aleks070565 (aleks070565) wrote,
aleks070565
aleks070565

Categories:

Летящие по волнам

Проблема волнового сопротивления или летящие по волнам

ХХ век стал прорывным во множестве областей технического прогресса, в частности в увеличении скорости движения транспортных средств. Для наземных средств передвижения скорости эти выросли в разы, для воздушных — на порядки. А вот на море человечество упёрлось в тупик.

Основной качественный скачок произошёл ещё в ХIХ веке, когда вместо парусных судов появились паровые. Но очень скоро выяснилось, что основным ограничителем скорости для морских судов является не слабость энергетической установки, а сопротивление воды. В итоге рекорд скорости, установленный русским эсминцем «Новик» 21 августа 1913 года (37,3 узла), стал фактически пределом мечтаний для крупных водоизмещающих кораблей (напомним, что узел — это одна морская миля, то есть 1852 м/ч).


Проблема волнового сопротивления или летящие по волнам


Этот рекорд побили, конечно. Перед Второй мировой очень быстро носились по Средиземному морю итальянские и французские лидеры и эсминцы, добираясь иногда аж до 45 узлов. Побил рекорд «Новика», завоевав в начале 1950-х «Голубую ленту Атлантики», американский лайнер «Юнайтед Стейтс» (38,5 узла). Но даже эти скорости достигались считанным количеством кораблей и на очень коротких дистанциях. В целом же для боевых кораблей максимальная скорость и сегодня редко превышает 32 узла, а крейсерская скорость (на которой достигается максимальная дальность плавания) всегда была ниже 30 узлов. Для транспортных судов и 25 узлов было уникальным достижением, большинство из них до сих пор таскаются по морям со скоростями, не превышающими 20 узлов, то есть менее 40 км/ч.

Появление дизельных, газотурбинных, даже ядерных двигателей в лучшем случае давало прибавку в скорости на несколько узлов (другое дело, что дизели и ядерные энергетические установки позволили резко повысить дальность плавания). Волновое сопротивление вставало стеной. Важнейшим средством борьбы с ним стало увеличение отношения длины корпуса корабля к его
ширине. Слишком узкий корабль, однако, обладал плохой остойчивостью, в шторм он мог легко перевернуться. Кроме того, в узкий корпус трудно было запихнуть разнообразные системы и механизмы. Поэтому только некоторые эсминцы за счёт узости корпусов установили свои рекорды скорости, тенденцией это не стало даже для боевых кораблей, а для грузовых судов сужение корпусов было неприемлемо в принципе.

Авиация практически полностью заменила морские суда в плане пассажирского сообщения, но вот что касается грузовых перевозок, то почти все они до сих пор приходятся на водный и железнодорожный транспорт. Грузоподъёмность для самолётов остаётся почти таким же критическим вопросом, как скорость для судов. Поэтому инженеры продолжают биться над решением обеих проблем.

Для коммерческого судоходства проблема низких скоростей в значительной степени нивелируется большим количеством судов на линиях. Если танкеры (контейнеровозы, банановозы, лесовозы и т. д.) выходят из пункта А ежедневно, то и приходить в пункт Б они будут ежедневно независимо от скорости каждого отдельного судна. Главное, чтобы хватало судов для поддержания такого графика.

Для ВМС скорость, разумеется, гораздо важнее. И для боевых кораблей (тут объяснения, пожалуй, излишни), и для транспортных и десантных судов, перевозящих войска. Причём последнее сейчас, когда войны приобрели глобальный размах, стало важнее первого, тем более что для боевых кораблей некоторой компенсацией собственной низкой скорости стало наличие ракетного оружия: ракета догонит кого угодно.

Поскольку нерешаемость проблемы волнового сопротивления стала понятна давно, то, наряду с погоней за единицами узлов за счёт улучшения обводов корпуса и формы винтов, усиления энергетических установок на обычных кораблях, начался поиск чего-нибудь необычного.

Ещё в конце XIX века был открыт эффект действия подъёмной силы на пластину, буксируемую под водой под небольшим углом наклона к горизонту. Этот эффект аналогичен аэродинамическому, действующему на крыло самолёта и позволяющему ему летать. Поскольку вода примерно в 800 раз плотнее воздуха, площадь подводного крыла могла быть во столько же раз меньше площади крыла самолёта. Если поставить на крылья судно, то при достаточно большой скорости подъёмная сила поднимет его над водой, под ней останутся   только крылья. Это позволит в разы снизить сопротивление воды и, соответственно, повысить скорость движения.

Первые опыты с судами на подводных крыльях проводились во Франции и Италии, но наибольшего развития они достигли в СССР. Главным конструктором таких судов стал Ростислав Алексеев, который возглавил соответствующее ЦКБ в Горьком. Был создан целый ряд пассажирских судов и боевых катеров на подводных крыльях. Однако быстро выяснилось, что водоизмещение судов на подводных крыльях очень ограниченно. Чем оно выше, тем больших размеров и массы должно достигать подводное крыло и тем мощнее должна быть энергоустановка. Из-за чего даже фрегат на подводных крыльях создать практически невозможно.

В итоге дело не пошло дальше «пригородного транспорта» — «Ракет», «Комет» и «Метеоров» — и некоторого количества боевых катеров на подводных крыльях. Для ВМФ СССР и погранвойск было построено 2 противолодочных корабля на подводных крыльях, 16 сторожевых катеров, 18 ракетных катеров. Большинство из них сейчас уже списано.

За рубежом катера на подводных крыльях также развития практически не получили. Сейчас все они, кроме японских, списаны. В целом для ВМС всего мира КПК оказались тупиковой ветвью развития.

Несколько более перспективными стали корабли на воздушной подушке (КВП). Эта самая подушка создаётся путём нагнетания вентиляторами сжатого воздуха под днище корабля, благодаря чему корабль поднимается над водой и волновое сопротивление  исчезает полностью. Что позволяет не только развивать огромную скорость (50—60 узлов), но и выходить на сушу.

Наибольшее развитие корабли на воздушной подушке получили опять же в СССР (начиная с 1920-х годов). Вскоре выяснилось, что для таких кораблей существует почти та же коренная проблема, что и для кораблей на подводных крыльях — их полезная масса не может быть большой. Для поддержания на весу тяжёлого корабля нужно ставить очень мощные вентиляторы. А для движения корабля нужны огромные и мощные воздушные винты, занимающие очень много места и чрезвычайно уязвимые в бою.

В итоге область применения таких кораблей оказалась весьма ограниченной. В СССР построили довольно много десантных кораблей на воздушной подушке (ДКВП) различных типов. Очень уж привлекательной казалась возможность, благодаря способности таких судов выходить на берег, высаживать десант «не замочив ног». Правда, их десантовместимость была довольно ограниченной, а уязвимость от огня даже стрелкового оружия — чрезвычайно высокой. Особенно уязвимыми были именно воздушные винты.

В конце концов как отечественные, так и зарубежные конструкторы пришли к мысли заменить резиновую «юбку»,  поддерживающую воздушную подушку, на жёсткие пластины, называемые скегами. Они значительно лучше «юбки» удерживают воздух внутри подушки, что позволяет увеличить массу корабля. Кроме того, поскольку скеги входят в воду, на них можно устанавливать гребные винты или водомёты, убрав с палубы корабля громоздкие и уязвимые воздушные винты. При этом сопротивление скегов, конечно, больше, чем у «юбки», но гораздо ниже, чем у подводных крыльев. Единственный их недостаток — корабль лишается возможности выйти на сушу. Поэтому скеговые КВП целесообразно строить в варианте ударных кораблей или тральщиков. В последнем случае выгода в том, что чем меньшая часть корабля находится в воде и чем выше его скорость, тем меньше шанс подорваться на мине. Недостаток этих кораблей — слабая ПВО и, главное, крайняя сложность в эксплуатации.

Хотя корабли на воздушной подушке и перспективнее кораблей на подводных крыльях, но и они никоим образом проблему скорости не решают из-за множества описанных выше ограничений, а также дороговизны и сложности в эксплуатации.

с
Tags: Военное, Историческое
Subscribe
  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your IP address will be recorded 

  • 0 comments