Текст книги "Физика в бою"

Автор книги: авторов Коллектив

сообщить о нарушении

Текущая страница: 4 (всего у книги 10 страниц)

Вертикальные упругие элементы платформы представляют собой пневмопружинные амортизаторы. Они состоят из прикрепленного к платформе цилиндра высокого давления, поршня и штока, шарнирно соединенного с перекрытием. В статическом положении равновесия платформа удерживается давлением воздуха и пружиной, находящейся в цилиндре. Цилиндр подвески амортизатора размещается в воздушном баллоне, внутри которого находится воздух под тем же давлением, что и в цилиндре. Если под воздействием ядерного взрыва перекрытие пункта управления перемещается, увеличивается объем цилиндра и давление в нем уменьшается. Но тотчас в цилиндр из баллона начинает поступать воздух и динамичность нагрузки снижается. Уменьшается и перемещение платформы вниз. При обратном перемещении перекрытия избыточное давление в цилиндре снижается за счет выпуска воздуха.

Эффективность подобной системы амортизации может быть практически изменена в любом диапазоне путем изменения количества воздуха, поступающего в цилиндр и выпускаемого из него. По мнению зарубежных специалистов, основное достоинство пневмопружинных элементов состоит в том, что они позволяют достичь низкой частоты колебаний амортизируемой платформы. Это дает возможность в широком диапазоне снижать действующие нагрузки при относительно небольших горизонтальных перемещениях платформы. В целом же такая система обеспечивает снижение ускорений платформы центра управления вниз до 0,5 g, вверх до 3 g, а в горизонтальном направлении до 1 g, что, по американским данным, вполне допустимо для безопасного обслуживания оборудования управления подземными ракетными базами.

Многим читателям, вероятно, помнится описываемое в школьных учебниках явление резонанса. Оно состоит в том, что размах колебаний какого-либо тела резко возрастает, когда на его собственные колебания, частота которых определяется свойствами самого тела, накладывается действие внешних сил, имеющих ту же частоту. Классический пример резонанса – разрушение моста, по которому шел в ногу строй солдат.

О резонансе приходится думать и конструкторам систем амортизации ракет в шахтах. При расчетах они следят за тем, чтобы частота собственных колебаний ракетной амортизирующей системы, помещенной в шахту, находилась в определенном соотношении с частотой колебаний, которые могут возникнуть при воздействии ударной волны ядерного взрыва.

По мнению зарубежных специалистов, достоверный расчет систем амортизации предполагает очень точное предварительное знание всех собственных частот колебаний амортизируемого объекта и частот вынужденных колебаний шахтного сооружения. Но если первые определяются сравнительно просто, значения других зависят от многих трудно учитываемых факторов, а потому и вычисляются весьма приближенно. Существенное влияние на частоты и амплитуды колебаний шахтных сооружений оказывает характер колебательных движений грунтовых пород. Однако для того чтобы выяснить качественную и количественную картину этих колебаний, необходимы сложные экспериментальные работы. Последнее, как считают зарубежные специалисты, составляет одну из серьезных научно-технических проблем, разрешение которой может значительно повысить степень защищенности ракетных комплексов от воздействия ядерных взрывов.

Таковы некоторые особенности учета механических колебаний при создании современных образцов боевой техники. Как видно, они непросты и требуют глубокого проникновения в суть разнообразных физических процессов. С дальнейшим развитием военного дела круг подобных проблем будет, несомненно, расширяться. Ученым, инженерам придется решать все новые и новые задачи. А это, в свою очередь, повысит требования к знаниям, кругозору тех специалистов, которым придется эксплуатировать, использовать в бою новые образцы вооружения и боевой техники.

САМОЛЕТ – ПТИЦА?

_{Генерал-майор инженерно-технической службы запаса Г. БУРАГО, профессор, доктор технических наук}

В удивительном прогрессе авиации с момента ее зарождения и до наших дней, наряду с колоссальным ростом грузоподъемности самолетов, высоты и дальности полета, особенно выделяются успехи в штурме скоростей. Взгляните на график (рис. 6). На нем показано, как из года в год росли абсолютные рекорды скорости полета самолетов. Из графика видно, что с 1906 по 1962 год скорость увеличилась примерно от 50 до 3 тыс. км/час, т. е. в 60 раз! Какими путями был достигнут такой гигантский скачок скоростей? Конечно, прежде всего увеличением мощности авиационных двигателей, и главный прирост в рекордах скоростей произошел с внедрением в авиацию реактивных двигателей. Да и материалы, из которых делают самолеты, стали более прочными.

^{Рис. 6. Так росли по годам абсолютные рекорды скорости полета самолетов}

Обратите также внимание на то, как изменилась за эти годы форма самолетов, их внешний вид. Случайно ли это? Прихоть ли руководила конструкторами, стремление к более красивым формам или какая-то закономерность, целесообразность? Конечно, не прихоть. Внешние формы быстроходных самолетов подсказаны необходимостью. Посмотрите еще раз на график. Случайно ли, что силуэты тихоходных самолетов в нижней части кривой чем-то напоминают цаплю или аиста в полете, а в верхнем – стрижа, ласточку или сокола, сложившего крылья для стремительного броска на добычу? Нет, не случайно. И в том и в другом случае в борьбе за скорость надо было уменьшить сопротивление воздуха. Но человек, однако, не копировал птицу. Он шел к этой целесообразной форме крыла современных скоростных самолетов своим, сложным путем.

Впервые летчики почувствовали неладное в конструктивных формах довоенных самолетов при полетах с большой дозвуковой скоростью. Она достигалась при крутом пикировании и в тех случаях, когда использовались ракетные ускорители. В этот момент с самолетом начинали происходить странные и опасные явления: он трудно поддавался управлению, а то и совсем выходил из-под контроля летчика.

Стало ясно, что нельзя безнаказанно увеличивать скорость полета, устанавливая на самолетах все более мощные двигатели, пока не будет определена физическая причина этих и других непонятных явлений. Почему еще в дозвуковом полете самолет вдруг начинает испытывать какое-то дополнительное и очень большое сопротивление? И почему он при этом становится неуправляемым? За выяснение этой загадочной картины взялись ученые-аэродинамики.

Надо сказать, что в механике, в этом старейшем разделе физики, за последние десятилетия очень сильно развилась аэродинамика – наука о движении воздуха. С тех пор как Н. Е. Жуковский разгадал тайну птичьего крыла и объяснил механизм образования его поистине чудодейственной подъемной силы, которая затем помогла поднять в небо аппараты намного тяжелее воздуха, ученые немало сделали для развития авиации. Не одна научная проблема, важная для практики, была решена ими. И вот теперь предстояло решить новую.

Были созданы специальные аэродинамические трубы с большими дозвуковыми и сверхзвуковыми скоростями потока. В них подверглась тщательному исследованию модели самолетов различной формы. В результате множества опытов было установлено, что при обтекании околозвуковым потоком модели самолета с толстым крылом большого удлинения (то есть имеющего большое отношение размаха крыла к хорде или, попросту говоря, ширине) около поверхности машины образуются обширные зобы со сверхзвуковой скоростью потока. В конце этих зон возникают сильные ударные волны, которые и оказываются источником большого дополнительного сопротивления, названного поэтому «волновым».

Похожие результаты ученые получили и при сверхзвуковых скоростях потока в трубе, если модель самолета имела тупую носовую часть и крылья были установлены под большим углом (так называемым углом атаки) к направлению потока. Более простыми оказались течения воздуха около тонких тел с заостренной носовой частью и около тонких крыльев с острой передней кромкой и малыми углами атаки.

Таким образом, было установлено, что обычные прямые крылья большого удлинения и большой относительной толщины (по отношению к ширине крыла), очень хорошие при малых скоростях полета, совершенно непригодны для самолетов с большими дозвуковыми и сверхзвуковыми скоростями. Слишком велико их волновое сопротивление. Кроме того, при переходе к большим дозвуковым скоростям полета (вспомним пикирование) происходит резкое перераспределение давления воздушного потока на поверхности самолета, что сразу же ухудшает его управляемость и даже может вывести из повиновения летчику.

Этими недостатками, как выяснилось, почти не страдают тонкие стреловидные или треугольные крылья с малым удлинением. И чем большая предполагалась максимальная скорость самолета, тем большим должен был быть угол стреловидности, меньше удлинение и относительная толщина крыла. Так самолеты-цапли стали самолетами-ласточками, а точнее – застывшим изображением птиц в самой выгодной для данной скорости полета форме. Однако этой внешней аналогии не стоит придавать большого значения: ведь самой быстрой птице не угнаться за самым тихоходным самолетом, и тем более птицам никогда не узнать, что такое волновое сопротивление, рожденное сверхзвуковыми скоростями.

Итак, благодаря могучим современным двигателям и найденной совершенной форме крыла скорости самолетов на сегодня перевалили рубеж 3 тыс. км/час. А как будет дальше? Конечно, скорости будут расти, ведь техника не может стоять на месте, жизнь требует новых, более быстроходных самолетов. Ученые – аэродинамики и термодинамики – с уверенностью говорят, что наука уже дала ответ на то, какие скорости полета в авиации могут быть освоены в недалеком будущем. Называют цифры, превышающие скорость звука в 10–12 раз! Такие скорости длительного и экономичного полета в атмосфере могут дать в будущем, как считают зарубежные специалисты, прямоточные воздушно-реактивные двигатели.

Но одно дело наука, другое – практика. Пока что освоены скорости, равные только трем звуковым. Но уже при такой скорости появились проблемы, которые начинают всерьез волновать специалистов. Вот хотя бы посадка самолетов. Практика показывает, что с возрастанием максимальной скорости неизбежно увеличивается и посадочная. Сейчас она у некоторых самолетов стала превышать 250 км/час. Пришлось принимать специальные меры, чтобы обезопасить посадку. Однако, по мнению зарубежных специалистов, ни удлинение посадочных полос, ни использование тормозных парашютов не сняло определенной тревоги за каждый самолет, идущий на посадку с большой скоростью. Режим посадки находится уже на грани аварийного. Каков же выход из этого положения?

Ответ в общем-то давно известен. Уменьшить посадочную скорость можно, используя на посадке крылья дозвуковых самолетов, тех, что находятся в нижней части нашего графика. Но такие крылья, как мы уже говорили, для сверхзвуковых полетов совершенно неприемлемы. Они ведь должны быть стреловидными. А если объединить два этих качества в одно – сделать крыло с изменяющимся положением относительно самолета и потока воздуха? Подлетает, скажем, такой самолет к аэродрому, разворачивает, подобно птице, стреловидное крыло, делает его прямым и начинает планировать, совершая посадку с малой скоростью…

Идея создать крылья с изменяющейся в полете конфигурацией, вообще говоря, не нова. Однако зарубежные специалисты долгое время считали, что достигнутый уровень современной техники не позволяет осуществить надежную конструкцию такого крыла.

В последнее время в среде зарубежных военных специалистов не раз обсуждался вопрос о том, как создать самолет, который обладал бы одновременно качествами боевых машин разного назначения, например истребителя-перехватчика и тактического бомбардировщика. Однако истребитель должен обладать способностью длительно патрулировать в воздухе на самом экономичном режиме дозвукового полета и при необходимости резко набирать большую скорость, а бомбардировщик – иметь возможность на низкой высоте преодолевать на сверхзвуковой скорости зону действия наземных радиолокационных станций противника.

И все это, оказывается, возможно осуществить, если самолет уподобить соколу или орлу, которые раскидывают крылья и делают их прямыми при длительном полете– парении и складывают для стремительного броска на добычу. Проект такого самолета, «самого спорного в мире», как назвала его зарубежная печать, был разработан в США. Построен и опытный образец, известный под названием многоцелевого сверхзвукового истребителя-бомбардировщика F-111.

Максимальная скорость этого самолета составляет 2655 км/час на высоте 18,3 км. При взлете, патрулировании и посадке стреловидность его крыла минимальная – 16°, а размах крыла при этом равен 19,2 м. При крейсерском режиме полета стреловидность максимальная – 75,5° и размах – 9,7 м. Различные положения крыла F-111 показаны на рис. 7.

^{Рис. 7. Самолет, у которого в полете может изменяться форма крыла}

Во время одного из летных испытаний при умеренной скорости полета – 740 км/час посадочная скорость F-111 составила всего 125 км/час. В другом полете со скоростью 1900 км/час даже отказ тормозного парашюта, как сообщала печать, не помешал летчику произвести безаварийную посадку.

Некоторые из зарубежных специалистов считают, что крыльями с изменяющейся в полете геометрией будут обладать в будущем только многоцелевые самолеты, т. е. такие, которые способны решать несколько различных задач. Но есть и другие мнения, согласно которым подобные крылья будут иметь более широкое применение, например в сверхзвуковой транспортной авиации и даже на гиперзвуковых самолетах. Кстати, как сообщалось в печати, крыло с изменяющейся в полете геометрией собирается использовать фирма «Боинг» при постройке нового сверхзвукового транспортного самолета. Считают, что это позволит улучшить взлетно-посадочные характеристики и уменьшит необходимую длину взлетно-посадочной полосы.

А вот пример из арсенала сторонников первой точки зрения. Экспериментальный гиперзвуковой пилотируемый самолет Х-15А-2 имеет неподвижное прямое крыло. В том, что крыло сделано прямым, видно стремление конструкторов в какой-то мере облегчить посадку. Но крыло тонкое и имеет малое удлинение, а это уже дань большой сверхзвуковой скорости, так как этот самолет рассчитан на максимальную скорость 8800 км/час на высоте 30,5 км. Х-15А-2 снабжен ракетным двигателем и не может взлетать с земли. Он доставляется на определенную высоту самолетом-носителем. Однако садится машина по-самолетному, но с громадной посадочной скоростью (340 км/час, а по некоторым данным, и выше), требующей от пилота поистине циркового искусства в точности приземления.

Таковы вкратце некоторые проблемы, с которыми сталкивались и сталкиваются специалисты при конструировании новых самолетов больших сверхзвуковых скоростей. Однако как будут выглядеть будущие гиперзвуковые самолеты, сказать сейчас трудно. Этот вопрос находится еще, как мы видим, в стадии предварительных исследований и разработок. Большой отпечаток на внешнюю форму гиперзвукового самолета может наложить сложная проблема защиты конструкций от аэродинамического нагрева.

СЕКРЕТЫ СКОРОСТИ

_{Инженер-капитан 1 ранга В. ГЕРАСИМОВ, кандидат технических наук}

Механика составляет древнейшую часть физики. Основы механики твердых тел и гидростатика разрабатывались еще Архимедом. Динамика жидких и газообразных тел куда моложе. Она зародилась как наука лишь в XVIII веке и действительно больших успехов добилась только в нашем столетии. Зато теперь ни один проект корабля, самолета, ракеты не может быть создан без учета законов гидро– или аэродинамики.

Этим-то ветвям могучего древа физики мы в значительной степени и обязаны тем, что живем в век больших скоростей. Взять, к примеру, авиацию. Она уже давно перешагнула звуковой барьер. А космические аппараты и ракеты преодолевают за один час десятки тысяч километров.

В кораблестроении пока еще результаты намного скромнее. Да это и понятно: ведь вода в 800 раз плотнее воздуха. Значит, во столько же раз больше и сила сопротивления, которая воздействует на движущееся в ней тело. Но и на воде можно получить высокие результаты, если подчинить всю конструкцию судна идее достижения рекордной скорости. За рубежом, например, был создан катер, который за час проходит более 440 км. Однако плавать он способен лишь в штилевую погоду, а его полезная нагрузка практически равна нулю.

Именно эти особенности таких судов и делают их непригодными для всех иных целей, кроме спортивных и исследовательских. Ведь грузоподъемность, например, имеет огромное военное значение. И здесь корабли, вообще говоря, находятся вне конкуренции. Так, если для ракет полезная нагрузка исчисляется несколькими тоннами, а для самолетов десятками тонн, грузоподъемность современных транспортных судов достигает многих десятков тысяч тонн.

Быстроходность, грузоподъемность и мореходность корабля неразрывно связаны друг с другом. Не удивительно, что получить желаемые тактико-технические данные конструкторы могут только в результате компромиссных решений. И не случайно, что современные эскадренные миноносцы капиталистических флотов имеют скорость 65–70 км/час, т. е. на 10–12 км/час меньшую, чем лучшие итальянские эсминцы 30-х годов. Эта уступка была сделана для того, чтобы улучшить мореходность, взрывостойкость, повысить прочность новых кораблей, оснастить их радиоэлектронной техникой, ракетным оружием.

Понятно, что это – временная уступка. Инженеры и ученые усиленно работают сейчас над тем, чтобы не только вернуть надводным кораблям потерянную скорость, но и повысить ее.

А вот скорости хода подводных лодок зарубежных стран за последние 20 лет уже возросли в два-три раза и достигают 50–55 км/час. Отдельные же опытные лодки способны развивать скорости свыше 60 км/час. Это значит, что современные корабли морских глубин по своим скоростным качествам вплотную приблизились к эскадренным миноносцам и фрегатам, составляющим ядро надводных сил противолодочной обороны.

Высокая скорость подводного хода составляет одно из ценнейших качеств подводной лодки. Она повышает вероятность перехвата целей, сокращает время, затрачиваемое на переход в район позиций, открывает возможности активных боевых действий, облегчает отрыв от кораблей противолодочной обороны. Но очевидно, не в меньшей степени значительная скорость хода нужна и надводным кораблям – основным соперникам и противникам подводных лодок.

Как же ученые и инженеры борются за скорость кораблей?

Существуют два главных направления улучшения скоростных качеств всякого корабля. Первое из них – повышение мощности его главных механизмов, второе – совершенствование гидродинамики корабля и прежде всего снижение его сопротивления.

Учитывая реальные возможности этих направлений, американские специалисты считают вероятным, принципиально возможным повышение скоростей хода атомных подводных лодок как максимум до 50 узлов (90 км/час). Полагают, что лодки со столь высокими скоростными качествами будут более всего походить на торпеды. На них уже не останется таких выступающих частей, как ограждение рубки или выходящие за обводы корпуса обтекатели гидроакустических станций, а их наружная обшивка приблизится по гладкости к полированной поверхности. Но даже при этих условиях будет необходимо еще и значительное повышение мощности энергетической установки.

Конечно, 90 км/час – это огромная скорость для водной среды. Но в иностранной печати можно встретить заявления, что в дальнейшем и она не будет считаться достаточной. Например, американский специалист-подводник Ч. Момсен считает, что лодки будущего должны обладать скоростью подводного хода 110 км/час и более. А в выступлениях других специалистов встречаются и такие цифры, как 130–165 и даже 185 км/час (100 узлов).

Какими же путями можно обеспечить подводным лодкам столь высокие скоростные качества? Ведь одним повышением мощности механизмов здесь не обойтись. Это подтверждается расчетами американских инженеров, которые показывают, что, например, для-достижения скорости в 110 км/час удельный вес ядерных энергетических установок должен быть не более 4 кг/л.с. Но в настоящее время по этим расчетам он выше в 12–15 раз, и лишь в перспективе ожидается его снижение вдвое-втрое. Следовательно, для выхода за рубеж 90 км/час нужно изыскивать принципиально новые способы снижения сопротивления.

Еще труднее решается проблема больших скоростей для надводных кораблей и судов. В отличие от глубоко погруженных подводных лодок, сопротивление движению которых обусловлено в основном силами трения воды о их обшивку, у надводных кораблей есть еще и так называемое волновое сопротивление. Дело в том, что с повышением скорости резко возрастает интенсивность вызванного движущимся кораблем волнообразования. Образовавшаяся система волн неотступно следует за кораблем, приводя к такому распределению сил давления воды по корпусу, которое сильно увеличивает его сопротивление. Вот почему даже возрастание мощности машин вдвое-втрое могло бы дать лишь 10—20-процентное приращение скорости корабля.

Таким образом, кораблестроители оказываются вынужденными искать «обходные маневры» и призывать в союзники не только гидродинамику, но и физику в широком смысле слова, чтобы «обмануть» природу и создать еще более быстроходные корабли.

Известно, что некоторые инженерно-физические задачи нередко лучше всего решаются в живой природе. Вот почему в поисках путей преодоления «барьера трения», стоящего на пути повышения скоростей подводных лодок, зарубежные гидродинамики принялись разгадывать некоторые «биологические секреты». И это не удивительно. Ведь считается, что отдельные разновидности дельфинов могут развивать скорость до 45 км/час, а меч-рыба – до 90 км/час. Но дело не только в абсолютных величинах скоростей. Ученые уже давно установили, что сопротивление дельфина, рассчитанное обычным для кораблестроения способом, оказывается примерно в 8—10 раз больше того, которое способна преодолевать мышечная система животного.

Это удивительное несовпадение, получившее название «парадокса Грея», объясняется по-разному. Некоторые ученые считают, что кожный покров дельфина благодаря своей гладкости и эластичности, обусловленным свойствами не только самой кожи, но и толстого жирового подслоя, гасит, или, как еще говорят, демпфирует возмущения в потоке воды, которые могли бы срывать ламинарный режим течения вблизи тела дельфина и переводить его в турбулентный. При ламинарном движении жидкости отдельные струйки – слои воды – текут параллельно, обтекая препятствие равномерными слоями (в отличие от турбулентного – вихревого, хаотичного движения). Известно, что при ламинарном, или слоистом, обтекании тела, когда слои жидкости не перемешиваются друг с другом, сопротивление трения пропорционально скорости в степени 1,5. При турбулентном режиме течения жидкость вокруг движущегося тела интенсивно перемешивается (рис. 8 – вверху), и сопротивление пропорционально почти что квадрату скорости. Правда, ламинарное течение неустойчиво, и для его поддержания необходимы особо благоприятные условия. Но ученые считают вполне вероятным, что при обтекании кожи дельфина такие условия как раз существуют.

Немецкий инженер М. Крамер, живущий сейчас в США, даже разработал специальное эластичное покрытие для торпед и подводных лодок, имитирующее основные свойства кожи дельфина. Оно делается из специальной резины и имеет внутренние полости, которые заполняются кремнийорганической жидкостью, заменяющей дельфиний жир. При опытах с относительно небольшими моделями подводных снарядов Крамеру удалось снизить их сопротивление на 50–60 %.

Но у идеи Крамера нашлись противники. Они утверждают, что для большого снижения сопротивления кожа дельфина должна быть не пассивным, а активным демпфирующим покрытием. Это значит, что ее эластичность сама по себе еще недостаточное условие для эффективной работы. Необходим и какой-то физиологический механизм регулирования податливости кожи. Так, профессор Пикар считает, что нервные окончания в кожном покрове морских животных улавливают изменения давлений, предшествующие переходу течения из ламинарного режима в турбулентный, и передают соответствующие сигналы в центральную нервную систему, которая регулирует надлежащим образом демпфирующую работу кожи. Такого же мнения придерживается американец Бетчов, считающий покрытие Крамера с пассивным демпфированием бесперспективным.

^{Рис. 8. Обтекание тела жидкостью. Турбулентное (вверху), оно может стать ламинарным, если при движении тела часть жидкости будет удаляться от пограничного слоя (внизу)}

Встречаются также попытки отнести малое сопротивление дельфина за счет особого действия какой-то смазки типа рыбьей слизи, якобы выделяемой его кожным покровом. Но они оказались необоснованными. Ни дельфины, ни многие другие быстроходные представители подводного мира не имеют такой смазки. Более того, установлено, что слизистое покрытие характерно прежде всего для относительно тихоходных рыб, живущих в заиленных водоемах.

Есть и такие специалисты-гидродинамики, которые объясняют «парадокс Грея» тем, что большая часть тела дельфина участвует в создании той движущей силы, которая обеспечивает плавание его в воде с необходимой скоростью. Они принимают во внимание, что тело животного выполняет в одно и то же время функции «корпуса» и «движителя». А потому, по их мнению, неверно рассчитывать сопротивление дельфина таким же порядком, как сопротивление корпуса корабля.

Для повышения же скоростей подводных лодок они предлагают снабдить их многокамерной резиновой оболочкой поверх обычного корпуса и поочередно подавать в секции этой обшивки воздух с одновременной откачкой его из других секций. Так будет создана бегущая по поверхности корпуса волна, имитирующая изгибные движения тела морского животного, с помощью которых и создается движущая его «сила упора».

Наконец, некоторые биологи сомневаются в достоверности имеющихся данных о максимальной скорости дельфинов и утверждают, что при длительном движении она обычно не превышает 18–20 узлов. Не отрицая того, что в отдельных случаях дельфины могут плыть и быстрее, они считают это возможным лишь за счет весьма кратковременного перенапряжения мышц, к которому способны в определенных обстоятельствах и другие животные.

Различные истолкования одного и того же явления говорят о том, что настоящий ключ к «тайне дельфина» еще не найден. Однако специалисты биологи и гидродинамики уже серьезно принялись за изучение секретов больших скоростей в животном мире.

Возможны и другие способы сохранения ламинарного режима обтекания подводных тел. Они основаны на удалении или отсосе из потока, обтекающего тело, некоторой части жидкости из области, непосредственно прилегающей к обшивке. Эта часть потока называется в гидродинамике «пограничным слоем». Основные физические явления в этой области течения изучает специальная наука – теория пограничного слоя. Именно в пограничном слое в результате возмущающего действия движущегося тела и происходят явления, которые срывают ламинарное течение. Отсос уменьшает толщину слоя и удаляет из него наиболее возмущенные движущимся телом массы жидкости, что способствует сохранению ламинарного обтекания (рис. 8 – внизу).

Сообщалось, что американские специалисты исследуют возможность ламинаризации обтекания скоростных торпед путем отсоса пограничного слоя через пористую обшивку. Правда, есть опасения, что мелкие поры будут засоряться взвешенными в морской воде минеральными частицами и планктоном. Для исследования особенностей отсоса в натурных условиях ведутся исследования на специальном опытовом судне. Ч. Момсен считает принципиально возможным применение такого способа ламинаризации и на подводных лодках. Ожидают, что применение отсоса повысит скорость хода при неизменной мощности механизмов в 1,5 раза.

Но не только отсосом можно уменьшать сопротивление. Ряд поставленных в США опытов говорит и об эффективности введения в пограничный слой так называемых «неньютоновских жидкостей». К их числу относятся водные растворы полимерных веществ, обладающих высоким молекулярным весом. Например, раствор даже относительно слабой концентрации (менее 0,2 %) при введении его в пограничный слой подводного тела способен снизить сопротивление в 2,5 раза, что ведет к значительному увеличению скорости. Такое действие полимеров объясняется тем, что в них действие сил трения подчиняется иным, чем для воды, законам из-за иной структуры и другой ориентации молекул этих веществ. В изучении подобных процессов гидродинамика тесно переплетается с молекулярной физикой.

Некоторые из отмеченных здесь идей уже проходят экспериментальную проверку в натурной водной среде. Например, бюллетень «Интеравиа эйр леттер» сообщал о проходивших в США испытаниях подводных самоходных снарядов «Дельфин-1» и «Дельфин-2». Сопротивление их удалось понизить примерно вдвое за счет применения одной из систем управления пограничным слоем. Так, «Дельфин-2» развивал скорость до 110 км/час (60 узлов).

Испытывалась также торпеда с системой подачи в пограничный слой раствора полимера. По данным журнала «Дейта», при работе этой системы скорость торпеды возросла за три секунды на 45 %.

Проверялись и другие, менее плодотворные идеи. Так, многие зарубежные изобретатели предлагали покрыть подводные части корпуса гидрофобными (водоотталкивающими) веществами. Но проведенные эксперименты не обнаружили снижения сопротивления.

Излюбленная идея изобретателей – применение «воздушной смазки», т. е. создание воздушной прослойки между днищем корабля и водой. Долгое время этот способ уменьшения трения не давал желаемых результатов, и лишь совсем недавно голландским конструкторам удалось заметно снизить сопротивление модели транспортного судна. Ожидается, что новая схема будет вскоре испытана на натурном корабле.

Изобретатели предлагали также нагревать жидкость в пограничном слое, применять для обшивки различные обмазки, выделяющие газовые пузырьки при контакте с водой, и т. п. Однако ни одна из этих идей еще не оправдала себя даже в опытах.

Особые варианты «воздушной смазки» разрабатываются для подводных лодок. Так, американский инженер Эйхенбергер предложил создать подводный снаряд или подводную лодку с резко уменьшенным сопротивлением трения (рис. 9). Этот эффект достигается созданием между обшивкой корпуса и водой тонкой воздушной прослойки с замкнутой циркуляцией воздуха.

^{Рис. 9. Проект подводной лодки с резко уменьшенным сопротивлением трения:}

^{1– щель для отсоса воды; 2 – щель для подачи воздуха}

За головной частью такого снаряда имеется щель (1), служащая для отсоса воды, с тем чтобы, как считает изобретатель, не допустить формирования турбулентного (вихревого) пограничного слоя. Затем следует щель (2), через которую подается воздух для образования воздушной прослойки. Той же цели служат и щели, расположенные на днище тела. Внутри прослойки воздух будет перемещаться вверх, что повлечет за собой неравномерное распределение толщины прослойки по обводу тела. Чтобы помешать перетеканию воздуха, на боковой поверхности тела с каждого борта имеются выступы, не соприкасающиеся с водой.