Есть ли предел скорости?

природа выработала совершенную форму

Эскадренные миноносцы, создавая которые инженеры-кораблестроители проявили максимум находчивости, изобретательности и таланта, долгое время были едва ли не самыми быстроходными кораблями в мире. В 1913г. в России построили эсминец «Новик», ставший впоследствии родоначальником целой серии боевых кораблей этого типа. На испытаниях он показал скорость 36 узлов. Это был самый быстроходный корабль своего времени, что и сказалось в ходе морских боев во время первой мировой войны. В августе 1915 г., например, он загнал на минное поле новейший немецкий эсминец V = 99 и нанес серьезные повреждения второму кораблю этого же типа.

Эсминцы периода второй мировой войны были несравненно более совершенными, чем «Новик». И все же их скорость не превышала 37—38 узлов. Исключение представлял один из кораблей Черноморского флота лидер эсминцев «Ташкент», погибший во время Великой Отечественной войны. Его полный ход превышал 44 узла. Эта скорость и сегодня остается рекордной. Ее удалось достигнуть благодаря огромной мощности машин и хорошо обтекаемым, «зализанным» формам корпуса.

А нельзя ли поучиться у природы и попытаться разгадать тайну быстроты движения обитателей вод? Многие из них способны развивать большие скорости. Голубая акула, например, легко дает 20—22 узла, примерно такая же скорость и у дельфина-белобочки. Тунец может соперничать с современным эсминцем. Фантастически быстро движется атакующая меч-рыба — 60—70 узлов! Конечно, такие максимальные скорости рыбы и морские животные развивают в течение короткого времени, зато многие из них совершают непрерывные тысячемильные переходы, во время которых на движение расходуются минимальные количества энергии. Изучению их гидродинамики ученые уделяют много времени. Маленькая изящная форель, тяжеловесный кит и агрессивная меч-рыба исследовались с — одинаковой тщательностью.

Рыбы движутся за счет колебаний тела, именно тело рыбы и хвост являются ее движителем. Существенное значение имеют и плавники. Их волнообразные движения согласованы так, что при этом расходуется минимум энергии. Природа выработала совершенную форму плавников: у передней их кромки не возникает чрезмерных давлений и не происходит отрыва потока, как это случается с кораблем во время движения в воде.

Как выяснилось, обитатели вод обладают не только совершенными с точки зрения гидродинамики, изящными формами тела. Не менее важны и другие их биологические особенности. Ученые произвели эксперименты, буксируя жесткую модель, точно воспроизводившую формы дельфина. Оказалось, что сопротивление воды, которое она испытывает, значительно больше, чем сопротивление, которое преодолевает настоящее животное. По-видимому, дельфины могут регулировать характер обтекания тела, а следовательно, и уменьшать величину сопротивления. В последнее время было установлено, что в какой-то мере это зависит от их способности изменять температуру отдельных участков своего тела: разница может составлять 2—6° С.

Снижению сопротивления способствуют и особенности кожного покрова дельфина. Его строение не менее важно, чем механика движений и терморегулирование. Оказалось, что под покровом животного имеются ячейки, заполненные жижеобразной массой, выравнивающей различные давления, которые возникают на поверхности тела дельфина во время хода. Благодаря этому поток, омывающий его тело, остается ламинарным.

Таким образом, существует реальная возможность улучшить обтекание корпуса, превратив турбулентный, неорганизованный поток в ламинарный, струйный. Это сулит большой выигрыш в скорости для подводных лодок, но почти ничего не дает для надводных кораблей. Их положение на границе раздела вода — воздух с этой точки зрения оказывается бесперспективным.

В чем дело? С увеличением скорости надводного корабля быстро увеличивается доля волнового сопротивления в общем балансе энергетических потерь. При больших скоростях оно может расти пропорционально не только квадрату, но даже четвертой и шестой степени скорости. Преодолевать этот барьер увеличением мощности двигателей экономически невыгодно, а в ряде случаев просто невозможно.