Der Flettner-Rotor ist ein der Windströmung ausgesetzter rotierender Zylinder. Er wirkt wie ein Segel und erzeugt durch den Magnus-Effekt eine Kraft quer zur Anströmung. Benannt ist er nach Anton Flettner, der ihn als Schiffsantrieb patentieren ließ.
Der Flettner-Rotor kommt vor allem bei Rotorschiffen zur Anwendung. Ein alleiniger Rotorantrieb ist grundsätzlich nicht möglich, da er bei fehlendem Wind keinen Vortrieb und auch keine Manövrierfähigkeit sichert.
Der Flettner-Rotor ist nicht mit dem Flettner-Doppelrotor des gleichen Erfinders zu verwechseln, einer Rotorkonfiguration für Hubschrauber.
Als Schiffsantrieb besteht ein Flettner-Rotor aus einem senkrecht stehenden, hohen, rotierenden Zylinder aus Blech oder aus Verbundwerkstoffen, dessen größere Endscheiben die Strömung am Rohr halten und dadurch eine sonst deutliche Verringerung des Wirkungsgrades am Ende des Rotors verhindern. Der Rotor wird mit einer an die herrschende Windgeschwindigkeit angepassten Geschwindigkeit gedreht. Üblich ist ein elektrischer Antrieb.
Ein angeströmter starrer Zylinder würde nur durch den Windwiderstand der projizierten Fläche Kraft erzeugen, und zwar in Strömungsrichtung.
Ein rotierender Zylinder hingegen erzeugt durch den Magnus-Effekt aus Sog- und Staudruckkräften darüber hinaus eine weitaus größere und quer zur Anströmung gerichtete Ablenkungskraft.
Ein ausschließlich mit Flettner-Rotoren ausgerüstetes Schiff muss daher ähnlich einem Segelschiff gegen den Wind aufkreuzen und bleibt bei Flaute antriebslos.
Bläst Wind gegen einen rotierenden Zylinder, so wird die Luft beschleunigt, wo Drehsinn des Zylinders und Windrichtung zusammenkommen. Auf der gegenüberliegenden Zylinderseite wird sie abgebremst, strömt also langsamer. Dies erzeugt Unterdruck (schnellere Strömung) und Überdruck (verlangsamte Strömung), in Summe also eine quer zur Strömung wirkende Kraft (dynamischer Auftrieb, in der Grafik F), ähnlich wie an einem stehenden (Flugzeug-)Tragflügel, doch mit weitaus besserem Wirkungsgrad – rund dem Zehnfachen eines Segels oder starren Tragflügels mit gleichem Windwiderstand. Diese (Teil-)Kraft wirkt in die Richtung, in der Strömungsrichtung und Drehrichtung des Körpers gleichsinnig sind, und hängt (wie letztlich die Fahrgeschwindigkeit) von der Anströmungsgeschwindigkeit, der Drehgeschwindigkeit des Rotors und entscheidend auch vom Verhältnis beider zueinander ab. Die Geschwindigkeit der Rotoroberfläche liegt oft etwa beim Drei- bis Vierfachen der Windgeschwindigkeit, um einen sehr effizienten Antrieb zu ermöglichen, was bei Schiffsantrieben bisher im Bereich von ca. 100 Umdrehungen pro Minute lag.
Eine Änderung der Drehrichtung des Rotors bewirkt die Umkehrung der dadurch erzeugten Kraftkomponente F2. In jedem Fall aber wirkt eine zweite Kraftkomponente, die aus dem Widerstand entsteht, in Strömungsrichtung: F1. Die Summe (Resultierende R) dieser beiden Teilkräfte wird genutzt.
Die durch die Rotation erzeugten quer zum Wind wirkenden Antriebskräfte der Rotoren leisten, wie normale Segel, keinen Vortrieb bei Im-Wind-Kursen und – im Gegensatz zu normalen Segeln – auch kaum bei Kursen vor dem Wind.
Die Drehzahl des Rotors muss mit der Windgeschwindigkeit gesteigert werden, sodass bei hoher Windgeschwindigkeit auch hohe Antriebsleistung für die Rotoren bereitzustellen ist, jedoch bei geringer Windgeschwindigkeit ein verhältnismäßig größerer Aufwand für das Betreiben der Rotoren anfällt.
Sigurd Savonius forschte daran, die Zylinder mit Windkraft anzutreiben und erfand und entwickelte dabei den Savonius-Rotor. Für den Antrieb wäre auch eine andere Windturbine mit vertikaler Welle geeignet.
Auch Laurence J. Lesh tüftelte an einem Rotorschiff mit vom Wind angetriebenen Rotoren. Der Lesh-Rotor war ein linsenförmiges aerodynamisches Profil, das nicht selbst in Rotation kommen konnte, sich aber in beide Rotationsrichtungen starten ließ. Nach Modellversuchen versprach der Rotor nahezu viermal mehr Vorschub als ein Segel. Mit dem Rotor konnte auch eine Halse gefahren werden ohne den Rotor umzubauen, wie beim Savonius-Rotor oder anderen Turbinen mit vertikaler Achse nötig. Die Profile ließen sich bei höheren Windgeschwindigkeiten aber auch ganz anhalten und wie ein Segel nutzen. Ein Versuchsboot für einen Rotor in Originalgröße wurde 1933 in Chicago gebaut.
Nach Erfahrungen des Betreibers Norsepower lässt sich bei Nutzung eines modernen Flettner-Rotors in Leichtbauweise mit einer elektrischen Leistung von weniger als 90 kW für die Elektromotoren des Rotors eine konventionelle Maschinenleistung von bis etwa 3 MW ersetzen.
Rotorschiffe wurden zuerst während der 1920er Jahre und von Flettner selbst entwickelt, konnten sich allerdings nicht durchsetzen und verloren in den Jahren nach 1930 den wirtschaftlichen Konkurrenzkampf gegen Wärmekraftmaschinen (Dampfmaschinen und -turbinen sowie Dieselmotoren) in gleichem Maße wie die Segelantriebe.
Anfang der 1980er Jahre entwickelten Lucien Malavard, Bertrand Charrier und Jacques-Yves Cousteau ein neues Segelprinzip basierend auf dem Magnus-Effekt. Cousteau ließ 1982 den Katamaran Moulin à Vent mit einem Prototyp des Segels aus einem senkrechten Rohr mit länglich-elliptischem Querschnitt ausstatten. 1985 lief das Forschungsschiff Alcyone mit zwei Segeln aus senkrechten elliptischen Rohren vom Stapel. Das Segelsystem mit dem Namen Turbovoile bzw. Turbosail ist als Hilfsantrieb konzipiert. Anstatt wie der Flettner-Rotor zu rotieren und dadurch den Bereich niedrigen Luftdrucks möglichst lange an der Oberfläche zu halten, wurde der Wirkbereich des schnelleren Luftstroms auf der Lee-Seite durch einen Strömungsabweiser und eine Saugvorrichtung zum Absaugen der Turbulenzen hinter dem Abweiser maximiert. Für die Calypso II war ein Turbovoile mit nahezu eiförmigem Querschnitt vorgesehen, das Schiff wurde aber nie gebaut.
Am 2. August 2008 lief in Kiel das E-Ship 1 vom Stapel, das echte Flettner-Rotoren in bis zu diesem Zeitpunkt nicht genutzter Größe verwendet. Die Flettner-Rotoren sind nicht nur Hilfsantrieb, sondern wirken mit ihren Drehimpulsen auch als Schiffsstabilisatoren.
Heutzutage werden Flettner-Rotoren bei Schiffen als Zusatzantrieb verbaut, um einen energiesparenden Hybridantrieb zu bilden.