Юный техник, 2007 № 10

ВЕСТИ ИЗ ЛАБОРАТОРИЙ Корабли грядущего

Судостроение — одна из самых консервативных отраслей промышленности. Корабли строят годами, а концепции не меняются десятилетиями. Теоретики утверждают, что мореходные характеристики современных судов вообще близки к теоретическому пределу. Но, похоже, корабелы накопили силы для нового рывка.

Борьба за скорость

В самом деле, за последние полвека средняя скорость надводных судов почти не изменилась и составляет примерно 11 узлов (20 км/ч). Конечно, все это время ученые искали возможности для улучшения мореходных и скоростных качеств кораблей.

Так, суда с подводными крыльями, корабли на воздушной подушке развивают скорость 60–70 и более километров в час. Однако они и топлива расходуют примерно на 40 % больше, чем обычные. Кроме того, из-за конструктивных особенностей они имеют водоизмещение не более 400–500 тонн, а стало быть, не способны перевозить большие партии грузов.

Современные катера-глиссеры разгоняются до 300–400 км/ч, но могут перевернуться из-за небольшого порыва ветра, как это произошло, например, в рекордном заезде Кэмпбелла еще в 70-е годы прошлого века. Глиссер разбился, а гонщик погиб.

Получается, что, повышая управляемость и устойчивость, приходится жертвовать скоростными качествами. И сегодня мировой флот составляют в основом суда водоизмещающего типа с движителями, расположенными в кормовой части.

Но насколько это рационально? Исследования последнего времени показали, что в районе кормы возникает зона пониженного давления, в то время как на носовую часть действуют соответствующие силы лобового давления. Преодолевая его и раздвигая массу воды, корпус судна создает систему волн, приводящую к появлению мощного дополнительного сопротивления. Да добавьте к этому еще и силы трения. Получается, что развитие скорости требует значительных энергетических затрат: на одну лошадиную силу приходится порядка трех литров дизельного топлива в час.

Конечно, кораблестроители ищут способы снижения сопротивления движению судов. И некоторых результатов им удается добиться путем совершенствования формы корпуса. Например, практически все современные суда имеют характерные «наплывы» на носу. Они, как показала практика, позволяют экономить примерно 5 % топлива. Но этого, конечно, мало…

Не толкать, не тащить…

Недавно специалисты санкт-петербургского Физико-технического института им. А. Ф. Иоффе предложили пересмотреть традиционные подходы в судостроении и расположить движители в носовой части судна.

Такое техническое решение в легковом автомобилестроении дало возможность упростить конструкцию авто, отказавшись от длинного карданного вала, а также повысить управляемость. Ну, а что даст такой подход судостроителям?

В новой конструкции движители располагаются в носовой части корпуса (см. рис.). При этом на пути корабля возникает специфический прогиб водной поверхности, создающий зону пониженного давления, что приводит к появлению сил кормового давления, помогающих движению. Таким образом, снимается принципиальное ограничение скорости, обусловленное сопротивлением волн. «Переднеприводные» суда, как обещают питерцы, смогут не ходить, а бегать со скоростью более 100 км/ч.

Новый технический подход, по мнению разработчиков, применим как на скоростных катерах малого размера, так и крупных транспортных судах. Военные корветы и фрегаты можно будет сделать более скоростными и потому менее заметными для радаров противника. Энергозатраты же при этом снизятся вдвое — до 1,5 литра дизельного топлива на одну лошадиную силу в час. Это позволит уменьшить вредные выбросы в окружающую среду. А повышение маневренности судов позволит избежать многих аварий.

Правда, от теории до практического воплощения замысла лежит еще долгая дорога. Исследователи только закончили обоснование физических эффектов. Необходимо еще провести эксперименты на полномасштабных моделях и натурные испытания.

Схема движения судна с носовым движителем. Как видите, появляются дополнительные силы, обеспечивающие такому судну более высокую скорость при той же мощности двигателей.

В проекте у российских корабелов значатся и катамараны военного назначения.

На старте — полимараны

Тем временем еще один интересный пример для творческого осмысления кораблестроители получили от авиаторов. Помните, авиация начинала свой путь с создания трипланов и бипланов. Зафиксированы даже случаи построения аэропланов с четырьмя парами плоскостей, расположенными друг над другом, как полки в этажерке.