Ветер и его использование

Великий русский учёный, «отец русской авиации», профессор Н. Е. Жуковский (1847—1921) создал также теоретические основы ветродвигателя. Его замечательные труды только при советской власти нашли практическое применение.

По инициативе Н. Е. Жуковского и при поддержке В. И. Ленина в 1918 году был организован в Москве Центральный аэро-гидродинамический институт (ЦАГИ). Здесь и были построены первые отечественные быстроходные ветродвигатели.

На основе трудов проф. Н. Е. Жуковского его ученики проф. В. П. Ветчинкин (1888—1950), заслуженный деятель науки и техники проф. Г. X. Сабинин и проф. Н. В. Красовский разработали теоретические основы конструирования высококачественных современных ветродвигателей, а проф. Е. М. Фатеев разработал основы правильной экс-плоатации их в сельском хозяйстве.

Советские конструкторы создали оригинальные и ещё непревзойдённые по своим качествам быстроходные ветродвигатели мощностью от нескольких десятков ватт до нескольких тысяч киловатт.

Цельнометаллические ветродвигатели заводского производства, в отличие от рассмотренных деревометалличе-ских ветросиловых установок, имеют специальные устройства для борьбы с «капризами» ветра.

Всем известно, что ветер может менять своё направление и скорость по нескольку раз в сутки.

Простейшие барабанные ветродвигатели имели приёмник энергии ветра, который жёстко, раз навсегда устанавливался в каком-либо одном положении. Карусельные и роторные ветродвигатели работоспособны при любом направлении ветра, но они, как и ветродвигатели барабанного типа, не защищены от возможных разрушений при сильном ветре. Простейшая ветряная мельница может нормально работать только в присутствии человека. Человек должен следить за ветром и во-время устанавливать ветровое колесо в нужное положение. Если ветряная мельница большая, то для установа колеса на ветер необходимо не менее двух человек, если она не имеет специального ворота (простейшей машины для подъёма груза). При дальнейшем развитии техники строительства ветродвигателей стали стремиться использовать силу ветра не только для вращения ветрового колеса, но и для автоматической его установки против ветра, как это можно видеть у обычного флюгера, показывающего направление ветра. Для этого к задней части поворотной головки стали прикреплять хвост, состоящий из длинного штока или специальной фермы с поверхностью на конце, которую называют оперением хвоста (см. рис. 24).

Если ветер менял своё направление, хвост автоматически поворачивал головку. Ветровое колесо вновь устанавливалось в лоб к ветру. Так появилось простейшее устройство для поворота ветрового колеса на ветер без вмешательства человека. У современных ветродвигателей хвосты рассчитываются так, чтобы они начинали поворачивать головку с ветровым колесом на ветер, когда его направление изменится на угол около 10 градусов.

Для поворота головок больших ветродвигателей иногда делают оперение хвоста в виде двух или трёх вертикальных поверхностей, поставленных параллельно на некотором расстоянии друг от друга (см. рис. 27).

У других систем ветродвигателей роль хвоста выполняет само ветровое колесо. Оно устанавливает себя против ветра, как только ветер меняет своё направление. Для этого ветровое колесо помещается не впереди башни, а за башней. В этом случае колесо, как флюгер, автоматически следует за ветром.

При больших размерах ветрового колеса резкие повороты хвостом могут вызвать поломку крыльев. Поэтому при помощи хвостов обычно устанавливают на ветер только небольшие ветровые колёса с диаметрами до 18 метров.

Для поворота на ветер больших ветровых колёс современных быстроходных ветродвигателей применяются другие остроумные устройства. Они при любом ветре аккуратно и плавно выводят ветровое колесо на ветер.

Наиболее распространены устройства, состоящие из двух многолопастных ветровых колёс, помещающихся на задней части фермы головки. Такие устройства называются виндрозами. Виндрозы расположены так, что если ветер дует в лоб рабочему колесу, они оказываются расположенными ребром к направлению ветра и стоят неподвижно. Когда же ветер дует сбоку, виндрозы приходят в движение и передаточным механизмом поворачивают головку с ветровым колесом на ветер до тех пор, пока оно не станет строго против ветра (рис. 26). В это время виндрозы вновь расположатся ребром к ветру и остановятся, пока ветер снова не изменит своё направление,

Обычно виндрозные механизмы поворачивают головку относительно башни с очень небольшой скоростью один полный оборот за несколько минут.

У крупных ветродвигателей головка устанавливается на ветер при помощи электромотора, управляемого небольшим флюгером. При изменении направления ветра флюгер поворачивается и замыкает электрическую линию, включая автоматически электромотор.

Электромотор остановится лишь при разъединении линии. А это произойдёт тогда, когда флюгер расположится вдоль воздушного потока, а ветровое колесо — в лоб к ветру.

Таковы основные устройства у современных ветродвигателей для автоматического поворота ветрового колеса на ветер.