В чем заключается мастерство инженеров-механиков и проектировщиков? Очевидно, в умении максимально приблизить объекты своего творчества к совершенству. Одним из главных показателей технического совершенства судов является КПД их пропульсивной системы, в частности движителей.
Теоретически эффективность гребных винтов может достигать 80%, однако в реальной жизни этот показатель существенно ниже, и многие компании ищут разные, в том числе довольно неожиданные, способы его увеличить. Например, в свое время Wärtsilä придумала статор EnergoFlow, а Hyundai — «насадку» Hi-FIN, которая создает противовихри. Компания АВВ, известная своими электрическими приводами Azipod, которые сильно повлияли на судостроительную индустрию, решила пойти другим путем и вместо дальнейшей доработки гребных винтов анонсировала новый движитель Dynafin.
Янне Похьялайнен, топ-менеджер ABB Marine & Ports, отвечающий за направление пропульсивных систем, на презентации заявил, что за «долгие годы разработки» их инженеры сумели создать «радикальную в плане повышения КПД» пропульсивную систему. Что же такое изобретали в недрах АВВ целых десять лет?
По словам Похьялайнена, на разработку Dynafin конструкторов вдохновил хвостовой плавник китов-горбачей, которые за миллионы лет эволюции научились максимально эффективно перемещать свое гигантское тело в воде. В таком подходе нет ничего инновационного, поскольку изобретатели еще со времен Аристотеля пытаются копировать «ноу-хау» живой природы, однако с развитием биомеханики, материаловедения, компьютерного моделирования и аддитивных технологий у них открылись новые возможности.
Те из вас, кто разбирается в пропульсивных системах, наверняка заметят, что Dynafin сильно напоминает придуманный почти сто лет назад крыльчатый движитель Фойта — Шнайдера. С тех пор Voith оборудовала такими установками множество судов и относительно недавно представила электрическую версию eVSP. АВВ признает, что сама идея, заложенная в основу Dynafin, не нова, однако подчеркивает, что ее инженеры сумели раскрыть потенциал для увеличения КПД крыльчатого движителя.
Чем Dynafin отличается от eVSP? Во-первых, формой и приводами циклоидально движущихся лопастей. Их количество, габариты и диаметр орбиты также зависят от мощности системы, однако лопасти у eVSP вращаются за счет рычажной системы приводов, тогда как у Dynafin — с помощью индивидуальных электромоторов. Во-вторых, электронные блоки управления Dynafin контролируют каждую лопасть в отдельно взятый момент времени: они выставляют оптимальный угол атаки, при необходимости меняя их траекторию движения в следующем цикле вращения.
Таким образом, Dynafin можно считать интеллектуальной формой движителя Фойта — Шнайдера, и АВВ говорит о КПД до 85% в идеальных условиях (невозмущенного потока). Помимо этого, есть и другие преимущества. Например, регулировать упор можно практически моментально благодаря электромоторам, которые быстро меняют направление вращения циклоротора (30–80 об/мин) и лопастей. В такой пропульсивной системе нет механических редукторов и довольно низкие импульсы давления, поэтому она гораздо меньше шумит и вибрирует по сравнению с гребными винтами. Наконец, развернутые по ходу движения лопасти создают минимальное сопротивление и не тормозят судно, если движитель остановлен.
Что касается обслуживания, то здесь у Dynafin тоже найдутся плюсы. Его модульная конструкция позволит быстро заменить поврежденные элементы. К тому же у электродвигателей с постоянными магнитами и непосредственной передачей вращения очень мало компонентов и до них легко добраться. В итоге судно меньше простоит в сухом доке.
Прототип Dynafin обещают показать в 2025 году, и на первом этапе АВВ планирует вывести на рынок системы мощностью от 1 до 4 МВт на установку. Их «целевая аудитория» — пассажирские суда (от паромов до лайнеров), и отдельно отмечены яхты. Чтобы продемонстрировать потенциальным заказчикам экономическую выгоду Dynafin, компания заказала бюро OSK-ShipTech A/S сравнительное исследование. Конструкторы сопоставили три типа приводов на модельном экспедиционном пассажирском лайнере длиной 125 м, который нарабатывает за год 4320 мото-часов. При суммарной мощности 3963 кВт такое судно с гребными валами, по расчетам, потребляет 3167 т топлива, с «азиподами» (3804 кВт) — 3040 т, а с Dynafin (3110 кВт) — всего 2486 т. Таким образом, КПД крыльчатого движителя АВВ выше на 22% по сравнению с гребными валами (на 18% по сравнению с «азиподами»), и владелец может напрямую сэкономить чуть ли не 700 т горючего в год при прочих равных. Есть и непрямые сбережения: пропульсивная система с высоким КПД позволяет применять менее мощные двигатели, размещать на борту меньше батарей и устанавливать более компактные топливные танки. Все это выливается в экономию денег, места и веса.
Кстати, об электропитании. Разработчики утверждают, что Dynafin будет полностью совместим с топливными ячейками и современными аккумуляторными батареями. Более того, велика вероятность, что эти движители смогут работать в связке с ABB Onboard DC Grid, системой переноса энергии с помощью постоянного тока, хотя напрямую пока об этом не говорят. Также, скорее всего, у Dynafin появится опциональная функция успокоителя качки, которая уже есть у eVSP.
Янне Похьялайнен подчеркивает, что рынок ждет не просто надежные пропульсивные системы с высоким КПД, но еще и очень гибкие. Последнее нужно для того, чтобы оснащенные ими суда в процессе перехода на новые виды топлива морально не устаревали раньше, чем закончится срок их эксплуатации. Компания анонсировала Dynafin именно сейчас, поскольку почувствовала потребности рынка и удачное совпадение многих факторов. Ну, а за тем, чтобы воплотить это элегантное инженерное решение в жизнь на уровне серийного производства, у АВВ дело не станет.
