Recordul de viteza al apei care este surprinzator de greu de rupt

Recordul de viteza al apei care este surprinzator de greu de rupt

(Credit de imagine:

David Hills

)

In timp ce echipele incearca sa construiasca o masina care poate merge la fel de repede ca viteza sunetului, alti cercetatori incearca sa bata un record mai modest – o barca alimentata de efortul uman poate merge mai repede decat 20 mph?

O

Intr-o zi rece din octombrie 1991, o echipa de la Institutul de Tehnologie din Massachusetts (MIT) condusa de fizicianul Mark Drela a stabilit un record pentru cea mai rapida nava cu apa alimentata de oameni. Hidroalba lor, Decavitator, a atins o viteza de 18,5 noduri (21,3 mph / 34km / h) pe un curs de 100 de metri pe raul Charles care curge prin Boston.

Decavitatorul nu semana nimic cu hidrofoilurile care te duc pe insula ta preferata din Grecia. Mai degraba, era un catamaran cu doua corpuri subtiri si o elice gigantica de avion legata de spate. Un biciclist – insusi Drela – a fost suspendat intre cele doua corpuri, pedaland cu furie.

In primavara anului 1993, echipa Decavitator a primit premiul DuPont pentru cea mai rapida nava acvatica cu motor uman. Dupa calatoria sa de record, ambarcatiunea a fost expusa in holul de intrare al Muzeului de Stiinte din Boston.

Douazeci si cinci de ani mai tarziu, in ciuda numeroaselor incercari, inregistrarea ramane neintrerupta.

  • Bloodhound SSC: cea mai rapida masina fabricata vreodata
  • Jetul britanic care a zburat mai sus decat orice alt avion
  • Ce inseamna sa navighezi cu o nava uriasa in largul marii

Cu toate acestea, o filiala a Universitatii Oxford, numita Animal Dynamics, cofondata de zoologul Adrian Thomas, cheltuie 200.000 de lire sterline (260.000 de dolari) pentru a face exact acest lucru. Mestesugul lor, Malolo, este un decavitator asemanator cu un hidrofil. Spre deosebire de rivalul sau, designul lui Malolo este inspirat de felul in care balenele inoata prin apa – in loc de elice, are genul de coada mare, arcuita, pe care o vezi uneori deasupra apei cand scufunda o balena.

Acum doi ani dupa ce a inceput lucrul la proiect, echipa a inceput sa testeze al treilea prototip in largul coastei de sud a Angliei.

Array

Potrivit lui Thomas, au atins deja viteze de aproximativ 12 noduri (13,8 mph / 22 km / h).

Designul utilizeaza un principiu foarte asemanator cu cel al unei cozi de balena (Credit: David Hills)

Acestia se asteapta sa fie nevoiti sa construiasca cel putin inca trei prototipuri inainte de a pleca cu adevarat la record anul viitor, fiecare mai mic si mai usor decat cel de pana acum.

Intrebarea este: pot avea succes atunci cand alte incercari de la Decavitator au esuat?

Vehiculele cu functionare umana sunt alimentate numai de forta musculara a unei fiinte umane. Pentru majoritatea dintre noi, acest lucru inseamna doar un singur lucru: bicicletele. Cu toate acestea, pot fi gasite si zburand in aer, scufundandu-se sub mare si chiar calarind pe sine. 

Bicicletele sunt o forma de transport de zi cu zi pentru multi oameni, dar principiul vehiculelor cu propulsie umana poate fi, de asemenea, dezvoltat ca o cursa de noutate pentru turisti sau pentru a obtine ceva mult mai semnificativ, cum ar fi testarea unei noi tehnologii – pentru a bate un record, a castiga un premiu sau a cimenta o reputatie.

Drela fusese deja implicat in stabilirea recordurilor pentru avioanele cu propulsie umana inainte de incercarea sa de inregistrare a vitezei apei – o profunzime de experienta pe care putine echipe au reusit sa o rivalizeze. Munca sa in zborul alimentat de om a culminat cu zborul lui Daedalus asemanator unei libelule de la Creta la Santorini in 1988. Aceasta calatorie a stabilit recordul de zbor alimentat de om pentru viteza si rezistenta.  

Singurul mod in care premiul ar fi al lor, si-a dat seama Drela, ar fi prin proiectarea unui hidrofil cu motor

La intoarcerea in SUA, echipa lui Drela a fost atrasa de provocarea de a castiga Premiul DuPont pentru cea mai rapida nava de apa cu motor uman, care fusese infiintata in 1988. Premiul va fi acordat primei echipe care a rupt 20 de noduri ( 23 mph / 37 km / h) pe un traseu de 100 de metri sau catre echipa cu cea mai rapida viteza inregistrata la 31 decembrie 1992.

Singurul mod in care premiul ar fi al lor, si-a dat seama Drela, ar fi prin proiectarea unui hidrofil cu motor.

Hidrofoilele sunt partial de barca, partiale de avion.

Ele sunt adesea folosite pentru a conecta insule indepartate sau pentru a permite naveta rapida. Pe masura ce barca castiga viteza, foliile asemanatoare schiurilor de sub carena o ridica din apa, precum aerofoilele ajuta la ridicarea unui avion in aer. 

Primul hidrofoil a fost inventat la sfarsitul secolului al XIX-lea. Apoi a trebuit sa asteptam pana in 1955 ca inginerul german Julius Schuck sa prezinte publicului primul hidrofil cu motor. El l-a numit Wasserlaufer (alergator de apa). 

De atunci, au fost construite multe tipuri diferite de hidrofoiluri cu unul sau chiar cu doua locuri, cu nume precum AquaSkipper, Foiled Again si Mutiny on the Boundary Layer. Au folosit elice sub apa, elice din apa, batand aripi si chiar vasle pentru a le face sa mearga suficient de repede pentru a decola. Prima versiune a Flying Fish a fost lansata chiar dintr-o catapulta. In Japonia au avut loc curse spectaculoase.

Este posibil ca inregistrarea vitezei sa nu para atat de rapid, dar deplasarea cu viteza pe apa necesita un efort enorm (Credit: David Hills)

Atractia pentru ingineri, cum ar fi Drela, este ca hidrofoilele alimentate de oameni sunt cea mai rapida nava de pe apa. Lungii, eleganti vasle de vasle, renumiti de Oxford si Cambridge Boat Race, nu ar fi in continuare capabili sa bata recordul stabilit de Decavitator in toti acei ani in urma.

„Am crezut ca recordul meu va fi doborat in ​​cele din urma”, spune Drela. „Dar am ajuns la proiect cu o cantitate imensa de experienta in alte proiecte alimentate de oameni si a fost inca o problema grea.

„A fost o problema mult mai grea decat construirea avionului nostru. Daca va deplasati in sus si in jos intr-un avion, nu este o problema, nici macar cu un picior. Pe un hidrofil, derivarea chiar si cu cativa centimetri poate fi un dezastru. ”

 „Au existat o multime de echipe care au incercat si nu au reusit sa bata recordul, deoarece exista doar un numar limitat de oameni care au abilitatile de a face acest lucru, nu au suficient timp sa o faca corect si este scump ”, Spune Adrian Thomas, cofondator Animal Dynamics. „Trebuie sa poti cheltui bani, sa-i faci singur si sa gresesti.”

Motivul pentru care avem sansa de a bate recordul este ca coada de balena ca mecanism de propulsie are un castig de eficienta de 20-30% fata de o elice – Adrian Thomas, Animal Dynamics

„Acum este in stadiul in care este prea scump pentru pasionati si are nevoie de o multime de abilitati diferite pentru ao face”, adauga el. „De aceea, Mike Drela a fost cel care a reusit sa o faca. Avea un set fantastic de abilitati si a fost sustinut de MIT. ”

Cu toate acestea, unii din comunitatea mica cred ca victoria Decavitatorului a fost doar un vant de coada.

„Regulile Premiului Dupont au permis un vant de coada mic, de aproximativ 3 mph (4,8 km / h)”, spune Allan Abbott, co-proiectant al rivalului Flying Fish 20. In 1987, ciclistul olimpic de medalie de aur Steve Hegg a stabilit un timp record de 5 minute, 48,53 secunde (11,15 noduri) peste cursul de canotaj olimpic Long Beach Marine Stadium de 2.000 de metri de pe Flying Fish 2 – un record, desi unul mai putin plin de farmec, care se mentine si astazi.

„Decavitatorul a fost conceput pentru a profita de aceasta regula si a folosit o elice de aer. Un vant de coada ofera o asistenta mult mai mare unei ambarcatiuni care impinge vantul, in comparatie cu o nava cu elice in apa impingand impotriva apei. ”

Se asteapta ca Malolo sa incerce sa bata recordul in 2018 (credit: David Hills)

Apoi, intr-o competitie cap la cap, in decembrie 1992, la Puddingstone Reservoir din California, unde viteza vantului a fost neglijabila, viteza decavitatorului a fost usor mai mica decat cea a Flying Fish.

„Inregistrarile de viteza superioare ale sprintului necesita modele de hidrofoil care sunt proiectate pentru viteza mare”, spune el, „si acestea sunt inevitabil destul de impracticabile in sensul ca nu vor zbura deloc cu un efort mai mic decat sprintul.

„Ce sfat as avea cuiva care doreste sa il rupa astazi? Gasiti un sponsor pentru proiect. Este putin probabil ca ceva comercializabil sa fie derivat dintr-o competitie de viteza maxima. ”

Cu toate acestea, Thomas si Alex Caccia, cofondator si CEO al Animal Dynamics, sunt increzatori ca vor bate recordul cu o viteza mai mare de 20 de noduri – si ca vor avea ceva ce pot aduce pe piata dupa aceea.

Animal Dynamics este un spinout hi-tech cu o diferenta. Tehnologia sa este inspirata de natura. Dezvolta o drona de dimensiuni de buzunar numita Skeeter pentru Ministerul Apararii din Marea Britanie, care a fost inspirata de libelula si foloseste aripi batatoare pentru a zbura. Spinout-ului tocmai i s-a acordat un contract pentru a dezvolta un prototip de paramotor autonom care ar putea ajuta la aprovizionarea soldatilor pe linia frontului in viitor.

Lectiile din acest proiect au contribuit, potrivit lui Thomas si Caccia, la rezolvarea provocarilor ingineresti ale Malolo.

Cercetarile au aratat ca doar una dintre cele mai mari nave containere din lume poate emite poluare la fel de mult ca aproximativ 50 de milioane de autoturisme

„Motivul pentru care avem sansa de a bate recordul este ca coada de balena ca mecanism de propulsie are un castig de eficienta de 20-30% fata de o elice”, spune Adrian Thomas. „Este greu de facut.”

„Diverse persoane l-au privit si s-au jucat cu el, dar nimeni nu l-a dezvoltat vreodata. Cred ca acest lucru se datoreaza faptului ca incercarea de a dezvolta un mecanism care sa il conduca eficient este dificila. ”

Provocarea acestui design este de a converti miscarea circulara a ciclistului in miscarea de batere in sus si in jos a aripioarelor fara pierderi mari de eficienta.

Navele mari sunt responsabile pentru o pondere considerabila din emisiile mondiale de gaze cu efect de sera (Credit: Alamy)

„Exista modalitati de a face acest lucru si avem diverse brevete acum”, adauga Thomas. „Dar aceasta este marea problema.”

„Pentru multe echipe, este mai usor doar sa folosesti o elice si sa-ti faci un tip cu bicicleta”, spune Caccia.

Thomas si Caccia au ochii pe un premiu mai mare decat sa stabileasca recordul: o tehnologie care va ajuta la imbunatatirea aerului si a planetei, prin curatarea uneia dintre cele mai murdare industrii din jur – industria navala.

Cercetarile au aratat ca doar una dintre cele mai mari nave containere din lume poate emite poluare la fel de mult ca aproximativ 50 de milioane de autoturisme. Mai mult decat atat, cele mai mari 16 nave emit atat oxizi de azot si oxid de sulf cat 760 de milioane de masini din lume.

„Ceea ce ne intereseaza cu adevarat este sa folosim coada de balena ca forma de propulsie a navei”, spune Thomas. „Nu trebuie sa construim nave care sa arate ca niste balene; trebuie doar sa inlocuim elicele cu folii care urca si coboara.

Propulsia cozii de balena ar putea oferi o economie de combustibil de 20-30% pentru industria navala – Alex Caccia, Animal Dynamics

„Hidrodinamica este la fel ca la Malolo si mecanica este la fel. Lucrul frumos este ca exista deja mecanisme hidraulice care functioneaza ca o coada de balena pe care le-am putea folosi. ”

Intr-un rezervor de apa din apropierea laboratorului lor din nordul orasului Oxford, vor incepe in curand testarea unui motor exterior propulsat de o folie care urca si coboara mai degraba decat o elice.

„Propulsia cozii de balena ar putea oferi o economie de combustibil de 20-30% pentru industria navala. Industria se muta pe nave autonome si acum este momentul sa vina cu un mecanism de propulsie mai eficient.

„In cele din urma, vrem sa batem recordul, deoarece ar fi confirmarea publica a unei noi tehnologii”, spune Alex Caccia.

Acum ar fi un premiu care merita castigat.

Alaturati-va peste 800.000 de fani viitori, placandu-ne pe  Facebook sau urmariti-ne pe  Twitter .

Daca ti-a placut aceasta poveste,  inscrie-te la buletinul informativ saptamanal bbc.com , numit „Daca ai citit doar 6 lucruri in aceasta saptamana”. O selectie selectata de povesti de la BBC Future, Earth, Culture, Capital si Travel, livrate in casuta de e-mail in fiecare vineri.