Физика в бою - В. Жуков

Из рисунка видно, что тело предлагаемой конструкции опирается на воду лишь носом и кормой, а вся средняя часть обтекается тонким слоем воздуха. Для возможно большего снижения сопротивления Эйхенбергер считает необходимым, чтобы течение воздуха было ламинарным. Насколько трудно решить эту задачу, видно хотя бы из того, что воздушная прослойка для торпеды, удовлетворяющая этому условию, должна иметь толщину не более 0,3 мм. Кроме того, как показали опыты, искусственно вентилируемые полости такого типа при движении пульсируют и деформируются. Значит, потребуются какие-то дополнительные решения для преодоления этих трудностей.

Каков простейший способ снижения волнового сопротивления, мешающего повышению скоростей надводных боевых кораблей? Он заключается в увеличении относительного удлинения корабля. Сильно заостренные корпуса с отношением длины к ширине около 20 вместо обычных 10–12 обладают малым волновым сопротивлением. Но такие корабли никто не строит: у них плохая остойчивость. К тому же они были бы очень тяжелыми, ведь длинные корпуса требуют конструкции повышенной прочности.

Кораблестроители предпочитают «обманывать» природу другим путем. Например, придают подводной части носа корабля бульбообразную форму. Бульб размещается таким образом, чтобы его волновая система, накладываясь на волновую систему всего корабля, уменьшала высоту волн, снижая тем самым волновое сопротивление, т. е. в данном случае умело используется хорошо изученное физикой явление интерференции двух волновых систем (интерференция — взаимное усиление или ослабление волн звуковых, световых, тепловых, электрических при их наложении друг на друга). Такие бульбы нашли применение в ряде стран на больших надводных судах со скоростью около 45–50 км/час. Правда, в этом случае «волновой барьер» не преодолевается, а лишь отодвигается в область более высоких скоростей.

Самыми результативными способами преодоления «волнового барьера» считаются два (рис. 10). Надо либо погрузить корабль под воду, т. е. превратить его в подводную лодку, либо, наоборот, поднять его из воды. Первый способ становится выгодным только при скорости примерно 40 км/час и более. Но преобладающее значение имеют экономические соображения. Ясно, что такие транспорты были бы очень дорогими, поэтому все проекты подобных судов до сих пор остаются лишь на бумаге. Зато широкое применение нашел второй способ, выразившийся в создании быстроходных кораблей на подводных крыльях. Весь корпус такого корабля при плавании полным ходом выходит из воды. Под водой остаются лишь несущие корабль крылья и движители-винты.

Рис. 10. Два пути преодоления «волнового барьера»: I — корабль погружен в воду; II — корабль поднят из воды

Размеры подводного крыла небольшие (здесь высокая плотность воды идет на пользу делу), а раз оно довольно сильно углублено в воду, то и его волновое сопротивление невелико. Но движение на крыльях становится выгодным при еще большей скорости, чем плавание под водой, и для прихода в зону выгодных для крылатых кораблей ходовых режимов необходимо также повышать мощность механизмов. Сейчас максимальная скорость кораблей на подводных крыльях достигает 80–90 км/час, в будущем ее предполагается довести до

170—200 км/час. Разумеется, создание кораблей с такими скоростными характеристиками без применения новых решений было бы просто невозможным. Однако мощные механизмы и крыльевая система сокращают более чем вдвое относительную полезную грузоподъемность кораблей, иными словами, в значительной степени лишают их важнейшего преимущества перед другими средствами транспорта. С увеличением водоизмещения вес крыльевой системы прогрессивно возрастает. В этом причина, что даже в проектах еще не встречаются крылатые корабли водоизмещением более 300–400 т.

Крылатым кораблям не уступают по скоростным качествам корабли на воздушной подушке, которые полностью отрываются от воды и парят над ней на небольшой высоте. Мощные вентиляторы нагнетают воздух под их корпус, имеющий вид перевернутого блюдца. Это не дает судам опускаться на воду, а их движителями служат воздушные винты. Такие корабли могут одинаково хорошо двигаться как над водой, так и над сушей, что делает их отличным средством для проведения десантных операций. Но и они имеют недостатки — прежде всего малую грузоподъемность, недостаточную мореходность.

Таковы некоторые необычные пути решения проблемы больших скоростей в кораблестроении. Отдельные из них изучены еще относительно слабо и нередко производят впечатление фантастических предложений. Для их практической реализации придется преодолеть огромные трудности как теоретического, так и технологического характера. Возможно, что интерес к некоторым из описанных предложений специально раздувается капиталистическими фирмами в чисто рекламных целях, а потому трудно ожидать, что все эти идеи обязательно будут воплощены в жизнь.

Интересен уже сам факт обращения специалистов-кораблестроителей не только к гидродинамике и физике в более широком смысле, но и к смежным областям науки, в том числе к биологии, в поисках решения этой проблемы. Он свидетельствует о критическом положении, создавшемся за рубежом в этой области. Не исключено, что для разрешения «кризиса скорости» потребуется создать даже такие корабли, которые не будут пассивно обтекаемыми водой телами, а смогут активно воздействовать на окружающие их массы воды и регулировать протекающие в них физические процессы для снижения сопротивления.

Уместно также заметить, что современные советские боевые корабли и транспортные суда не только не уступают лучшим заграничным образцам, но во многом их превосходят. Именно в СССР были созданы первые корабли на воздушной подушке и наиболее совершенные суда на подводных крыльях. Военно-Морской Флот СССР и советский торговый флот имеют новые быстроходные корабли, которые гордо несут флаг нашей Родины по морям и океанам всего мира.

ЧЕГО НЕ ЗНАЛ АРХИМЕД

Инженер-капитан 3 ранга Г. СВЯТОВ

Давайте заглянем в школьный учебник физики. Почти на каждой его странице — знакомые рисунки, формулы. Книга чем-то напоминает музей. Музей тех великих открытий, которые теперь уже стали прописными истинами, словно бы вещами повседневного обихода. Даже нет, кажется, большой разницы в том, когда сделаны эти открытия. И теорема Жуковского о подъемной силе крыла, выведенная ученым в начале нашего столетия, и закон о плавании тел, открытый Архимедом в третьем веке до нашей эры, вошли в школьные программы. А это значит, что все такие закономерности изучены, как говорят, вдоль и поперек и добавить к известному вроде бы нечего.

Однако история показывает, что академическое спокойствие разгаданных истин время от времени нарушается. Познанные законы природы нет-нет да и получают новое преломление в техническом творчестве человека, делают его еще более могущественным. Не думал же Архимед, что его закон о плавании тел в воде потребуется когда-нибудь для создания аппаратов, плавающих в воздухе, — аэростатов или дирижаблей. Любопытно отметить, что только через две тысячи лет после смерти Архимеда начал строиться первый управляемый аэростат, который получил название дирижабля. Это произошло в России, в дни, когда на территорию страны вторглись полчища Наполеона. Дирижабль предназначался для обстрела и бомбардировки вражеских войск.

Не знал Архимед и того, что открытая им «поддерживающая сила, действующая на тело, погруженное в жидкость», не будет вечно существовать в одиночку, что у нее появится могущественная союзница — подъемная сила и что ее даст — кто бы мог подумать! — обыкновенное птичье крыло.

Вряд ли и сам «виновник» этого интересного события в истории техники — Н. Е. Жуковский подозревал, что его теорема о подъемной силе крыла сравнительно скоро понадобится судостроителям. Правда, ученый доказал свою теорему для жидкости, или, точнее сказать, для идеальной жидкости (то есть несжимаемой и не имеющей вязкости), которая одинаково хорошо (в известных пределах) сочетает свойства воздуха и воды.

Одним из важных показателей технического прогресса общества, пожалуй, можно считать время, которое проходит от разработки научной теории до создания орудий труда или средств вооружения, всесторонне использующих эти достижения науки. Двадцать веков потребовалось, чтобы закон Архимеда обрел новую жизнь в воздухоплавании, и меньше полвека понадобилось, чтобы крыло Жуковского погрузили в воду.

Известно, что самый дешевый транспорт — водный. Но он и самый тихоходный. Борьба за увеличение скорости судов — это не только борьба за экономичность, но и борьба за более высокие боевые, тактические качества. Однако всякое увеличение скорости надводных судов повышает и сопротивление корпуса. А если каким-то образом максимально вытащить корпус из воды? Ведь сопротивление его в воздухе во много раз меньше, чем в воде. Так-то и родилась идея ввести под воду крылья, которые благодаря своей подъемной силе, образующейся при движении судна, выталкивают вверх его тяжелый корпус. И скорость судов буквально скачком возросла в 1,5–2 раза.