Flettnerův rotor

Pohon E-Ship 1 je posílen čtyřmi rotory Flettner

Pohon na lodi

Rotor Flettner je rotující válec vystaven proudění větru . Působí jako plachta a vytváří sílu napříč tokem prostřednictvím Magnusova efektu . Je pojmenována po Antonovi Flettnerovi , který si ji nechal patentovat jako lodní pohonný systém.

Rotor Flettner se používá hlavně v rotorových lodích . Pohon s jediným rotorem obecně není možný, protože nezajišťuje manévrovatelnost při nedostatku větru.

Flettnerův rotor by neměl být zaměňován s dvojitým rotorem Flettner od stejného vynálezce, konfigurace rotoru pro helikoptéry.

konstrukce

Magnusův efekt na Flettnerově rotoru

Jako pohon lodi se rotor Flettner skládá z vertikálního, vysokého, rotujícího válce z plechu nebo kompozitních materiálů, jehož větší koncové desky udržují tok na trubce a brání tak jinak významnému snížení účinnosti na konci rotor. Rotor se otáčí rychlostí přizpůsobenou převládající rychlosti větru. Elektrický pohon je běžný.

zásada

Síly na Flettnerově rotoru

Kurzy na větru rotorové lodi

• Tuhý válec vystavený proudu by generoval sílu pouze přes odpor projektované oblasti proti větru, a to ve směru toku.
• Rotující válec naopak využívá Magnusův efekt ze sacích a dynamických tlakových sil k vytvoření mnohem větší vychylovací síly směřující v pravém úhlu k proudu.
• Vybavená výlučně lodí Flettnerových rotorů se proto musí podobat plachetnici proti větru, aby se ukázala a zůstává v bezvědomí nemotivovaná.

Pokud vítr fouká proti rotujícímu válci, vzduch se zrychlí tam, kde se spojí směr otáčení válce a směr větru. Brzdí se na opačné straně válce, takže teče pomaleji. To vytváří podtlak (rychlejší tok) a přetlak (pomalejší tok), celkem tedy síla působící příčně k toku (dynamický vztlak, v grafice F), podobně jako stacionární (letadlové) křídlo, ale s mnohem lepší účinností - přibližně desetkrát plachty nebo tuhého křídla se stejným odporem větru. Tato (částečná) síla působí ve směru, ve kterém jsou směr proudění a směr otáčení tělesa ve stejném směru a závisí (jako nakonec rychlost jízdy) na rychlosti proudění, rychlosti otáčení rotoru a v zásadě o vztahu mezi nimi. Rychlost povrchu rotoru se často pohybuje kolem trojnásobku až čtyřnásobku rychlosti větru, aby byl umožněn velmi účinný pohon, který byl dříve u lodních pohonů v rozsahu zhruba 100 otáček za minutu.

Změna směru otáčení rotoru převrací tím generovanou silovou složku F2. V každém případě však druhá složka síly, která vzniká z odporu, působí ve směru toku: F1. Použije se součet (výslednice R) těchto dvou dílčích sil.

Jako normální plachty nemají hnací síly rotorů, které jsou generovány rotací, žádný pohon na kurzech ve větru a - na rozdíl od běžných plachet - téměř na kurtech před větrem.

Rychlost rotoru, musí být zvýšen při rychlosti větru, takže s vysokou větrné energie také vysoké hnací energie, musí být pro rotory, ale s nízkou větrné energie je poměrně větší úsilí pro provoz rotorů.

Sigurd Savonius zkoumal, jak pohánět válce pomocí větrné energie, a vynalezl a vyvinul rotor Savonius . K pohonu by se hodila i další větrná turbína se svislou hřídelí .

Dokonce i Laurence J. Lesh si pohrával na rotorové lodi s rotory poháněnými větrem. Rotor Lesh byla čočka ve tvaru aerodynamický profil, který nemůže otáčet sám o sobě, ale může být zahájena v obou směrech otáčení. Podle modelových testů rotor sliboval téměř čtyřikrát větší postup než plachta. Rotorem lze také pohánět rotor bez převodu rotoru, jak je nutné u rotoru Savonius nebo jiných turbín se svislou osou. Profily mohly být také při vyšších rychlostech větru zcela zastaveny a použity jako plachta. Zkušební loď pro rotor v plné velikosti byla postavena v Chicagu v roce 1933.

Podle zkušeností operátora Norsepower lze při použití moderního rotoru Flettner v lehké konstrukci se spotřebou elektrické energie nižší než 90 kW u elektromotorů rotoru nahradit konvenční výkon stroje až kolem 3 MW.

použití

Rotorové lodě byly poprvé vyvinuty během dvacátých let minulého století a samotným Flettnerem, ale nedokázaly zvítězit a v letech po roce 1930 ztratily ekonomickou konkurenci tepelných motorů ( parní stroje a turbíny i naftové motory ) ve stejné míře jako pohony plachet.

Na začátku 80. let vyvinuli Lucien Malavard, Bertrand Charrier a Jacques-Yves Cousteau nový plavební princip založený na Magnusově jevu. V roce 1982 nechal Cousteau katamarán Moulin à Vente vybavit prototypem plachty vyrobeným ze svislé trubky s prodlouženým eliptickým průřezem. V roce 1985 byla vypuštěna výzkumná loď Alcyone se dvěma plachtami vyrobenými ze svislých eliptických trubek. Plachetní systém s názvem Turbovoile nebo Turbosail je navržen jako pomocný pohon. Místo toho, aby se točilo jako Flettnerův rotor a udržovalo tak oblast nízkého tlaku vzduchu na povrchu co nejdéle, byla efektivní plocha rychlejšího proudění vzduchu na závětrné straně maximalizována deflektorem toku a sáním zařízení k odsávání turbulencí za deflektorem. Pro Calypso II byl plánován turbovrak s téměř vejcovitým průřezem, ale loď nebyla nikdy postavena.

Dne 2. srpna 2008, E-Ship 1 byl vypuštěn v Kielu, s použitím reálných Flettner rotory ve velikosti, která nebyla použita do té doby. Rotory Flettner nejsou jen pomocným pohonem, ale svou hybnou silou působí také jako stabilizátory lodi .

Lodě

Buckau 1924, první loď s rotory Flettner

Flettnerova závodní jachta

Dva ze čtyř rotorů Flettner E-Ship 1

• Buckau (později přejmenovaný na Baden-Baden ): S třístěžníkovým škunerem Buckau , který bylloděnicí Germania v Kielu přeměněn na rotorovou loď, získal Flettner první praktické zkušenosti s novým typem pohonu, který vyvinul. Buckau , který stanovil pro svou zkušební jízdu se dvěma rotory v roce 1924, byl řízenpomocí pomocným motorem , kterýjednalna vrtuli , když tam byl žádný vítr a fairway byla omezena. Po různých testech za proměnlivých povětrnostních podmínekdosáhlaFlettnerova rotorová loď, nyní přejmenovaná na Baden-Baden ,9. května 1926po úspěšném překročení Atlantiku doNew Yorku.
• Barbara : Pro Roba. M. Sloman ml. Námořní společnost v Hamburku 28. července 1926bylauvedena do provozu2077 BRT a 87 metrů dlouhá Barbara, postavená loděnicí AG „Weser“ v Brémách . Jménem Reichsmarine se nákladní loď byla vybavena třemi Flettner rotory jako přídavný pohon. To křižoval  proti větrupři rychlosti větru okolo Beaufort 4 ve čtyřech uzlů, a před větrem loď údajně ještě křižoval v devíti uzlů. Přesto v letech po roce 1930 ztratily rotory Flettner ekonomickou soutěž proti čistě mechanickým pohonům ve stejné míře jako samotné pohony plachet.
• Flettner Jacht byl 6 nebo 7 meter rekreační loď, vybavena přibližně 6 metrů vysoký Flettner rotor se dvěma koncovými disky a další disk, na oplocení , mezi dolní třetině a horních dvou třetinách válce. Člun byl přestavěn na jaře 1925 a plavil se ve vodách poblíž Berlína. Flettnerův plot byl již v patentu z roku 1928 a byl vypočítán A. Thomem v roce 1934 pomocí nehospodárných rychlostí. Při těchto rychlostech dosahuje Flettner Fence enormního příčného pohonu. Práce přitahovala velkou pozornost, což vedlo k tomu, že se Plot stal známým jako Thom Disk .
• Flettnerova závodní jachta byla 11 metrů sportovní loď s 5,8 metru vysokým hliníkovým rotorem. V roce 1925 to byla druhá jachta, která měla rotor. S motorem o výkonu 4 hp bylo dosaženo 300 ot./min. V létě 1925 prohrál závod s plachetnicí na Wannsee, ale pata byla výrazně menší.
• Nejmenovaný 30metrový námořní řezač byl testován s rotorem Flettner v roce 1925 americkými studenty stavby lodí na MIT , poručíky námořnictva J. Kiernanem a W. Hastingsem, krátce po prvních zprávách o Buckau. Rotor byl 2,9 m vysoký, 1,07 m v průměru a byl poháněn 5 hp motorem. Koncový disk byl větší než u Flettnerových návrhů a byl připevněn k lodi místo k rotoru.
• 42 stop dlouhá motorová jachta Tracker byla vybavena 7,32 m vysokým a 1,06 m širokým rotorem pro demonstrační účely v roce 1984 (konec krize cen ropy ). Rotor se otáčel až 600 / min a byl vyvinut pro následnou instalaci. Byl navržen společností Windship Development Corp. a byl z větru Free Inc. postaven.
• Rotorboat : 3,6 m dlouhý člun s vlastní hmotností 40 kg bez plachty poprvé vybavil Stephen Thorpe v roce 2004 2,5 m vysokým, štíhlým, kónickým rotorem Flettner bez koncové desky na špičce a později s 3 m vysokým rotor. K dosažení rychlosti trupu spotřebovalo 25 wattů s 800 / min při síle větru 4 . To se plavilo mimo britské pobřeží nejméně do roku 2007.
• Uni-Kat Flensburg : Uni-Kat Flensburg byl vyvinut na Ústavu fyziky a chemie a jeho didaktiky na univerzitě ve Flensburgu u profesora Lutze Fiessera jako součást projektu PROA. Loď byla pokřtěna na Flensburg Nautics 2006. Rotor byl vyroben z plastové fólie s vyztužujícími hliníkovými kroužky.
• E-Ship 1 : V roce 2006 pověřil výrobce větrných turbín Enercon loděnici Lindenau v Kielu, abynavrhla a postavila nákladní loď o délce 130 m. Jeho hlavní pohon je diesel-elektrický a má také čtyři rotory Flettner. Byla zahájena 2. srpna 2008, uprostřed velké recese v roce 2007 . Kvůli bankrotu Lindenau byl trup E-Ship 1 převeden do Emdenu a dokončen tam v loděnici Cassens . Nákladní prostor byl speciálně vybaven pro přepravu dílů z větrných turbín majitele Enerconu. První plavba lodi E-Ship 1 z Emdenu do Dublinu se uskutečnila9. srpna 2010. V říjnu 2010 by měly být stanoveny úspory ve spotřebě paliva při plavbě po Středozemním moři.
• Cloudia : K 2008 prezentované Cloudia je převeden trimaran typu Searunner 34 . Je vybaven 8,24 m a 6,4 m vysokým rotorem Flettner s průměrem jádra 1,37 m pro maximálně 400 ot / min. Aby se zvýšil součinitel příčného pohonu, je na jejich povrch instalovánoněkolik horizontálních disků, takzvaných plotů nebo kotoučů Thom , o průměru 2,44 m a vzdálenosti 0,92 m mezi disky. Jedná se o demonstrační loď jménem 1500 potřebných autonomních člunů uvolňujících částice slané vodyprojektu Brighter World od Johna Lathama a Stephena Saltera k boji proti globálnímu oteplování . Projekt si klade za cílzlepšitenergetickou odrazivost ( albedo ) mořských ploch generováním hlubokých stratových mraků (vysoká mlha) . To by zvýšilo záření Země o přibližně 2% a trochu ochladilo atmosféru. Používá se technologie rotorů Flettner, protože se snadněji ovládají než lanoví alze je provozovatvýhradně s elektřinou ze solárních článků .
• Estraden : Estraden je druhá nákladní loď typu ro-ro na světě s rotorem Flettner. Loď, postavená v roce 1999 aplující v Severním a Baltském mořipro Mann Lines , byla vybavena prvním rotorem v roce 2014 a druhým rotorem v roce 2015 a nyní márotor na zádi a jeden ve středukromě normálního pohon přes vznětové motory . Hnací systém vyvinutýfinskou společností Norsepower pod názvem Norsepower Rotor Sail se údajně liší od dřívějších rotorů Flettner svým vyšším výkonem. Šest procent paliva se ušetří každý rok.
• MV Afros : Hromadný nosič řady SDARI 64 Ultramax patřící společnosti Blue Planet Shipping (Piraeus, Řecko)byl dodán loděnicí Jiangsu Haitong Offshore Engineering (Čína) v lednu 2018 se čtyřmi rotory Anemoi Wind Engine, které lze přesouvat na pravoboku strana na kolejích. Systém kolejnic umožňuje přesun GRP rotorů z pracovní oblasti jeřábu během nakládání a vykládání nákladních prostor. Jedná se o první hromadný přepravník s rotory Flettner a byl na řecké přepravní ceně 2018 vyhlášen vítězem kategorie 'Loď roku'.
• Viking Grace : Tentoosobní trajekt, který jeod roku 2013v provozus Viking Line v Baltském moři, obdržel v roce 2018 rotor Flettner, aby ušetřil palivo. Rotor je vysoký 24 metrů a má průměr 4 metry. Byl to praktický test od dubna 2018 do konce roku 2019, aby se zjistilo, jak velké úspory paliva by bylo možné na trase dosáhnout.
• Whirlwind : Pod názvem projektu „Eolos“ studenti ETH Curych vyvinuli a postaviliv roce 2016 3,8 m vysoký a 65 cm široký nafukovací rotor. Systém byl instalován do 6,3 m dlouhé plachetnice Whirlwind . Sklopný rotor, který lze zasunout až na 80 cm, má uvnitř teleskopickou osu . Povrch tvoří třívrstvé laminované plátno, které je nalepeno na jen o málo větší koncovky. Vnitřní tlak během provozu je 0,2  baru .
• Maersk Pelican , tanker dánské přepravní společnosti AP Møller-Mærsk , byl v roce 2018 dovybaven dvěma rotory Flettner o výšce 30 metrů a průměru 5 metrů. Jedná se o moduly „Rotorsails“ od výrobce Norsepower. První test byl úspěšně dokončen v říjnu 2018.
• V červnu 2018 byla 4200 tunová víceúčelová nákladní loď Fehn Pollux (vyrobena v roce 1996) od společnosti Fehn Ship Management GmbH & Co.KG v Leeru vybavena 18metrovou rotorovou plachtou typu Eco Flettner . To pochází z větru Hybrid Coaster projektu na University of Emden / Leer , na námořní Competence Center (Mariko) a regionální plynárenské společnosti. Podle vyhodnocení výsledků měření lze v závislosti na rychlosti lodi ušetřit 10 až 20 procent paliva. Je důležité, aby plocha paluby byla volná pro tok k rotoru.
• Viking Glory , další trajekt provozovaný finskou přepravní společností Viking Line , byl kýlem společnosti Xiamen Shipbuilding Industry Co. dne 3. června 2019. Poprvé byla již při plánování trajektu zohledněna instalace dvou pomocných pohonných modulů Flettner. Trajekt je určen pro trasu Turku - Åland - Stockholm . Praktické zkušenosti s rotorem Flettner Viking Grace na stejné trase trajektu vedly k rozhodnutí připravit loď na instalaci Flettnerových rotorů, ale ne na jejich instalaci.
• Kodaň : Trajekt RoPax přepravní společnosti Scandlines na trase Rostock - Gedser byl dodatečně vybaven rotorem Flettner od společnosti Norsepower . Očekává se, že se tím snížíemiseCO ₂ o dalších 4–5%.
• SC Connector : Aby byla nákladní loď RoRo postavená v roce 1997 norskou plavební společností Sea-Cargo vybavena dvěma rotorovými plachtami 2020, byly navrženy tak, aby je bylo možné sklopit, aby loď mohla projet nízkými mosty.
• Sea Zhoushan : Pět 24 metrů vysokých rotorů Flettner od společnosti Norsepower o průměru 4 metry bylo nainstalováno na 340 metrů dlouhou a 62 metrů širokou rudnou nákladní loď, která byla postavena v Číně v roce 2021. VLOC (Very Large Ore Carrier) s nosností 325.000  TDW (IMO 9844112) byl postaven pro Pan Ocean Ship management a je jít na dlouhodobé charty pro brazilské důlní společnosti Vale .

Plymouth AA-2004 , hydroplán s Flettner rotory na místě křídel

Letadla

Rotor Flettner generuje sílu kolmou ke směru přiváděného vzduchu. To znamená, že může být použit jako křídlo letadla. Při stejné rychlosti proudění generuje rotor Flettner dokonce výrazně vyšší zdvih než tuhý profil. To umožňuje obzvláště nízkou rychlost. Tento princip se ukázal být funkční na modelových letadlech s rozpětím křídel kolem jednoho metru . Modely však také vykazovaly problémy s ohledem na letovou polohu: Coriolisova síla rotorů spojuje rotace kolem svislé osy s rotacemi kolem osy válce .

Jedním z problémů je, že pokud pohon rotoru selže, letadlo Flettner již nemá žádný zdvih a havaruje.

Kolem roku 1930 byl Plymouth AA-2004 (schválení 921-V ) prototypem hydroplánu s rotory místo křídel. Není však jasné, zda toto letadlo někdy letělo. Někdy se navrhují návrhy lidských letadel založené na tomto principu, ale dosud nedosáhly stadia prototypu plné letové způsobilosti.

Větrné turbíny

Polská větrná turbína Acowind A-63 má místo lopatek rotorů tři rotory Flettner.

literatura

• Flettnerova loď. In: Marine-Rundschau, časopis pro mořský život. 1924, ISSN  0025-3294 , s. 361-371.
• Anton Flettner: Aplikace znalostí aerodynamiky na větrný pohon lodí. In: Ročenka společnosti pro stavbu lodí . Svazek 25, Julius Springer, Berlín 1924, s. 222-251.
• Německý patent 420840: Způsob generování příčného pohonu na příčných hnacích tělech, např. B. na plachetnicích. 4. listopadu 1925, online ve Vyhledávání patentů Google, přístup 19. ledna 2017.
• Josef Esser: Flettnerova loď. GD Baedeker, Essen 1925.
• Kurt Graffstädt: Flettnerovy rotory v obecně srozumitelné formě. Polytechnische Verlagsgesellschaft Max Hittenkofer , Strelitz v M. 1925.
• Anton Flettner: Moje cesta k rotoru. Köhler & Amelang, Lipsko 1926.
• Patent USA 1674169: Uspořádání pro výměnu energie mezi proudem a tělesem v něm. 19. června 1928, online ve Vyhledávání patentů Google, přístup 19. ledna 2017.
• Heinrich Croseck: Od plachetnice k rotoru . In: Institut für Meereskunde, Berlin (Ed.): Meereskunde . páska 16 , č. 3 . ES Mittler & Sohn, Berlín 1928. 
• Hans-Jürgen Reuß: Rotorové lodě Flettner: Stará technologie pro nové lodě. (PDF; 2,5 MB) In: Technický vývoj německé obchodní flotily ve 20. a 30. letech 20. století , internetový projekt Německého námořního muzea v DSM.Museum, přístup 23. ledna 2017
• Felix von König: Větrná energie z rotoru Flettner: lodě, jachty, lodě a větrné turbíny s rotory. Pfriemer, Mnichov 1980, ISBN 3-7906-0095-4 .
• Claus D. Wagner: Další vývoj rotoru Flettner na moderní pomocný větrný pohon. (Zpráva BMFT MTK 03084, 2 svazky) Blohm + Voss, Hamburg 1985.
• Ekkehard Bübers: Vyšetřování dvojice Flettnerových rotorů. University of Hamburg, diplomová práce 1986.
• Claus D. Wagner: Plachetnice. Kabel Verlag, Hamburg 1991, ISBN 3-8225-0158-1 .
• Uwe Greve: Lodě - Lidé - Osudy: Buckau a Barbara. Experiment rotorových lodí. No. 20, Volume 3, DBM-Media, Berlin 1995.
• Christian Mähr: Zapomenuté vynálezy. 2002, ISBN 3-8321-7816-3 .
• Frank Grotelüschen: Točivý moment: Antonovi Flettnerovi se v roce 1924 podařilo to, o čem všichni námořníci sní: jeho rotorová loď pluje proti větru. In: Mare- Die Zeitschrift der Meere , č. 45, srpen 2004, Dreiviertel-Verlag, Hamburg 2004, ISSN  1432-928X , s. 38–41. Online na mare.de, přístup 8. ledna 2017.
• Reiner Höhndorf: rotorová loď Flettner. Gadebuscher Strasse 270a, Schwerin 2004.
• Reinhold Thiel: Historie Actien-Gesellschaft „Weser“ 1843–1983. Hauschild, Bremen 2006, ISBN 978-3-89757-338-3 .
• Vaječná žloutková louka: plná dýmka. In: Deutsche Seeschifffahrt , číslo 3/2010, Storck-Verlag, Hamburg 2010, ISSN  0948-9002 , s. 50–53.
• Karl-Heinz Hochhaus: konzultační den STG „Inovativní lodě“ v Kielu. In: Hansa , Heft 4/2010, Schiffahrts-Verlag Hansa, Hamburg 2010, ISSN  0017-7504 , s. 44-47, online na Hochhaus-Schiffsbetrieb.jimdo.com, přístup 19. ledna 2017.
• P. Schenzle: Zpět k plavbě? Od empirického „know-how“ k racionálnímu „vědět proč“. In: Ročenka společnosti pro stavbu lodí 2010 , s. 33–44.
• P. Schenzle: Větrné lodě v 21. století? Současné přístupy ve větrném pohonu lodí. In: Ročenka společnosti pro stavbu lodí 2010 , s. 55–65.
• Německé užitné vzory 20 2007 009 278,4 a 20 2007 009 279,2.
• Michael Vahs, Jann Strybny, Thomas Peetz, Moritz Götting, Marcel Müller, Sascha Strasser: Flettnerrotor snižuje náklady na palivo . In: Schiff & Hafen , číslo 2/2019, s. 12–20
• Michael Meyer: Nová společnost EcoFlettner hledá přepravní společnosti . In: Hansa , číslo 10/2019, s. 54/55

webové odkazy

• Soukromá stránka o rotoru Flettner a Savonius (a dalších)
• „Das Flettner-Schiff“ , rukopis Alberta Einsteina z roku 1925, Einstein Archives Online
• Informace o rotoru Flettner na webu windschiffe.de (webová stránka o pohonu větrem pro obchodní lodě)
• Mohou moderní nákladní lodě znovu plout s větrem? DLR blog
• Zpráva o křtu Uni-Kat Flensburg ve vysílaném seriálu Research News of Deutschlandfunk
• Frank Grotelüschen: Reklama pilíř jako plachta: Flettner rotor ve výzkumném série o Deutschlandfunk
• Sloupce jako plachty - vítr pohání loď s rotory Flettner ( upomínka z 10. června 2015 v internetovém archivu ), Nano (3sat) 21. září 2010 E -Ship 1 na 3Sat - sloupce jako plachty na YouTube

Individuální důkazy