Как сделать самый быстрый в мире водный транспорт на педалях?

Пока разные команды пытаются построить автомобиль, который может двигаться на скорости звука, другие пытаются побить более скромный рекорд. Можно ли разогнать судно, приводимое в движение людьми, до скорости выше 34 километров в час?

Однажды холодным октябрьским днем в 1991 году группа из Массачусетского технологического института под руководством физика Марка Дрелы установила рекорд самого быстрого водоплавающего средства, что называется, на педалях. Их подводное крыло Decavitator разогналось до 18,5 узлов (34 км/ч) на 100-метровом участке реки Чарльз, которая протекает через Бостон.

Decavitator не был ни капли похожим на подводные крылья, которые возят туристов в Грецию. Нет, это был катамаран с двумя тонкими корпусами и гигантским воздушным пропеллером, который крепился сзади. Водитель – сам Дрела – болтался между двумя корпусами, яростно крутя педали.

Весной 1993 года команда «Декавитатора» была награждена премией Дюпон за самый быстрый водный транспорт, приводимый в движение человеком. После своего рекордного выступления транспорт выставили в вестибюле Бостонского музея науки.

Двадцать пять лет спустя, несмотря на множество попыток, этот рекорд остается непобитым.

Тем не менее ответвление Оксфордского университета – Animal Dynamics, соучрежденное зоологом Эдрианом Томасом, тратит 200 000 фунтов стерлингов именно на это. Их аппарат Malolo («Малоло») представляет собой подводное крыло по типу «Декавитатора». В отличие от конкурента, проект «Малоло» вдохновляется движением китов через воду – вместо пропеллера он использует гигантский арочный хвост, который иногда можно увидеть над водой и ныряющим китом.

Через два года после начала работы над проектом команда начала тестирование своего третьего прототипа у южного побережья Англии. По словам Томаса, они уже разогнались до 22 километров в час (12 узлов).

В команде рассчитывают построить по крайней мере еще три прототипа, прежде чем они действительно пойдут на рекорд в следующем году, каждый из которых будет меньше и легче предыдущего.

Вопрос в том, смогут ли они преуспеть там, где «Декавитатор» не смог?

Подобный транспорт разгоняется при помощи мускульной силы человека. Для большинства из нас это велосипеды. Но такие велосипеды могут и в воздухе летать, и плавать по морю и даже по рельсам ездить.

Велосипеды – это повседневная форма транспорта для многих людей, но принцип их работы можно положить в основу совершенно нового транспорта, чтобы, например, побить рекорд или укрепить репутацию. Дрела уже принимал участие в установке рекордов для летающих велосипедов до попытки установить рекорд на воде – а таким может похвастать не каждый. Его работа над летающим велосипедом вылилась в полет на «стрекозе» Daedalus с Крита на Санторин в 1988 году. Этот полет установил рекорд по скорости и выносливости летающих велосипедов.

По возвращении в США команда Дрела решила завоевать премию Дюпон (DuPont Prize), построив самое быстрое водное судно, приводимое в движение человеком и его мышцами, которую объявили в 1988 году. Приз должны были присудить первой команде, которая разгонится до 20 узлов на 100-метровом участке, либо команде, которая станет самой быстрой по состоянию на 31 декабря 1992 года.

Дрела понял, что единственным способом получить приз будет разработка катамарана с подводным крылом.

Транспорт на подводном крыле — наполовину лодка, наполовину самолет. Часто их используют для перемещения между удаленными островами или для быстрого переезда из точки А в точку Б. По мере того, как лодка разгоняется, подводное крыло приподнимает ее над водой, и она как бы летит низенько над водой.

Подводное крыло было изобретено в конце 19 века. Но только в 1955 году немецкий инженер Юлиус Шук представил публике первое подводное крыло. Он назвал его «Вассерлауфер» (бегущий по воде).

С тех пор появилось много разных типов одно- и даже двухместных аппаратов на подводном крыле – AquaSkipper, Foiled Again и другие. Они использовали пропеллеры под водой и над водой, взмахивали крыльями и веслами, чтобы идти достаточно быстро и подлетать. Первая версия Flying Fish была даже запущена с катапульты. В Японии проводились захватывающие гонки.

Инженерам вроде Дрелы интересно заниматься этим потому, что подводные крылья позволяют создать самый быстрый водный транспорт на человеческой силе. Длинные каяки, которыми славятся командные гонки между Оксфордом и Кембриджем, никогда не побьют рекорды, установленные «Декавитатором» много лет назад.

«Я думал, что мой рекорд будет все-таки побит», признается Дрела. «Но мы подошли к проекту с гигантским багажом опыта работы над другими проектами и очень постарались. Построить его было гораздо труднее, чем летающий аппарат. Если вы дрейфуете вверх и вниз на аэроплане, это не проблема. Но на подводных крыльях дрейф даже на несколько дюймов может стать катастрофой».

«Было много команд, которые пытались, но не смогли побить рекорд, потому что им не хватало квалифицированных людей, времени, чтобы сделать все правильно, и денег, потому что это дорого», говорит Эдриан Томас, соучредитель Animal Dynamics. «Нужно тратить деньги, делать это самому и быть готовым к ошибкам».

«Сейчас это слишком дорого для любителей и требует целый ворох разных навыков», говорит он. «Поэтому, думаю, Майк Дрела был единственным, кому удалось это сделать. У него были фантастический набор навыков и поддержка MIT за плечами».

И все же некоторые считают, что победа «Декавитатора» была обусловлена ветром в спину.

«Правила премии Дюпон позволяли использовать легкий ветерок, дующий в спину, порядка 4,8 км/ч», говорит Аллан Эбботт, член группы Flying Fish 20. В 1987 году олимпийский золотой медалист Стив Хегг установил мировой рекорд по времени в 5 минут, 48,53 секунды (11,15 узла) на 2000-метровом морском стадионе Лонг-Бич, при помощи Flying Fish 2. Этот рекорд, хоть и не такой громкий, по-прежнему держится сегодня.

«Декавитатор» был разработан, чтобы воспользоваться этим преимуществом и задействовать воздушный винт. Попутный ветер существенно помогает аппарату, который отталкивается от ветра, если сравнивать с аппаратом, пропеллер которого крутится в воде».

И тогда в состязании в декабре 1992 года в резервуаре Паддингстоун в Калифорнии, где скорость ветра была незначительной, скорость «Декавитатора» была немного меньше, чем у Flying Fish.

«Проекты подводных крыльев, которые удерживают мировой рекорд скорости, создавались специально для высокой скорости, и они неизбежно будут непрактичными, либо вообще не полетят при меньших усилиях».

«Какой совет я дал бы сегодняшним начинателям этой гонки? Найди спонсора для проекта. Маловероятно, что из этих состязаний выйдет хоть что-то, что можно будет продать».

Тем не менее Томас и Алекс Качча, соучредитель и главный исполнительный директор Animal Dynamics, уверены, что побьют рекорд скорости быстрее чем в 20 узлов – и смогут позднее продать свое изобретение.

Animal Dynamics предпринимает немного другой высокотехнологичный подход. Ее технологии вдохновлены природой. Компания разрабатывает беспилотный небольшой дрон Skeeter для Министерства обороны Великобритании. Он похож на стрекозу и умеет взмахивать крыльями в полете. Также компании поручили разработать прототип автономного парамотора, который мог бы помочь солдатам на фронте в будущем.

Уроки проекта, по мнению Томаса и Качча, помогли преодолеть технические препятствия «Малоло».

«Причина, по которой у нас есть шанс побить рекорд, в том, что хвост кита имеет на 20-30% больше КПД, чем пропеллер», говорит Эдриан Томас. «Просто его трудно сделать. Многие пытались и брались за это, но никто его так и не разработал. Думаю, потому что трудно создать механизм для эффективного управления им».

Задача проекта состоит в том, чтобы преобразовать круговое движение педалей во взмахи плавником вверх и вниз без значительных потерь эффективности. Есть много способов сделать это и зарегистрировано множество патентов. И в этом-то самая большая проблема. Многие команды приходят к выводу, что проще взять пропеллер и заставить парня крутить педали.

Томас и Качча видят в своей технологии нечто большее, чем просто способ побить рекорд: они видят технологию, которая поможет сделать воздух чище и планету прохладнее, избавив нас от одной из самых грязных отраслей промышленности – судоходной.

Исследования показывают, что всего один гигантский корабль, перевозящий контейнеры, может оставить столько выбросов, сколько 50 миллионов автомобилей. 16 крупнейших кораблей выбрасывают столько же оксида азота и оксида серы, сколько 760 миллионов автомобилей.

Инженеры заинтересованы в том, как использовать хвост кита для движения кораблей, говорят они. Им не нужно строить корабли, похожие на китов, достаточно просто заменить пропеллеры плавниками, которые ходят вверх и вниз.

Что приятно, уже существуют гидравлические механизмы, работающие подобно китовому хвосту. В водяном баке возле лаборатории в северном Оксфорде инженеры скоро испытают бортовой двигатель, работающий на плавнике, который ходит вверх и вниз. Китовый плавник также может обеспечить 20-30% сохранение топлива для судов. Эта отрасль постепенно движется в сторону автономных кораблей, и теперь пришло время разработать более эффективные способы передвижения на воде. Такое дело достойно любой премии.

По материалам BBC