Vad är magnuseffekten. Tillämpning av magnuseffekten och dess fantastiska egenskaper

Flödesriktning. Detta är resultatet av den kombinerade verkan av sådana fysiska fenomen som Bernoulli-effekten och bildandet av ett gränsskikt i mediet runt det strömlinjeformade objektet.

Ett roterande föremål skapar en virvelrörelse i miljön runt det. På ena sidan av föremålet sammanfaller virvelns riktning med flödets riktning runt och följaktligen ökar mediets hastighet från denna sida. På andra sidan av föremålet är virvelns riktning motsatt flödesriktningen, och mediets hastighet minskar. På grund av denna hastighetsskillnad uppstår en tryckskillnad, som genererar en tvärkraft från den sida av den roterande kroppen på vilken rotationsriktningen och flödesriktningen är motsatt, till den sida på vilken dessa riktningar sammanfaller. Detta fenomen används ofta inom sport, se till exempel specialskott: toppsnurr, torrlöv i fotboll, eller Hop-Up-systemet i airsoft.

Effekten beskrevs första gången av den tyske fysikern Heinrich Magnus 1853.

Formel för att beräkna kraft

Idealisk vätska

Även om vätskan inte har någon inre friktion (viskositet) kan lyfteffekten beräknas.

Låt bollen vara i flödet av en idealisk vätska som rinner på den. Flödeshastighet i oändlighet (närmare, naturligtvis, det är förvrängt) $\vec(u)_\infty$ . För att simulera kulans rotation introducerar vi cirkulationen av hastighet $\Gamma$ Runt honom. Utifrån Bernoullis lag kan man få det full styrka, som i detta fall agerar på bollen, är lika med:

$\vec(R)=-\rho\vec(\Gamma)\times\vec(u)_\infty$ .

Det är klart att:

den totala kraften är vinkelrät mot flödet, det vill säga dragkraften för det ideala vätskeflödet på kulan är noll (d'Alemberts paradox)
kraften, beroende på förhållandet mellan cirkulationsriktningarna och flödeshastigheten, reduceras till en lyft- eller sänkkraft.

trögflytande vätska

Följande ekvation beskriver de nödvändiga kvantiteterna för att beräkna lyftet som genereras av rotationen av en kula i en riktig vätska.

$(F)=(1\över 2) ( \rho) (V^2AC_l)$ $F$ - lyftkraft $\rho$ är vätskans densitet. $V$ - bollens hastighet i förhållande till mediet $A$ - bollens tvärgående område $(C_l)$ - lyftkoefficient ( engelsk)

Lyftkoefficienten kan bestämmas från diagram av experimentella data med användning av Reynolds-talet och rotationskoefficienten ((vinkelhastighet*diameter)/(2*linjehastighet)). För rotationsförhållanden från 0,5 till 4,5 sträcker sig lyftkoefficienten från 0,2 till 0,6.

Ansökan

Vindturbiner

Vindgenerator "luftrotor" är en tjudrad enhet som stiger med helium till en höjd av 120 till 300 meter)

Turbosegel på fartyg

Sedan 1980-talet har Cousteau Alsion arbetat med ett sofistikerat turbosegel med Magnus-effekten.

Sedan 2010 har lastfartyget E-Ship 1 varit i drift med enklare rotationssegel Anton Flettner

Skriv en recension om artikeln "Magnuseffekten"

Anteckningar

Litteratur

L. Prandtl"Magnuseffekten och vindskeppet." (tidningen "Framgångar fysikaliska vetenskaper» nummer 1-2. 1925)
L. Prandtl. På rörelse av en vätska med mycket liten friktion. - 1905.

Länkar

// elementy.ru
// technicamolodezhi.ru

Ett utdrag som karaktäriserar Magnuseffekten

"Jaha, jag har äntligen gjort om allt, nu ska jag vila", tänkte prinsen och lämnade Tikhon för att klä av sig.
Prinsen ryckte irriterat till över ansträngningen som måste göras för att ta av sig kaftanen och byxorna, klädde av sig, sjönk tungt ner på sängen och tycktes försjunken i tankar och tittade föraktfullt på sina gula, vissna ben. Han tänkte inte, men han tvekade inför arbetet som låg framför honom för att höja dessa ben och gå på sängen. "Åh, vad svårt! Åh, om bara så snart som möjligt, skulle dessa arbeten sluta snabbt, och du skulle släppa mig! han trodde. Han gjorde detta för tjugonde gången, knep ihop läpparna och lade sig ner. Men så fort han lagt sig, rörde sig helt plötsligt hela sängen jämnt fram och tillbaka under honom, som om man andades tungt och tryckte. Det hände honom nästan varje natt. Han öppnade ögonen som hade varit stängda.
"Ingen vila, jäklar!" han muttrade av ilska mot någon. ”Ja, ja, det var något annat viktigt, något väldigt viktigt, jag sparade mig för natten i sängen. Grindventiler? Nej, han pratade om det. Nej, något sådant fanns i vardagsrummet. Prinsessan Mary ljög om något. Dessal något - den här dåren - sa. Något i fickan, jag minns inte.
- Tystnad! Vad pratade de om på middagen?
- Om prinsen, Mikhail ...
- Håll käften, håll käften. Prinsen slog handen i bordet. - Ja! Jag vet, ett brev från prins Andrei. Prinsessan Mary läste. Desal sa något om Vitebsk. Nu ska jag läsa.
Han beordrade att brevet skulle tas ur fickan och att ett bord med saft och en vitushka, ett vaxljus, skulle flyttas till sängen, och när han tog på sig glasögonen började han läsa. Det var först då, i nattens stillhet, i det svaga ljuset under den gröna mössan, som han, efter att ha läst brevet, för första gången för ett ögonblick förstod dess innebörd.
”Fransmännen är i Vitebsk, efter fyra överfarter kan de vara i Smolensk; kanske de redan är där."
- Tystnad! Tikhon hoppade upp. - Nej nej nej nej! han skrek.
Han gömde brevet under ljusstaken och slöt ögonen. Och han föreställde sig Donau, en ljus eftermiddag, vass, ett ryskt läger, och han går in, han, en ung general, utan en enda rynka i ansiktet, glad, glad, rödbrun, in i Potemkins målade tält och en brinnande känslan av avund på sin favorit, lika stark som då, oroar honom. Och han minns alla de ord som sades då vid det första mötet med Potemkin. Och han föreställer sig med gulhet i sitt feta ansikte en kort, tjock kvinna - kejsarinnan, hennes leenden, hennes ord, när hon tog emot honom för första gången, vänligt, och han minns hennes eget ansikte på likbilen och kollisionen med Zubov, som var då med sin kista för rätten att närma sig hennes hand.
"Ah, snarare, återvänd snabbt till den tiden, och så att allt nu tar slut snabbt, snabbt, så att de lämnar mig ifred!"

Bald Mountains, prins Nikolai Andreevich Bolkonskys egendom, låg sex mil från Smolensk, bakom det, och tre mil från Moskvavägen.
Samma kväll, när prinsen gav order till Alpatych, berättade Desalle, efter att ha krävt ett möte med prinsessan Mary, för henne att eftersom prinsen inte var helt frisk och inte vidtog några åtgärder för sin säkerhet, och enligt prinsens brev. Andrei, det var tydligt att hans vistelse i Bald Mountains var osäker, han råder henne respektfullt att skriva med Alpatych ett brev till chefen för provinsen i Smolensk med en begäran om att meddela henne om tillståndet och graden av fara för vilken de kala bergen är utsatta. Desalles skrev ett brev för prinsessan Marya till guvernören, som hon undertecknade, och detta brev gavs till Alpatych med order att överlämna det till guvernören och, i händelse av fara, återvända så snart som möjligt.
Efter att ha fått alla beställningarna gick Alpatych, eskorterad av sin familj, i en vit dunmössa (en furstlig gåva), med en pinne, precis som prinsen, ut för att sitta i en lädervagn som lades av en trio välnärda savras. .
Klockan var bunden, och klockorna var fyllda med papperslappar. Prinsen tillät ingen att åka i Bald Mountains med en klocka. Men Alpatych älskade klockor och klockor på en lång resa. Hofmännen i Alpatych, zemstvo, kontoristen, kocken - svarta, vita, två gamla kvinnor, en kosackpojke, kuskar och olika gårdar såg av honom.

Fortsätter samtalet om hydrauliska och aerodynamiska effekter, det följer Särskild uppmärksamhet var uppmärksam på effekten uppkallad efter den berömda tyske vetenskapsmannen Heinrich Magnus, som 1853 föreslog en fysisk förklaring till flygvägens krökning kanonkula orsakas av dess slumpmässiga rotation. Flygningen av en snurrande kärna liknar på många sätt flygningen av en snurrande boll i fotboll eller tennis. Bollens rotation under flygning skapar en aerodynamisk kraft som avleder bollen från en rak flygbana. Sir Newton skrev om denna fantastiska aerodynamiska effekt när han kommenterade de klippta skotten i tennis.

Vanligtvis sammanfaller inte tyngdpunkten för en kanonkula med dess geometriska centrum, vilket orsakar en liten vridning av projektilen när den avfyras. Det godtyckliga läget för kärnans tyngdpunkt före skottet ledde till en lika godtycklig avvikelse av banan för kärnans flykt. Medvetna om denna brist doppade skyttar kanonkulorna i kvicksilver och markerade dem sedan med sin övre flytpunkt. Markerade kärnor kallades kalibrering.

Vid skjutning med kalibreringskärnor fann man att i fallet då kärnan placerades i pistolen med tyngdpunkten förskjuten nedåt, erhölls "undershoot". Om kärnan lades med tyngdpunkten uppåt erhölls en "flygning". Följaktligen, om tyngdpunkten var belägen till höger, under projektilens flygning erhölls avvikelser åt höger, om projektilens tyngdpunkt lämnades, observerades avvikelsen till vänster. De preussiska skyttarna hade särskilda instruktioner för att avfyra kalibreringskanonkulor.

I framtiden tänkte de göra kärnor med en medvetet förskjuten tyngdpunkt. Sådana skal kallades excentriska, och sedan 1830 började de användas i trupperna i Preussen och Sachsen. Genom att korrekt placera den excentriska kärnan i pistolens bakslut var det möjligt att öka skottets räckvidd upp till en och en halv gånger utan att ändra pipans position. Intressant nog hade forskare ingenting att göra med denna artilleriinnovation.

Det upplysta 1800-talet krävde dock en "vetenskaplig förklaring" av varje obegripligt fenomen. Och så vände sig de preussiska skyttarna till en av de erkända auktoriteterna inom den framväxande aerodynamiken - Heinrich Magnus för en förklaring av en kanonkulas kurvlinjära flygbana.

Magnus menade att saken inte var i kärnans förskjutna tyngdpunkt som sådan. Han såg orsaken i kärnans rotation. För att testa sin hypotes körde Magnus en serie av laboratorieförsök med påtvingat luftflöde av en roterande kropp, som inte var en sfär, utan cylindrar och koner. Den aerodynamiska kraften som genererades på cylindern verkade i samma riktning som kraften som avböjde den roterande kärnan.

Således var Magnus den första fysikern i laboratoriet som visuellt modellerade och bekräftade den fantastiska effekten av att avleda en kanonkula från ett direktflyg, vilket överraskade alla. Tyvärr utförde Magnus inga kvantitativa mätningar under sina aerodynamiska experiment, utan registrerade endast förekomsten av en avböjande kraft och sammanträffandet av dess riktning med den som ägde rum i artilleriövningen.

Strängt taget modellerade Magnus inte helt exakt fenomenet med flykten av en virvlande kärna. I hans experiment blåstes en roterande cylinder med våld av en sidoluftstråle. Medan kanonkulan, som vid riktig artilleriträning, flyger i stillastående luft. I enlighet med Bernoullis sats minskar lufttrycket i strålen i proportion till kvadraten på dess hastighet. I fallet med en kropp som rör sig i stillastående luft finns det ingen verklig jethastighet, därför bör ett lufttrycksfall inte förväntas.

Dessutom, i Magnus experiment, var kraften som verkade på cylindern strikt vinkelrät mot den mötande jetstrålen. I verkligheten ökar rotationen av cylindern eller kulan också dragkraften, vilket har en betydande inverkan på projektilens bana.

Magnus kraft verkar med andra ord inte strikt vinkelrätt mot flygbanan utan i någon vinkel, vilket Magnus inte undersökt.

Vid Magnus tid fanns det fortfarande ingen aning bland fysiker om identiteten hos fysiska fenomen som är inneboende i en fast kropps verkliga flykt och fenomen som uppstår när vinden går på en orörlig kropp. Därför genomförde aerodynamikens pionjärer sina första experiment och släppte modeller från hög höjd, och simulerar därigenom effekten av en riktig flygning. Till exempel använde Eiffel aktivt sitt torn i aerodynamiska experiment.

Och bara många år senare stod det plötsligt klart att de aerodynamiska krafterna som uppstår vid samverkan mellan en fast kropp och ett vätske- eller gasflöde är nästan identiska, både när flödet löper på en stationär kropp och när kroppen rör sig i ett stationärt medium. Och även om denna identitet ofrivilligt ifrågasatte Bernoullis teorem, som är giltig för ett jetflöde med reellt hastighetstryck, började ingen av aerodynamikerna gräva djupare, eftersom Bernoullis formel gjorde det möjligt att lika framgångsrikt förutsäga resultatet av ett flöde runt en kropp, oavsett vad som faktiskt rör sig - en bäck eller fast.

Ludwig Prandtl i sitt Göttingen-laboratorium i början av 1900-talet var den första av forskarna som gjorde en seriös laboratoriestudie av Magnusstyrkan, med mätningar av krafter och hastigheter.

I den första serien av experiment var cylinderns rotationshastighet låg, så dessa experiment gav inget nytt, de bekräftade bara de kvalitativa slutsatserna från Magnus. Det mest intressanta började i experiment med att blåsa en snabbt roterande cylinder, när cylinderytans periferihastighet var flera gånger högre än hastigheten för det mötande luftflödet.

Här upptäcktes för första gången ett onormalt högt värde på den avlänkningskraft som verkar på en roterande cylinder.

Med ett femfaldigt överskott av den periferiska rotationshastigheten över flödeshastigheten visade sig den aerodynamiska kraften på den roterande cylindern, uttryckt i en kvadratmeter av cylindersektionen, vara tio gånger större än den aerodynamiska kraften som verkar på en vinge med bra aerodynamisk profil.

Med andra ord visade sig tryckkraften på en roterande rotor vara en storleksordning högre än lyftkraften hos en flygplansvinge!

Den otroligt stora aerodynamiska kraften som uppstår när man strömmar runt en roterande cylinder, försökte Prandtl förklara utifrån Bernoullis sats, enligt vilken trycket i ett vätske- eller gasflöde sjunker kraftigt med en ökning av flödeshastigheten. En sådan förklaring är dock inte särskilt övertygande, eftersom många aerodynamiska experiment tydligt visade att tryckfallet på en strömlinjeformad yta beror på den relativa flödeshastigheten och inte på flödeshastigheten.

Med motsatt rotation av cylindern i förhållande till flödet ökar den relativa flödeshastigheten, därför bör sällsyntheten vara maximal. Med en passerande rotation i förhållande till flödet minskar den relativa flödeshastigheten, därför bör sällsyntheten vara minimal.

I verkligheten händer allt precis tvärtom: i zonen med tillhörande rotation är vakuumet maximalt, och i zonen med motrotation är vakuumet minimalt.

Så på grund av vad genereras dragkraften när man blåser en roterande cylinder?

När Magnus undersökte en roterande cylinder utan lateralt luftflöde märkte han att det fanns ett tryckfall nära cylinderns yta: lågan från ett ljus placerat bredvid cylindern trycktes mot cylinderns yta.

Under inverkan av tröghetskrafter tenderar det nära vägglagret av luft att bryta sig loss från den roterande ytan, vilket skapar en sällsynthet i separationszonen.

Det vill säga, sällsynthet är inte en konsekvens av själva jethastigheten, som Bernoullis sats säger, utan en konsekvens av jetstrålens kurvlinjära bana.

Med lateral blåsning av rotorn, i området där det mötande flödet sammanfaller i riktning med rörelsen av det nära vägglagret, sker en ytterligare spin-up av luftvirveln och följaktligen en ökning av djupet av sällsynthet.

Tvärtom, i zonen för ankommande rörelse av det laterala flödet, i förhållande till det nära vägglagret, sker en nedgång i virvelns rotation och en minskning av djupet av sällsynthet. Det ojämna sällsynthetsdjupet över rotorzonerna leder till uppkomsten av den resulterande sidokraften (Magnus-kraften). Emellertid finns vakuum på hela rotorns yta.

Den kanske viktigaste konsekvensen av Prandtls experiment är möjligheten att använda en onormalt stor kraft på en roterande rotor för att driva fram skeppet. Det är sant att denna idé inte kom till Prandtl själv, utan till hans landsman, ingenjör Anton Flettner, som vi kommer att prata om separat på följande sidor.

Igor Yurievich Kulikov

Nina Nikolaevna Andreeva hjälper dig att ordna
patent på din uppfinning

Alla har sett hur bollen i fotboll eller tennis flyger längs en otrolig bana. Varför händer det här? Jag minns inte efter Läroplanen, vad skulle de berätta för oss om det och vi kallade det alltid bara "twisted". Men ändå, vilken kraft får en flygande boll att beskriva sicksack?

Nu får vi alla veta...

Denna effekt upptäcktes av den tyske fysikern Heinrich Magnus 1853. Kärnan i fenomenet är att bollen under rotation skapar en virvelrörelse av luft runt sig själv. På ena sidan av föremålet sammanfaller virvelns riktning med flödets riktning runt, och mediets hastighet från denna sida ökar. På andra sidan av föremålet är virvelns riktning motsatt flödesriktningen, och mediets hastighet minskar. Denna hastighetsskillnad genererar en sidokraft som ändrar flygbanan. Fenomenet används ofta inom sporter, till exempel specialskott: toppsnurr, dry sheet i fotboll eller Hop-Up-systemet i airsoft.

Magnus-effekten visas väl i den här videon. En basketboll som kastas från en stor höjd vertikalt ner, som fick rotation, ändrar sin bana och flyger horisontellt en tid.

Magnus-effekten har påvisats på en damm i Australien. Basketboll först tappades den helt enkelt från den, flög nästan rakt ner och landade på den avsedda punkten. Sedan kastades bollen från dammen en andra gång, samtidigt som den vreds lätt (förresten, fotbollsspelare stöter ofta på Magnus-effekten när de serverar "vridna" bollar). I det här fallet betedde sig föremålet ovanligt. En video som demonstrerar det fysiska fenomenet lades ut på YouTube-värd, på bara ett par dagar och samlade in mer än 9 miljoner visningar och nästan 1,5 tusen kommentarer.

Ris. 1 1 — gränsskikt

En cylinder som rör sig translationellt (icke-roterande) med en relativ hastighet V0 strömmar runt ett laminärt flöde, som är icke-virvelfritt (Fig. Ib).

Om cylindern roterar och samtidigt rör sig framåt, kommer de två flödena som omger den att överlappa varandra och skapa det resulterande flödet runt den (fig. 1c).

När cylindern roterar rör sig vätskan också. Rörelsen i gränsskiktet är virvel; den är sammansatt av potentiell rörelse, på vilken rotation överlagras. På toppen av cylindern sammanfaller flödesriktningen med cylinderns rotationsriktning, och längst ner är den motsatt. Partiklar i gränsskiktet ovanpå cylindern accelereras av flödet, vilket förhindrar separation av gränsskiktet. Underifrån saktar flödet ner rörelsen i gränsskiktet, vilket bidrar till dess separation. De fristående delarna av gränsskiktet förs bort av flödet i form av virvlar. Som ett resultat uppstår en cirkulation av hastighet runt cylindern i samma riktning som cylindern roterar. Enligt Bernoullis lag, trycket av en vätska på övre del cylindern blir mindre än botten. Detta ger upphov till vertikal kraft kallas lyftkraft. När cylinderns rotationsriktning vänds, ändrar lyftkraften också riktningen.

I Magnus-effekten är kraften F under vinkelrät mot flödeshastigheten V0. För att hitta riktningen för denna kraft måste du rotera vektorn i förhållande till hastigheten V0 med 90 ° i motsatt riktning mot cylinderns rotation.

Magnus-effekten kan observeras i ett experiment med en lätt cylinder som rullar nerför ett lutande plan.

Schematisk rullcylinder

Efter att ha rullat nerför ett lutande plan, rör sig cylinderns masscentrum inte längs en parabel, som en materialpunkt skulle röra sig, utan längs en kurva som går under det lutande planet.

Om vi ersätter den roterande cylindern med en virvel (en roterande vätskekolonn) med intensiteten J=2Sw , så blir Magnuskraften densamma. Således är en kraft som verkar på den rörliga virveln från sidan av den omgivande vätskan vinkelrät mot den relativa hastigheten V0 och riktad mot den sida som bestäms av ovanstående vektorrotationsregel.

I Magnus-effekten är följande sammankopplade: flödets riktning och hastighet, riktning och vinkelhastighet, riktning och den resulterande kraften. Följaktligen kan kraft mätas och användas, eller flöde och vinkelhastighet kan mätas.

Resultatets beroende av påverkan har följande form (Zhukovsky-Kutta-formeln):

där J är intensiteten av rörelsen runt cylindern;

r är vätskans densitet;

V0 - relativ flödeshastighet.

Restriktioner för manifestationer av den fysiska effekten: tillhandahåller ett laminärt flöde av vätska (gas) över ett föremål med en uppåtgående lyftkraft.

Effekten beskrevs första gången av den tyske fysikern Heinrich Magnus 1853.

Han studerade fysik och kemi i 6 år - först vid universitetet i Berlin, sedan ytterligare ett år (1828) i Stockholm, i Jons Berzelius laboratorium och senare i Paris hos Gay-Lussac och Tenard. 1831 blev Magnus inbjuden som lektor i fysik och teknik vid universitetet i Berlin, därefter var han professor i fysik fram till 1869. 1840 valdes Magnus till ledamot av Berlinakademin, sedan 1854 var han motsvarande ledamot av S:t Petersburgs vetenskapsakademi.

Magnus arbetade outtröttligt hela sitt liv med de mest skilda frågorna inom fysik och kemi. Medan han fortfarande var student (1825) publicerade han sitt första arbete om spontan förbränning av metallpulver, och 1828 upptäckte han platinasaltet (PtCl 2NH3) uppkallat efter honom. 1827-33 sysslade han huvudsakligen med kemi, därefter arbetade han inom fysikområdet. Av dessa är de mest kända studier om absorption av gaser genom blod (1837-45), om expansion av gaser från uppvärmning (1841-44), om elasticitet hos vattenånga och vattenlösningar (1844-54), på termoelektricitet (1851), elektrolys (1856), induktion av strömmar (1858-61), värmeledningsförmåga hos gaser (1860), polarisering av strålningsvärme (1866-68) och frågan om gasernas värmevärde (sedan 1861).

Inte mindre känd är Magnus som lärare; de flesta av de framstående moderna tyska fysikerna kom ut från hans laboratorium, och några ryska vetenskapsmän arbetade också i det.

källor

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

http://naked-science.ru/article/video/video-effect-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

Låt oss komma ihåg några andra intressanta effekter inom vetenskapen: till exempel , och här eller . Låt oss också komma ihåg om Originalartikeln finns på hemsidan InfoGlaz.rf Länk till artikeln som denna kopia är gjord från -

Ett turbosegel är ett fartygsframdrivningssystem av roterande typ som genererar dragkraft från vindenergi genom ett fysiskt fenomen som kallas Magnus-effekten.

Ett turbosegel fungerar på grundval av en fysisk process som uppstår när en vätska eller gas strömmar runt en roterande cylindrisk eller rund kropp och är känd som Magnus-effekten. Fenomenet fick sitt namn från namnet på den preussiske vetenskapsmannen Heinrich Magnus, som beskrev det 1853.

Föreställ dig en kula eller cylinder som roterar i ett flöde av gas eller vätska som omger dem. I detta fall måste den cylindriska kroppen rotera längs sin längdaxel. Under denna process uppstår en kraft, vars vektor är vinkelrät mot flödesriktningen. Varför händer det här? På den sida av kroppen där rotationsriktningen och flödesvektorn sammanfaller ökar luftens eller flytande mediets hastighet, och trycket minskar i enlighet med Bernoullis lag. På den motsatta sidan av kroppen, där rotations- och flödesvektorerna är motsatt riktade, minskar mediets hastighet, så att säga, saktar ner och trycket ökar. Tryckskillnaden som uppstår på motsatta sidor av en roterande kropp genererar en tvärkraft. Inom aerodynamik är det känt som lyft, som håller tyngre än luftfarkoster i flygning. När det gäller rotorsegel är detta en kraft med en vektor vinkelrät mot vindens riktning på ett rotorsegel installerat vertikalt på däcket och som roterar längs längdaxeln.

Roterande Flettner-segel

Det beskrivna fysiska fenomenet användes av den tyske ingenjören Anton Flettner när han skapade en ny typ av marinmotor. Dess rotorsegel såg ut som roterande cylindriska vindtorn. 1922 fick uppfinnaren patent på sin anordning, och 1924 lämnade det första roterande fartyget i historien, den ombyggda skonaren Bukau, bestånden.
Turbosegel "Bukau" drevs av elmotorer. På den sida där rotorns yta roterade mot vinden, i enlighet med Magnus-effekten, skapades ett område med ökat tryck, och på motsatt sida - reducerat. Som ett resultat uppstod dragkraft, som flyttade fartyget, med förbehåll för närvaron av en sidovind. Ovanpå rotorcylindrarna satte Flettner plana plattor för bättre orientering av luftflödena runt cylindern. Detta gjorde det möjligt att fördubbla drivkraften. En roterande ihålig metallcylinderrotor, som använder Magnus-effekten för att skapa sidokraft, fick senare sitt namn efter sin skapare.

Flettners turbosegel visade sig vara utmärkt i försök. Till skillnad från en konventionell segelbåt förbättrade en stark sidovind bara experimentfartygets prestanda. Två cylindriska rotorer gjorde det möjligt att bättre balansera fartyget. Samtidigt, genom att ändra rotorernas rotationsriktning, var det möjligt att ändra fartygets rörelse framåt eller bakåt. Naturligtvis var den mest gynnsamma vindriktningen för att skapa dragkraft strikt vinkelrät mot fartygets längdaxel.

Turbosegel från Cousteau

Segelbåtar byggdes på 1900-talet och byggs på 2000-talet. Moderna segel är gjorda av lättare och starkare syntetiska material, och segelriggar viks snabbt av elmotorer, vilket befriar en person från fysiskt arbete.

Men idén om ett i grunden nytt system som använder vindenergi för att skapa fartygskraft låg i luften. Den plockades upp av den franske upptäcktsresanden och uppfinnaren Jacques-Yves Cousteau. Som oceanograf var han mycket imponerad av användningen av vind som dragkraft – en gratis, förnybar och absolut miljövänlig energikälla. I början av 1980-talet började han arbeta med att skapa sådana framdrivningsanordningar för ett modernt fartyg. Han tog Flettner turbosegel som grund, men moderniserade systemet avsevärt, komplicerade det, men ökade samtidigt dess effektivitet.

Vad är skillnaden mellan Cousteaus turbosegel och Flettners propellrar? Cousteaus design är ett vertikalt monterat ihåligt metallrör med en aerodynamisk profil och som verkar på samma princip som en flygplansvinge. I tvärsnitt har röret en droppformad eller äggformad form. På dess sidor finns luftintagsgaller genom vilka luft pumpas med hjälp av ett system av pumpar. Och då spelar Magnuseffekten in. Luftturbulens skapar en tryckskillnad i och utanför seglet. Ett vakuum skapas på ena sidan av röret och en tätning på den andra. Som ett resultat uppstår en tvärkraft som gör att fartyget rör sig. I huvudsak är ett turbosegel en vertikalt monterad aerodynamisk vinge: luft strömmar långsammare på ena sidan av den än på den andra, vilket skapar en tryckskillnad och tvärgående dragkraft. Enligt en liknande princip skapas lyft på ett flygplan. Turboseglet är utrustat med automatiska sensorer och är monterat på en datorstyrd skivspelare. Den smarta maskinen positionerar rotorn efter vinden och ställer in lufttrycket i systemet.

Cousteau testade först en prototyp av sitt turbosegel 1981 på Moulin à Vent-katamaranen när han seglade över Atlanten. Under resan eskorterade katamaranen expeditionens större skepp för säkerhets skull. Det experimentella turboseglet gav dragkraft, men mindre än traditionella segel och motorer. Dessutom, i slutet av resan, på grund av metalltrötthet, brast svetssömmarna under vindens tryck och strukturen föll i vattnet. Icke desto mindre bekräftades själva idén och Cousteau och hans kollegor fokuserade på utvecklingen av ett större roterande fartyg, Alsion. Den lanserades 1985. Turbosegel på den är ett tillägg till aggregatet av två dieselmotorer och flera propellrar och låter en tredje spara bränsleförbrukningen. Även 20 år efter dess skapares död är Alsion fortfarande på resande fot och är fortfarande flaggskeppet för Cousteau-flottiljen.

Turbosegel vs segelduksvingar

Även jämfört med de bästa moderna seglen, levererar rotorturboseglet 4 gånger dragkraftsförhållandet. Till skillnad från en segelbåt är en stark sidovind inte bara inte hemsk för ett roterande fartyg, utan är mest fördelaktigt för dess framsteg. Det rör sig bra även med motvind i 250 graders vinkel. Samtidigt "älskar" ett fartyg på traditionella segel mest av allt medvind.

Slutsatser och perspektiv

Nu är de exakta analogerna av Flettner-seglen installerade som hjälppropellrar på det tyska lastfartyget "E-Ship-1". Och även deras förbättrade modell används på Alsion-yachten, som ägs av Jacques-Yves Cousteau Foundation.
Det finns alltså idag två typer av framdrivningssystem Turbosail. Ett konventionellt roterande segel som uppfanns av Flettner i början av 1900-talet och dess moderniserade version av Jacques-Yves Cousteau. I den första modellen genereras den resulterande kraften utanför de roterande cylindrarna; i den andra mer komplexa versionen skapar elektriska pumpar en lufttrycksskillnad inuti det ihåliga röret.

Det första turboseglet kan endast driva fartyget i sidovind. Det är av denna anledning som Flettners turbosegel inte har fått någon spridning inom världens skeppsbyggnad. Designfunktion turbosegel från Cousteau låter dig få drivkraften oavsett vindriktning. Ett fartyg utrustat med sådana propellrar kan segla även mot vinden, vilket är en obestridlig fördel jämfört med både konventionella och roterande segel. Men trots dessa fördelar sattes inte heller Cousteau-systemet i produktion.

Därmed inte sagt att det idag inte finns några försök att förverkliga Flettners idé. Det finns ett antal amatörprojekt. 2010 byggdes historiens tredje fartyg med rotorsegel efter Bukau och Alsion - en 130 meter lång lastbil av tysk Ro-Lo-klass. Framdrivningssystem Fartyget representeras av två par roterande rotorer och en dieselkoppling vid lugn och för att skapa ytterligare dragkraft. Rotorsegel spelar rollen som hjälpmotorer: för ett fartyg med en deplacement på 10,5 tusen ton räcker inte fyra vindtorn på däcket. Dessa enheter låter dig dock spara upp till 40 % bränsle på varje flygning.
Men Cousteau-systemet är orättvist hänvisat till glömska, även om projektets ekonomiska genomförbarhet har bevisats. Hittills är Alsion det enda fullfjädrade fartyget med denna typ av framdrivning. Det verkar oklart varför systemet inte används för kommersiella ändamål, i synnerhet på lastfartyg, eftersom det gör det möjligt att spara upp till 30 % av dieselbränslet, dvs. pengar.

Folk säger ibland att en baseboll faktiskt inte bågar, att det bara är en optisk illusion. Basebollspelare och forskare vet att detta inte är sant. En major league-pitcher kan få bollen att studsa i sidled, nedåt eller uppåt när den färdas hem. Servans bana bestäms av vilken hastighet och rotationsriktning serverns hand ger bollen. I enlighet med fysikens lagar utsätts varje kropp som ser ut som en baseboll som rör sig i luften för flera fysisk styrka, vars gemensamma inflytande bestämmer banan för dess flygning.

Basebollen sys med röd tråd, som bildar 216 stygn under sömnaden. När man flyger en snurrande boll involverar stygnen Cirkulationscirkulation intilliggande luftlager. Som ett resultat rör sig den inkommande luften snabbare där dess riktning sammanfaller med kulans rotationsriktning. Ju snabbare luft rör sig, desto mindre tryck skapar den. Därför blir lufttrycket på den sida av kulan som roterar i riktning mot det mötande flödet mindre än på dess motsatta sida, roterande mot flödet. Precis som atmosfäriska luftmassor rör sig i riktning mot minskande tryck, avviker en baseboll i vridningsriktningen, d.v.s. i den riktning från vilken den befinner sig. sidoyta med lägre tryck. Bollen, arkiverad av en storseriespelare, gör cirka 18 varv på en halv sekund av sin flygning till "hemmet" och kan avvika åt sidan med nästan 45 centimeter.

Rotation och Magnus-effekten

När bollen flyger upplever den luftmotstånd. På sidan av kulan som roterar i flödesriktningen är detta motstånd mindre. Denna obalans skapar en kraft riktad i rät vinkel mot bollens flygriktning. Känd som Magnus-effekten är denna kraft proportionell mot rotationshastighet, flyghastighet och motstånd.

"Arc" boll

Servern kastar en "båge"-boll och vrider den med handleden för att få bollen att snurra. Serveras av en högerhänt, snurrar en sådan boll nedåt och till vänster (moturs sett uppifrån) och flyger som ett resultat till det nedre högra hörnet av "huset". Eftersom det mötande luftflödet rör sig snabbare på sidan av kulan som roterar i luftflödets riktning, böjs kulan åt vänster och nedåt.

"Skruva" kula

"Screw" bollen kastas med handleden välvd mot kroppen, och inte bort från den, som i fallet med "båge" bollen. Denna böjning av handleden ger bollen motsatt rotationsriktning från "bågen", och gör att bollen böjs uppåt och åt höger. En högerhänt "skruv"-boll flyger till det övre högra hörnet av "huset".

"snabb" boll

En välserverad "snabb" boll är inte en vanlig direktserv, utan en av typerna av ett specialsnurr. Vid servering av en "snabb" boll vrider servern den så att bollen roterar bakåt, och som ett resultat, under påverkan av Magnus-effekten, avviker bollen uppåt. En "snabb" boll som flyger med en hastighet av 150 kilometer i timmen kan avvika uppåt med nästan 10 centimeter.

Kulsnurr

Skillnaden mellan "snabba", "båge" och "skruv"-kulor ligger i kulans hastighet och rotationsriktning. Magnus-effekten får bollen att avböjas i riktning mot dess snurr. Bollmatningsmaskinen ger dem olika typer vridning genom att ändra rotationshastigheten för de två ejektorhjulen. Servern gör detta genom att ändra sitt grepp om bollen.