Если постоять рядом с современным ветряком и внимательно посмотреть на лопасти, можно заметить одну деталь: обычно все они вращаются по часовой стрелке, если смотреть со стороны ветра. Это выглядит так естественно, что у многих возникает ощущение — иначе быть просто не может. Но мы решили разобраться: а есть ли вообще физическая причина у этого направления? Или это привычка, которая тянется из глубины веков?
Первые ветряные машины люди строили задолго до появления электричества. Средневековые мельницы в Европе создавались не по чертежам университетов, а руками ремесленников. И эти руки, как правило, были правыми.
Это важно. Когда человек вручную вытачивает детали, ставит шестерни, вращает валы и управляет механизмом, ему интуитивно удобнее одно направление вращения, чем другое. Так же, как большинству правшей удобнее закручивать болты по часовой стрелке, толкать рычаг определённым образом и работать с инструментом «от себя».
Поэтому исторически многие мельницы действительно вращались по часовой стрелке, и не потому, что ветер так требовал, а потому что людям так было проще строить и обслуживать механизмы. Но важно подчеркнуть: это не было универсальным правилом. В разных регионах встречались и противоположные конструкции.
Ситуация изменилась в XX веке, когда ветер стал источником электричества. Ветрогенератор перестал быть ремесленным изделием и превратился в промышленную машину. Здесь уже появились редукторы, генераторы, тормозные системы и стандарты безопасности.
Инженерам нужно было выбрать направление вращения, и выбрать один раз, чтобы дальше не усложнять производство. В ход пошли уже существующие машиностроительные решения, где направление вращения валов, резьб и соединений давно было стандартизировано. Так вращение по часовой стрелке закрепилось не как «единственно верное», а как самое удобное для массового производства.
Установка ротора безредукторной ветротурбины, wikipedia
А что говорит физика?
На самом деле, для неё нет «правильного» или «неправильного» вращения. Лопасть ветрогенератора похожа на крыло самолёта. Если изменить ее форму зеркально, турбина будет с той же эффективностью вращаться в другую сторону.
Именно поэтому учёные давно знают: направление вращения само по себе не даёт магического прироста энергии. Всё решает форма лопасти, скорость ветра и управление турбиной.
Тем не менее многие упоминают силу Кориолиса, которая связана с вращением Земли. О чем речь: если бросить предмет на вращающейся планете, его траектория будет выглядеть искривлённой. Из-за этого ураганы в Северном полушарии закручиваются против часовой стрелки, а в Южном — по часовой. Это реальный и хорошо изученный эффект.
Именно здесь у многих возникает мысль:
если воздух «закручивается» из-за вращения Земли, значит и ветряки должны крутиться в «правильную» сторону.
Но здесь кроется тонкость, которую редко объясняют.
Сила Кориолиса становится заметной только на огромных расстояниях и длительных временных масштабах — сотни километров и часы или дни. Она влияет на движение масс воздуха, но не на отдельные потоки, обтекающие лопасть длиной в несколько десятков метров.
Для ветрогенератора куда важнее локальные вещи: порывы ветра, турбулентность, форма профиля. На этом уровне влияние Кориолиса настолько мало, что его можно считать практически нулевым. Он не может «заставить» турбину вращаться в ту или иную сторону.
Отсюда же растёт ещё один миф: будто в Северном полушарии ветряки должны вращаться в одну сторону, а в Южном — в другую. На практике этого не происходит. Турбины в Австралии, Европе и Южной Америке выглядят и работают одинаково.
Производители не переворачивают конструкцию «в зависимости от полушария», потому что в этом просто нет смысла. Ветер у земли не знает, в каком полушарии он дует — ему важны давление, рельеф и погода.
А если всё-таки крутить в другую сторону?
Интересно, что современные исследования иногда показывают неожиданные результаты. В больших ветропарках турбины мешают друг другу, создавая вихри за собой. И есть идеи, что если часть установок вращать в противоположную сторону, эти вихри могут быстрее рассеиваться. Но так уж сложилось, что лопасти делают для вращения по часовой стрелке и вся инфраструктура сложилась вокруг этого, так что менять наработанные десятилетиями схему и производство никто не собирается.