Vrtljiva kovinska jadra bi lahko zmanjšala porabo goriva in emisije na tovornih ladjah

Dve rotorski jadri se oddrsavata s pomožnim potiskom naprej na tovorno ladjo.

Josh Harrison / Alamy Stock Photo

Vrtljiva kovinska jadra bi lahko zmanjšala porabo goriva in emisije na tovornih ladjah

Avtorica Katherine KorneiSep. 6, 2017, 17:05

Nogometni zvezdnik Velike Britanije David Beckham je bil znan po tem, da je svoje proste udarce po stenah branilcev in okoli razvejanih ciljnih ponudb. Zdaj je fizika, ki stoji za takšnimi upogibnimi udarci, namenjena učinkovitejšemu poganjanju oceanskih ladij.

V začetku prihodnjega leta bosta tankersko plovilo, ki je v lasti Maerska, danskega konglomerata za prevoz, in potniška ladja v lasti Viking Line, na svojih palubah opremljena s predilnimi cilindri. Ti navpični jadri, nameščeni navpično in do 10 zgodb, bi lahko zmanjšali porabo goriva do 10%, s čimer so prihranili stotine tisoč dolarjev prevoznim podjetjem in zmanjšali emisije ogljika na tisoče ton na potovanje.

Rotorska jadra se zanašajo na nekaj aerodinamike, znane kot Magnusov učinek. V 1850-ih je nemški fizik Heinrich Gustav Magnus opazil, da med premikanjem po zraku predenje, kot je žoga, doživlja stransko silo. Sila nastane na naslednji način. Če se žoga ne bi vrtela, bi zrak tekel naravnost mimo nje in ustvaril vrtinčenje, ki bi se raztezalo neposredno za žogo kot rep kometa. Vendar površina obračanja kroglice, ki se vrti, z njo povleče nekaj zraka. Vrtenje odriva bud, tako da se spušča s kroglice pod kotom, bližje strani kroglice, ki se vrti v prihajajočem zraku. Zahvaljujoč tretjemu zakonu Isaaca Newtona, da mora imeti vsako dejanje enako in nasprotno reakcijo, odklonjena budnica potisne žogo v nasprotni smeri, proti strani kroglice, ki se odvrne od prihajajočega zraka. Tako se predilna kroglica bočno potisne.

V začetku 20. stoletja so znanstveniki predlagali uporabo Magnusovega učinka za pogon ladij. Nemški inženir Anton Flettner je zamenjal 420 kvadratnih metrov jadrnega platna na škapuni Buckau z dvema 15-metrskima jeklenima rotorjema, ki sta bila nastavljena z vrtenjem z majhnim motorjem. Flettner je pokazal, da je veter, ki je potoval okoli rotorskih jader Buckau, ustvaril silo na straneh rotorskih jader, ki so poganjala ladjo naprej. Leta 1926 je Buckau prestopil Atlantski ocean. Vendar Flettner ni uspel najti vlagateljev, ki bi jih zanimale rotorske jadrnice. Cene goriv so bile preprosto prenizke in ni bilo okoljskih predpisov, ki bi omejevali emisije ladij.

Toda gospodarski vetrič lahko osveži moč jadra. Danes se preko oceana prevaža več kot 90% blaga, samo v kitajskem pristanišču Šanghaj je leta 2015 prešlo 36 milijonov kontejnerjev. Vsa ta trgovina pride po okoljski ceni: Večina plovil kuri težka kurilna olja, ki proizvajajo lovljenje toplote ogljikov dioksid ter spojine saj in žvepla, ki prispevajo k kislemu dežju. V ladijski industriji je pod večjim pritiskom za zmanjšanje emisij, pravi Tuomas Riski, predsednik podjetja Norsepower Oy Ltd., čiste tehnološke in inženirske družbe s sedežem v Helsinkih.

Jedro rotorja Norsepower Površina vrtečega se cilindra s seboj vleče zrak, kar odseva zrak, ki poteka skozi jeklenko. Ker jeklenka potisne zrak na eno stran, mora zrak v smeri potisniti valj v nasprotni smeri, zahvaljujoč izreku Isaac New-ton s, da ima vsako dejanje enako in nasprotno reakcijo. Tako vrteči se valj izkorišča dvižno silo, pravokotno na smer vetra. Temelj, pritrjen na krovu ladje. Dvigajo veter 1, 8 m. Rotor jadra Odklon zraka
C. Bickel / Znanost

Norsepower je razvil rotorsko jadro po prvotni zasnovi Flettnerja, a posodobljen s sodobnimi materiali, kot so ogljikova in steklena vlakna, ki so njegovo težo zmanjšali za trikrat. To pomeni, da je za vrtenje rotorja potrebno manj električne energije, kar pomeni bolj učinkovito pogon. Naša največja rotorska jadra lahko zagotovijo potisni ekvivalent do 3 megavate moči glavnega motorja, medtem ko črpajo manj kot 90 kilovatov električne energije, pravi Riski. Norsepower s design je povezan tudi s programsko opremo, ki prilagodi hitrost vrtenja rotorja do nekaj sto vrtljajev na minuto, da maksimira potisk naprej. It je popolnoma samodejen in enostaven za uporabo, pravi Riski.

Tehnologija bi morala biti tudi varna, saj rezanje elektrike na rotorju zaustavi pogon in pusti samo vlečno silo. In ta sila vlečenja je verjetno veliko manj pomembna kot vlečenje ladje, ki se premika po vodi, pravi Jeff Eldredge, dinamični dinamik na kalifornijski univerzi v Los Angelesu. Michael Traut, fizik z univerze v Manchestru v Združenem kraljestvu, pravi, da ni nevarnosti, da bi posode prepojili.

Rotor jadra so na splošno učinkovita, če je veter premika hitreje od 18 kilometrov na hourroughly 10 knotsand piha čez ladje lok pod kotom najmanj 20. Riski pravi, da se ladje pogosto srečujejo s takšnimi pogoji na severnih pacifiških in severnoatlantskih ladjarskih poteh. Za razliko od originalnih rotorskih jader Flettner, naj bi nove različice zagotavljale le dodaten potisk, namesto da bi v celoti nadomestile ladijski motor, pravi Riski.

Leta 2015 je Norsepower izvedel prve teste na morju svojih rotorskih jader na tovorni ladji, ki prevaža avtomobile in tovornjake med Nizozemsko in Združenim kraljestvom. Ko je bila opremljena z dvema 18-metrskima rotorjema, je ladja zgorela za 6% manj goriva. Naslednje leto po tem, ko Norsepower namesti rotorska jadra na tanker za nafto in potniško križarko, bodo we ll vse glavne vrste ladij pokrite, pravi Riski. Kontejnerske ladje niso primerne za rotorska jadra, ker so njihove palube zložene s kontejnerji, ugotavlja.

Čas bo pokazal, ali je ta nov zagon stare tehnologije uspešen. Ena pomanjkljivost originalnih rotorjev Flettner je bila ta, da je potrebna moč za njihovo vrtenje prevelika, da bi jih lahko naredili praktične, pravi Eldredge. Toda z novimi materiali bi ta problem lahko bil rešen, pravi. Še vedno pravi, Postaja še videti, ali bomo videli kup tovornih ladij s Flettnerjevimi rotorji.

* Popravek, 7. september, 12.40: Zgodba je popravljena, da se pravilno prepozna podjetje, ki bo preizkušalo rotorska jadra na svojih potniških ladjah.