Як зробити найшвидший у світі водний транспорт на педалях?

Поки різні команди намагаються побудувати автомобіль, який може рухатися зі швидкістю звуку, інші намагаються побити більш скромний рекорд. Можна розігнати судно, що приводиться в рух людьми, до швидкості вище 34 кілометрів на годину?

Одного разу холодним жовтневим днем у 1991 році група з Массачусетського технологічного інституту під керівництвом фізика Марка Дрелы встановила рекорд найшвидшого водоплавного засоби, що називається, на педалях. Їх підводне крило Decavitator розігналося до 18,5 вузлів (34 км/год) на 100-метровій ділянці річки Чарльз, яка протікає через Бостон.

Decavitator не був ні краплі схожим на підводні крила, які возять туристів до Греції. Ні, це був катамаран з двома тонкими корпусами і гігантським повітряним пропелером, який кріпився ззаду. Водій – сам Дрела – бовтався між двома корпусами, люто крутячи педалі.

Навесні 1993 року команда «Декавитатора» була нагороджена премією Дюпон за найшвидший водний транспорт, що приводиться в рух людиною. Після свого рекордного виступи транспорт виставили у вестибюлі Бостонського музею науки.

Двадцять п'ять років потому, незважаючи на безліч спроб, цей рекорд залишається непобитим.

Тим не менш відгалуження Оксфордського університету – Animal Dynamics, соучрежденное зоологом Едріаном Томасом, витрачає 200 000 фунтів стерлінгів саме на це. Їх апарат Malolo («Малоло») являє собою підводне крило типу «Декавитатора». На відміну від конкурента, проект «Малоло» надихається рухом китів через воду – замість пропелера він використовує гігантський арочний хвіст, який іноді можна побачити над водою і ныряющим китом.

Через два роки після початку роботи над проектом команда почала тестування свого третього прототипу біля південного узбережжя Англії. За словами Томаса, вони вже розігналися до 22 кілометрів на годину (12 вузлів).

В команді розраховують побудувати принаймні ще три прототипу, перш ніж вони дійсно підуть на рекорд у наступному році, кожен з яких буде менше і легше попереднього.

Питання в тому, чи зможуть вони досягти успіху там, де «Декавитатор» не зміг?

Подібний транспорт розганяється за допомогою мускульної сили людини. Для більшості з нас це велосипеди. Але такі велосипеди можуть і в повітрі літати і плавати по морю і навіть їздити по рейках.

Велосипеди – це повсякденна форма транспорту для багатьох людей, але принцип їх роботи можна покласти в основу абсолютно нового транспорту, щоб, наприклад, побити рекорд або зміцнити репутацію. Дрела вже брав участь у встановленні рекордів для літаючих велосипедів до спроби встановити рекорд на воді – а таким може похвалитися не кожен. Його робота над літаючим велосипедом вилилася у політ на «бабку» Daedalus з Криту Санторін в 1988 році. Цей політ встановив рекорд по швидкості і витривалості літаючих велосипедів.

Після повернення в США команда Дрела вирішила завоювати премію Дюпон (DuPont Prize), побудувавши найшвидший водне судно, що приводиться в рух людиною і його м'язами, яку оголосили в 1988 році. Приз повинні були присудити першій команді, яка розженеться до 20 вузлів на 100-метровій ділянці, або команді, яка стане найшвидшою станом на 31 грудня 1992 року.

Дрела зрозумів, що єдиним способом отримати приз буде розробка катамарана з підводним крилом.

Транспорт на підводному крилі — наполовину човен, наполовину літак. Часто їх використовують для переміщення між віддаленими островами або для швидкого переїзду з точки А в точку Б По мірі того, як човен розганяється, підводне крило піднімає її над водою, і вона ніби летить низенько над водою.

Підводне крило було винайдено в кінці 19 століття. Але тільки в 1955 році німецький інженер Юліус Шук представив публіці перше підводне крило. Він назвав його «Вассерлауфер» (той, що біжить по воді).

З тих пір з'явилося багато різних типів одно - і навіть двомісних апаратів на підводному крилі – AquaSkipper, Зірвані Again та інші. Вони використовували пропелери під водою і над водою, махали крилами і веслами, щоб йти досить швидко і підлітати. Перша версія Flying Fish була навіть запущена з катапульти. В Японії проводилися гонки.

Інженерам начебто Дрелы цікаво займатися цим тому, що підводні крила дозволяють створити найшвидший водний транспорт на людській силі. Довгі каяки, якими славляться командні гонки між Оксфордом і Кембриджем, ніколи не поб'ють рекорди, встановлені «Декавитатором» багато років тому.

«Я думав, що мій рекорд буде все-таки побитий», визнається Дрела. «Але ми підійшли до проекту з гігантським багажем досвіду роботи над іншими проектами і дуже постаралися. Побудувати його було набагато важче, ніж літаючий апарат. Якщо ви дрейфуете вгору і вниз на аероплані, це не проблема. Але на підводних крилах дрейф навіть на кілька дюймів може стати катастрофою».

«Було багато команд, які намагалися, але не змогли побити рекорд, тому що їм не вистачало кваліфікованих людей, часу, щоб зробити все правильно, і грошей, тому що це дорого», говорить Едріан Томас, співзасновник Animal Dynamics. «Потрібно витрачати гроші, робити це самому і бути готовим до помилок».

«Зараз це занадто дорого для любителів і вимагає цілу купу різних навичок», говорить він. «Тому, думаю, Майк Дрела був єдиним, кому вдалося це зробити. У нього були фантастичний набір навичок і підтримка MIT за плечима».

І все ж деякі вважають, що перемога «Декавитатора» була обумовлена вітром вспину.

«Правила премії Дюпон дозволяли використовувати легкий вітерець дме в спину, близько 4,8 км/год», говорить Аллан Ебботт, член групи Flying Fish 20. У 1987 році олімпійський золотий медаліст Стів Хегг встановив світовий рекорд по часу 5 хвилин, 48,53 секунди (11,15 вузла) на 2000-метровому морському стадіоні Лонг-Біч, за допомогою Flying Fish 2. Цей рекорд, хоч і не такий гучний, як і раніше тримається сьогодні.

«Декавитатор» був розроблений, щоб скористатися цією перевагою та задіяти повітряний гвинт. Попутний вітер суттєво допомагає апарату, який відштовхується від вітру, якщо порівнювати з апаратом, пропелер якого крутиться у воді».

І тоді в змаганні у грудні 1992 року в резервуарі Паддингстоун в Каліфорнії, де швидкість вітру була незначною, швидкість «Декавитатора» була трохи менше, ніж у Flying Fish.

«Проекти підводних крил, які утримують світовий рекорд швидкості, створювалися спеціально для високій швидкості, і вони неминуче будуть непрактичними, або взагалі не полетять при менших зусиллях».

«Яку пораду я дав би сьогоднішнім начинателям цієї гонки? Знайди спонсора проекту. Малоймовірно, що з цих змагань вийде хоч щось, що можна буде продати».

Тим не менш Томас і Алекс Качча, співзасновник та головний виконавчий директор Animal Dynamics, впевнені, що поб'ють рекорд швидкості швидше ніж в 20 вузлів – і зможуть пізніше продати свій винахід.

Animal Dynamics робить трохи інший високотехнологічний підхід. Її технології натхненні природою. Компанія розробляє невеликий безпілотний дрон Skeeter для Міністерства оборони Великобританії. Він схожий на бабку і вміє змахувати крилами в польоті. Також компанії доручили розробити прототип автономного парамотора, який міг би допомогти солдатам на фронті в майбутньому.

Уроки проекту, на думку Томаса і Качча, допомогли подолати технічні перешкоди «Малоло».

«Причина, по якій у нас є шанс побити рекорд, у тому, що хвіст кита має на 20-30% більше ККД, ніж пропелер», говорить Едріан Томас. «Просто важко зробити. Багато хто намагався і бралися за це, але ніхто його так і не розробив. Думаю, тому що важко створити механізм для ефективного управління ним».

Завдання проекту полягає в тому, щоб перетворити круговий рух педалей під помахи плавцем вгору і вниз без значних втрат ефективності. Є багато способів зробити це і зареєстровано безліч патентів. І в цьому найбільша проблема. Багато команди приходять до висновку, що простіше взяти пропелер і змусити хлопця крутити педалі.

Томас і Качча бачать у своїй технології щось більше, ніж просто спосіб побити рекорд: вони бачать технологію, яка допоможе зробити повітря чистіше і планету прохолодніше, позбавивши нас від однієї з найбільш брудних галузей промисловості – судноплавною.

Дослідження показують, що всього один гігантський корабель, що перевозить контейнери, може залишити стільки викидів, скільки 50 мільйонів автомобілів. 16 найбільших кораблів викидають стільки ж оксиду азоту і оксиду сірки, скільки 760 мільйонів автомобілів.

Інженери зацікавлені в тому, як використовувати хвіст кита для руху кораблів, кажуть вони. Їм не потрібно будувати кораблі, схожі на китів, досить просто замінити пропелери плавниками, які ходять вгору і вниз.

Що приємно, вже існують гідравлічні механізми, що працюють подібно китового хвоста. У водяному баку біля лабораторії в північному Оксфорді інженери скоро випробують бортовий двигун, що працює на плавці, який ходить вгору і вниз. Китовий плавець також може забезпечити 20-30% збереження палива для суден. Ця галузь поступово рухається в бік автономних кораблів, і тепер настав час розробити більш ефективні способи пересування на воді. Таке справу гідно будь премії.

За матеріалами BBC