ДОРОГИЕ РЕБЯТА!
Этой книжкой я хочу помочь вам построить свою пионерскую флотилию.
Для чего она нужна? Туристские походы по чудесным голубым дорогам и неизведанным водным тропам нашей Родины — разве это не стоит того, чтобы заняться строительством флотилии? А гонки на байдарках, шлюпках, парусниках и моторных лодках? Сколько радости доставляют они и участникам, и зрителям!
Хочу только предупредить вас, чтобы вы всегда строго придерживались правила: не умеешь плавать — в лодку не садись!
Помнить об этом надо не потому, что самодельное судно хуже какого-либо другого, а потому, что на воде могут быть всякие неожиданности, и все пассажиры должны уметь хорошо плавать.
Автор
Рисунки по эскизам автора выполнены Г. В. Соболевским
ПУТИ РАЗВИТИЯ СУДОСТРОЕНИЯ
Водный транспорт, пожалуй, один из древнейших видов транспорта. Уже первобытные люди пользовались отдельными бревнами для передвижения по воде. Впоследствии бревна стали связывать в плоты, выдалбливать челны.
Появление весел, а затем паруса дало возможность передвигаться по воде в желаемом направлении на любые расстояния.
Большого искусства кораблестроение достигло более трех тысяч лет назад в Египте, Китае, Финикии, Ассирии, Греции и Риме. Египтяне и римляне водили свои суда со скоростью 18 км/час. Двигателем этих судов была мускульная сила сотен рабов, а движителем — весла.
Парусный флот расцвел в средние века.
Исключительно велики заслуги моряков русского парусного флота. Только в XIX веке они осуществили 42 кругосветных и дальних морских путешествия.
Изобретение парового двигателя совершило революцию на водном транспорте. Моряки перестали зависеть от ветров и течений. Появление же паровой турбины и двигателя внутреннего сгорания позволило строить огромные суда.
Газовые турбины и атомные силовые установки дали новый гигантский толчок развитию водного транспорта.
Водный транспорт был и до сих пор остается очень выгодным: стоимость перевозки грузов по воде в два-три раза дешевле, чем по железной дороге. Однако по скорости перевозок он в последнее время сильно отстал от других видов транспорта. Судите сами: средняя скорость воздушного транспорта около 1000 км/час, наземного — около 100 км/час, водного (речного и озерного) — около 20—30 км/час.
Что же мешает увеличить скорость движения судна? Ведь известно, что мировой рекорд скорости на воде, установленный в 1959 году на специальном спортивном судне «Синяя птица», составляет почти 419 км/час. Почему же скорость обычных судов в пятнадцать—двадцать раз меньше? Чтобы ответить на этот вопрос, рассмотрим, какие суда в настоящее время строятся, в чем их особенности и каковы перспективы развития судостроения.
Все современные суда в зависимости от характера их движения по воде входят в состав следующих основных групп:
а) водоизмещающие (или плавающие);
б) глиссирующие (или скользящие) и
в) летающие (на подводных крыльях).
Особые группы представляют собой суда на воздушной подушке (автолеты) и катамараны (двухкорпусные суда).
Попробуем разобраться, какие силы влияют на движение судов каждой из этих групп.
ВОДОИЗМЕЩАЮЩИЕ СУДА
Водоизмещающие суда, как известно из знаменитого закона Архимеда, плавают за счет силы поддержания, равной весу или, что то же самое, объему воды, вытесненной погруженной частью корпуса. Степень погружения корпуса в воду практически не зависит от скорости перемещения судна.
Продвигаясь, оно «разрезает» толщу воды, расталкивает значительные ее массы и образует довольно большие волны (рис. 1). На это тратится, пожалуй, львиная доля мощности двигателя.
Величина волнового сопротивления зависит от формы судна и скорости его движения. Очевидно, что тупоносое судно вызовет при движении гораздо большие волны, чем остроносое; удлиненное судно испытывает значительно меньшее сопротивление, чем короткое того же водоизмещения. Судно, двигающееся с большей скоростью, вызывает и большую волну.
Помимб волнового сопротивления, движению в воде препятствуют и силы трения. Казалось бы, вода очень подвижна и текуча, однако сопротивление трения в ней достаточно велико, в особенности для шероховатых поверхностей. Вот эти-то два вида сопротивления и создают непреодолимое препятствие для увеличения скорости водоизмещающих судов. Практически и теоретически доказано, что для увеличения скорости такого судна вдвое, мощность его двигателя надо повысить в восемь раз; желание увеличить скорость втрое влечет за собой необходимость установки двигателя мощностью, в двадцать семь раз превышающей первоначальную1.
На деле это значит: если четырехместная моторная лодка водоизмещающего типа развивает скорость 20 кмчас при двигателе 10 л. с., то для того, чтобы она могла идти со скоростью 60 км/час, нужен двигатель в 270 л. с. Очевидно, сделать это просто не удастся, так как вес подобного двигателя превышает грузоподъемность лодки.
В 1913 году в России был построен эсминец «Новик». Он был самым быстроходным кораблем своего времени (70 км/час) и послужил образцом для строительства кораблей такого типа во всех иностранных флотах. С тех пор прошло полвека, а скорость даже самых быстроходных военных кораблей, несмотря на значительно увеличившиеся мощности машинных установок и кропотливую, упорную работу по улучшению формы корпуса, повысилась очень мало. Увеличение скорости водоизмещающих судов натолкнулось на «барьер», преодолеть который, казалось, нет возможности. Однако ум, талант и трудолюбие человека способны преодолевать непреодолимое. Напряженные поиски судостроителей привели к блестящему решению — был создан глиссер.
ГЛИССЕРЫ
В начале движения глиссеры ведут себя так же, как и водоизмещающие суда, но с увеличением скорости до 16 км/час (рис. 2) они всплывают на поверхность и начинают скользить, едва касаясь воды незначительной частью днища. Сопротивление движению резко падает, что позволяет с двигателем той же мощности развивать скорость в два—два с половиной раза большую по сравнению с водоизмещающими судами.
В чем же здесь секрет?
Кто из вас не запускал бумажного змея или не наблюдал, как это делают товарищи? Вы, видимо, заметили, что он поднимается в воздух только в том случае, если его поверхность будет под углом к ветру. Этот угол между поверхностью змея и направлением потока воздуха назвали углом атаки (рис. 3).
Днище глиссера делают в виде пластины, которая во время движения тоже находится все время под углом атаки к встречному потоку, но не воздуха, а воды (рис. 4). На пластину при этом действует сила /?, которую принято называть гидродинамической силой. Она состоит из силы давления D, направленной перпендикулярно к днищу (рис. 5), и силы трения t, действующей по касательной к нему. Результирующую силу можно представить себе разложенной на вертикальную и горизонтальную составляющие. Вертикальная составляющая — подъемная сила Y — стремится вытолкнуть пластину из воды, а горизонтальная — сопротивление X — препятствует движению вперед. Сопротивление, движению глиссирующего корпуса, как и водоизмещающего судна, состоит из силы, необходимой для образования волны, и силы трения, но для скользящего судна эти силы значительно меньше, так как соприкасается с водой только незначительная часть днища.
Подъемная сила, помимо гидродинамической силы, возникающей от встречи наклонной пластины с потоком, включает в себя и Архимедову силу поддержания.
Интересно, что с ростом скорости глиссирования волновое сопротивление и Архимедова сила уменьшаются, а сопротивление трения и гидродинамическая подъемная сила растут. Самые благоприятные условия для движения глиссера создаются при сочетании наибольшей гидродинамической подъемной силы и наименьшего сопротивления.
Гидродинамическое качество К — это отношение полной подъемной силы к сопротивлению или, что то же самое, отношение веса глиссера со всеми грузами к тяге гребного винта. Для большинства глиссеров оно колеблется в пределах 3—6.
Для того чтобы как можно значительнее снизить сопротивление трения, прибегают к технической хитрости — в продольном направлении днище глиссера делают с уступами — реданами (рис. 6). Сопротивление движению такого судна при небольших скоростях из-за ступенчатости днища даже больше, чем водоизмещающего таких же размеров. Но с ростом скорости, благодаря росту гидродинамической подъемной силы, корпус глиссера выталкивается из воды, «выходит на редан» и начинает скользить/ Поверхность соприкасающихся с водой участков днища значительно уменьшается, — следовательно, снижается и сопротивление. За счет этого глиссеры имеют более высокие скорости движения по сравнению с водоизмещающими судами1.
Впервые появившись в начале XX века в виде спортивных судов, глиссеры быстро заняли вполне заслуженное место среди быстроходных кораблей.
KOHEЦ ФPAГMEHTA КНИГИ
|
