Rotorowiec - (nie)następca żaglowców

Początek XX wieku przyniósł zdecydowany zmierzch ery żaglowców, których miejsce zajęły statki o napędzie silnikowym. W 1926 roku za sprawą niemieckiego wynalazcy, Antona Flettnera powstał jednak niecodzienny statek, który do napędu wykorzystywał działanie efektu Magnusa. Statki te nazwano rotorowcami i sugerowano, że będą następcami żaglowców. Mimo upływu lat dalej pozostają one jednostkami eksperymentalnymi.

Anton Flettner urodził się 1 listopada 1885 roku. W 1915 roku zaprezentował swój pierwszy wynalazek, jakim była kierowana torpeda. Kolejnym zaprezentowanym wynalazkiem był zdalnie sterowany pojazd bojowy. Oba projekty zostały odrzucone przez niemiecką armię. W 1922 roku rozpoczął prace nad tzw. rotorem Flettnera wykorzystującym efekt Magnusa do napędu statków. W 1926 roku powstał pierwszy statek z takim napędem. W latach 30. Flettner zaczął prace nad wirnikowcami i śmigłowcami, tworząc m.in. śmigłowiec Flettner Fl 282. Po wojnie wyemigrował do USA, gdzie kontynuował karierę konstruktora lotniczego. Zmarł 25 grudnia 1961 roku.
Anton Flettner i jego Flettner Fl 282

Buckau (Baden-Baden)

Pierwszym statkiem wykorzystującym rotory Flettnera był przebudowany w 1924 roku trójmasztowy szkuner Buckau. Wodowanie statku miało miejsce 4 września 1920 roku, a do eksploatacji wszedł 14 października 1920 roku. Statek w pierwotnej konfiguracji miał 54 m długości i tonaż 455 BRT. Napęd zapewniały żagle o powierzchni 883 m² oraz pomocniczy silnik diesla napędzający jedną śrubę.

Rotor Flettnera – napęd aerodynamiczny w postaci wirującego walca wystawionego na działanie wiatru. Na walec działa tzw. efekt Magnusa. Wiatr działający na cylinder powoduje powstanie siły nośnej prostopadłej do kierunku wiatru. Rotory wyposażone są w kołnierze stabilizujące przepływ powietrza.

31 października 1924 roku przebudowano go na tzw. rotorowiec. Zamiast żagli zamontowano 2 rotory Flettnera, czyli potężne walce o średnicy 2,8 m i wysokości 18,3 m. Dodatkowo zainstalowano silniki elektryczne obracające walce oraz silnik diesla do ich zasilania. Rotory mogły obracać się z prędkością 120 obr./min. Prędkość obrotu była dostosowywana do prędkości wiatru, przy czym dla maksymalnego wykorzystania możliwości efektu Magnusa, statek nie mógł płynąć ani z wiatrem, ani pod wiatr, tylko pod pewnym kątem do wiatru.

Rotory Flettnera nie zastępowały normalnego napędu, tylko były dodatkiem do niego, zwiększającym prędkość i zmniejszającym zużycie paliwa. W przypadku Buckau, prędkość maksymalna wynosiła 11 węzłów. W 1926 roku nazwę statku zmieniono na Baden-Baden i wysłano do USA w celu wykonania prezentacji. Jednostka wzbudziła spore zainteresowanie, ale nie przełożyło się ono na popularyzację rotorów Flettnera jako napędu statków. Po prezentacji rotory zdemontowano, a statek pozostawał w eksploatacji do 1931 roku, kiedy to podczas sztormu porzucono go na Karaibach i zatonął.

Barbara

Kolejnym eksperymentalnym statkiem z rotorami Flettnere był frachtowiec Barbara zbudowany w 1926 roku w stoczni Actien-Gesellschaft Weser w Bremie. Do służby jednostka weszła 28 lipca 1926 roku i pływała we flocie firmy żeglugowej Rob. M. Sloman z Hamburga. Jednostka miała 86 m długości i tonaż 2977 BRT. Napęd stanowiły 2 silniki diesla MAN i 3 rotory Flettnera o wysokości 17 m i średnicy 4 m. Prędkość maksymalna wynosiła 13 węzłów. Standardowo jednak statek osiągał prędkość 9,5-10 węzłów lub 6 węzłów przy wykorzystaniu samych rotorów.

W 1929 roku jednostka została wycofana z eksploatacji, a w 1933 roku sprzedana nowemu właścicielowi, który usunął rotory i zmienił nazwę na Birkenau. Tak przebudowany statek pozostawał w eksploatacji do 1978 roku (w tym czasie kilkukrotnie zmienił właściciela). Ostatecznie zatopiono go u wybrzeży Dżudda w Arabii Saudyjskiej.

Późniejsze konstrukcje

Rotorowce nie zyskały popularności i przez wiele lat były zapomniane. Dopiero w latach 80. zaczęto wracać do pomysłu ich budowy. Powstał wówczas statek badawczy Alcyone dla oceanografa Jacques-Yves’a Cousteau. Statek ten pozostaje cały czas w eksploatacji.

2 sierpnia 2008 roku zwodowano statek E-Ship 1, który po perturbacjach związanych z bankructwem stoczni wszedł do służby 6 sierpnia 2010 roku. Jednostka ma 130 m długości i tonaż 10 500 DWT. Napęd stanowią 2 silniki diesla i 4 rotory Flettnera o średnicy 4 m i wysokości 25 m, mogące obracać się z prędkością do 350 obr./min. Prędkość maksymalna statku wynosi 17,5 węzła. Jednostka wykorzystywana jest do transportu elementów turbin wiatrowych i cały czas jest w eksploatacji.

E-Ship 1 (fot. Carschten/Wikimedia Commons)

Obecnie za sprawą firmy Norsepower na wielu statkach montowane są rotory Flettnera w celu obniżenia kosztów eksploatacji danych jednostek. Wśród jednostek, które otrzymały taki dodatkowy napęd znalazły się promy MV Copenhagen, MV Berlin, wycieczkowiec Viking Grace (testowano na nim rotory w latach 2018-2021), tankowiec Timberwolf (ex-Mearsk Pelican), masowiec VLOC Sea Shoushan oraz promy ro-ro SC Connector, na którym zainstalowano potężne rotory o wysokości 35 m i średnicy 5 m, które można składać, aby ułatwić przepływanie pod mostami, a także Mv Estraden.

Kolejną firmą specjalizującą się w instalacji rotorów Flettnera jest firma ANEMOI Marine. Montuje ona rotory głównie na frachtowcach i masowcach. Wśród ich realizacji znalazły się m.in. Berge Mulhacen, Berge Neblina, TR Lady, Afros i Axios.

Mearsk Pelican (fot. Wilsca/Wikimedia Commons)

Podsumowanie

Rotorowce nigdy nie zyskały większej popularności. Obecnie w niewielkim zakresie powrócono do ich idei z powodu ekologii. Mimo to chociaż w mediach można spotkać się z opiniami, że jest to przyszłość budownictwa morskiego, w praktyce ilość wad rotorowców jest zbyt duża by zyskały one większą popularność.

Podobnie jak żaglowce, skuteczność rotorów jest ograniczona wiatrem i jego kierunkiem. O ile współczesne systemy sterowania statkiem pozwalają na automatyczne dostosowanie prędkości obrotowej walców jak i kierunku rejsu, żeby maksymalnie wykorzystać potencjał rotorów, często nie jest to możliwe z powodu sytuacji na szlakach wodnych. Dodatkowo rotory są bardzo wysokie i mimo lekkiej konstrukcji ciężkie, przez co podwyższają środek ciężkości statku i wpływają na jego stabilność. Pewnym rozwiązaniem jest zastosowanie par rotorów na burtach, co w pewnym stopniu wpływa na stabilność jednostki, ale równocześnie dodatkowo zwiększa masę jednostki.

Równocześnie zaletą rotorów jest obniżenie zużycia paliwa i kosztów eksploatacji bądź zwiększenie prędkości maksymalnej. Pośrednio więc wpływają na zmniejszenie ilości zanieczyszczeń wytwarzanych przez tradycyjny napęd statku.

Oprócz wspomnianych w artykule jednostek powstało jeszcze kilka mniejszych statków i łodzi o napędzie rotorowym, mających typowo eksperymentalny charakter. Ponadto rotory Flettnera testowano na różnych statkach przez krótszy bądź dłuższy czas. Rotory Flettnera testowano również na samolocie Plymouth A-A-2004, ale prawdopodobnie nigdy nie wzbił się on w powietrze.