Модель буксируют по каналу несколько раз. И каждый раз замечают показание самопишущего прибора, а также скорость движения.
А потом, с помощью особых расчетов, переходят от величины сопротивления модели к сопротивлению самого судна. По найденной величине сопротивления уже нетрудно определить по особой формуле, какой мощности двигатель надо поставить на судно, чтобы оно имело заданную скорость. А если потребуется чрезмерная мощность, — это означает, что размеры и форма корпуса судна выбраны неудачно.
Тогда все начинается снова: исправляют теоретический чертеж, изготовляют новую модель и опять гоняют ее в бассейне.
Иногда неудача проектировщика обнаруживается уже в начале испытаний, когда модель только начинает двигаться. Вестник такой неудачи — волны, разводимые моделью. Если они слишком велики, можно испытаний не продолжать. Для испытателей и так ясно, что выбранные размеры и форма корпуса судна неудачны.
Как видите, испытание модели судна — дело сложное и кропотливое, особенно при разработке проекта нового судна, не похожего на ранее построенные. Тогда приходится много раз переделывать модель, пока не получатся нужные формы корпуса судна.
Академик А. Н. Крылов рассказывал, что при выборе размеров и обводов корпуса линейного корабля типа «Севастополь» в опытовом бассейне прогоняли двадцать различных моделей. А сначала хотели использовать модель уже построенного броненосца «Андрей Первозванный».
Дальнейшие испытания показали, что могло получиться, если бы испытатели остановили свой выбор на модели броненосца «Андрей Первозванный», не продолжали работать над улучшением обводов корпуса нового корабля. Иначе говоря, что получилось бы, если бы корпус линейного корабля «Севастополь» построили по теоретическому чертежу «Андрея Первозванного»? Получилось бы то, что на линейный корабль «Севастополь» пришлось бы поставить главные механизмы в два раза мощнее тех, которые поставили на самом деле. И в этом убедились только после того, как испытали два десятка различных моделей. Вот насколько важно испытание моделей судов в опытовом бассейне.
Для испытания моделей судов на поворотливость существует еще один тип опытовых бассейнов. Эти бассейны не прямоугольной, а круглой формы. Иногда они устраиваются на открытом воздухе.
Здесь мчатся и поворачиваются во все стороны большие самоходные модели, управляемые по радио. Причудливые их движения снимаются на кинопленку. Самопишущие приборы отмечают углы перекладки руля, скорость хода и крен, а также силу, действующую на руль. После этого определяют, как отразится на поворотливости судна перекладка руля на различные углы при разных скоростях хода, а также рассчитывают необходимую мощность рулевой машины.
Способ испытания моделей в бассейне существует в нашей стране свыше восьмидесяти лет. Инициатором постройки первого в России Петербургского опытового бассейна в 1892 году был великий русский ученый Дмитрий Иванович Менделеев.
Дмитрий Иванович Менделеев.
Этот бассейн, в котором работал и академик Крылов, сыграл огромную роль в развитии русского кораблестроения.
Для быстроходных судов приходится считаться не только с сопротивлением воды. При разработке проектов таких судов учитывают также воздушное или ветровое сопротивление, которое создает в море встречный ветер.
Испытательная тележка опытового бассейна.
Для особо быстроходных судов воздушное сопротивление определяют таким же способом, как для самолетов, то есть продувкой модели судна в аэродинамической трубе. Вот теперь становится понятным, почему на быстроходных пассажирских судах надстройкам придают плавную обтекаемую форму, хотя они и не погружены в воду. Так вот сколько хлопот создает конструкторам увеличение скорости судна!
Однако удачный выбор размеров и формы корпуса судна немного помогли росту его скорости. И конструкторы стали обращаться к примерам живой природы. Им в первую очередь помогли дельфины со своей огромной скоростью — до 40 километров в час. Недавно был раскрыт секрет такой быстроходности. Заключается он не только в удобообтекаемой форме туловища дельфина, но и в строении его кожи.
У кожи дельфина два слоя: наружный — тонкий, очень эластичный и лежащий под ним толстый — в виде шипов. Внутри шиповидного слоя густая сеть упругих волокон, а между ними всюду налит густой жир. Такое строение кожи помогает дельфину вдвойне: предохраняет его от холода и дает возможность плавать, почти не испытывая сопротивления воды. Когда животное движется, вокруг его тела возникают лишь небольшие струйки и они не переходят в вихревые волны. Почему же так?
Дело в том, что кожа дельфина действует как упругая подушка. Жировое вещество в каналах нижнего слоя кожи является как бы амортизатором. Если обтекающие судно потоки воды попытаются перейти в волны, ничего из этого не выйдет. Они будут погашены с самого начала упругой кожей дельфина.
Ученые всячески стремятся использовать такое замечательное свойство дельфиньей кожи, чтобы повысить скорость судна. Уже удалось создать такую искусственную кожу, правда, для судов небольших размеров. Представьте себе трехслойную резиновую оболочку с большим количеством внутренних каналов, заполненных амортизирующим веществом. Оболочку натягивают на корпус судна. Испытания судна с резиновой «рубашкой» позволили почти наполовину снизить волновое сопротивление воды. И все же это небольшой прирост скорости.
Есть еще один путь повышения скорости, и более эффективный. Это увеличить как можно больше мощность судовых двигателей. На крупных военных кораблях и океанских лайнерах установлены двигатели, обладающие колоссальной мощностью — до 200 тысяч лошадиных сил. Такие корабли плавают со скоростью до 80 километров в час. Ставить такие двигатели на обычные грузовые и пассажирские суда — это все равно, что возить топливо для них. Для грузов и пассажиров, пожалуй, места не найдется. Выход из положения один — сделать так, чтобы с водой соприкасалась как можно меньшая поверхность корпуса судна. Тогда крепко сократятся заботы о сопротивлении воды.
Видели ли вы, как по воде стремительно несется катерок, задрав кверху свою носовую часть. Больше половины его корпуса движется в менее плотном воздушном пространстве. У катерка близ середины днища имеется поперечный уступ — редан. Он и помогает суденышку подниматься в воздух носовой частью. Это — глиссер, который широко применяют при прогулках и спортивных соревнованиях. Пытались строить и пассажирские глиссеры. Был такой глиссер «Экспресс» и в нашей стране — еще до войны. Он развивал скорость 95 километров в час, перевозя за один рейс 120 пассажиров.
Но глиссеры не получили широкого распространения. И главным образом потому, что они очень плохо ведут себя на волне. Стоит глиссеру встретить даже небольшое волнение, происходит что-то удивительное: он прыгает, проваливается между волнами, теряет скорость. Более удобными для плавания оказались суда на подводных крыльях.
Крылатые суда
Это произошло 75 лет назад в Париже. На набережной Сены собралась толпа парижан. Люди следили за движением по реке небольшого судна. Суденышко не шло, а стремительно мчалось с необычной для того времени скоростью. Но и это не все. Поражало и другое: корпус суденышка не плыл, а как бы парил над поверхностью воды. Что за сила приподнимала корпус катерка над водой? Потом оказалось, что владельцу этого диковинного суденышка — русскому изобретателю Ламберу — удалось поднять корпус суденышка с помощью подводных крыльев. Они были укреплены под днищем Почему же крылья создали такую подъемную силу?
Давайте вспомним, как ведет себя запущенный ввысь воздушный змей. Чтобы он поднялся в воздух, его поверхность надо наклонять под углом — навстречу ветру. В этом случае говорят, что создается угол атаки. Подводные крылья также устанавливают под небольшим углом атаки к встречному потоку воды. Этот поток разделяется у лобовой части крыла, обтекая его снизу и сверху. Позади крыла частицы разделенного потока должны сомкнуться. Но прежде им приходится пройти по нижней и верхней части крыла пути в разных условиях. Ведь форма крыла особенная: сверху она более длинная и, выпуклая, а снизу — вогнутая и короткая Нижняя часть крыла получает давление воды, направленное снизу вверх, вроде того, что образуется на редане глиссера.
