Навстречу ветру⁠

Исполь­зо­вать энергию ветра для движе­ния чело­ве­че­ство научи­лось давно: счи­та­ется, что люди стали исполь­зо­вать парус при­мерно 5,5 тысяч лет назад. Судя по сохра­нившимся рисун­кам и результа­там рас­копок, впер­вые начали при­ме­нять парус егип­тяне. Прак­ти­че­ски в исход­ном виде он дошёл и до наших дней: кусок ткани закреп­ля­ется на мачте, ветер «наду­вает» паруса, давит на них, и корабль плывёт. А можно ли двигаться за счёт энергии ветра строго нав­стречу ветру? (Предпо­лага­ется, что нет ника­ких двига­те­лей, нет аккуму­ля­то­ров, движе­ние должно осуществ­ляться только за счёт меха­ни­че­ского пре­об­ра­зо­ва­ния энергии ветра.)

Такой вопрос был постав­лен в 70-е годы XX века и раз­де­лил учё­ных на два лагеря: одни утвер­ждали, что движе­ние реа­ли­зу­емо, а другие счи­тали, что оно про­ти­во­ре­чит физи­че­ским зако­нам. Конец этим спо­рам положило созда­ние про­то­типа: совет­ские инже­неры Б. В. Григо­рьев и Г. П. Лысенко во время тури­сти­че­ского похода в 1975 году постро­или и испытали модель с вет­ро­двига­те­лем, двигавшуюся по воде строго нав­стречу ветру. Результаты экс­пе­римен­тов были опуб­ли­ко­ваны в жур­нале «Изоб­ре­та­тель и раци­о­на­ли­за­тор» в 1979 году. В 1981 году появи­лись сообще­ния о постро­е­нии яхты «Хоби­кэт» во Франции, а в 1986 году англи­ча­нин Джим Уил­кин­сон опуб­ли­ко­вал ста­тью о катама­ране «Реве­лейшен». Нача­лась уже инже­нер­ная гонка — как мак­симально эффек­тивно исполь­зо­вать энергию ветра в рас­смат­ри­ва­емой задаче.

Основ­ная идея движе­ния нав­стречу ветру — заби­рать энергию из воз­душ­ного потока, а оттал­ки­ваться от воды — более плот­ной среды.

Поплавки катама­рана держат про­стейшую кинема­ти­че­скую схему: длин­ный стержень (вал), на одном конце кото­рого закреп­лён вет­ропри­ём­ный про­пел­лер, а на другом — греб­ной винт. Вал уста­нов­лен под накло­ном, чтобы греб­ной винт был пол­но­стью погружён в воду, а про­пел­лер рас­по­лагался над водой. Набегающий ветер вращает про­пел­лер, через ось это враще­ние пере­да­ётся на греб­ной винт, кото­рый тол­кает судно.

Но встреч­ный ветер пыта­ется сме­стить катама­ран назад. С одной сто­роны, чем больше размер про­пел­лера, тем больше кине­ти­че­ской энергии будет пере­дано греб­ному винту и исполь­зо­вано для движе­ния. Но, с дру­гой сто­роны, большие про­пел­леры имеют высо­кое лобо­вое сопро­тив­ле­ние: уди­ви­тельно, но про­пел­лер рабо­тает почти как парус, по площади рав­ный площади круга, с диамет­ром рав­ным диаметру про­пел­лера.

Несколько лет назад в НИИ меха­ники МГУ рас­счи­тали, что мак­сималь­ная ско­рость корпуса достига­ется, если про­пел­лер больше греб­ного винта при­мерно в 5,5 раз. При ско­ро­сти ветра 10 м/c (36 км/ч) отно­си­тельно воды постро­ен­ная экс­пе­римен­таль­ная модель разго­ня­лась до 2 м/c.

Вы можете сде­лать такой катама­ран сво­ими руками. Под­хо­дящие винты можно найти в мага­зи­нах радио­управ­ля­емых моде­лей. Размеры, близ­кие к оптималь­ным, стан­дартны: диаметр воз­душ­ного про­пел­лера для квад­ро­ко­птера 150 мм, диаметр греб­ного винта 30 мм. При покупке стóит обра­тить внима­ние, что винты, пред­на­зна­чен­ные для сред с раз­лич­ной плот­но­стью, раз­ли­чаются геомет­рией лопа­стей. А вот внутри одного класса — воз­душ­ных про­пел­ле­ров или греб­ных вин­тов — винты схожи и можно выби­рать любой. В каче­стве вала и его корпуса можно исполь­зо­вать стан­дарт­ные тон­ко­стен­ные трубки, рас­про­стра­нены угле­род­ные или кар­бо­но­вые, а поплавки катама­рана можно сде­лать из листа пенопро­пи­лена.

Нали­ваем в пла­сти­ко­вую ван­ночку воду, ста­вим вен­ти­ля­тор, … Удач­ного пла­ва­нья!