ВЕТРОДВИГАТЕЛЬ, устройство, преобразующее энергию ветра в энергию вращательного движения. Основным рабочим органом ветродвигателя является вращающийся агрегат – колесо, приводимое в движение ветром и жестко связанное с валом, вращение которого приводит в действие оборудование, выполняющее полезную работу. Вал устанавливается горизонтально или вертикально. Ветродвигатели обычно используются для выработки энергии, потребляемой периодически: при накачке воды в емкости, помоле зерна, во временных, аварийных и местных сетях электропитания.

Историческая справка. Хотя приземные ветры дуют не всегда, меняют свое направление и сила их непостоянна, ветродвигатель представляет собой одну из древнейших машин для получения энергии из природных источников. Из-за сомнительной надежности древних письменных сообщений о ветродвигателях не вполне ясно, когда и где такие машины появились впервые. Но, судя по некоторым записям, они существовали уже до 7 в. н.э. Известно, что в Персии их применяли в 10 в., а в Западной Европе первые устройства этого типа появились в конце 12 в. В течение 16 в. окончательно сформировался шатровый тип голландской ветряной мельницы. Особых изменений в их конструкции не наблюдалось вплоть до начала 20 в., когда в результате исследований были значительно усовершенствованы формы и покрытия крыльев мельниц. Поскольку низкооборотные машины громоздки, во второй половине 20 в. стали строить высокооборотные ветродвигатели, т.е. такие, ветроколеса которых могут совершать большое число оборотов в минуту с высоким коэффициентом использования энергии ветра.
Современные типы ветродвигателей. В настоящее время применяются три основных типа ветродвигателей – барабанный, крыльчатый (винтового типа) и роторный (с S-образным профилем репеллера).
Барабанный и крыльчатый. Хотя ветроколесо барабанного типа имеет наименьший коэффициент использования энергии ветра по сравнению с другими современными репеллерами, применяется оно наиболее широко. На многих фермах с его помощью качают воду, если по какой-либо причине нет сетевого электричества. Типичная форма такого колеса с лопастями из листового металла приведена на рис. 1. Ветроколеса барабанного и крыльчатого типа вращаются на горизонтальном валу, так что их необходимо поворачивать на ветер, чтобы получить наилучшие эксплуатационные характеристики. Для этого им придается руль направления – лопасть, расположенная в вертикальной плоскости, чем и обеспечивается разворот ветроколеса на ветер. Диаметр колеса крупнейшего в мире ветродвигателя крыльчатого типа составляет 53 м, максимальная ширина его лопасти равна 4,9 м. Ветроколесо напрямую соединено с электрическим генератором мощностью 1000 кВт, которая развивается при скорости ветра не менее 48 км/ч. Его лопасти регулируются таким образом, что скорость вращения ветроколеса остается постоянной и равной 30 об/мин в диапазоне скоростей ветра от 24 до 112 км/ч. Благодаря тому, что в местности, где располагают такие ветродвигатели, ветры дуют довольно часто, ветроэнергетическая установка обычно вырабатывает ~50% максимальной мощности и питает общественную электросеть. Крыльчатые ветродвигатели широко применяются в отдаленных сельских районах для обеспечения электроэнергией ферм, в том числе для зарядки аккумуляторов систем радиосвязи. Их также используют в бортовых энергетических установках самолетов и управляемых ракет.
S-образный ротор. Установленный на вертикальном валу S-образный ротор (рис. 2) хорош тем, что ветродвигатель с таким репеллером не надо выводить на ветер. Хотя крутящий момент на его валу меняется от минимального до одной трети от максимального значения за полоборота, он не зависит от направления ветра. Когда гладкий круговой цилиндр вращается, находясь под действием ветра, на тело цилиндра действует сила, перпендикулярная направлению ветра. Это явление называется эффектом Магнуса, в честь немецкого физика, который его изучал (1852). В 1920–1930 А.Флеттнер применил вращающиеся цилиндры (роторы Флеттнера) и S-образные роторы взамен лопастных ветроколес, а также как движители корабля, который совершил переход из Европы в Америку и обратно.

ПАРАШЮТ, устройство для обеспечения безопасного спуска человека или груза в атмосфере с большой высоты. Основными элементами парашюта являются матерчатый купол в форме зонтика и стропы, сходящиеся к подвесной системе, удерживающей груз. Купол раскрывается с помощью вытяжного троса, которым парашют вытягивается из ранца. Полотнище купола распахивается и натягивается под действием воздушного потока. Раскрытый купол имеет значительную площадь, создает большое сопротивление при движении в воздухе и тормозит падение. В раскрытом виде купол парашюта для человека имеет в поперечнике около 9 м. Купол грузового парашюта может достигать 30 м в поперечнике. Куполы первых парашютов изготовлялись из шелка. В настоящее время чаще используют найлон как более прочный и долговечный материал.
Применения парашюта. Первые парашюты были предназначены для прыжков с аэростатов. Теперь парашют является необходимым элементом стандартной экипировки для летчиков и членов экипажа военных самолетов. Парашюты используются также для доставки грузов в места, не доступные для других средств доставки. Во время Второй мировой войны парашюты применяли для забрасывания десантов и снаряжения в тыл противника и для снабжения войск на линии фронта. С помощью парашютов осуществляют безопасный спуск на землю отдельных частей самолетов, таких, как кабина экипажа с летчиком. Парашюты используют также для уменьшения посадочной скорости самолетов, что позволяет им садиться на короткие взлетно-посадочные полосы (например, на авианосце). Посадочные парашюты применяют также для торможения в атмосфере искусственных спутников и космических аппаратов с экипажем при их возвращении из космоса на Землю.
Типы парашютов. Наряду с классической зонтичной формой имеются и другие типы парашютов. Разработаны парашютные системы, в которых сначала раскрывается небольшой вытяжной парашют, который затем вытягивает и раскрывает купол основного парашюта. Ленточный парашют, раскрывающийся медленнее, чем зонтичный, позволяет ослабить рывок, возникающий при быстром раскрытии купола. В куполе ленточного парашюта имеются прорези, через которые часть воздуха может вытекать из-под купола. Спускаемый груз на этом парашюте испытывает меньшую болтанку. Существуют управляемые парашюты, у которых полотнище состоит из нескольких секций, способных перемещаться одна относительно другой. Это позволяет парашютисту лучше управлять парашютом во время снижения.
Своеобразным гибридом парашюта и планера является параплан, или гибкое крыло Ф.Рогалло (1951, США). Обычно оно представляет собой раму треугольной формы с закрепленным на ней полотнищем. Такую треугольную конструкцию часто называют дельтапланом. При небольшом собственном весе параплан может нести большой груз. Параплан, как и парашют, можно сложить, придав ему компактную форму. Благодаря этим достоинствам парапланы использовались для управляемой посадки капсулы экипажа космического корабля «Джемини» после ее входа в атмосферу Земли.
Историческая справка. Впервые схема и описание парашюта были даны Леонардо да Винчи в 1475. В 1783 французский физик Л.Ленорман осуществил первый успешный прыжок с парашютом с башни обсерватории, а в 1797 французский воздухоплаватель А.Гарнерен совершил успешный прыжок с воздушного шара. В годы, предшествовавшие Первой мировой войне, парашюты использовали главным образом для прыжков с аэростатов. Во время Первой мировой войны их стали применять летчики для спасения из подбитых или неисправных самолетов.

Ветер – движение воздуха относительно земной поверхности (горизонтальная составляющая этого движения), иногда говорят о восходящем или о нисходящем ветре, учитывая и его вертикальную составляющую.
Скорость ветра. Оценка скорости ветра в баллах, так называемая шкала Бофорта, по которой весь интервал возможных скоростей ветра делится на 12 градаций. Эта шкала связывает силу ветра с различными его эффектами, такими, как степень волнения на море, качание ветвей и деревьев, распространение дыма из труб и т.п. Каждая градация по шкале Бофорта носит определенное название. Так, нулю шкалы Бофорта соответствует штиль, т.е. полное отсутствие ветра. Ветер в 4 балла, по Бофорту называется умеренным и соответствует скорости 5–7 м/сек; в 7 баллов – сильным, со скоростью 12–15 м/сек; в 9 баллов – штормом, со скоростью 18–21 м/сек; наконец, ветер в 12 баллов по Бофорту – это уже ураган, со скоростью свыше 29 м/сек. У земной поверхности чаще всего приходится иметь дело с ветрами, скорости которых порядка 4–8 м/сек и редко превышают 12–15 м/сек. Но все же в штормах и ураганах умеренных широт скорости могут превышать 30 м/сек, а в отдельных порывах достигать 60 м/сек. В тропических ураганах скорости ветра доходят до 65 м/сек, а отдельные порывы – до 100 м/сек. В маломасштабных вихрях (смерчи, тромбы) возможны скорости и более 100 м/сек. В так называемых струйных течениях в верхней тропосфере и в нижней стратосфере средняя скорость ветра за длительное время и на большой площади может доходить до 70–100 м/сек. Скорость ветра у земной поверхности измеряется анемометрами разной конструкции. Приборы для измерения ветра на наземных станциях устанавливаются на высоте 10–15 м над земной поверхностью.