბრძოლა მოუწია ძლიერი ქარებიდა დიდი ტალღები, თუმცა, შუნერი გვერდით დახრილი იყო, ვიდრე სხვა მცურავი გემები შეხვდნენ.

ამ მოგზაურობის დროს არ იყო საჭირო გემბანზე ეკიპაჟის წევრების გამოძახება, რათა შეეცვალათ იალქნები ქარის სიძლიერის ან მიმართულების მიხედვით. საჭირო იყო მხოლოდ ერთი საათის ნავიგატორი, რომელსაც ბორბლიდან გაუსვლელად შეეძლო როტორების მოქმედების გაკონტროლება. ადრე სამმაგიანი შუნერის ეკიპაჟი შედგებოდა მინიმუმ 20 მეზღვაურისგან, მას შემდეგ რაც ის მბრუნავ გემად გადაკეთდა, საკმარისი იყო 10 ადამიანი.

იმავე წელს გემთმშენებლობამ დააგდო თავისი მეორე მბრუნავი ხომალდი - ძლიერი სატვირთო ლაინერი ბარბარა, რომელსაც ამოძრავებდა სამი 17 მეტრიანი როტორი. ამავდროულად, თითოეული როტორისთვის საკმარისი იყო ერთი პატარა ძრავა მხოლოდ 35 ცხ.ძ. (ზე მაქსიმალური სიჩქარეთითოეული როტორის როტაცია 160 rpm)! როტორების ბიძგი ექვივალენტური იყო ხრახნიანი პროპელერის ბიძგისთვის, რომელიც დაკავშირებულია ჩვეულებრივი გემის დიზელის ძრავასთან, რომლის სიმძლავრე დაახლოებით 1000 ცხ.ძ. თუმცა გემზე დიზელიც იყო: როტორების გარდა პროპელერიც (რომელიც მშვიდი ამინდის შემთხვევაში ერთადერთ მამოძრავებელ მოწყობილობად რჩებოდა).

პერსპექტიულმა გამოცდილებამ აიძულა გადამზიდავი კომპანია Rob.M.Sloman ჰამბურგიდან აეშენებინა ბარბარა 1926 წელს. წინასწარ იგეგმებოდა მისი აღჭურვა ტურბო იალქნებით - ფლეტნერის როტორებით. სამი როტორი, რომლის სიმაღლეა დაახლოებით 17 მ, დამონტაჟდა 90 მ სიგრძისა და 13 მ სიგანის გემზე.

„ბარბარამ“, როგორც დაგეგმილი იყო, გარკვეული პერიოდის განმავლობაში წარმატებით გადაჰქონდა ხილი იტალიიდან ჰამბურგში. მოგზაურობის დაახლოებით 30-40% ქარის ენერგიას იკვებებოდა. 4–6 ბალიანი ქარით „ბარბარემ“ 13 კვანძის სიჩქარე განავითარა.

გეგმა იყო მბრუნავი გემის გამოცდა ატლანტის ოკეანეში გრძელ მოგზაურობებზე.

მაგრამ 1920-იანი წლების ბოლოს დიდი დეპრესია დაარტყა. 1929 წელს ჩარტერულმა კომპანიამ უარი თქვა ბარბარას ლიზინგის გაგრძელებაზე და იგი გაიყიდა. ახალი მფლობელიამოიღო როტორები და ხელახლა აღჭურვა გემი ტრადიციული სქემით. მიუხედავად ამისა, როტორი ჩამორჩებოდა ხრახნიან პროპელერებს ჩვეულებრივ დიზელის ელექტროსადგურთან კომბინაციაში ქარზე დამოკიდებულების გამო. გარკვეული შეზღუდვებისიმძლავრისა და სიჩქარის თვალსაზრისით. ფლეტნერმა უფრო მოწინავე კვლევებს მიმართა და ბადენ-ბადენი საბოლოოდ ჩაიძირა კარიბის ზღვის ქარიშხლის დროს 1931 წელს. და მათ დიდი ხნის განმავლობაში დაივიწყეს როტორული იალქნები...

მბრუნავი გემების დასაწყისი საკმაოდ წარმატებული ჩანდა, მაგრამ ისინი არ იყო განვითარებული და დიდი ხნის განმავლობაში დავიწყებული იყო. რატომ? ჯერ ერთი, მბრუნავი გემების „მამა“ ა. ფლეტნერი ჩაეფლო ვერტმფრენების შექმნაში და შეწყვიტა საზღვაო ტრანსპორტით დაინტერესება. მეორეც, მიუხედავად ყველა უპირატესობისა, მბრუნავი გემები რჩებიან მცურავი გემებად მათი თანდაყოლილი ნაკლოვანებებით, რომელთაგან მთავარია ქარზე დამოკიდებულება.

ფლეტნერის როტორები კვლავ დაინტერესდნენ მეოცე საუკუნის 80-იან წლებში, როდესაც მეცნიერებმა დაიწყეს სხვადასხვა ზომების შეთავაზება კლიმატის დათბობის შესამცირებლად, დაბინძურების შესამცირებლად და საწვავის უფრო რაციონალური მოხმარებისთვის. ერთ-ერთი პირველი, ვინც ისინი გაიხსენა, იყო სიღრმეების მკვლევარი, ფრანგი ჟაკ-ივ კუსტო (1910–1997). ტურბოალმარის სისტემის მუშაობის შესამოწმებლად და მზარდი ძვირადღირებული საწვავის მოხმარების შესამცირებლად, ორანძიანი კატამარანი "ალკიონე" (ალკიონი ქარის ღმერთის ეოლუსის ქალიშვილია) გადაკეთდა მბრუნავ გემად. 1985 წელს გაცურვის შემდეგ მან მოინახულა კანადა და ამერიკა, შემოიარა კონცხი ჰორნი, ავსტრალიისა და ინდონეზიის გარშემო, მადაგასკარი და სამხრეთ აფრიკა. იგი კასპიის ზღვაში გადაასვენეს, სადაც სამი თვის განმავლობაში ცურავდა და სხვადასხვა კვლევებს აწარმოებდა. Alcyone კვლავ იყენებს ორ განსხვავებულ მამოძრავებელ სისტემას - ორ დიზელის ძრავას და ორ ტურბო იალქანს.

Turbosail Cousteau

იალქნიანი ნავები ასევე აშენდა მე-20 საუკუნეში. ამ ტიპის თანამედროვე გემებში იალქნები ელექტრული ძრავების გამოყენებით ხდება და ახალი მასალები დიზაინს მნიშვნელოვნად ამსუბუქებს. მაგრამ იალქანი არის იალქანი და ქარის ენერგიის რადიკალურად ახალი გზით გამოყენების იდეა ჰაერში იყო ფლეტნერის დროიდან. და ის აიღო დაუღალავმა ავანტიურისტმა და მკვლევარმა ჟაკ-ივ კუსტომ.

1986 წლის 23 დეკემბერს, მას შემდეგ რაც სტატიის დასაწყისში ნახსენები Halcyone დაიწყო, კუსტომ და მისმა კოლეგებმა ლუსიენ მალავარდმა და ბერტრანდ ჩარიერმა მიიღეს ერთობლივი პატენტი No. US4630997 „მოწყობილობისთვის, რომელიც ქმნის ძალას მოძრავი სითხის ან გაზის გამოყენებით. .” ზოგადი აღწერაასე ჟღერს: „მოწყობილობა მოთავსებულია გარემოში, რომელიც მოძრაობს გარკვეული მიმართულებით; ამ შემთხვევაში წარმოიქმნება ძალა, რომელიც მოქმედებს პირველის პერპენდიკულარული მიმართულებით. მოწყობილობა თავს არიდებს მასიური აფრების გამოყენებას, რომლებშიც მამოძრავებელი ძალა აფრების ფართობის პროპორციულია“. რა განსხვავებაა კუსტოს ტურბო იალქანსა და ფლეტნერის როტორულ იალქანს შორის?

ჯვარედინი განყოფილებაში, ტურბოალმა არის რაღაც წაგრძელებული წვეთი, მრგვალდება მკვეთრი ბოლოს. "წვეთების" გვერდებზე არის ჰაერის შემავალი ცხაურები, რომელთაგან ერთის მეშვეობით (დამოკიდებულია წინ ან უკან გადაადგილების აუცილებლობაზე) ჰაერი იწოვება. ჰაერის მიმღებში ქარის მაქსიმალური ეფექტური შეწოვის უზრუნველსაყოფად, ტურბო იალქანზე დამონტაჟებულია ელექტროძრავით ამოძრავებული პატარა ვენტილატორი.

ხელოვნურად ზრდის ჰაერის მოძრაობის სიჩქარეს აფრების მოქანცულ მხარეს, იწოვს ჰაერის ნაკადს ტურბო-აფრის სიბრტყიდან მისი გამოყოფის მომენტში. ეს ქმნის ვაკუუმს ტურბოიალის ერთ მხარეს, ამავდროულად ხელს უშლის ტურბულენტური მორევების წარმოქმნას. და შემდეგ მოქმედებს მაგნუსის ეფექტი: იშვიათობა ერთ მხარეს, შედეგად - გვერდითი ძალა, რომელსაც შეუძლია გემის გადაადგილება. სინამდვილეში, ტურბოიალი არის ვერტიკალურად განთავსებული თვითმფრინავის ფრთა, ყოველ შემთხვევაში მისი შექმნის პრინციპით მამოძრავებელი ძალათვითმფრინავზე ლიფტის შექმნის პრინციპის მსგავსი. იმის უზრუნველსაყოფად, რომ ტურბო იალქანი ყოველთვის ქარის ყველაზე ხელსაყრელი მხარისკენ იყოს, იგი აღჭურვილია სპეციალური სენსორებით და დამონტაჟებულია მობრუნების მაგიდაზე. სხვათა შორის, კუსტოს პატენტი გულისხმობს, რომ ჰაერის ამოწოვა შესაძლებელია ტურბოის შიგნიდან არა მხოლოდ ვენტილატორით, არამედ, მაგალითად, ჰაერის ტუმბოს საშუალებით - ამით კუსტომ დახურა კარიბჭე მომდევნო "გამომგონებლებისთვის".

ფაქტობრივად, კუსტომ პირველად გამოსცადა ტურბოიალის პროტოტიპი კატამარანზე „ქარის წისქვილზე“ (Moulin à Vent) 1981 წელს. Უდიდესი წარმატებული მოგზაურობაკატამარანი იყო მოგზაურობა ტანჟერიდან (მაროკო) ნიუ-იორკში უფრო დიდი საექსპედიციო გემის მეთვალყურეობის ქვეშ.

ხოლო 1985 წლის აპრილში ლა როშელის პორტში გაუშვა Halcyone, პირველი სრულფასოვანი გემი, რომელიც აღჭურვილი იყო ტურბოიალებით. ახლა ის ჯერ კიდევ მოძრაობაშია და დღეს არის კუსტოს გუნდის ფლოტილის ფლაგმანი (და, ფაქტობრივად, ერთადერთი დიდი გემი). მასზე არსებული ტურბო იალქნები არ ემსახურება როგორც ერთადერთი მამოძრავებელი ძალა, მაგრამ ისინი ხელს უწყობენ ორი დიზელის ძრავის ჩვეულ შეერთებას და
რამდენიმე ხრახნი (რაც, სხვათა შორის, საშუალებას გაძლევთ შეამციროთ საწვავის მოხმარება დაახლოებით მესამედით). დიდი ოკეანოგრაფი ცოცხალი რომ ყოფილიყო, ის ალბათ კიდევ რამდენიმე მსგავს ხომალდს ააშენებდა, მაგრამ მისი თანამოაზრეების ენთუზიაზმი შესამჩნევად შემცირდა კუსტოს წასვლის შემდეგ.

გარდაცვალებამდე ცოტა ხნით ადრე, 1997 წელს, კუსტო აქტიურად მუშაობდა Calypso II გემის პროექტზე ტურბოალებით, მაგრამ არ ჰქონდა დრო, რომ დაესრულებინა იგი. ბოლო მონაცემებით, 2011 წლის ზამთარში ალკიონე ყაენის პორტში იმყოფებოდა და ახალ ექსპედიციას ელოდა.

და ისევ ფლეტნერი

დღეს მცდელობა ხდება ფლეტნერის იდეის აღორძინებისა და როტორული აფრების გავრცელების მცდელობები. მაგალითად, ცნობილმა ჰამბურგის კომპანია Blohm + Voss-მა დაიწყო მბრუნავი ტანკერის აქტიური განვითარება 1973 წლის ნავთობის კრიზისის შემდეგ, მაგრამ 1986 წლისთვის ეკონომიკურმა ფაქტორებმა დახურეს ეს პროექტი. შემდეგ იყო სამოყვარულო დიზაინის მთელი სერია.

2007 წელს ფლენსბურგის უნივერსიტეტის სტუდენტებმა ააშენეს კატამარანი, რომელიც მოძრაობდა როტორული იალქნით (Uni-cat Flensburg).

2010 წელს გამოჩნდა ისტორიაში მესამე გემი როტორული იალქნებით - E-Ship1 მძიმე სატვირთო მანქანა, რომელიც აშენდა Enercon-ისთვის, მსოფლიოში ქარის გენერატორების ერთ-ერთი უმსხვილესი მწარმოებლისთვის. 2010 წლის 6 ივლისს გემი პირველად გაუშვა და მოკლე მოგზაურობა გააკეთა ემდენიდან ბრემერჰავენში. და უკვე აგვისტოში იგი გაემგზავრა თავის პირველ სამუშაო მოგზაურობაზე ირლანდიაში ცხრა ქარის გენერატორის დატვირთვით. გემი აღჭურვილია Flettner-ის ოთხი როტორით და, რა თქმა უნდა, ტრადიციული მამოძრავებელი სისტემით მშვიდი ამინდის შემთხვევაში და დამატებითი სიმძლავრის მისაღებად. მიუხედავად ამისა, როტორული იალქნები მხოლოდ დამხმარე ძრავას ემსახურება: 130 მეტრიანი სატვირთო მანქანისთვის მათი სიმძლავრე საკმარისი არ არის სათანადო სიჩქარის გასავითარებლად. ძრავები იკვებება Mitsubishi-ის ცხრა ელექტრო ერთეულით, ხოლო როტორებს ამოძრავებს Siemens-ის ორთქლის ტურბინა, რომელიც იყენებს გამონაბოლქვი აირების ენერგიას. როტორულ იალქნებს შეუძლიათ საწვავის 30-დან 40%-მდე დაზოგვა 16 კვანძის სიჩქარით.

მაგრამ კუსტოს ტურბო იალქნი ჯერ კიდევ რაღაც დავიწყებაშია: "Halcyone" დღეს ერთადერთი სრული ზომის ხომალდია ამ ტიპის ძრავით. გერმანელი გემთმშენებლების გამოცდილება გვიჩვენებს, აქვს თუ არა აზრი მაგნუსის ეფექტით აღჭურვილი აფრების თემის შემდგომ განვითარებას. მთავარია, ამას ეკონომიკური დასაბუთება მოძებნოს და მისი ეფექტურობა დაამტკიცოს. და მაშინ, ხედავთ, მთელი მსოფლიო გადაზიდვები გადადის იმ პრინციპზე, რომელიც ნიჭიერმა გერმანელმა მეცნიერმა აღწერა 150 წელზე მეტი ხნის წინ.

2010 წელს ჩრდილოეთ ზღვაში უცნაური გემი "E-Ship 1" გამოჩნდა. მის ზედა გემბანზე არის ოთხი მაღალი მრგვალი ბუხარი, მაგრამ მათგან კვამლი არასოდეს ამოდის. ეს არის ეგრეთ წოდებული ფლეტნერის როტორები, რომლებმაც შეცვალეს ტრადიციული იალქნები.

ქარის ელექტროსადგურების მსოფლიოში უმსხვილესმა მწარმოებელმა Enercon-მა 2010 წლის 2 აგვისტოს კიელში, ლინდენაუს გემთმშენებელ ქარხანაში 130 მეტრი სიგრძის, 22 მეტრის სიგანის მბრუნავი ხომალდი, რომელსაც მოგვიანებით E-Ship 1 ეწოდა. შემდეგ ის წარმატებით გამოსცადეს ჩრდილოეთ და ხმელთაშუა ზღვებში და ამჟამად ქარის გენერატორების ტრანსპორტირებას ატარებს გერმანიიდან, სადაც ისინი იწარმოება, ევროპის სხვა ქვეყნებში. ის აღწევს 17 კვანძს (32 კმ/სთ) სიჩქარეს, ერთდროულად ატარებს 9 ათას ტონაზე მეტ ტვირთს, მისი ეკიპაჟი 15 კაცია.

სინგაპურში დაფუძნებული გემთმშენებელი კომპანია Wind Again, რომელიც ქმნის ტექნოლოგიებს საწვავის მოხმარებისა და გამონაბოლქვის შესამცირებლად, გვთავაზობს სპეციალურად შექმნილი Flettner როტორების (დასაკეცი) დაყენებას ტანკერებსა და სატვირთო გემებზე. ისინი შეამცირებენ საწვავის მოხმარებას 30-40%-ით და გადაიხდიან საკუთარ თავს 3-5 წელიწადში.

ფინური საზღვაო საინჟინრო კომპანია Wartsila უკვე გეგმავს ტურბო იალქნების დამონტაჟებას საკრუიზო ბორანებზე. ეს გამოწვეულია ფინური საბორნე ოპერატორის Viking Line-ის სურვილით, შეამციროს საწვავის მოხმარება და დაბინძურება გარემო.

ფლეტნერის როტორების გამოყენებას სიამოვნების გემებზე სწავლობს ფლენსბურგის უნივერსიტეტი (გერმანია). ნავთობის ფასების ზრდა და საგანგაშო დათბობის კლიმატი, როგორც ჩანს, ხელსაყრელ პირობებს ქმნის ქარის ტურბინების დასაბრუნებლად.

ჯონ მარპლსის მიერ შექმნილი იახტა, Cloudia, არის გადაკეთებული Searunner 34 ტრიმარანი. იახტამ პირველი ტესტები გაიარა 2008 წლის თებერვალში ფორტ პირსში, ფლორიდა, აშშ და მისი შექმნა დააფინანსა ტელეარხ Discovery. „კლაუდიამ“ წარმოუდგენლად მანევრირებადი გამოიჩინა: გაჩერდა და ჩართო საპირისპირორამდენიმე წამში თავისუფლად მოძრაობდა ქარის მიმართ დაახლოებით 15° კუთხით. შესრულების შესამჩნევი გაუმჯობესება ტრადიციულ Flettner-ის როტორთან შედარებით განპირობებულია დამატებითი განივი დისკებით, რომლებიც დამონტაჟებულია ტრიმარანის წინა და უკანა როტორებზე.

ყველამ დაინახა, როგორ მიფრინავს ბურთი ფეხბურთში ან ჩოგბურთში წარმოუდგენელი ტრაექტორიით. Რატომ ხდება ეს? არ მახსოვს სკოლის სასწავლო გეგმა, რას გვეტყოდნენ ამის შესახებ და ჩვენ ყოველთვის უბრალოდ „დაგრეხილს“ ვუწოდებდით. მაგრამ რა ძალა აიძულებს მფრინავ ბურთს ზიგზაგების აღწერას?

ახლა ჩვენ გავარკვევთ ამ ყველაფერს...

ეს ეფექტი აღმოაჩინა გერმანელმა ფიზიკოსმა ჰაინრიხ მაგნუსმა 1853 წელს. ფენომენის არსი იმაში მდგომარეობს, რომ როდესაც ბურთი ბრუნავს, ის ქმნის ჰაერის მორევს თავის გარშემო. ობიექტის ერთ მხარეს, მორევის მიმართულება ემთხვევა მის გარშემო ნაკადის მიმართულებას და ამ მხარეს საშუალო სიჩქარის ზრდა იზრდება. ობიექტის მეორე მხარეს, მორევის მიმართულება ნაკადის მიმართულების საპირისპიროა, ხოლო საშუალო სიჩქარე მცირდება. სიჩქარის ეს განსხვავება წარმოქმნის გვერდითი ძალას, რომელიც ცვლის ფრენის გზას. ფენომენი ხშირად გამოიყენება სპორტში, მაგ. სპეციალური შეტევები: ზედა დატრიალება, მშრალი ფურცელი ფეხბურთში ან Hop-Up სისტემა airsoft-ში.

მაგნუსის ეფექტი კარგად არის ილუსტრირებული ამ ვიდეოში. დიდი სიმაღლიდან ვერტიკალურად ჩამოგდებული კალათბურთის ბურთი იცვლის თავის ტრაექტორიას და ჰორიზონტალურად დაფრინავს გარკვეული დროის განმავლობაში.

მაგნუსის ეფექტი აჩვენეს ავსტრალიის კაშხალზე. თავიდან კალათბურთი უბრალოდ ჩამოაგდეს მისგან, თითქმის პირდაპირ ჩამოფრინდა და დანიშნულ ადგილას დაეშვა. შემდეგ ბურთი მეორედ გადმოაგდეს კაშხლიდან, ხოლო ოდნავ ატრიალეს (სხვათა შორის, ფეხბურთელები ხშირად ხვდებიან მაგნუსის ეფექტს "დაგრეხილი" ბურთების მიტანისას). ამ შემთხვევაში ობიექტი უჩვეულოდ იქცეოდა. საჩვენებელი ვიდეო ფიზიკური ფენომენიგამოქვეყნდა YouTube-ის ჰოსტინგზე და რამდენიმე დღეში დააგროვა 9 მილიონზე მეტი ნახვა და თითქმის 1,5 ათასი კომენტარი.

ბრინჯი. 1 1 - სასაზღვრო ფენა

ცილინდრი, რომელიც მოძრაობს ტრანსლაციურად (არამბრუნავი) ფარდობითი სიჩქარით V0, გარშემორტყმულია ლამინარული ნაკადით, რომელიც არ არის მორევი (ნახ. 1ბ).

თუ ცილინდრი ბრუნავს და ერთდროულად მოძრაობს ტრანსლაციაში, მაშინ მის გარშემო არსებული ორი ნაკადი გადაფარავს ერთმანეთს და შექმნის შედეგად ნაკადს მის გარშემო (ნახ. 1c).

როდესაც ცილინდრი ბრუნავს, სითხეც იწყებს მოძრაობას. მოძრაობა სასაზღვრო ფენაში არის მორევი; იგი შედგება პოტენციური მოძრაობისგან, რომელზედაც ბრუნვა ზედმეტად არის გადანაწილებული. ცილინდრის ზევით ნაკადის მიმართულება ემთხვევა ცილინდრის ბრუნვის მიმართულებას, ხოლო ბოლოში მისი საპირისპიროა. ცილინდრის თავზე სასაზღვრო ფენის ნაწილაკები აჩქარებულია ნაკადით, რაც ხელს უშლის სასაზღვრო ფენის გამოყოფას. ქვემოდან ნაკადი ანელებს მოძრაობას სასაზღვრო ფენაში, რაც ხელს უწყობს მის გამოყოფას. სასაზღვრო ფენის მოწყვეტილ ნაწილებს ნაკადი მიჰყავს მორევების სახით. შედეგად, სიჩქარის ცირკულაცია ხდება ცილინდრის გარშემო იმავე მიმართულებით, რომლითაც ცილინდრი ბრუნავს. ბერნულის კანონის მიხედვით, სითხის წნევა არის ზედა ნაწილიცილინდრი ქვედაზე პატარა იქნება. ეს იწვევს გაჩენას ვერტიკალური ძალაამწევ ძალას უწოდებენ. ცილინდრის ბრუნვის მიმართულების საპირისპიროდ შეცვლისას, ლიფტიასევე იცვლის მიმართულებას საპირისპიროდ.

მაგნუსის ეფექტში, ძალა Fpod არის პერპენდიკულარული ნაკადის სიჩქარეზე V0. ამ ძალის მიმართულების საპოვნელად, თქვენ უნდა დაატრიალოთ ვექტორი V0 სიჩქარის მიმართ 90°-ით ცილინდრის ბრუნვის საწინააღმდეგო მიმართულებით.

მაგნუსის ეფექტი შეიძლება დაფიქსირდეს ექსპერიმენტში მსუბუქი ცილინდრით, რომელიც დახრილ სიბრტყეში მოძრაობს.

მოძრავი ცილინდრის დიაგრამა

დახრილი სიბრტყის ჩამოგდების შემდეგ, ცილინდრის მასის ცენტრი არ მოძრაობს პარაბოლის გასწვრივ, როგორც მატერიალური წერტილი გადაადგილდება, არამედ მრუდის გასწვრივ, რომელიც მიდის დახრილი სიბრტყის ქვეშ.

თუ მბრუნავ ცილინდრს შევცვლით მორევით (სითხის მბრუნავი სვეტი) ინტენსივობით J=2Sw, მაშინ მაგნუსის ძალა იგივე იქნება. ამრიგად, V0 მოძრაობის ფარდობითი სიჩქარის პერპენდიკულარული ძალა და მიმართულია ზემოთ ვექტორის ბრუნვის წესით განსაზღვრული მიმართულებით, მოქმედებს მიმდებარე სითხიდან მოძრავ მორევზე.

მაგნუსის ეფექტში ურთიერთკავშირშია შემდეგი: დინების მიმართულება და სიჩქარე, მიმართულება და კუთხური სიჩქარე, მიმართულება და შედეგად მიღებული ძალა. შესაბამისად, ძალის გაზომვა და გამოყენება შესაძლებელია, ან ნაკადის და კუთხური სიჩქარის გაზომვა.

შედეგის დამოკიდებულებას ზემოქმედებაზე აქვს შემდეგი ფორმა (ჟუკოვსკი-კუტის ფორმულა):

სადაც J არის ცილინდრის გარშემო მოძრაობის ინტენსივობა;

r არის სითხის სიმკვრივე;

V0 არის ნაკადის ფარდობითი სიჩქარე.

შეზღუდვები მანიფესტაციებზე ფიზიკური ეფექტი: სითხის (აირის) ლამინარული ნაკადის უზრუნველყოფა ობიექტზე ზევით მიმართული ამწევი ძალით.

ეფექტი პირველად აღწერა გერმანელმა ფიზიკოსმა ჰაინრიხ მაგნუსმა 1853 წელს.

6 წელი სწავლობდა ფიზიკასა და ქიმიას - ჯერ ბერლინის უნივერსიტეტში, შემდეგ კიდევ ერთი წელი (1828) სტოკჰოლმში, იონს ბერცელიუსის ლაბორატორიაში, შემდეგ კი პარიზში გეი-ლუსაკთან და ტენარდთან. 1831 წელს მაგნუსი მიიწვიეს ბერლინის უნივერსიტეტში ფიზიკისა და ტექნოლოგიების ლექტორად, შემდეგ კი 1869 წლამდე იყო ფიზიკის პროფესორი. 1840 წელს მაგნუსი აირჩიეს ბერლინის აკადემიის წევრად, ხოლო 1854 წლიდან იყო პეტერბურგის მეცნიერებათა აკადემიის წევრ-კორესპონდენტი.

მაგნუსი მთელი ცხოვრების მანძილზე დაუღალავად მუშაობდა ფიზიკისა და ქიმიის მრავალფეროვან საკითხებზე. ჯერ კიდევ სტუდენტობისას (1825) მან გამოაქვეყნა თავისი პირველი ნაშრომი ლითონის ფხვნილების სპონტანური წვის შესახებ, ხოლო 1828 წელს აღმოაჩინა პლატინის მარილი (PtCl 2NH3) მისი სახელობის. 1827-33 წლებში ძირითადად ეწეოდა ქიმიას, შემდეგ მუშაობდა ფიზიკის დარგში. ამ უკანასკნელთაგან ყველაზე ცნობილია კვლევები სისხლით აირების შეწოვის შესახებ (1837-45), გახურებიდან აირების გაფართოების (1841-44), წყლის ორთქლისა და წყალხსნარების ელასტიურობის შესახებ (1844-54 წწ.), თერმოელექტროზე (1851) და ელექტროლიზზე (1856), დენების ინდუქციაზე (1858-61), აირების თბოგამტარობაზე (1860), გასხივოსნებული სითბოს პოლარიზაციაზე (1866-68) და აირების თერმოქრომატულობის საკითხზე (1861 წლიდან) .

მაგნუსი არანაკლებ ცნობილია როგორც მასწავლებელი; გამოჩენილი თანამედროვე გერმანელი ფიზიკოსების უმეტესობა მისი ლაბორატორიიდან მოვიდა და მასში რამდენიმე რუსი მეცნიერიც მუშაობდა.

წყაროები

http://www.effects.ru/science/120/index.htm

http://naked-science.ru/article/video/video-effekt-magnusa-v-deistvi

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%B0%D0%B3%D0%BD%D1%83%D1%81,_%D0%93%D0%B5%D0%BD %D1%80%D0%B8%D1%85_%D0%93%D1%83%D1%81%D1%82%D0%B0%D0%B2

გავიხსენოთ კიდევ რამდენიმე საინტერესო ეფექტი მეცნიერებაში: მაგალითად, და აქ, ან. ასევე გავიხსენოთ და ორიგინალი სტატია განთავსებულია საიტზე InfoGlaz.rfსტატიის ბმული, საიდანაც ეს ასლი შეიქმნა -

გარდა იმისა, რომ კაშკაშა გარეგნობადა მხიარული ხმით, დევიდ ბექჰემი ცნობილია თავისი მოსახვევებით. დასაწყისისთვის ის უკან გაიქცა, მსაჯის სასტვენის შემდეგ კი წინ გაიქცა და ფრთხილად დაარტყა ბურთს. მარჯვენა ფეხი. ჩანდა, რომ ბურთი არასწორი ტრაექტორიით მიფრინავდა და მიზანს არ ურტყამდა, მაგრამ მოულოდნელად მან სწორი მიმართულებით დაიწყო ტრიალი.

გადაუგრიხეს რობერტ კარლოსი

ბურთის ტრაექტორია მატყუარაა მეკარისთვის: ის საკმარისად ტრიალებს, რათა კარის ხაზში გაფრინდეს. ამ ტიპის ცნობილ ხრიკად რჩება რობერტო კარლოსის მიერ შესრულებული "შეუძლებელი გოლი" 1998 წლის მსოფლიო ჩემპიონატზე საფრანგეთთან მატჩში. თქვენ შეგეძლოთ ნამდვილი სასწაულის მომსწრე.

ეს ფენომენი შეინიშნება არა მხოლოდ ფეხბურთში, არამედ რაგბიში, ჩოგბურთში, მაგიდის ტენისი, კალათბურთი, ბეისბოლი და ნებისმიერი სპორტი, რომელიც მოიცავს ბურთს.

უფრო მეტიც, ბურთები მხოლოდ ერთი მიმართულებით არ ბრუნავს; ბეისბოლისა და ფეხბურთის კურლერები თანაბრად არ მოსწონთ როგორც დამრტყმელებს, ასევე მეკარეს მათი არასტაბილურობის გამო. ამ ტიპის მოძრაობას ე.წ მაგნუსის ეფექტი.

რა არის მაგნუსის ეფექტი?

ეფექტს ეწოდა გერმანელი ფიზიკოსის გუსტავ მაგნუსის სახელი, რომელმაც პირველად აღწერა 1853 წელს. თუმცა, პირველი ადამიანი, ვინც აღმოაჩინა და გაიგო მისი ბუნება, იყო ისააკ ნიუტონი. ყურება ტენისის მატჩიკემბრიჯზე ნიუტონმა შეამჩნია, თუ როგორ დაეცა ბურთი ტოპსპინის დარტყმისას იმაზე სწრაფად, ვიდრე მოელოდა. პირიქით, ბურთის გარკვეული გზით გადახვევამ მას საპირისპირო ბრუნვა მისცა, რის გამოც იგი ფრთხილად აწევდა და ზედაპირზე მაღლა სრიალებდა მცირე სიმაღლეზე.

იმის გასაგებად, თუ რატომ, მოდით გადავწყვიტოთ ძირითადი საკითხები ფიზიკური პრობლემები- დავხატოთ დიაგრამა.

დიაგრამაზე ნაჩვენებია ბურთი, რომელიც მიფრინავს წინ და ბრუნავს საათის ისრის მიმართულებით.ისრების „გისოსი“ არის ჰაერის შემომავალი ნაკადების წინააღმდეგობის ძალების გამოსახულება. ჰაერის წინააღმდეგობა არის ის, რასაც გრძნობთ, როცა ველოსიპედით რბოლით ან მოძრავი მანქანის ფანჯრიდან ხელს გაჰყავთ.

წინააღმდეგობის ველის ხაზები მიმართულია ერთი მიმართულებით ბურთის ქვედა ნაწილის მოძრაობით, ხოლო საპირისპირო მიმართულებით ბურთის ზედა ნაწილის მოძრაობით. პირველები ქმნიან ტერიტორიას დაბალი წნევა, ხოლო ბურთის მეორე მხარეს ტურბულენტობა ქმნის მაღალი წნევის არეალს.

წნევის ეს სხვაობა ატრიალებს ბურთს წნევის სხვაობის მიმართულებით - მაღალიდან დაბალამდე. ეს გადახვევა შეიძლება გამოწვეული იყოს გარკვეული ძალით. იგი გამოსახულია ბრუნვის ღერძის პერპენდიკულარული ისრით, წნევის სხვაობის მიმართულებით და ეწოდება მაგნუსის ძალა.

მაგნუსის ძალა ნიუტონის მესამე კანონის შედეგია. ეს ძალა ტოლია და საპირისპიროა იმ ძალისა, რომელსაც ჰაერი ახორციელებს ბურთზე, როგორც რეაქცია იმ ძალაზე, რომელსაც ბურთი ახორციელებს ჰაერზე.

ობიექტი უბიძგებს ჰაერს, ხოლო რეაქციაში ჰაერი უბიძგებს ობიექტს საპირისპირო მიმართულებით. მაგნუსის ეფექტი ჩანს ბეისბოლებში. ჩოგბურთის ბურთები, კრიკეტის და პინგ-პონგის ბურთები. ეფექტი ძლიერდება და უფრო შესამჩნევი ხდება პინგ-პონგის თამაშისას, ბურთების მცირე ზომისა და დაბალი სიმკვრივის გამო. სწორი დარტყმაისვრის ბურთს უფრო შორს და მოწინააღმდეგე ვერ აღწევს. იგივე პრინციპი განმარტავს, თუ როგორ დაფრინავენ Flettner-ის თვითმფრინავები (ძრავიანი თვითმფრინავები).

გრეხილი დარტყმები

და ბოლოს, მოდით ვისაუბროთ curveball-ებზე, რომლებიც ბეისბოლსა და ფეხბურთში კეთდება მაგნუსის ეფექტის წყალობით, რომელიც ჩნდება არამტრიალ ბურთებზე. ამ შემთხვევაში, ბურთი ხდება მორჩილი, ემორჩილება შემომავალი ჰაერის ნაკადის ნაკადს. დატრიალების გარეშე, არ არის წნევის დიფერენციალი ბურთის მოძრაობის გასაკონტროლებლად.

ბურთი არაპროგნოზირებად ტრიალებს. მაშასადამე, ცომს არ შეუძლია წინასწარ განსაზღვროს ბურთის ტრაექტორია და ის წერტილი, სადაც ის მოვა.

რა თქმა უნდა, კარგი მრუდის ბურთის შესრულება მოითხოვს უნარს - გაუშვით ბურთი ძალიან ნელა და ის დაეშვება ნაადრევად, ძალიან სწრაფად და გადააჭარბებს და აცდება მიზანს. რა თქმა უნდა, დარტყმის სიზუსტის მიღწევა შესაძლებელია მხოლოდ მრავალწლიანი ინტენსიური ვარჯიშის შემდეგ. თუმცა, 100%-იანი შედეგის გარანტიაც კი არ შეიძლება.