Válce místo plachet. Jak může Flettnerův rotor spasit planetu?

Geniální fyzik a matematik Anton Flettner se narodil 1. října 1885 v německém Eddersheimu nedaleko Frankfurtu. Jako mladík vystudoval pedagogickou školu ve Fuldě. Pár let pak působil v malém městečku Pfaffenwiesbach jako vesnický učitel v jednotřídce. O této kapitole jeho života se toho příliš neví. Není divu. Nic nenasvědčovalo nějaké zářné kariéře.

Předběhl dobu. A hrabal se v písku

Jisté je, že si jeho schopností a vědeckého nadšení všiml rektor Univerzity ve Frankfurtu. Před první světovou válkou tam Flettner začal vyučovat matematiku a fyziku. Už tehdy usilovně uvažoval o tom, jak by se jeho nápady daly přetavit ve vynálezy, které by Německu pomohly v blížícím se konfliktu.

Není tak překvapením, že záhy po vypuknutí bojů nastoupil Flettner do služeb Ministerstva války. Působil tam pod záštitou hraběte Zeppelina. Jeho hlavním úkolem pak bylo pracovat na přelomových projektech, které by Trojspolku poskytly rozhodující náskok na bojištích. Ačkoliv to zní neuvěřitelně, přišel Flettner v průběhu války s natolik převratnými projekty, jako byla bezpilotní letadla nebo samonaváděcí torpéda. Oficiální místa ale jeho návrhy nebrala vážně. Někteří ho dokonce považovali za blázna.

Jakmile válka skončila, mohl se Flettner konečně pustit do realizace svých nápadů. Musel se ale přeorientovat. Torpéda ani letadla v době míru už nikdo nechtěl. Do dalšího bádání zapálený vědec se přesunul do Amsterdamu. Vedl tam Výzkumný letecký a hydrodynamický institut. Byl ve svém živlu. Usadil se a se ženou založili rodinu.

Jenže Flettner si ani ve chvílích volna nedokázal od vědy odpočinout. Jedno odpoledne na pláži se jal manželce předvádět, jak funguje Magnusův jev. Máchal rukou v jemném písku, aby předvedl, jak rotace tělesa ovlivňuje směr jeho pohybu. Přitom sledoval plachetnice na moři. A v tom mu to došlo.

Okamžitě se dal do výpočtů hnací síly. Výsledky na papíře byly slibné. On se ale nemohl dočkat, až je uvidí v praxi. Nejprve improvizoval. Na malý model loďky umístil asi půlmetrový papírový válec, pod který nainstaloval hodinový strojek. Jeho titěrný výkon stačil k tomu, aby se začal válec rychle otáčet podél své svislé osy. A světe div se, loďka se dala do pohybu.

Na moři jako na kurtu

Flettner začal přemýšlet ve velkém. Zakoupil starý škuner, odmontoval z něj stěžně a místo nich nainstaloval dva patnáctimetrové otáčivé válce. Rotory. Loď pojmenoval Buckau (později Baden-Baden) a byl odhodlán ji sám otestovat. Nejprve přeplul Severní moře. A protože šlo všechno hladce, vydal se dál. Roku 1926 s ní přeplul Atlantik. Když foukal silnější vítr, bylo plavidlo schopno plout výrazně rychleji než standardní dvoustěžňové plachetnice. A to přesto, že plocha rotorů byla o dost menší než plocha roztažených plachet. Přihlížející na onen spektákl jen nevěřícně hleděli. Jak může vítr v kombinaci s válci vyvinout dostatečnou sílu pro tak efektivní pohon lodi?

Klíč spočíval právě v Magnusově jevu, který tehdy předvedl Flettner své ženě na pláži. Rotující válec se střetává s bočním větrem a působí na něj. V jedné polovině válce je proudící vzduch rotací urychlován a unášen po obvodu rotoru. V opačné polovině se naopak směr větru střetává se směrem rotace. Tam je větrné proudění pohybem válce naopak bržděno. Tyto změny v rychlosti proudění okolního vzduchu způsobují, že z „rychlejší“ strany je vzduch odváděn pryč, zatímco na té „pomalejší“ je naopak kumulován. Tím dochází k rozdílnému tlaku vzduchu na protilehlých stranách válce. V důsledku toho vzniká síla pohánějící válec kupředu. Ta je kolmá jak na směr proudění vzduchu, tak na osu otáčení válce.

Na první pohled složitý jev známe velmi dobře i z jiných odvětví. Například ze sportu. Díky Magnusově jevu dokáží fotbalisté zatočit míč od rohového praporku přímo do branky. Dobře ho znají třeba i tenisté, kteří díky němu udělují míčkům tzv. faleš. Golfisté díky němu dokáží tvarovat své údery do téměř neuvěřitelných křivek. A přesně tyto „neviditelné“ síly pohánějí i Flettnerovy rotory.

Barbaru zabila krize

Takový pohon má celou řadu výhod. Předně - na otáčení válců je potřeba jen minimální energie. Rotory Flettnerovy první lodi, na které překonal Atlantik, poháněl motůrek o výkonu pouhých 18 koní. A to měla loď nosnost 600 tun. S tím se nesla i větší účinnost takového pohonu. Zatímco srovnatelně velká loď potřebovala na cestu do Ameriky okolo 50 tun paliva, Baden-Baden to zvládla jen za třetinu. Další výhodou bylo nenáročné ovládání. Běžná plachetnice o podobné velikosti potřebovala na svůj provoz početnou posádku. Naproti tomu rotory byly téměř bezúdržbové. Pominout nelze ani lepší využitelnost ve špatném počasí. Rotorům - na rozdíl od plachet - nevadil ani velmi silný vítr. Naopak - jejich účinnost se v takovém počasí ještě zvyšovala.

Budoucnost rotorů vypadala slibně. Po úspěchu Baden-Badenu bylo v loděnici v Brémách postaveno nové plavidlo. Barbara dostala rotory hned tři. Byly vyšší a širší. A při rychlosti větru okolo 40 km/h dávaly dohromady výkon okolo 600 koňských sil. Na konci 20. let převážela Barbara náklady napříč Středozemím. A měla úspěch. Ještě roku 1928 obdržel Flettner šest objednávek na plavidla stejného typu. Jenže přišla hospodářská krize. Světový obchod byl v hlubokém útlumu a s ním i rejdaři. Ti, kteří nezkrachovali, neměli zájem ani chuť experimentovat. Raději sázeli na osvědčené druhy pohonu. O Barbaru najednou nebyl zájem. Byla vrácena německému námořnictvu a následně prodána do soukromých rukou. Nový vlastník neměl na jejím provozování žádný zájem. Loď skončila rozebrána na součástky.

Na dlouhou dobu to znamenalo konec vysokých válců na lodních palubách. Flettnerův vynález postupně jako by téměř upadl v zapomnění. Jen občas se objevila nákladní loď s rotory nebo malá experimentální plachetnice, často jako projekt nadšených studentů.

Helikoptéry pro nacisty a první emigrant v USA

A samotný Flettner? Poté, co byla rozebrána Barbara, jeho podnikáni ve výrobě lodí v podstatě přestalo existovat. Místo toho přesunul svou pozornost do vzduchu. V té době se již několik let věnoval zdokonalování konstrukce ventilátoru. Od toho byl už jen krůček k jeho dalšímu velkému projektu. K vrtulníku. Ten první zkonstruoval Flettner už roku 1932 a své prototypy dále zdokonaloval. A zase zasáhla válka. Německé námořnictvo spatřovalo ve vrtulnících dokonalou zbraň na stopování spojeneckých ponorek. A tak obdržel Flettner roku 1939 poptávku na třicet kusů jeho nejnovějšího typu Fl-282 Kolibri. Stroj o dvou protiběžných rotorech se tak stal prvním sériově vyráběným vrtulníkem na světě.

A funkčním vrtulníkem, nutno dodat. Flettner dokonce vymyslel revoluční systém, jak umožnit stroji přistát na lodi při rozbouřeném moři. Mechanismus s lanem, které přes naviják přitahuje vrtulník směrem k palubě, se používá dodnes. Další výrobu samotného Kolibříku ale zhatilo spojenecké bombardování Flettnerových továren. On sám k tomu prožíval ohromný vnitřní boj. Na jedné straně měl nacistům dodávat bojové stroje, díky čemuž se osobně znal například s Himmlerem. Na straně druhé - jeho žena i jeho nejbližší spolupracovník byli Židé. Nakonec to ale byly právě Flettnerovy kontakty, díky kterým se všichni jmenovaní relativně v poklidu dožili konce války. Ten je zastihl internované na zámku v Kransbergu. Odtamtud zamířili téměř záhy do Spojených států. Flettner a jeho rodina byli mezi prvními německými imigranty za oceánem.

V nové domovině opět pracoval pro armádu. K tomu se dál věnoval vývoji helikoptér. Například společnost Kaman ještě dlouhá léta těžila z jeho nápadů a inovací.

Svého velkého snu o flotilách rotorových nákladních lodí se ale nedožil. Anton Flettner zemřel na konci roku 1961. 

Vynálezy živější než kdy dřív

Jeho odkaz ale přetrvává. Ve šlépějích geniálního průkopníka nakonec kráčeli jiní vynálezci už za jeho života. Ve 30. letech zkonstruovali dva nadšenci ze státu New York prototyp letadla bez křídel. Vztlačná síla u něj byla vyvíjena horizontálně uloženými Flettnerovými rotory. Ty se otáčely v opačném směru než kola automobilu. Tím se pod rotory zvyšoval tlak, který držel letadlo ve vzduchu. Tedy čistě teoreticky. Ačkoliv vznikl prototyp hydroplánu, neexistují záznamy o tom, že by se kdy našel odvážlivec, který by se odhodlal ke zkušebnímu letu.

To jiné Flettnerovy vynálezy jsou dnes, více než 60 let po jeho smrti, aktuálnější než kdy dříve. Jeho náporový ventilátor, který vymyslel už ve třicátých letech, se v moderní verzi stále vyrábí, a to pod značkou nesoucí jeho jméno. Můžete se s nimi setkat v chladírenských nástavbách, při instalaci vzduchotechniky nebo i v interiéru obyčejných osobních vozů.

A konečně - renesance se dočkalo i praktické využití rotorů v lodní dopravě. S nástupem klimatické krize se pozornost ekologů a politiků upřela kromě silnic také na moře. Nákladní lodě produkují ročně zhruba 4 % celkových emisí skleníkových plynů. Navíc se tento podíl stále zvětšuje. A právě proto dochází postupně k zavádění emisních norem pro velká plavidla. S tímto Damoklovým mečem nad hlavou si několik konstruktérů a rejdařů rychle vzpomnělo na vynález učitele z Eddersheimu. A nejednalo se o žádné malé ryby.

Mladý finský podnikatel a vizionář Tuomas Riski spřáhnul své síly s prof. Kaiem Levanderem, jednou z největších kapacit v konstrukci lodí na světě. Rozhodli se obnovit a vylepšit myšlenku Flettnerova rotoru.

Pro jádro konstrukce zvolili pevný válec z recyklovaných materiálů. Kolem něj nechali obíhat velmi lehký rotor, jehož plášť zhotovili z kompozitů s použitím uhlíkových vláken. Samotný rotor je díky tomu velmi lehký a v kombinaci s odolností použitých materiálů může být větší než kdy dřív.

Největší rotory mají až 35 metrů na výšku. Jejich ovládání je téměř bezúdržbové a dokáží samy měnit směr otáčení podle toho, jak fouká vítr. Novinkou je také možnost sklápění rotorů. Aby vysoké lodě s velkými válci projely např. Panamským průplavem nebo splnily pravidla pro nejvyšší přípustnou výšku v přístavech, musel Riski a jeho společnost přijít s radikálním řešením, kdy se několik desítek metrů vysoké rotory sklopí k palubě.

Jednou z prvních společností, která začala technologii rotorů opět využívat, byla německá firma Enercon. Roku 2008 zahrnula do své flotily plavidlo s názvem E-Ship 1. Loď pohání dva obří naftové motory o výkonu 3,5 MW. Jejich výfukové plyny ale navíc roztáčí čtyři obrovské Flettnerovy rotory. Jejich instalace ve výsledku snížila spotřebu lodi oproti původním hodnotám o zhruba 20 %. A podobně je tomu v případě mnoha dalších nejen nákladních lodí.

Obří válce se tak začínají nad hladiny světových moří zase vracet. A kdo ví, možná budou mít nemalý vliv na zpomalení klimatické krize, která sužuje naši planetu.

Zdroje:

https://edu.techmania.cz/cs/encyklopedie/fyzika/tekutiny/obtekani-teles/magnusuv-jev

http://fyzika.jreichl.com/main.article/view/556-magnusuv-jev

https://www.esru.strath.ac.uk/EandE/Web_sites/18-19/Flettner/strathflettner.wixsite.com/flettnerrotor/history-of-flettner-rotors.html

http://www.fiddlersgreen.net/models/aircraft/Flettner-282.html

http://www.duchmann.net/AntonFLETTNER.htm

https://www.norsepower.com/ourstory/

https://www.hubschraubermuseum.de/index.php/en/?view=article&id=236:anton-flettner-en&catid=24#