Rotující válec na palubě lodi nahrazuje plachtu. Sto let starý vynález zažívá renesanci jako ekologické řešení
Když se řekne loď poháněná větrem, většina z nás si pravděpodobně představí plachetnici. Německý vynálezce Anton Flettner však ve dvacátých letech minulého století přišel s radikálně odlišným nápadem: rotujícím svisle postaveným válcem, který je pomocí motoru roztáčen do optimálních otáček.
Flettnerův rotor, jak se zařízení nazývá, využívá sílu větru zcela jiným, avšak překvapivě účinným způsobem než plachty. Nejde o pouhé zachytávání větru, ale o aktivní generování síly pomocí fyzikálního jevu, který intuitivně zná každý tenista nebo fotbalista.
Základem je Magnusův jev
Tím kouzlem je takzvaný Magnusův jev. Zkuste si vybavit, jak rotující fotbalový míč nebo tenisový míček ve vzduchu uhýbá ze své dráhy. Na lodi s Flettnerovým rotorem se děje totéž, jen ve velkém měřítku. Vítr obtékající rotující válec je na jedné straně urychlován a na druhé brzděn. Tím vzniká rozdíl tlaků na protilehlých stranách válce, který generuje tah kolmý na směr proudění.
Mechanismus je jednoduchý, ale účinek překvapivě silný. Rotor nepotřebuje obrovskou plochu jako plachta, provoz je automatický, spuštění, vypnutí a provozní režimy se řeší z panelu na kapitánském můstku.
Elektromotor roztáčí válec, vítr přes Magnusův jev vytvoří tah a odlehčí tak hlavnímu pohonu. Z hlediska účinnosti spotřebovává jen zlomek energie proti tomu, kdybychom stejný motor využili přímo pro pohon lodního šroubu.
Anton Flettner nechal v roce 1924 přestavět na tento typ pohonu starou plachetnici Buckau. Ta o rok později úspěšně přeplula Severní moře a v roce 1926 dokonce Atlantik.
Získala pozornost fyziků i novinářů, Albert Einstein tehdy nadšeně hovořil o praktické důležitosti vynálezu a chválil rotorovou loď jako velmi významnou. V roce 1926 následovala nákladní loď Barbara se třemi rotory, která prokázala funkčnost a přínos v praxi, nicméně dobová hodnocení účinnosti se lišila.
Před sto lety vyhrála nafta
V praxi se ukázalo, že lodě s tímto pohonem dokážou plout ostřeji proti větru než klasické plachetnice (20 až 30° vůči větru oproti cca 45° u klasických plachetnic) a jejich ovládání je podstatně jednodušší. Zajímavé je také další, méně známé využití Flettnerova rotoru coby aktivního stabilizátoru lodi. Rotor umístěný pod čarou ponoru může generováním síly aktivně potlačovat houpání plavidla v bouři.
Přesto se tato technologie nakonec neprosadila. Důvodem byly zejména vysoké náklady. Proti nastupujícím levným a spolehlivým dieselovým motorům byla počáteční investice do Flettnerových rotorů zkrátka příliš vysoká. Nafta byla levná a hospodářská krize odradila investory.
Za zmínku stojí také Flettnerova spolupráce s finským inženýrem Sigurdem Savoniem, ze které vzešla Savoniova turbína, což je v podstatě Flettnerův rotor rozříznutý napůl. Tento vynález se dodnes používá a firma Flettner Ventilator Limited stále prodává ventilační hlavice založené na tomto principu. Jde o fascinující vedlejší produkt původního výzkumu.
Renesance ve jménu ekologie
V současnosti, tedy v éře drahých paliv a tlaku na ekologii, zažívají Flettnerovy rotory svou renesanci. Modernizované verze, často označované jako rotorové plachty, se objevují na trajektech, tankerech i nákladních lodích. Neslouží jako hlavní pohon, ale jako důmyslný pomocník, který dokáže v závislosti na podmínkách snížit spotřebu paliva o 5 až 25 %, v některých případech i více. A každá ušetřená tuna nafty se dnes počítá.
V osmdesátých letech vsadil na princip Flettnerova rotoru například Jacques-Yves Cousteau se svou lodí Alcyone. V novém tisíciletí technologie zaujala výrobce turbín Enercon, který 2. srpna 2008 spustil na vodu nákladní loď E-Ship 1 se čtyřmi obřími rotory na palubě.
V posledních letech je možné vidět rotorové stožáry například na výletní lodi Viking Grace společnosti Viking Line, na tankerech logistické firmy Maersk a Norsepower je úspěšně testuje na trajektech mezi Švédskem a Finskem.
Moderní rotor není jen obyčejná roura. Jde o technologicky vyspělý válec z kompozitních materiálů, jako jsou uhlíková a skelná vlákna. Mívá výšku 20 až 35 metrů a průměr 3 až 5 metrů, přičemž spotřebovává desítky kilowattů výkonu (40 až 160 kW dle rozměru), ale dokáže ušetřit stovky kilowattů, které by jinak spolykal diesel.
Pohání ho elektromotor s variabilními otáčkami a jeho provoz řídí automatika, která optimalizuje výkon podle aktuálních povětrnostních podmínek. Některé verze se dokonce umí sklopit, aby loď mohla bezpečně proplout pod mosty.
Technologie má ovšem své limity. Rotory zabírají cenný prostor na palubě, zvyšují výšku lodě a při nevhodném větru mohou spíše překážet. Proto se většinou používají jen jako doplňkový pohon, zatímco hlavní práci stále odvádí lodní šroub. Instalace navíc není levná: jeden rotor stojí stovky tisíc dolarů, a tak se vyplatí především na trasách, kde převládají příznivé boční větry.
Uplatnění nejen na lodích
Myšlenka rotujícího válce však nekončí jen na lodní palubě. Už ve 30. letech minulého století vznikly prototypy letadel, která měla místo křídel právě Flettnerovy rotory. Princip se prokázal jako funkční – vztlak byl silný, ale objevily se i problémy, například gyroskopické síly či nestabilita při prudkých manévrech.
Koncept ale nezmizel a dnes se opět zkoumá, zda by se rotorové nosné plochy nemohly uplatnit v oblasti malých dronů či jako doplněk ke klasickým křídlům. Podobně se uvažuje i o hybridních konceptech kombinujících rotor s cykloidními vrtulemi pro budoucí létající stroje s kolmým vzletem a přistáním.
Zajímavá je také myšlenka Stephena H. Saltera a Johna Lathama na stavbu flotily 1500 robotických plavidel poháněných Flettnerovými rotory. Tyto lodě by měly rozprašovat do atmosféry mořskou vodu, čímž by zvýšily odrazivost mraků a pomohly zmírnit skleníkový efekt.
Flettnerův rotor tak ilustruje, jak se fyzikální jev ze školních učebnic proměnil v reálnou technologii. Cesta nebyla přímočará, klikatila se od slibných začátků, přes zapomenutí až po dnešní renesanci poháněnou ekologickými požadavky. Je evidentní, že Flettnerův nápad z doby před sto lety dostává v éře klimatických závazků druhou šanci. Tam, kde se dříve hledělo hlavně na rychlost a cenu nafty, dnes totiž rozhoduje i uhlíková stopa.
