Moderní plachetnice bez plachet

Flettnerova loď.

Pokusy, které byly provedeny s Flettnerovým rotorovým plavidlem v Severním moři, vzbudily značnou pozornost v odborných kruzích loďařských. Flettner používá místo plachet dvou vysokých válců, které se mohou otáčeti motoricky v obou smyslech kolem své svislé osy. Motory na otáčení válců nejsou tedy určeny na pohon lodi, neboť pohonovou energií jest jediné síla větru, a této energie lze Flettnerovými rotory neobyčejně úsporně využiti. Princip Flettnerem použitý není nový; znám jest v literatuře již před 70 lety pod jménem »zjev Magnův«, a jeho teorie podána byla Francouzem Lafayem již roku 1912 v časopise »Revue de mécanique«.

Později studován byl podrobně tento zjev v aerodynamické íaboratoři profesora Prandtla na universitě v Göttinkách na popud Flettnerovy společnosti, a na základě těchto pokusů uskutečnil Flettner svůj projekt nového plavidla, hnaného větrem. Zjevem Magnovým zabýval se též lord Rayleigh ve spise »The irregular flight of tennis-ball«, v němž studoval neobvyklé odklony tenisového míče proti proudu vzdušnému. Na základě studií laboratorních v Göttinkách sestrojil Flettner model lodi, který proti modelu téhož druhu, vyzbrojenému úplným plachtovím, vykazoval překvapující výsledky; současně došlo se k závěru, že empiricky sestrojené dříve používané rozdělení plachet bylo skutečně nejúčinnějším pro daný způsob. Ovšem, jak již bylo podotknuto, nepoužívá Flettner plachet vůbec a místo nich volí dosti rozměrné válcové plochy, které jest možno cizí silou kolem osy roztočiti.

K výkladu jest nutno seznámiti se především se zjevem Magnovým, který lze z obr. 1. a 2. dobře vysvětliti. Válec V, který se může otáčeti kolem své osy, jest vystaven proudu vzdušnému, jehož jednotíivé pásky jsou označeny směrovými čarami se šipkami. Je-li válec v klidu, dělí se jím proud vzdušný, jak vyznačují směrové čáry, a vykonává tlak na válec ve směru proudu (obr. 1.). Jakmile se však začne válec točiti, změní se směr vzdušných čar, jak naznačeno v obr. 2. Otáčí-li se válec ve směru ruček hodinových, vzniká při větru, vanoucím ve směru od severu S k jihu J na západní straně Z zvětšení tlaku a na straně východní V snížení tlaku, takže válec bude tlakem větru posunován od západu k východu. Abychom lépe porozuměli obrazci 2., představme si, že značí čáry šipkami označené směr toku vodního, který naráží na otáčející se válec V. Nastává stejný zjev, jako kdybychom ve směru kolmém na proud postavili na západní straně Z jez, kterým se voda vzedme a bude nucena protékati většinou východně od válce. Vzedmutá voda však bude vykonávati na válec tlak úměrný vzedmutí, a to ve směru od západu k východu.

Je-li takový dostatečně veliký válec umístěn na lodi a pohybován zvláštním motorem, může se pohybovati loď plnou silou ve směru, kolmém na směr větru. Výslovně budiž podotknuto, že pohonový motor nekoná žádnou jinou práci, než otáčení válců, a na pohon lodi využitkuje se síly větru. Pokusy bylo zjištěno, že největší účinek se dostaví, je-li rychlost povrchu válce aspoň 3,5kráte větší než rychlost větru. Závisí tedy směr i rychlost pohybu lodi nejen na rychlosti a směru větru, ale též na rychlosti a směru otáčení válce. Podle volby poměru rychlosti válce k rychlosti větru jest možno regulovati velikost účinku až do maxima, které nastává při poměru 1:3,5. Z toho ovšem vyplývá, že velmi silný vítr není žádným vážným nebezpečím pro loď, jako je tomu při lodích plachetních. Zvětší-li se za plavby rychlost větru a zůstane-li rychlost rotoru stálá, nevzroste síla na loď větrem vykonávaná, neboť poměr obou rychlostí je nevýhodnější, čímž účinnost klesá, a proto není třeba obávati se účinku přicházející větrné bouře, neboť účinek větru může býti vhodnou volbou rychlosti rotoru zcela ovládnut. Současně ovšem může býti panujícího větru co možno nejpříznivěji využito.

Zcela překvapujícího účinku bylo dosaženo, když byla loď vyzbrojena dvěma podobnými otáčivými rotory. Pak působí na dvou různých místech lodi dvě síly, jejichž směr i velikost může býti volbou rychlosti a smyslů točení obou rotorů měněna. Otáčí-li se na příklad přední rotor pomaleji než zadní, působí v zadním rotoru větší síla a loď se natáčí. Jestliže se přední rotor točí v obráceném smyslu než zadní, otáčí se loď kolem své osy, protože působí na ni dvojice sil. Lze tedy veškeré pohyby lodní provésti regulováním směru a rychlosti dvou rotorů, což se děje velmi jednoduše regulací běhu hnacích elektromotorů stejnosměrných, které právě v tomto ohledu jsou naprosto dokonalé. Odpadají zde tedy známé obtíže plachetních lodí, kde pro napínání a stahování plachet poněkud větší lodi bylo potřebí celé armády námořníků, neboť nyní obslouží celé zařízení jediný strojník.

Při zkouškách bylo zjištěno, že při rychlosti větru 6,3 metrů ve vteřině pohybovala se loď rychlostí 6¼ uzle, t. j. asi 12½ km. K pohonu rotorů bylo třeba motorů výkonnosti celkem 20 k. s., kdežto energie, potřebná na pohyb lodi o váze 800 tun uvedenou již rychlostí, musí býti alespoň desítinásobná.

Již při pokusech s modelem bylo pozorováno, že na koncích rotorů vniká proud vzdušný do prostoru menšího tlaku a tím výkon snižuje. Proto byly konce rotoru opatřeny velkými kruhovými deskami, které přečnívají značně povrch rotoru a zabraňují nehospodárnému proudění vzduchu.

K pokusům ve větším měřítku byl zvolen plachtový třístěžník »Buckau« a byl v hamburských Kruppových loděnicích »Germania« vyzbrojen Flettnerovými rotory místo původního plachtoví. Oba rotory mají výšku 15,6 m a průměr 2,80 m a jsou zhotoveny z ocelového plechu tloušťky 1 mm. Vrchní ochranné desky mají větší průměr, takže přečnívají asi o 70 cm povrch válce. Každý válec hnán jest stejnosměrným motorem výkonnosti 11 kW, umístěným pod palubou, a proud dodává generátor, hnaný Dieselovým motorem. Váha celé výzbroje jest asi 7000 kg, kdežto stožáry a plachty dřívější výzbroje vážily 35000 kg. Oba rotory váží dohromady asi 2000 kg a jsou opatřeny kuličkovými ložisky, takže potřebují na pohon malou sílu.

Pokusy provedené s »Buckau« prokázaly plně způsobilost lodi i při nestálém větru při čemž bylo dosaženo rychlosti asi 9 uzlů, průměrné to rychlosti střední nákladní lodi. Oproti účinku zužitkované síly větru na plachty vykazuje zařízení zlepšení celkem desateronásobné. Stabilita lodi není nikterak oběma rotory porušena, a jak je z obr. 4. patrno, není ani rozměr válců proti lodnímu trupu nepoměrný. Obdivuhodná jest možnost manévrování, neboť změnou směru otáčení předního rotoru jest možno 600 tun vážící loď i s nákladem otočiti jako malou yachtu. Změní-li se smysl otáčení obou rotorů, změní se i směr jízdy, ba jest možno plouti dobře i proti větru. Vliv smyslu točení rotorů na směr pohybu jest patrný z obr. 5. a kde je směr větru, tlaku i smysl otáčení rotorů naznačen šipkami.

V obrazci 5 A pluje loď proti větru s pomocným motorem, kdežto v obr. 5 B, kde vítr má příznivější sklon, pluje loď — ovšem pomalu — bez pohonu pomocného, a v obr. 5 C pohybuje se loď plnou silou vpřed při příznivém směru větru bez pohonu pomocného. Pomocný motor slouží na hnaní šroubu a jest tedy jiný než motory, sloužící na otáčení rotorů.

Konečně několik informací o vynálezci. Antonín Flettner, narozený ve Frankfurtě nad Mohanem, vystudoval reálku a chtěl se věnovati námořnictví. Bez rozmýšlení odplul do Australie, kde se mu špatně dařilo a kde shledal, že cesta k hodnosti kapitánské jest příliš trpká. Navrátiv se do vlasti, stal se učitelem v Pfaffenviesbachu, ale nezanechal svého zájmu o námořnictví a pracoval soukromě.

Vynález řiditelného torpéda a radiového řízení letadel vzbudil pozornost k jeho pracím. Konečně utvořen byl t. zv. Flettnerův koncern, který prakticky provedl myšlenku rotorové lodi. Tím učiněn byl vážný krok v otázce plavby za větru, neboť využití síly větru jest mnohonásobně větší a jeho ovládnutí naprosto dokonalé. Samozřejmě nechce Fletter svojí lodí konkurovati pohonu parnímu nebo motorovému, avšak jeho vynález bude cenným doplňkem pro lodi hnané motoricky, neboť bude zde možno s tímto doplňkem využiti síly příznivého větru.