Меркулов В.И. - Гидродинамика знакомая и незнакомая, страница 8

Применительно к рассматриваемому случаю он выражается в том, что если одни лопатки протолкнули воду в канал и обеспечили отсутствие возмущения в набегающем потоке, то такие же лопатки на выходе из канала, но работающие и обращенном режиме, обеспечат согласование вытекающей воды со спутным невозмуЩенным потоком, 98 И если передние лопатки работали в насосном режиме и требовали подвода мощности, то задние лопатки будут работать в турбинном режиме н требовать отвода такой же мощности, Управлякнцне воздействия, приложенные к воде на входе и выходе из канала, делают возможным не- возмущающее движение тела в жидкости.

В традициоииой теории корабля такие условия не рассматриваются н такие течения не дос- тигаются. Математическое моделирование описанного течения не вызвало никаких трудностей, Однако прн физическом моделировании и тем более при выдаче рекомендаций для практики мы должны учесть еще и требо- ванне простоты инженерной реализации. В испытанной яами модели судна с малым волновым сопротивлением вместо двух управляющих меха- низмов использовался адин судовой движитель (в данном случае гребное колеса), расположенный между корпусами в самой узкой части канала. Верхняя стенка канала отсутствовала и заменялась свободной поверхностью.

Как видим, исходная модель претерпела значительные изме- ' Однако подбором режима работы движителя мы могли добиваться условия, прн котором весь обьем жидкости, приходящийся против входного сечения, проходил в канал. Кроме этого, движитель компенсировал гидравлические потери канала и, само собой разумеется, выполнял свои прямые функции: создавал дополнительный импульс, необходи- мый для движения. Испытание такой модели позволило,.если говорить в целом, убедиться в правильности теоретических рекомендаций, Не менее инте- ресными являются и частные наблюдения.

На свободной поверхности возникают носовые волны от каждого корпуса, которые входят в межкорпусный канал. При определанном режиме движения и работы движителя эти волны . интерфернруют между собой, а также с волной, возбуждаемой движителем, и внешний поток остается практически навозмущенн ым. Нетрадиционными оказываются и условия работы движители. Понижение уровня иоды перед движителем н увеличение уровня воды после движителя привела к появлению тяги на корпус, которая превосходи' ла тйгу на движителе н сопротивление корпуса, вместе взятые Такой режим, который наблюдался только при малых скоростях, эффективно использовать для бук- сиров-толкачей, так как- он позволяет значительно увеличить тягу, а, следовательно, и КПД бук сира.

В главе «Гидродинамическне машины~ мы рассказали, каким образом создается тяга гребным винтом. Те же законы применимы н в рассматриваемой конструкции, если только корпус судна считать насадком винта. Ометаемую площадь винта при этом следует определять по площади выходного сечения межкорпусного канала, а' требуемую тягу определять только по сопротивлению внешней поверхности корпуса. Так как ометаемая площадь в этом случае будет большая, а сопротивление малым, то и приращение скорости после винта должно быть малым. Отсюда следует высокий КПЛ движительного комплекса, ',~г~~ .г,"~~-;,~~ ' ~~~ ~ ',~ .у '~1~ ' ~...~ ~ .*: 1-. ", ~1', " ' ~., ',:~1~,~ „,',„'~с . 1, в.

Л~ ~ ил~ ' ':.. ~':!т ~~. ' .'й~ 'ы!. ' ..к1~ '~' '.'1 ."~ И:-.4 4 .',Ь~~ ° ! ~~: '.:А'. ~~'~:'1 °: г~.,;д~с~' у Ъ1,: „~ ~~)~,:,...-~! ~.,„~ 1~', ~:,': ',:~,; '$! 1 ),~'Ц ~ и ™.,*:,.~:~' ~л 1~',6 1Ии .0й,+ ~ "..; ): К ~!: '.::.~', . ~ '.*,'~,": '*:~ й .. ~-~,,*',"'., ~';.,",''..'"" р Ф ДЯ'Ъ: Р) у 'Лл(. ' 'с' .Л1.:к 1.:4 !! я м,) ~; $. в. и.

меркулов энергия такой .струи — зто и есть потерянная энергия. У рыб и дельфинов струя, образованная вихрем, очень широкая, и необходимая тяга образуется уже при малой скорости в этой струе. Мала и потерянная мощность. Эти достоинства позволяют морским животным развивать большие скорости, Тело у ннх веретенообразное и малоподвижное. Мощная мускулатура заставляет колебаться довольно жесткий хвостовой плавник с большой частотой. Заметим, что возможно и комбинированное использование двух типов движителей, В минуту опасности работает весь плоский корпус, обеспечивая большую тяговую силу.

В спокойном состоянии работает только хвостовой плавник как наиболее экономичный движитель. У читателей, увлекающихся подводным спортом, может возникнуть вопрос, как усовершенствоватьь ножные ласты для человека Выпускаемые в настоящее время ласты являются комбинацией гибкой пластинки и иашущего крыла. Причем достоинства обоих движителей используются слабо, Появившиеся в последнее время длинные моно.

часты несколько улучшили тягу за счет использования гибкой пластинки. Проведенные исследования показали, что ласты типа ~машущее крыло» будут намного более эффективными. Однако устройство их более сложно. В то время как гибкую пластинку можно изготовить нз пассивных упругих элементов подходящей жесткости, машущее крыло требует механизма принудительной перекладки в крайних верхнем и нижнем положениях. СЕКРЕТЫ БОЛЬШОЙ СКОРОСТИ Итак, мы убедились, что водные животные обладают различными, подчас совершенныии„ механизмами создания тяги.

Однако это нисколько не отвечает на вопрос, который возникает в связи с парадоксом Грея Ведь движитель' служит лишь средствам превращения мускульных усилий в тягу, необходимую для движения Каким бы совершенным ни был этот движитель, он не может иметь КПД выше 100%, Чтобы быстро двигаться, нужно иметь либо большую мощность, либо малое сопротивление. Большую мощность рыба не может иметь по физиологическим причинам; значит, она должна обладать значительно меньшим сопротивлением, чеи ее твердая модель, сопротивление которой наи известно, Первое, в чем обычно ищут объяснение большим скоростям водных животных,— это их форма, Действительно, форма быстроходных рыб н млекопитающих весьма совершенна.

Характерно, что хотя рыбы и млекопитающие сильно различаются по своему происхождению и физиологическим признакам, одинаковые условия плавания привели к большому сходству нх внешних Форм, Опережая вопросы чи тателя, скажем, что судостроители в полной мере использовали опыт живой природы. Если подводные лодки времен второй мировой войны имели большую длину, отношение которой к диаметру достигало 11 — 1.3, то современные лодки имеют форму, близкую к форме тунца, с отношением длины к диаметру 5 — 6.

Однако хотя оптимальная форма и позволяет уменьшить расход мощности и увеличить скорости подводных лодок, экономичность и скорость плавания водных животных остались недостигнутыми. Ведь с Гр,око ор р выше„относится именно к этим ' оптимальным формам.

В чем же может быть секрет быстрого плавания7 Напомним, что течение вязкой жидкости может быть двух типов: слоистым (ламинарным) и турбулентным, с бурным переыешиваниеи слоев. Легко понять, что яо втором случае гидроди. наыическое сопротивление движе- иию будет значительно больше, Каким путем можно предотвратить переход ламинарного течения в тур- булентное7 Один из эффективных путей — это введение полимерных добавок, изменяющих физические свойства жидкости. Действие полимерных добавок может быть дво- яким. С одной стороны, добавки могут уменьшить вязкость жидкости в п1зистеночнои слое, а' с другой— длинные молекулы полимеров спо- .

собиы воспрепятствовать мелкомасштабным возмущениям, которые характерны для турбулентного течения. Важным свойством полимерных добавок является то, что ' .указанный эффект они вызывают при весьма низких концентрациях ЛО з — 10 ~%). Добавка такого полимера в охлаждающую жидкость радиатора уменьшает сопротивлениее на 70%. Вращающийся в жидкости диск при наличии полимерных добавок . испытывает на 60% меньшее сопротивление. Все эти экспериментальные : данные позволяют считать слизистое покрытие многих костистых рыб эффективным средством снижения гидродннамического сопротивления. Если к тому же 'принять во внимание, что молекулярный вес слизистых выделений значительно больше чем у испы таиных человеком синтетических полимеров, и способ подачи слизи в пристеночный слой более совершенен, чем в опытах, то можно предположить, что рыбы достигают большего эффекта.с меньшим расходом вещества, чем это осуществлено в опытах.