Анализ особенностей формообразования водных организмов и отражение этих особенностей в подводных средствах движения.

Еще совсем недавно человек с завистью смотрел на птиц, которые с легкостью покрывают большие расстояния.

Но человек не напрасно носит свое громкое имя. Он научился летать быстрее и дальше птиц.

Значительно хуже обстоят дела с подводным плаванием. Здесь созданные человеком устройства уступают водным животным, как по абсолютной скорости, так и по экономичности.

Приведем некоторые данные по скорости плавания: дельфин – 15-18 м/с; тунец – 25 м/с; рыба-меч – 35 м/с. Самая современная подводная лодка с мощностью атомных двигателей в десятки тысяч киловатт развивает скорость лишь 15-16 м/с

В последнее время проблема резкого повышения скорости хода подводных тел и связанная с ней чрезвычайно трудная проблема существенного снижения гидродинамического сопротивления этих тел приобрела особое значение. Для разработки указанных проблем ученые и инженеры, кроме привлечения обычных методов, все чаще начали обращаться к изучению биологии живых существ, обитающих в водной среде, особенно к раскрытию и использованию законов их движения.

В бассейне Мирового океана, который включает в себя все соленые воды океанов и морей, и пресные воды озер и рек, содержится бесчисленное множество разнообразных водных животных, таких как рыбы, китообразные, головоногие моллюски. Они находятся в воде всю жизнь, совершают длительные океанские переходы по несколько тысяч миль и являются настоящим проводниками. В процессе естественноисторического развития в течение десятков миллионов лет у этих животных вырабатывались свои особые приспособительные функции и органы для подводного движения и преодоления гидродинамического сопротивления воды. В определенном смысле названных подводных обитателей можно рассматривать как объекты «природной гидродинамической лаборатории».

Поскольку вода в 800 раз плотнее воздуха, у движущегося в воде организма всякий выступ, всякая неровность на теле создают сопротивление еще более ощутимое, чем у птицы в воздухе. Поэтому у быстро плавающих организмов – рыб: тунца, скумбрии, марлина и других – тела удивительно обтекаемой формы, спереди заостренные, быстро утолщающиеся до максимального диаметра и затем изящно сужающиеся к двухпластному симметрическому хвостовому плавнику. Обращает на себя внимание то, что как показал наш анализ, у тунцов профиль приближается к ламинаризованному даже при малом относительном удлинении тела (без хвостового плавника – около 3,6, т.е. со значительной толщиной 28%) (ил. 3). Есть основания полагать, что два ряда дополнительных малых плавников за миделевым сечением тунца образуют гидродинамическую решетку, предназначенную для управления потоком в диффузорной части, где он поступает на мощный хвостовой плавник.

Строители современных подводных лодок в полной мере оценили весьма совершенные обводы водных животных и стали копировать их форму, создавая свои аппараты.

Американская фирма «Лорал Электроникс» в 70-х годах выпустила одноместную автономную лодку Т-14. Профиль лодки близко контуру обыкновенного тунца. Ее размеры относительно невелики: длина 2м 90см, ширина наибольшая, включая стабилизаторы, 1м 20см. (Для сравнения, максимальная длина обыкновенного тунца составляет 4 м). Корпус лодки сделан из алюминие-магниевого сплава, а прозрачный фонарь в носовой части – из плексигласа.

По скоростным характеристикам Т-14 намного отстает от тунца:

скорость лодки Т-14 – 2м/с

скорость обыкновенного тунца – 30м/с.

(Но с данной скоростью обыкновенный тунец может плавать непродолжительное время).

Лодка проходит под водой 12 км (запас в электроэнергии в аккумуляторной батарее обеспечивает работу электродвигателя и других устройств (фара, кинокамера) в течение примерно 2 часа).

Управление маневрами осуществляется с помощью расположенных в корме вертикального и двух горизонтальных рулей им двух наклонных стабилизаторов. Стабилизаторы имеют наклон в 45° к горизонту и примерно 30° в корму и установлены на амортизаторах, отводящих их назад, оберегая тем самым при столкновениях с препятствиями. Рулевая система обеспечивает лодке высокую маневренность, причем маневры могут выполняться сравнительно на небольшом пространстве.