Парус-крыло: настоящее будущее?!
Wing sail — это парусная система, которая использует аэродинамическую форму крыла самолета для создания тяги на морских судах вместо традиционных парусов. В отличие от последних, парус‑крыло обладает изменяемой кривизной благодаря специальным элементам, таким как закрылки, и часто имеет две оболочки (двойной аэродинамический профиль), что обеспечивает более эффективную работу в широком диапазоне ветровых условий.
Как все начиналось
Для меня как яхтсмена со стажем тема wing sail началась с паруса с жестким профилем на буере С-8Б, отличавшемся абсолютной безбашенностью из-за высокой скорости и практически отсутствием возможности остановки в экстренной ситуации. У этого парусного снаряда свободного класса были минимальные ограничения (разве что площадь паруса), и народ, что называется, резвился вовсю.
Конструкции крыльев были разной формы и развивались с той же скоростью, что и современные свободные классы типа IMOCA, благодаря своим превосходным аэродинамическим качествам, коэффициенту подъемной силы, меньшему комплексному сопротивлению профиля и, соответственно, гораздо большей тяге и параметру VMG (velocity made good — скорость выбирания на ветер). Однако и на этих «парусах» были свои темные пятна, такие как невозможность убрать положительную тягу или силу дрейфа в случаях, когда это было не нужно или небезопасно, например при швартовке и на стоянке. Даже разворот крыла по ветру для снижения подъемной силы профиля оставлял значительную силу дрейфа, вызванную силой трения профиля и его индуктивного сопротивления. Приходилось демонтировать крыло или переводить его в горизонтальное положение, «отключая» от воздушных потоков. Собственно, этот коренной недостаток, связанный с невозможностью уборки паруса из зоны воздействия ветра, и ограничивал широкое применение крыла в парусном спорте и где-либо еще…
На «кубковых» лодках
Следующий раз я столкнулся с применением паруса-крыла на катамаране Денниса Коннера, когда он вернул Кубок «Америки» в США (1988). Это крыло имело переменный профиль с закрылком и реально повторяло поставленное вертикально крыло самолета. Понятно, что у данной конструкции от многомиллиардного синдиката претендентов проблем с «обездвиживанием» не было, как и коммерческой привлекательности.
Далее отмечу «выстрел» wing sail, опять в рамках соревнований лодок IACC (International Americaʾs Cup Class). В 2010 году команда BMW Oracle Racing из США выиграла Кубок «Америки» на тримаране с жестким гротом. Крыло высотой 68 м с развитой механизацией закрылков было больше крыла Boeing 747. Эффективность профиля оказалась настолько высокой, что лодка- тримаран под одним гротом обгоняла конкурентов с полным конвенциальным вооружением, со стакселем и гротом. Она развивала 28 узлов при истинном ветре всего 10 узлов! Среди «кубковых» лодок появился целый класс катамаранов АС45 (Americaʾs Cup 45 feet), использующих грот-крыло как стандарт правил. И, наконец, рекорд скорости под парусом установил аппарат Sail Rocket компании Vestas с жестким крылом — 61,3 узла при средней скорости на мерной дистанции 54 узла! Наглядное подтверждение эффективности жесткого паруса, не так ли!
Крыло на «грузовиках»
Понятно, что столь замечательные свойства жестких профильных парусов должны были найти достойное, коммерчески оправданное применение, и оно пришло с введением для морских судов жестких ограничений по выбросам. Например, по регламенту IMO 2020, их доля в общем балансе мировых выбросов СО2 составляет 2–3%. Жесткие паруса в различных вариантах стали устанавливать на «грузовиках», ходящих на линиях с постоянным ветром. Лидером в этой гонке выступает финская компания Norsepower с производством в Китае, установившая в 2018 году жесткие паруса в варианте rotor sail, использующие эффект Магнуса, на коммерческий «грузовик». Этот парус снизил потребление топлива на 5–10% и за 10 лет тестов и эксплуатации сэкономил тысячи тонн топлива, радикально сократив углеродный след. Несмотря на значительную стоимость установки, она окупается, правда, у разных типов судов и в зависимости от маршрутов, которыми они ходят, за разный временной период.