- Transport on Line - hiltunen.htm

В связи с ростом цен на энергоносители растет себестоимость перевозок
грузов и пассажиров на морских и речных судах.

Для среднетоннажного судна водоизмещением 20 тыс.т при скорости 16 уз.
требуется 35-40 т топлива в сутки, что при современных ценах на топливо
за тонну составляет до 10 млн.руб. за сутки. При такой дороговизне даже
10% экономии топлива заслуживает серьезного внимания.

Вспомогательная ветросиловая установка (ВСУ), речь о которой пойдет
в дальнейшем, при наличии ветра может экономить до 50% и более топлива,
а если учесть, что при этом сохраняется ресурс двигателей, ремонт которых
весьма дорогой, то в результате значительно снизится себестоимость перевозок.
Кроме того, следует учесть, что улучшится экологическая обстановка , так
как снизится загрязнение атмосферы.

Потребность в жидком топливе с каждым годом возрастает, что вызывает
рост его стоимости, а запасы нефти в мире, разведанные в настоящее время,
весьма ограничены. Директор Регистра Ллойда Р.Хаскинсон предостерегает
судовладельцев, что для имеющихся и заказываемых сейчас судов может не
хватить топлива, особенно если для производства его используется нефть.

Добывать топливо из недр земли с каждым годом становится все труднее.
Нефтевышки уже шагают не только в известные месторождения земли, но и в
глубь океанов, тундры, Арктики и в другие земные и водные пространства,
стремясь восполнить колоссальный расход этого жидкого энергоносителя, не
задумываясь над последствиями экологии, безжалостно загрязняя воздух, землю
и водные просторы.

Совершенно очевидно необходим поиск другого вида энергоносителя, который,
если не заменит, то значительно снизит потребность в топливе. Таким энергоносителем
для флота может являться сила ветра, способная значительно снизить потребность
в топливе для морского и речного транспорта. Вполне естественно, что во
всех странах мира создаются всевозможные типы ветросиловых установок.

Вспомним, что на заре развития мореплавания сила ветра была основным
энергоносителем, но из-за малой тяговооруженности, применявшихся парусных
вооружений, большого числа команды, необходимой для его эксплуатации, зависимости
от погодных условий, больших трудностей в непогоду, когда паруса нужно
убирать, а при отсутствии ветра суда были вынуждены бездействовать, экологически
чистая и бесплатная энергия была незаслуженно забыта мореплавателями и
в настоящее время применяется только в спортивных целях.

По нашему глубокому убеждению, современные морские и речные суда должны
сочетать в себе ветросиловую установку и обычный двигатель. Последний используется
только при встречном ветре, безветрии, недостаточной скорости ветра, при
сложном маневрировании судна в условиях стесненного фарватера и в портах.
Наличие любого по силе ветра должно всегда использоваться судном для снижения
расхода топлива, а при сильном благоприятном ветре - полностью исключать
его расход.

Создание нового типа судов, естественно, должно несколько изменить архитектуру
судна, что потребует дополнительных агрегатов для судна и системы его причала.

В Московском авиационном институте разработан оригинальный вариант парусного
вооружения,(рис. 1) во много раз эффективнее других типов. Это вооружение,
кроме простоты управления и эксплуатации, позволяет получать тяговооруженность
в несколько раз больше по сравнению с существующими и предлагаемыми парусными
вооружениями и позволяет значительно сократить расходы топлива во время
движения судна, а зачастую и полностью исключить потребность в работе силовой
установки, не снижая скорости судна.

Так, например, для среднего по тоннажу морского судна водоизмещением
около 4тыс.т (танкер "Олег Кошевой") при скорости 11 уз. требуется
7,2 т топлива в сутки, что при современных ценах на топливо 160- 240 тыс.руб.
за тонну составляет в среднем 1 440 000 руб. Потребное тяговое усилие силовой
установки такого судна примерно 14 т.

При скорости ветра 12 м/с ВСУ площадью 600 м" развивает максимальную
тягу 14,5 т, а при ветре 14 м/с максимальную тягу 16,6 т, что на 15% больше
потребной.

Работает ВСУ в большом диапазоне углов судна к ветру (от 25 до 155°).
Судно в этом случае не нуждается в силовой установке, а при угле 115° скорость
судна будет больше крейсерской на 20% и составит 13,7 уз.

Таким образом, при хорошем ветре ВСУ будет играть не вспомогательную
роль, а полностью заменять силовую установку судна.

Полуавтоматическая корабельная ветровая силовая установка имеет аэродинамическое
качество в 3-4 раза больше мягкого широко применяемого паруса (бермудского
вооружения) и работает в большом диапазоне углов судна к ветру и, соответственно,
на столько же большие и тяговые усилия.

Управление ВСУ может осуществляться одним человеком, а в штормовую погоду
или при урагане ее не нужно убирать, а только поставить с помощью стабилизатора
на нулевой угол к ветру (принцип флюгарки) и воздушное сопротивление будет
в 1,5-3 раза меньше сопротивления голой мачты.

Такие высокие аэродинамические качества ВСУ получены за счет хорошего
профиля поперечного сечения паруса, постоянства формы при всех углах установки,
относительно большого удлинения паруса (отношение высоты паруса к его ширине),
полученного за счет применения ограничительной шайбы и постоянного оптимального
угла установки к ветру, создаваемого стабилизатором.

Поляра ВСУ (рис.2) представляет собой зависимость коэффициента тяги
Ст и коэффициента опрокидывающей силы Со по углу, образованному направлением
скорости судна и равнодействующей скорости ветра.

Поляра судна наглядно показывает, что максимальная тяга судна имеет
место при угле т=95° и при этом опрокидывающая сила равна нулю, т.е. в
то время, как обычные паруса при угле т =95° имеют большую опрокидывающую
силу, опрокидывающая сила ВСУ почти отсутствует, и судно не будет иметь
бокового крена и дрейфа, а при углах больше 100° опрокидывающая сила имеет
обратный знак, т.е. судно будет крениться в противоположную сторону.

Применение специальных щитковзакрылков почти вдвое увеличивает тяговые
характеристики ВСУ. Это можно видеть на схеме, где показано, что Стщ при
оптимальном угле установки ВСУ по отношению к судну составляет величину
Стщ = 1,9 по сравнению с Ст = 0,9 без применения щитков. Правда, при этом
и опрокидывающая сила также возрастает вдвое, но при грамотном управлении
судном можно избежать таких больших опрокидывающих сил, выбирая соответствующие
курсы судна и меняя углы установки стабилизатора.

Имея сетку поляр судна для различных значений угла атаки профиля, можно
подбирать оптимальные значения силы тяги и опрокидывающей силы на острых
углах к ветру (бейдевинд).

Поляра также показывает, что оптимальные значения силы тяги судна имеют
место при диапазоне углов от 70 до 140° и при этом величина опрокидывающей
силы составляет 50% от максимальной. Не рационально применять ВСУ при углах
до 20°, когда опрокидывающая сила максимальная по величине, а сила тяги
составляет всего лишь 15-20% от максимальной, так как сила тяги будет незначительной,
а крен и дрейф будут максимальные. В этом случае можно рекомендовать устанавливать
угол стабилизатора на 0°, а судну - пользоваться силовой установкой двигателя.

Не следует использовать ВСУ и на углах больше 160°, так как, несмотря
на большие значения Ст = 1,1, равнодействующая скорости ветра составляет
всего лишь 30% от истинной, что создает силу тяги ВСУ только 10% от максимальной.
Более рационально в данном случае использовать попутный ветер.

На рис.З показаны кривые Пено (кривые потребных и располагаемых тяг)
для судов пяти танкеров водоизмещением от 1500 до 4000 т. Горизонтальные
линии графика - это потребные тяги для судов по углу, образованному направлением
ветра и скоростью судна, а кривые по скорости ветра являются располагаемыми
силами ВСУ в зависимости от скорости ветра для ВСУ, имеющем площадь парусности
500 м2.

В данном расчетном случае при скорости ветра 10 м/с судам недостает
силы тяги для их движения с соответствующими скоростями от 11 до 14 уз.
При скорости ветра 12 м/с танкеры типа "Баскунчак" и "Олег
Кошевой" имеют достаточную тягу судов в диапазоне углов от 60 до 100°.

При скорости ветра 14 м/с (по шкале Бофорта умеренно сильный ветер)
эти суда имеют соответствующие скорости движения в диапазоне углов от 80
до 130° для танкеров "Аксай", "Алтай" и "Елгава",
а для танкеров "Баскунчак" и "Олег Кошевой" в большом
диапазоне углов от 45 до 145°.

Следует отметить, что располагаемые тяги при этом будут больше потребных,
и суда могут иметь скорости выше расчетных, при которых ВСУ может легко
менять силу тяги за счет уменьшения величины угла установки закрылков и
угла установки стабилизатора, что осуществляется всего лишь одним оператором.

В штормовую погоду или при урагане нет необходимости менять площадь
парусности (как это делается у обычных парусов), необходимо только установить
соответствующие углы для щитков и стабилизатора или поставить их на нулевые
углы, и тогда ВСУ становится флюгаркой, имея сопротивление меньше сопротивления
голой мачты.

Неприхотливость ВСУ, отсутствие материальных затрат при эксплуатации,
простота управления и большие тяговооруженности позволяют рекомендовать
применение ВСУ на всех морских и речных судах.