Смирнов Г.В. - Рожденные вихрем (1107599), страница 22
Текст из файла (страница 22)
В пассажирском судостроении это наблюдение Фруда стало началом долгой эволюции, увенчавшейся в наши дни появлением носовых и кормовых бульбов. Еще в 1873 году во время испытаний «Грейхаунда» У. Фруд придумал способ оценить силу воздушного соп. ротнвления этого корабля — по его подсчетам, она оказалась равной 150 кг при скорости ветра 15 узлов. Проведя подобные измерения и на ряде других кораблей, он вывел простую формулу для оценки аэродинамического сопротивления надводной части корабля. После смерти отца, работая в Хасларе, Р. Фруд провел испытания на моделях в аэродинамической трубе и убедился, что точность формулы отца — 2,5"и, в то время как точность модельных испытаний не на много выше — 2%1 Главным вкладом Фрудов в теорию корабля было, конечно, исследование сложных волновых процессов, связанных с движением судна.
Именно они установили, что кроме носовых волн около корабельного корпуса возникает такая же, но менее ярко выраженная система кормовых волн, которые в отличие от носовых распространяются не по гладкой поверхности, а по поверхности, взволнованной носовой частью корабля. Ясно, что величина волнового сопротивления корпуса зависит от суммарной системы, образуемой наложением носовых и кормовых волн. Расходящиеся носовые волны при правильном прямолинейном движении корабля никогда не накладываются на кормовую систему. Такое наложение возможно только для носовых поперечных волн.
В зависимости от скорости судна и от длины его корпуса носовые поперечные волны, взаимодействуя с кормовыми, могут либо усиливаться, либо ослабляться. Все определяется тем, куда ляжет первый гребень носовой поперечной волны — на гребень или на впадину кормо- вой. Таким образом, волновое сопротивление должно по мере увеличения скорости периодически возрастать и убывать, н на кривой сопротивления должны быть «горбы» и «провалы». И с помощью моделей Фруды действятельно обнаружили подобные колебания.
Во время испытаний «Грейхаунда» У. Фруд столкнулся еще с одной важной н интересной проблемой. Действительное сопротивление этого корабля оказалось выше, чем вычисленное по испытаниям модели. Фруд заподозрил, что причины несоответствия — недостаточная глубина в месте испытания корабля.
Он стал исследовать модели в бассейне с ложным дном, имятирующим мелководье, н достиг прекрасного соответствия модельных н натурных цифр. Но проблема оказалась гораздо сложнее и глубже, и это исследование Фруда положило начало разработкам, которые проводились в опытовых бассейнах в течение ряда последующих лет. В 1900 году майор итальянского флота Дж. Рота— впоследствии известный гидродинамик и кораблестроитель — опубликовал статью, где подверг сомнению результаты самых достоверных натурных испытаний новейших миноносцев, которые были проведены на мерных милях Италии, Франции и Англии.
В обоснование своего мнения он приводил любопытные данные собственных модельных экспериментов в опытовом бассейне в Специи. Они свидетельствовали: волновое сопротивление на мелкой воде гораздо больше, чем на глубокой. При скорости 18 — 26 узлов недобор скорости из-за малой глубины мог достигать 2 — 3 узлов, то есть 7 †1 1 То, с чем впервые при испытаняях «Грейхаунда» столкнулся У. Фоуд, тридцать лет спустя стало встречаться повсеместно.
С резким увеличением волнового сопротивления на мелкой воде русские моряки столкнулись в 1885 году прн испытаниях минного'крейсера «Лейтенант Ильин». В 1894 году это явление на натурном миноносце изучал капитан датского флота А. Расмусен, а в !904 году — немецкие кораблестроители.
В 1902 †19 годах обширные натурные испытания миноносцев типа «Ривер» затеял английский предприниматель Г. Ярроу, выводы которого была подтверждены модельными экспериментами в опытовом бассейне Севера-Германского Ллойда в Бремерхафене. И в результате такой интенсивной исследовательской деятельности было сделано одно из самых неожи- 110 Рнс. 34. Системы волн, образующвхся за корпусом корабля на мелководье.
Пря скоростях, меньших критической для даняой глубины, возянкают обычные носовые я кормовые расходящяеся волны н поперечные волны (внизу). Прн доствженнн крнтнческой скоростн за кормой двнщется одна огромная поперечная волна, сопротввленве корпуса резко возрастает (средняя схема). Превысвв крнтнческую скорость, корабль двныется по мел. ководью легче, чем по глубокой воде: поперечные волны нсчезают н остаются только носовые я кормовые расходящпеся волны (верхняя схема) данных открытий в области корабельной гидродннамики. Оказалось, что при движении кораблей на мелководье потокам, обтекающим корпус, труднее проходить между днищем судна и дном моря, поэтому они «выжимаются» из этого стесненного пространства и, обтекая корпус вдоль бортов,'увеличивают здесь скорость. В результате такого повышения скоростей возрастают перепады давления, н судно на мелководье проявляет большую склонность к волнообразованию; чем на глубокой воде.
Причем чем меньше глубина, тем резче н раньше нарастает сопротивление. Но оказалось, что на кривой сопротивления для мелкой воды тоже есть ярко выраженный «горб»: при некоторой критической скорости корабль приобретает ненормально высокое сопротивление, но стоит ему превзойти ее — и сопротивление быстро уменьшается. Причем все эти изменения сопротивления сопровождаются весьма эффектными метаморфозами волновой системы, порождаемой судном при переходе на мелкую воду. Когда оно идет по глубокой воде, за ним образуются носовые и кормовые расходящиеся и поперечные волны. Но вот глубина начинает уменьшаться, дно все сильнее и сильнее влияет на образование волн: они становятся при неизменной скорости хода все длиннее, пока, наконец, при некоторой критической глубине их длина не станет «бесконечной». В этот момент за кормой возникает одна огромная поперечная изолированная волна... Если после этого корабль переходит на еще меньшую глубину, то он попадает в условия, где поперечные волны вообще не могут существовать.
Изолированная волна быстро отстает и остаются толькое носовые и кормовые расходящиеся волны, и сопротивление становится ниже, чем на глубокой воде! Чтобы при всех этих переменах сохранить скорость корабля постоянной, командир должен сначала увеличивать мощность машин, которая достигает максимума при возникновении одиночной волны. А после того как она исчезнет, мощность машин надо уменьшить, Так, спустя несколько десятков лет быстроходные миноносцы на мелкой воде продемонстрировали морякам эффект переносной волны, с которым некогда Скотт Рассел столкнулся на судоходных каналах...
Ведь соотношение между критической скоростью и глубиной для мелкой воды оказалось точно таким же, как для пе- 112 реносной волны на каналах: скорость эта пропорциональна корню квадратному из глубины. Это замечательное открытие имело важное практическое значение. Оно показало, что для каждого корабля существует ряд не зависящих от размеров судна критических глубин и скоростей, при которых сопротивление аномально велико. В опытах Ярроу, например, для миноносца в бОО т наибольшая мощность требовалась при скорости 19 узлов на глубине 5,8 м.
Но, преодолев критическую скорость, корабль двигался дальше с пониженным сопротивлением, расходуя мощность машин только на преодоление трения и образование расходящихся волн. Это открытие навело академика А. Н. Крылова на мысль рассчитать критические скорости для типовых кораблей флота и нанести на генеральные карты Балтийского моря изобаты — линии постоянной глубины, соответствующие этим скоростям. «Изучив такую карту и имея ее перед собой, — писал академик, — командир или старший штурман корабля могли бы выбирать курсы и скорости своего корабля так, чтобы не причинять вреда береговым сооружениям.
Вместе с тем им не пришлось бы удивляться внезапным падениям ходкости корабля и приписывать неведомым причинам это естественное и неизбежное явление»... Хотя Фрудам не удалось решить полностью задачи сопротивления, хотя их метод был приложим лишь к сравнительно хорошо обтекаемым корабельным формам и совершенно не годился для оценки сопротивления простейших тел вроде шара или цилиндра, их вклад в теорию корабля неоценим: они устранили главную трудность в проектировании пароходов. И высшим признанием их заслуг можно считать повсеместное распространение опытовых бассейнов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
