Техника - молодёжи 2002-09, страница 33
и н ж н Человечество многим обязано водному транспорту. Именно морские суда издревле соединяли разделенные океаном народы и континенты, ведь обогнуть материк частенько было проще, чем пересечь его по значительно более короткой прямой. Да и по транспортной эффективности суда не имеют себе равных, затрачивая на перевозку одинакового груза меньше энергии, чем другие виды транспорта. Спорит с водными тяжеловозами только железная дорога — так ведь ее проложить надо... И однако же работа судна, действия боевого корабля все еще далеки от идеала: регулярность межконтинентальных линий и жесткие графики военных операций нередко нарушает погода. Очень уж неспокойна водная поверхность — граница раздела двух фаз, одна из которых в 800 раз плотнее другой. Воздушные потоки раскачивают водную массу, на ней образуются поверхностные волны. Они если и не запирают корабли в защищенных портах, то резко ограничивают скорость их хода, ибо удар о водяную стену не менее разрушителен, чем о бетонную! В середине XX в. автор одной научно-популярной книжки утверждал, что, если бы водный транспорт создавался «с нуля» наукой и техникой сегодняшнего дня, надводный корабль ни за что бы не сделали, строили бы подводные лодки или экранопланы. Возможно, так бы оно и было, но за надводным флотом — тысячелетия истории земной цивилизации, многие века складывавшаяся традиция. И потом, подводные лодки, в силу несоизмеримо более высоких требований к надежности, значительно дороже надводных плавсредств, экранопланы же (а также, к сожалению, аппараты на воздушной подушке и суда на подводных крыльях) расходуют куда больше энергии на свое движение. Так что надводный корабль остается основным средством водного транспорта и первостепенным носителем морского оружия. Итак, главный «враг» плавающего тела — волны. Их воздействие на него разнообразно. В частности, попадая своей серединой на гребень одной волны или оконечностями на две соседние, корпус судна испытывает огромные изгибающие усилия, по ним и рассчитывают его прочность. Спускаясь с таких волн, судно испытывает соответствующие ударные нагрузки, и они тем сильнее, чем ближе вектор удара к нормали обшивки. Мелкие волны бьют в борт, что тоже неприятно. Но даже на идеально ровной воде волны не оставляют корабль. Расступаясь перед движущимся судном, вода расходится в стороны, но больше — движется вверх. Затем, под действием силы тяжести, возвращается вниз, разгоняясь при этом. Но вернуться на место вода не может — там корпус. 1. Зависимость скорости корабля от высоты волн для разных форм корпуса. Цифрами обозначены: 1 — аппарат на воздушной подушке; 2 — судно на подводных крыльях; 3 — глиссер; 4 — катамаран; 5 — обычный водоиз-мещающий корпус; 6 — судно с малой площадью ватерлинии. ТЕХНИКА-МОЛОДЕЖИ 9 2 0 0 2 Е Н И^ ЧЕТВЕРОНОГИЙ, КОРАБЛЬ! И снова — вверх и вниз... На образова ние таких волн расходуется энергия движущегося судна, и все это называется волновым сопротивлением. А подводные лодки и «низколетящие» корабли всем этим воздействиям не подвержены, значит... Идея появилась тоже примерно в середине XX в. Пусть основная водоизмещаю-щая часть корпуса корабля располагается глубоко под водой, чтобы ни при каких волнах не выходить на поверхность. А надстройки и все прочее, что должно быть над водой, пусть и находится НАД водой — так высоко, чтобы волны не доставали! Эти две части корабля соединим прочными, но узкими, обтекаемыми стойками, легко разрезающими волны. Так получается компоновка, названная СМПВ — «судно с малой площадью ватерлинии». Подводные корпуса, естественно, делаются если не идеально обтекаемыми, то близкими к этому, и представляют собой тупорылые торпедообразные сигары. Их число и взаимное расположение, в принципе, может быть любым, как и обводы верхней части, но чаще всего предлагается катамаран: два несущих подводных корпуса и достаточно широкая надводная надстройка-платформа. Результат понятен из сравнительных графиков зависимости допустимой скорости хода от высоты волн (рис 1). Видно, что при движении по гладкой воде СМПВ не выигрывает, зато при волнении просто не имеет конкурентов. Логичен, однако, вопрос — а где же такие корабли? В самом деле: суда на подводных крыльях и воздушной подушке строятся сериями в десятки и сотни единиц, глиссирующие катера (несмотря на их многочисленные недостатки) — тысячами, СМПВ же построены единицы. Очевидная причина: суда с малой площадью ватерлинии требуют довольно существенной и дорогой перестройки судостроительной промышленности. Но есть у СМПВ и другие проблемы, не зависящие от воли людей. Поверхность раздела воды и воздуха бьет корабли волнами порождает мешающее им волновое сопротивление, но... она же обеспечивает их остойчивость! В самом деле, когда корабль кренится, в воду входит часть корпуса, и создается дополнительная архимедова сила, которая выпрямляет его, — что может быть проще? И понятно, что у СМПВ при крене или дифференте в воду входит только часть стоек, по необходимости очень тонких и малообъемных. Ярче всего это проявилось при испытаниях первого отечественного судна с малой площадью ватерлинии, построенного в Херсоне в 1972 г под руководством Н.Т. Василенко. 9-метро-вая «автономная модель» «Дельфин» вообще не имела ватерлинии: 7-мет-ровые, прямоугольного сечения, понтоны соединялись с надводным корпусом фермами. Расчет был на то, что с ростом скорости остойчивость будет обеспечиваться подводными крыльями, поставленными не «на всплытие», как обычно, а «на погружение». Однако необходимую скорость развить не удалось из-за не оптимально подобранных винтов. Словом, главный результат испытаний «Дельфина» был следующий: разработчики осознали сложность задачи и необходимость глубокой интеграции ВСЕХ параметров судна нового типа. Вторая модель того же конструкторского коллектива — построенный в 1975 г. «Перун» — смогла развить 30 |
