Polski sposób na żeglowanie pod wiatr

– Żaglo-skrzydło to następca tradycyjnych żagli – szybszy, łatwiejszy w użyciu i bezpieczniejszy – mówi projektant Kamil Jankowski. – To zmiana jakościowa podobna do zastąpienia koni przez samochody.

Wymyślone przez niego rozwiązanie wygląda trochę tak, jakby ktoś zatknął pionowo na maszcie żaglówki skrzydło samolotu i dodał do niego statecznik – wypisz wymaluj taki, jak w kogutach dachowych wskazujących kierunek wiatru. Skojarzenia nie są przypadkowe, zwłaszcza że projekt to praca inżynierska na Wydziale Mechanicznym Energetyki i Lotnictwa Politechniki Warszawskiej. Pomysł ten został nagrodzony w tegorocznej edycji konkursu Ambasador Zrównoważonego Rozwoju organizowanego przez firmę Bayer wspólnie z Wydziałem Chemicznym Politechniki Warszawskiej oraz Programem NZ do spraw Ochrony Środowiska (UNEP).

[srodtytul]Szybkie jak torpeda [/srodtytul]

Jeśli w żeglarstwie ktoś chce bić dzisiaj rekordy prędkości, nie używa żagli, tylko sztywnych konstrukcji, takich jak żaglo-skrzydła.

Współczesne jachty mogą dzięki temu osiągać prędkość ok. 50 węzłów, czyli powyżej 90 km/h. Tak rozpędzają się m.in. łodzie „Macquarie Innovation” czy „Yellow Pages Endeavour”, rekordziści świata z ostatnich lat. Rzecz w tym, że jachty te mają niesymetryczną konstrukcję, tak by przeciwdziałać sile przechylającej. Ma to taki skutek, że mogą płynąć tylko jednym halsem i kursem względem wiatru.

Interesującą wersję twardego żagla zastosował słynny badacz oceanów Jacques Cousteau w swoim drugim statku badawczym „Alcyone”. Wykorzystał w nim tzw. turbożagle, czyli wirujące walce wystawione na siłę wiatru. Cylindry dostarczały około 25 – 30 proc. siły napędowej wspierającej główny napęd statku.

[wyimek]Jeśli ktoś chce dzisiaj bić rekordy prędkości, używa tylko żaglo-skrzydeł, nie zaś miękkich żagli[/wyimek]

Kamil Jankowski dokładnie przeanalizował zalety i wady dotychczasowych rozwiązań żaglo-skrzydeł i wymyślił swoje własne rozwiązanie.

– Mój pomysł wziął się raczej z lotnictwa niż z żeglarstwa – opowiada „Rz” Jankowski. – Jest to właściwie samolot, tyle że przekręcony na bok. Ma jedno skrzydło – płat generujący siłę napędową – oraz drugi płat pomocniczy sterujący całym żaglo-skrzydłem.

[srodtytul]Samolot na wspak [/srodtytul]

Miejsce masztu w projekcie Jankowskiego zajmuje odmiana skrzydła samolotowego o przekroju będącym symetrycznym profilem lotniczym. To istotne, bo większość standardowych skrzydeł lotniczych jest niesymetryczna, wkłęsło-wypukła, co zwiększa siłę nośną. Jednak w żeglarstwie symetria to sprawia kluczowa, bo jacht użytkowy, a nie służący wyłącznie do bicia rekordów, powinien płynąć jednakowo dobrze bez względu na to, z której strony wieje wiatr.

Aby konstrukcja nie obciążyła nadmiernie statku, powinna być zbudowana z kompozytu epoksydowo-szklanego, czyli połączenia żywicy epoksydowej z włóknami szklanymi. To ten sam materiał, który wykorzystuje się w lotnictwie. Dzięki temu masa żaglo-skrzydła jest porównywalna z takielunkiem zwykłego jachtu żaglowego.

Do tego masywnego skrzydła dołączony jest na wysięgniku mały płat sterujący, pełniący taką samą funkcję jak statecznik w samolocie albo ster w żaglówce. Poprzez zmianę jego ustawienia względem dużego skrzydła można zmieniać kąt natarcia całego pędnika względem wiatru, a jednocześnie kontrolować powstającą na nim siłę napędową. Oba płaty się równoważą, trochę jak wirnik i śmigło ogonowe w śmigłowcu.

Istotą pomysłu polskiego studenta jest możliwość swobodnego obracania się tego skrzydła wokół swojej osi pionowej. Dzięki temu płat ten pozostawiony bez kontroli zawsze samodzielnie ustawi się w linii wiatru. Jeśli wychylimy statecznik, żaglo-skrzydło samo dostosuje się do kierunku, z którego wieje wiatr. Zaletą tego rozwiązania jest to, że jacht pływa w wyjątkowo ostrych kursach, niemalże pod wiatr.

Aby ułatwić żeglowanie pod twardym żaglem, można zaprząc do pracy komputer, który będzie czuwał nad bezpieczeństwem i optymalizacją pracy skrzydła.

[srodtytul]Łopot białych żagli [/srodtytul]

Gdzie żaglo-skrzydła mogłyby znaleźć zastosowanie? Po odpowiednim przeskalowaniu mogłyby być użyte jako napęd wspomagający na jednostkach handlowych i badawczych. Pozwoliłoby to na 20 – procentowe ograniczenie zużycia paliwa na statkach.

Rozwiązanie to jest skierowane również do jachtów rekreacyjnych, na których znacznie ułatwiłoby pracę załogi, a nawet umożliwiło obsługę osobom niepełnosprawnym. Czy jednak brać żeglarska rozkochana w łopocie śnieżnobiałych żagli zgodzi się je wymienić na samolotowe skrzydła?

– Czas pokaże, czy ludzie będą chcieli żeglować prościej i szybciej, czy raczej wybiorą romantyczny łopot żagli – mówi Jankowski.

[ramka]Jacht wyposażony w żaglo-skrzydło może żeglować szybciej i pod znacznie mniejszym kątem do wiatru niż wyposażony w zwykłe żagle. Ponadto jest dużo prostszy w obsłudze: wystarczy nadać statecznikowi odpowiedni kąt nachylenia wobec dużego płata, aby ten sam ustawił się odpowiednio względem wiatru. Dzięki temu napęd obywa się bez takielunku. [/ramka]

[ramka][srodtytul]Łódź z płetwą wieloryba[/srodtytul]

Innym polskim projektem napędu ekologicznego na statkach jest pomysł zastąpienia śruby okrętowej... płetwą wieloryba. Jego autorem jest wynalazca Andrzej Bochnacki, który postanowił wykorzystać energię powietrza wdmuchiwanego do wody bezpośrednio pod powierzchnią płetwy. Jak wiadomo, „napęd” największego ssaka na Ziemi porusza się z góry na dół, a nie na boki jak płetwy ogonowe ryb. W rozwiązaniu polskiego wynalazcy poziomy płat napędowy wykonany z blachy stalowej lub innego materiału jest tak skonstruowany, by jego brzegi zawijały się i łączyły z bocznymi ramionami płetwy, tworząc w ten sposób komorę wypornościową. Jej objętość jest tak dobrana, żeby po wypełnieniu się powietrzem uzyskać siłę wyporu większą niż ciężar płetwy. Dzięki temu płetwa sama unosi się na powierzchnię, a następnie – pod wpływem własnego ciężaru – opada w dół. W ten sposób sprężone powietrze staje się źródłem energii w tym napędzie. Do uruchomienia go wystarczy nieznaczny ruch ręką sternika na małej łódce.