Введение
Тип системы судового движения Турбопарус или французский турбоволь - это система морского движения, использующая парус, похожий на вертикальную поверхность, и систему управления пограничным слоем с питанием для улучшения подъема через широкий угол атаки. Это позволяет парусу двигаться в любом направлении, просто перемещая один лопасть на задней части паруса, в отличие от обычных парусов, которые должны постоянно регулироваться, чтобы реагировать на изменения относительного ветра. Турбопарус был впервые разработан в крупномасштабном применении Жаком Ивом Кусто, который поручил Alcyone протестировать концепцию в производстве. Больший Калипсо II также был спроектирован для использования турбосая, но такой конструкции не было построено.
The turbosail or French turbovoile is a marine propulsion system using a sail like vertical surface and a powered boundary layer control system to improve lift across a wide angle of attack. This allows the sail to power the boat in any direction simply by moving a single flap at the back of the sail, unlike conventional sails which have to be continually adjusted to react to changes in the relative wind. The turbosail was first developed in a large scale application by Jacques Yves Cousteau who commissioned the Alcyone to test the concept in production. The larger Calypso II was also designed to use a turbosail, but that design was not built.
Концепция
В 1980 году Жак Кусто мечтал создать корабль с современным двигателем, который будет, по крайней мере, частично, приводиться в движение ветром, чистым, бесплатным, возобновляемым источником энергии.
Аэродинамика
Кусто и его коллеги, профессор Люсьен Малавар и доктор Бертран Шарье, использовали фиксированный цилиндр, который выглядел как дымовая труба и функционировал как крыло самолета. Он состоит из профиля воздуха, вертикальной и грубо овальной трубки, с подвижным крылом, который улучшает разделение между интрадо и экстрадо. Система всасывания втягивает воздух в трубки и используется для увеличения углубления с одной стороны паруса; сила реакции возникает в результате разницы давления. Таким образом, паруса действуют как крылья, создавая подъем и сопротивление. Для управления и увеличения величины максимальной силы реакции используется подвижная, напоминающая крышку, задняя крышка и система всасывания, затягиваемая вентилятором. В результате этой конструкции турбопарус обеспечивает реакционную силу, компонент которой, тяга, доступен для направления движения. Подобно парусу без двигателя, тяга не может быть получена, когда ветер направляется прямо в противоположное направление, и она не может быть получена без ветра. Однако использование вентилятора, требующего мощности двигателя, увеличивает генерируемую реакционную силу по сравнению с устройством без питания. Двигатель на основе винта может использоваться в сочетании с турбосайлами. Эти традиционные двигатели, вместе с углами и силой всасывания парусов, могут быть скоординированы с компьютерами для управления кораблем.
Инженерный анализ
По словам Костео, "коэффициент тяги турбопаруса в 3,5 - 4 раза выше, чем у лучших когда-либо построенных парусов (Маркони или квадратных, то есть кораблей Кубка Америки [sic] или японской системы ветрового движения), и это дает системе уникальное преимущество в экономическом движении судов". Однако эффективность системы не была подвергнута достаточным сравнительным инженерным исследованиям. Было только два судна с турбопарусом, на которых проводились активные исследования. Группа Кусто является единственной организацией, имеющей большое количество данных о турбопарусных судах.
Ранние годы развития: 1981-1982 гг.: Moulin à Vent
Кусто и его команда установили изобретение на катамаране под названием Moulin à Vent (ветряная мельница). Система состояла из одной мачты с турбосайлом, окрашенной в синий цвет. Исследовательская программа для этого судна была разработана для проверки эффективности тяги с помощью двигательной системы. Проверив концепцию, в конечном итоге в 1982 году разработку прототипа отказались, поскольку группа Кусто обратила внимание на более крупное судно, Alcyone.
Алкион
Опыт Кусто был использован при разработке нового судна. В сотрудничестве с морскими инженерами он разработал инновационный корпус из алюминия, легкий и прочный. Катамаран, как кормовой, придавал ему стабильность. Вперед монокорпус был разработан для разделения наводнений и улучшения езды в тяжелых морях. Два турбосайма поднялись с палубы, а два дизельных двигателя обеспечили необходимые силы всасывания. Корабль был назван Алкионой, дочерью ветра. Когда Alcyone был запущен в 1985 году, он получил преимущества от разработки оригинального турбосалона Moulin a Vent. С двумя турбопарусами с уменьшенным соотношением сторон напряжение, возлагаемое на металл парусных поверхностей, было значительно уменьшено. Оба паруса также содержали осевые турбины для генерации энергии, а с уменьшением стоимости компьютеров, также имели сенсорные управляющие элементы для приведения в действие парусов для оптимальной тяги. Практический опыт работы с судном позволил группе Кусто в 1980-х годах принять судно в качестве флагмана и первичной исследовательской платформы. Компьютеры оптимизировали работу турбосаев и двигателей. Чтобы сохранять постоянную скорость, двигатели автоматически переходят в работу, когда ветер утихает, и полностью останавливаются, когда ветер достаточно силен, когда дует в правильном направлении. Для обслуживания корабля требуется команда из пяти человек.
Дальнейшее развитие
В связи с интересом к расширению использования турбопаруса, было предложено, чтобы танкеры и другие крупные суда вскоре установили турбопарусы в качестве средства для снижения потребления топлива. Система была предназначена для питания Calypso II, который еще не был построен.