Vetrne naprave kot uvod v aerodinamiko

Za prehod od letalnih naprav, lažjih od zraka, k tistim, ki so od zraka težje, je bilo potrebno osvojiti zakone aerodinamike. Slovenci tudi na tem področju niso le povzeli tujih spoznanj in dosežkov. Začetke lastne tovrstne prakse gre iskati najprej pri pasivnih, poganjanih aerodinamičnih napravah, pri jadrih in vetrnih motorjih.
Jadranje na vodi je zaradi davnih začetkov časovno neopredeljivo, naš najstarejši vetrni mlin, poznan po letnici, pa je iz leta 1867, kar seveda ne pomeni, da jih ni bilo že prej. A medtem ko so za vodnimi mlini ostali vsaj ruševine in korita, so pretežno leseni vetrni mlini izginjali brez sledov. Tako so celo v našem času izginile tudi vetrne črpalke v piranskih solinah; tem podobne naprave so med najstarejšimi vetrnimi motorji na svetu, čeprav so jih v naših solinah morda res uvedli šele mnogo pozneje.
Bržkone najstarejše vetrne naprave, ki so se vrtele – in se še vrte – na Slovenskem, so klopotci, kot jih poznajo tudi po Šleziji, Moravski in Madžarski, pri nas pa predvsem v severovzhodnem predelu države. Njihov prvotni namen, da bi z ropotom odganjali ptice od dozorevajočega grozdja, je polagoma prešel v čisto veselje nad tehnično ustvarjalnostjo, zato so postavljali tudi zelo velike klopotce z vetrnicami, ki so merile do 8 m v premeru. Z našega stališča je zanimivo, da je drugi izraz za vetrnico »letance«, ki vsebuje isti koren kot besedi letati in letalo.
Izkušnje, pridobljene med ljudstvom z gradnjo ter opazovanjem delovanja in učinkovitosti klopotcev, so prenesli na druga področja praktične uporabnosti: za pogon žrmelj, gradnjo vetrnih mlinov in tudi nekaterih drugih naprav (črpalk, žag itd.). Vetrne mline so postavljali največ po brezvodnem hribovju ali ravninah (Haloze, Slovenske gorice, Dravsko polje, pa tudi po Krasu in drugod). Večinoma so bile to kar se da preproste naprave, postavljene nepremakljivo v najpogostejšo smer vetra. Zapleteni mlini, katerih vetrnice bi se lahko obračale po vetru, niso bili običajni, ponekod pa so problem spreminjajoče se smeri vetra reševali z lopatičastimi kolesi na navpičnih oseh. Potrebno dinamično neravnotežje med lopaticami, ki se vrte na polovici kroga z vetrom, na drugi pa proti njemu, so vzpostavili tako, da so polovico kolesa zakrili s plotom, ali pa s premakljivimi lopaticami, ki so med gibanjem v smeri vetra nastavljale polno ploskev, v nasprotni pa svoje robove.
Oba načina vetrnega pogona je že leta 1788 opisal v svojem učbeniku Jurij Vega: »Vetrnica nastane, če skozi glavo na osi vtaknemo navpično vsaksebi in proti osi lesena drogova (vetrni palici) in se ta v oddaljenosti dveh ali treh čevljev pretakneta s šibami, ki se na obeh straneh očvrste z letvami ali okvirjem; ta krila se preoblečejo z jadrovino ali prekrijejo s tankimi deščicami, ki jih je ob viharju mogoče sneti, tako da veter švigne skozi krilo, ne da bi poškodoval napravo. Ploskev vsakega od štirih kril je proti ravnini vetrnice nagnjena za kot približno 55 stopinj in tako veter, ki piha vzporedno z osjo proti krilom, te potiska vstran ter tako vrti os.« Vega je poznal že tudi »vodoravno vetrno kolo, ki na udarec vetra kroži horizontalno«. Ni pa ostal le pri opisu vetrnih naprav, marveč je njihovo delovanje leta 1800 tudi teoretično razložil. Tako je prvi med Slovenci narisal in matematično obdelal paralelogram sil na poševno ploskev delujočega vodnega ali zračnega toka in v njem tudi komponenti upora in dinamičnega vzgona.
Kakor Vega je tudi vsestranski in pretežno na Slovenskem delujoči izumitelj Josef Ressel plodno prenašal zamisli ter izkušnje iz hidrodinamike v aerodinamiko ter narobe, tako v vodi kot v zraku pa je obravnaval obe načeli, pasivno (tekoča voda in veter poganjata stroje) in aktivno (vodni in zračni pogon plovil v teh sredstvih). Čeprav slovi Ressel predvsem kot izumitelj ladijskega vijaka, niso nič manjše njegove zasluge za razvoj letalskega pogona – od srede 19. do srede 20. stoletja je tudi tu prevladoval prilagojeni Resslov vijak. Še posebej za slovenski tehnični razvoj pa je zanimivo tudi njegovo ukvarjanje z lopatičastim vetrnim kolesom. Ko je načrtoval takšno napravo za uporabo na našem podeželju, je razvil zamisel vetrnega kolesa na navpični osi in z lopaticami, ki se sklapljajo med vrtenjem proti vetru in nato odpirajo, da jih veter potiska. Ressel pa je že v patentno prijavo svojega ladijskega vijaka leta 1826 zapisal, da bi kazalo uporabiti takšno kolo tudi za pogon ladij. Leta 1817 do 1829 je s takim vijakom izvajal poskuse na Krki, Ljubljanici in v Trstu. Leta 1827 mu je bil patent podeljen.
Še pred koncem 19. stoletja je skušal na podoben način obdržati v zraku in v gibanju svoje zračno plovilo prvi načrtovalec od zraka težje letalne naprave med Slovenci, inženir Valentin Matija Živic. Nekaj kasneje pa je Resslova ideja oživela v izumiteljskih prizadevanjih slovenskega fizika Antona Šantla: sestavil je vetrno kolo z deloma premakljivimi, prožno nameščenimi lopaticami. Leta 1905 je pokazal svoj izum za generacijo mlajšemu kolegu Juliju Nardinu. Tega je stvar tako pritegnila, da se je takoj lotil gradnje izpopolnjenega modela, pri katerem za vrtenje potrebne dinamične asimetrije ni več ustvarjala prožna namestitev lopatic, marveč so se te prosto vrtele vsaka okoli svoje osi, konstruktor pa je zasnoval njihovo obliko tako, da so se same nastavljale za dinamičen učinek celote. Oba fizika sta se še več let ukvarjala s to zamislijo, Šantel jo je skušal leta 1909 prodati tovarni turbin v Dresdenu, Nardin, ki se je v tem času ukvarjal z gradnjo letala, pa je leta 1933 pisal o njunih vetrnih kolesih in se je s konstrukcijo takšnega kolesa ukvarjal še med drugo svetovno vojno. V najnovejšem času sestavlja tudi 80-letni Zlatko Bisail – med obema vojnama pionir množičnega letalskega modelarstva in reakcijskega pogona – originalno zamišljena in dobro delujoča vetrna kolesa.
Kaže, da se je med Slovenci prenašala ideja vetrnih naprav iz davne ljudske prakse po nepretrganem štafetnem sistemu vse do našega časa, ko so postali obnovljivi viri in z njimi vetrne naprave zaradi energetske krize znova zelo zanimivi. Zanimivo pa je tudi, da se je ta tradicija plodno pokazala v našem letalstvu, posebej še v njegovem zgodnjem pionirskem obdobju, pri inž. Živicu, verjetno pa se z vetrnimi napravami povezuje tudi prizadevanje kovačev Bavčarjev, ki so med Slovenci prvi gradili letalo.