Дороги для попаданца №4.
Автор: НиксерИ так продолжаем создавать транспорт для альтернативных миров или попаданцев в до паровые эпохи.
Подавляющее число попаданцев конечно предпочитают проверенные временем решения и если возникает потребность в прогрессорстве транспорта, то создают в прошлом паровоз, но данный подход избит, да и рояли в виде способностей героя при этом нужны уж очень большого размера.
Какие возможны варианты? Можно создать наземный транспорт на силе ветра. И сейчас сила ветра используются, правда в основном для развлечения: буера, велосипеды с парусом, дрезины на парусе. Главная проблема наземного парусного транспорта, что отличает от водной глади, сложно ходить галсами. В теории этого можно избежать по средству установки ветротурбины.
Есть два способа использования ветра, по средством силы давления ветра (паруса) и куда более эффективные использующие разницу давления воздуха, по сути применение аналогичных физических процессов, что и для создания подъемной силы у крыльев у самолетов.
Ветряная мельница работающая на силе давления ветра.
Это примерно как гребные колеса у дореволюционных пароходов по сравнению с обычным винтом любого современного корабля или катера. Революция в ветроэнергетике произошла после того как разобрались в теории крыла. Только попаданцу нет смысла ждать Жуковского, в общих чертах принцип от куда берется подъемная сила в крыле знает каждый попаданец со школьной скамьи. Да и автору добавить в биографию знакомство героя с ветротурбиной не составит сложностей.
Самый простой вариант это ротор Савониуса, был изобретен финским инженером Сигурдом Йоханнесом Савониусом, хотя пишут, что вначале в СССР братья Я. А. и А. А. Воронины получили советский патент на поперечную роторную турбину, а в следующем году финский промышленник создал свою турбину.
Принцип работы ротора Савониуса
Это пожалуй самая простая из турбин, хотя и извлекает гораздо меньше энергии ветра, чем другие турбины аналогичного размера.
Из плюсов кроме простоты это низкий уровень шума, способность работать при низких скоростях ветра. Турбины Савониуса используются, когда стоимость или надежность намного важнее эффективности.
Если нужна именно эффективность, то попаданец даже не зная теории выберет горизонтальные трёхлопастные. Почему три лопасти? Люди в прошлом думали, что чем больше лопастей у ветротурбины, тем она лучше работает и мощнее. Это не так. Современные ветротурбины забирают энергию со всей ометаемой площади лопастей, а не только с площади самих лопастей. Как это не парадоксально, но чем меньше лопастей в ветроколесе, тем выше его КПД. Это проверено как теоретическими исследованиями, так и продувками в аэродинамической трубе, хотя разница между 1, 2, 3 лопастями незначительна. Однако, с уменьшением количества лопастей также уменьшается момент страгивания и ухудшается работа при низких скоростях ветра. Если попаданец смышлёнее, то может поставить и двухлопустную с низким стартовый моментом вращения ротора, но её надо будет при старте раскручивать ручками экипажа транспортного средства. Если ставить вообще одну лопасть, то появится серьезная проблема с балансировкой и надежностью ветроколеса.
Современные горизонтальные ветротурбины еще используют изменения угла атаки лопастей на основе данных от датчиков, что реализовать в прошлом невозможно, от того имеет смысл сделать ставку на ротор Дарье. В настоящее время ветрогенератор Дарье считается главным конкурентом ветрогенераторов с обычными ветроколесами.
Идея этого ветрогенератора была предложена французским изобретателем Дарье в 1920 году. Но вплотную заниматься разработкой этой идеи начали только в 1970 году. Из плюсов, не зависит от направления потока, достаточно высокий коэффициент быстроходности при малых скоростях потока, в отдельных случаях даже превосходят горизонтально-осевые конструкции ветрогенераторов.
Как вариант можно выброть турбопарус, использующий энергию ветра, на основе эффекта Магнуса. Впервые роторные турбопаруса немецкого инженера Антона Флеттнера были успешно испытаны на шхуне "Букау" в 1924 году. Но с ним есть как теоретические сложности, нужно обосновать от куда у героя нужные знания, так и технические сложности в виде насоса.
Насосная система нагнетает в трубу воздух, создавая с одной стороны паруса необходимое разрежение; движение происходит в направлении, перпендикулярном давлению. Таким образом, парус работает как крыло: с одной стороны его воздух протекает медленнее, чем с другой, создавая движущую силу.
Но даже если попаданец знает как создать турбопарус, то возникает сомнение, а нужная ли это вещь? От чего в истории использование ветротурбин для движения лишь единичные случаи?
Начнем с того, что они поздно появились, к этому времени ветер уступил в коммерческих перевозках место иным двигателям. В нище же развлечений ротор не имеет той романтики, что есть у паруса, к тому же шумный, его сложно сложить для перевозки в отличие от паруса. К тому же парус выигрывает и в силе за счет своей площади, систему такелажа проще сделать больше по размеру, чем аналогичный ротор.
Так полковник британской авиации Джон Мур-Брабазон летом 1934 года близ острова Уайт испытывал переоборудованную 6,7-метровую яхту «Редвин» на которую вместо стандартного паруса площадью 22 м² он смонтировал на мачте огромный воздушный винт диаметром 5,5 метра. При ветре в 4 балла винт делал до 200 об/мин, передавая энергию на гребной винт под водой. Как свидетельствовал корреспондент французского журнала «Ле яхт» А. Можен, в слабый ветер "ветряк» работал малоэффективно. При усилении ветра судно уверенно двигалось практически любым курсом, хотя скорость была меньше, чем у обычных парусных яхт. Вот только парусники и так могли ходить против ветра за счет лавирования так, что ветротурбины себя не оправдали. Корабли тяжелые в итоге на ветротурбинах оказалось можно идти только при сильном ветре, в остальное время только снижать потребление дизельного топлива. В итоге в современных реалиях, овчинка выделки не стоит.
Другое дело прошлое, когда с двигателями проблема. Силу ветра же можно приметь на винджаммерах, сейчас в помощь экипажу выступает электричество, если у попаданцы был яхт опыт, то он должен понимать технологию, а в XIX веке облегчить работу, значительно сократив экипаж, позволили паровые установки. Но силу для данной работы можно попробовать получить за счет ветрогенератора. Еще как вариант поставить привод на собаках, лошади в море пожалуй окажутся неудачным решениям, больно пугливы.
Где в наземном транспорте можно использовать ветротурбины?
Буей, долгое время самый быстрый из транспорта доступного человеку, скорость 40 км./час достигаются при самых простых технологиях. Недостаток, нужен чистый лёд для движения коньков, а если снегопад? В случае замены паруса на турбину можно почистить по реке только одну дорожку, нет нужды ходить галсами и ловить ветер. Тоже самое и с рельсовыми путями, ветротурбины не зависят от направления ветра.
Особо эффективно ветротурбины зимой, когда ветер сильный и более регулярный. Это особенно важно с учетом, что вырабатываемая мощность пропорциональна кубу скорости ветра и квадрату диаметра ротора. При удвоении скорости ветра возможная вырабатываемая мощность увеличивается в 8 раз. Так, ветроустановка, работающая при средней скорости 6 м/с, генерирует мощность на 44% большую, чем при скорости 5 м/с.
Летом возможно придется совмещать с велоприводом на ДРД. Как вариант на дрезину брать с собой тягловую собаку. При хорошем ветре или с горки собака отдыхает, а запрягать, когда штиль или скорости ветра не хватает. Лошадь или ослика вряд ли так удастся использовать.
При этом ветротурбина на современных принципах даст импульс для развития всей промышленности. Турбина так же применима и к водяным мельницам, технология возможна практически целиком из дерева.
Первые водяные турбины были из дерева, да и появились изначально в России. В 1837 году Игнатий Софонов построил первую водяную турбину на Нейво-Алапаевском заводе. Она развивала мощность вдвое больше, чем традиционное верхнебойное водяное колесо при том же расходе воды и могла работать зимой, когда водяные колеса останавливали. Возможно именно зимы и способствовали появлению турбин в России, но при феодальных пережитках развиться у нас технология не могла так, что без попаданцев никак.
П.С. Если комму то нужно для альтернативного мира проработать уникальный транспорт, оружие, архитектуру, социальные систему, то обращайтесь, полетом фантазии не обделен.
Предыдущие части серии: