Летящие над волной часть2 - 24

Уходя от волнового сопротивления

Уже в 50-х гг. нашего века не было двух мнений о том, что на базе традиционных технических решений существенно увеличить скорость надводных кораблей невозможно. Волновое сопротивление надежно охраняло диапазон больших скоростей от посягательств кораблестроителей.С волновым сопротивлением можно бороться двумя основными способами: изменив формообразования и размеры корпуса корабля либо подняв корабль над водой. В первом случае происходит искусственная деформация волн и может быть получен определенный выигрыш в скорости корабля. Пример такого подхода — стремление к увеличению отношения длины корпуса к ширине и применение бульбовых оконечностей. Но эти мероприятия не позволяют кардинально увеличить скорость корабля. А вот второй способ... Первыми судами, частично поднятыми над водой, были глиссеры. До настоящего времени глиссирующие боевые катера разных типов находят применение в военных флотах. Самые быстроходные из них способны развить скорость около 50 уз.

Почти 100 лет назад, задолго до появления первых глиссеров, французский инженер A.Eiffel (А. Эйфель), проводя опыты с буксировкой пластин, расположенных в воде вертикально под углом к направлению потока, обратил внимание на то, что сила, создаваемая разрежением на задней стороне пластины, в два-три раза превышает силу, создаваемую давлением на передней ее стороне. Следовательно, если пластину погрузить в поток воды под малым углом к горизонту, разница между давлением и разрежением будет создавать силу, поднимающую пластину.

Пластину можно выполнить в виде крыла, у которого верхняя и нижняя линии профиля имеют разную кривизну, причем верхняя линия длиннее нижней. В этом случае при движении крыла жидкость будет обтекать его верхнюю часть с большей скоростью, чем нижнюю, и над крылом возникнет зона разрежения. Вследствие разности давлений в потоке по обе стороны крыла появится подъемная сила, величина которой будет зависеть от скорости движения, плотности жидкости, размеров крыла и его расположения относительно потока.

Эпюра распределения давления и разреженияна подводном крыле.

Если на крыльях укрепить судно, то при достаточно большой скорости движения подъемная сила крыльев сможет уравновесить массу судна, и оно поднимется над поверхностью воды. При этом резко снизится сопротивление, так как в воде будут находиться только крылья, поддерживающие их стойки и движитель.

Принцип действия крыльевой системы судна и самолёта аналогичен, с той разницей, что своё положение по высоте судно может изменять лишь весьма ограниченно, так как крылья должны все время оставаться погруженными в воду. Однако вода примерно в 800 раз плотнее воздуха, площадь подводных крыльев может быть уменьшена во столько же раз по сравнению с площадью крыльев самолета аналогичной массы. Это случай, когда высокая плотность воды — благоприятный фактор.Идею судна на подводных крылья: (СПК) первым воплотил в жизнь пионер глиссеростроения S.d'Alembert (Ш. Д'Аламбер),  который  в 1891 г. получил  во Франции патент, а в 1897  г. построил катер на подводных крыльях гребной винт которого вращал небольшой паровой двигатель. Испытания разочаровали изобретатели: корпус  катера лишь частично  поднимался над водой и краткое время находился  в таком  промежуточном положении, после чего крылья теряли подъемную силу и катер стремительно «проваливался» в воду.Первое СПК, успешно прошедшее испытания, было спроектировано и построено в 1905 г. одним из пионеров авиации итальянцем Enrico Forlanini(1848 - 1930)(Э. Форланини). Крыльевая система судна представляла собой несколько побортно укрепленных больших пластин и напоминала этажерки.

Схема подводных крыльев конструкции Enrico Forlanini

По мере увеличения скорости подъемная сила крыльев возрастала, и верхние полки «этажерок» выходили из воды. При этом уменьшалась площадь погруженных в воду пластин, а подъемная сила крыльевой системы оставалась неизменной. Судно Enrico Forlanini развивало огромную по тем временам скорость- около 38 уз, но и оно было склонно к проваливанию.

Судно Enrico Forlanini на ходу...

В начале развития СПК применялись различные схемы крыльевых систем, но наибольший успех сопутствовал конструкторам, которые использовали наиболее простые устройства типа «этажерок»  Forlanini. В 1907 г. патент Enrico Forlanini приобрел известный американский конструктор, один из изобретателей телефона Alexander Graham Bell (1847 - 1922)(А. Белл), который совместно с K. Baldwin(К. Болдуином) построил и испытал серию СПК. Наиболее удачное из них «HD-4» водоизмещением около 5 т установило в сентябре 1918 г. мировой рекорд скорости на воде — 71 уз.

Судно A.Bell - «HD-4»

Глиссерам трудно было тягаться с рекордсменом. Ведь у них подъемная сила возникает только в результате увеличения давления на днище, в то время как у СПК лишь 25—30 % подъемной силы создается вследствие увеличения давления на крылья снизу, а 75—70 %  - в результате разрежения над крылом. Поэтому СПК затрачивает на создание подъемной силы гораздо меньшую мощность, чем глиссер того же водоизмещения. 

• Назад
• Вперед