Техника - молодёжи 1984-06, страница 52

Волнообразные снладки ножи у ныряющей касатки.

Подвижные складни кожи, образую, щиеся у пловчихи при буксировании со скоростью 3 м/с.

Зоны волн деформации кожи у дельфинов и у пловчих (максимум динамического давления).

разные складки на поверхности кожи возникают на брюшной и боковых поверхностях корпуса в моменты резких ускорений и при плавании с максимальными скоростями.

Принимая во внимание большой интерес этой проблемы для зоологии и бионики, мы предприняли исследование явления подвижной деформации кожного покрова методом косвенного биологического моделирования.

Почему косвенного? Дело в том, что прямые эксперименты на дельфине практически не могут быть поставлены, так как, несмотря на природный ум и легкую приручае-мость, он не может стать его активным участником. Поэтому в качестве объекта исследований были выбраны женщины-пловчихи: по размерам и контурам тела они

удовлетворяли всем основным условиям гидродинамического эксперимента. Важно и то, что в пределах торса и конечностей у человека нет мышц, которые могли бы двигать кожей — в этом смысле он является особенно подходящим объектом.

В ходе экспериментов с помощью скоростной подводной киносъемки было установлено, что при быстром плавании, а также при буксировании в погруженном состоянии со скоростями 2,0—4,0 м/с у всех испытуемых на торсе и бедрах во всех случаях возникали хорошо заметные, сравнительно крупные волнообразные складки кожи, расположенные перпендикулярно направлению движения. Эти складки не имеют никакого отношения к рельефу, образуемому движением мышц: возникновение и движения волн деформации в коже всецело определяются направлением обтекающего потока и происходят с одинаковой интенсивностью как при активном плавании, так и пассивном буксировании и прыжках в воду.

У пловчих, как и у дельфинов, складки появляются в двух случаях: при резких рывках и при длительном равномерном плавании со скоростью более 1,5 м/с. Наибольшая подвижность и амплитуда кожных волн деформации у испытуемых, как у дельфинов, наблюдается при максимальных скоростях движения. При замедлении движения амплитуда волн уменьшается, и при скорости обтекающего потока менее 1,5 м/с они исчезают.

Мы исследовали распределение динамического давления по поверхности тела как у дельфинов, так и у женщин. Для этого были изготовлены жесткие модели этих объектов, которые были оснащены специальными датчиками давления и испытаны в гидродинамическом лотке.

Выяснилось, что возникающие при плавании кожные волны деформации — ^результат существования .у поверхности тела крупных вихрей, создающих значительные перепады динамического давления. Деформация возникает, следовательно, чисто пассивным путем, под действием лишь внешних гидродинамических сил. При этом- чем толще подкожный жировой слой и чем длиннее поперечные периметры кожи, тем выше эластичность данного участка кожного покрова и интенсивнее его деформация.

В результате экспериментов было установлено и самое основное: деформация эта отнюдь не снижает, а увеличивает гидродинамическое сопротивление. Так, при отсутствии деформации (мы буксировали спортсменок в специальных, гидро

50

динамически нейтральных костюмах) сопротивление всегда оказывалось заметно более низким, составляя в среднем лишь 94% соответствующей величины, полученной при буксировании в обнаженном виде.

Нельзя не сказать еще об одной особенности строения дельфина, вызвавшей споры среди исследователей : iy брюшной и боковых поверхностей тела дельфина, от нижней челюсти до основания хвостового стебля под кожей залегает особая кожная мышца, сокращения которой способны изменять общую упругость кожного покрова. Теперь мы можем утверждать, что функция этой кожной мышцы состоит не в генерировании волн деформации в коже, как считали многие исследователи, а псак раз в обратном I— в их предотвращении. При буксировании наших испытуемых со скоростью около 4 м/с у них в ряде случаев появились болевые ощущения «а участках тела с максимальной деформацией кожи. По-видимому, и у дельфинов возникают подобные ощущения, от которых они избавляются посредством тотального сокращения кожной мышцы, в результате чего возможность образрвания вредных складок на коже уменьшается.

Итак, дельфин лишиигся одного из своих «секретов». Он яе может быть прототипом для создания на поверхности технических плавающих объектов каких-либо полезных, то есть активно бегущих, волн. Такие волны, если и могут быть созданы, то без помощи бионики.

Рис. Валерия Л о т о в а

Действие сил, вызывающих перемещение тела рыбы за счет «пульсирующего» сокращения мышц.

/ЛЯ*/ ПЯРй/ М/Ш!{

о( -утл мышц х/юз-

eoHovw/cv/ba c/rAwe/rt/>/r/tJ

Модель пловчихи на буксируемом устройстве — для изучения распределения гидродинамического давления.