Самыми результативными способами преодоления «волнового барьера» считаются два (рис. 10). Надо либо погрузить корабль под воду, т. е. превратить его в подводную лодку, либо, наоборот, поднять его из воды. Первый способ становится выгодным только при скорости примерно 40 км/час и более. Но преобладающее значение имеют экономические соображения. Ясно, что такие транспорты были бы очень дорогими, поэтому все проекты подобных судов до сих пор остаются лишь на бумаге. Зато широкое применение нашел второй способ, выразившийся в создании быстроходных кораблей на подводных крыльях. Весь корпус такого корабля при плавании полным ходом выходит из воды. Под водой остаются лишь несущие корабль крылья и движители-винты.
Размеры подводного крыла небольшие (здесь высокая плотность воды идет на пользу делу), а раз оно довольно сильно углублено в воду, то и его волновое сопротивление невелико. Но движение на крыльях становится выгодным при еще большей скорости, чем плавание под водой, и для прихода в зону выгодных для крылатых кораблей ходовых режимов необходимо также повышать мощность механизмов. Сейчас максимальная скорость кораблей на подводных крыльях достигает 80–90 км/час, в будущем ее предполагается довести до
170—200 км/час. Разумеется, создание кораблей с такими скоростными характеристиками без применения новых решений было бы просто невозможным. Однако мощные механизмы и крыльевая система сокращают более чем вдвое относительную полезную грузоподъемность кораблей, иными словами, в значительной степени лишают их важнейшего преимущества перед другими средствами транспорта. С увеличением водоизмещения вес крыльевой системы прогрессивно возрастает. В этом причина, что даже в проектах еще не встречаются крылатые корабли водоизмещением более 300–400 т.
Крылатым кораблям не уступают по скоростным качествам корабли на воздушной подушке, которые полностью отрываются от воды и парят над ней на небольшой высоте. Мощные вентиляторы нагнетают воздух под их корпус, имеющий вид перевернутого блюдца. Это не дает судам опускаться на воду, а их движителями служат воздушные винты. Такие корабли могут одинаково хорошо двигаться как над водой, так и над сушей, что делает их отличным средством для проведения десантных операций. Но и они имеют недостатки — прежде всего малую грузоподъемность, недостаточную мореходность.
Таковы некоторые необычные пути решения проблемы больших скоростей в кораблестроении. Отдельные из них изучены еще относительно слабо и нередко производят впечатление фантастических предложений. Для их практической реализации придется преодолеть огромные трудности как теоретического, так и технологического характера. Возможно, что интерес к некоторым из описанных предложений специально раздувается капиталистическими фирмами в чисто рекламных целях, а потому трудно ожидать, что все эти идеи обязательно будут воплощены в жизнь.
Интересен уже сам факт обращения специалистов-кораблестроителей не только к гидродинамике и физике в более широком смысле, но и к смежным областям науки, в том числе к биологии, в поисках решения этой проблемы. Он свидетельствует о критическом положении, создавшемся за рубежом в этой области. Не исключено, что для разрешения «кризиса скорости» потребуется создать даже такие корабли, которые не будут пассивно обтекаемыми водой телами, а смогут активно воздействовать на окружающие их массы воды и регулировать протекающие в них физические процессы для снижения сопротивления.
Уместно также заметить, что современные советские боевые корабли и транспортные суда не только не уступают лучшим заграничным образцам, но во многом их превосходят. Именно в СССР были созданы первые корабли на воздушной подушке и наиболее совершенные суда на подводных крыльях. Военно-Морской Флот СССР и советский торговый флот имеют новые быстроходные корабли, которые гордо несут флаг нашей Родины по морям и океанам всего мира.
ЧЕГО НЕ ЗНАЛ АРХИМЕД
Давайте заглянем в школьный учебник физики. Почти на каждой его странице — знакомые рисунки, формулы. Книга чем-то напоминает музей. Музей тех великих открытий, которые теперь уже стали прописными истинами, словно бы вещами повседневного обихода. Даже нет, кажется, большой разницы в том, когда сделаны эти открытия. И теорема Жуковского о подъемной силе крыла, выведенная ученым в начале нашего столетия, и закон о плавании тел, открытый Архимедом в третьем веке до нашей эры, вошли в школьные программы. А это значит, что все такие закономерности изучены, как говорят, вдоль и поперек и добавить к известному вроде бы нечего.
Однако история показывает, что академическое спокойствие разгаданных истин время от времени нарушается. Познанные законы природы нет-нет да и получают новое преломление в техническом творчестве человека, делают его еще более могущественным. Не думал же Архимед, что его закон о плавании тел в воде потребуется когда-нибудь для создания аппаратов, плавающих в воздухе, — аэростатов или дирижаблей. Любопытно отметить, что только через две тысячи лет после смерти Архимеда начал строиться первый управляемый аэростат, который получил название дирижабля. Это произошло в России, в дни, когда на территорию страны вторглись полчища Наполеона. Дирижабль предназначался для обстрела и бомбардировки вражеских войск.
Не знал Архимед и того, что открытая им «поддерживающая сила, действующая на тело, погруженное в жидкость», не будет вечно существовать в одиночку, что у нее появится могущественная союзница — подъемная сила и что ее даст — кто бы мог подумать! — обыкновенное птичье крыло.
Вряд ли и сам «виновник» этого интересного события в истории техники — Н. Е. Жуковский подозревал, что его теорема о подъемной силе крыла сравнительно скоро понадобится судостроителям. Правда, ученый доказал свою теорему для жидкости, или, точнее сказать, для идеальной жидкости (то есть несжимаемой и не имеющей вязкости), которая одинаково хорошо (в известных пределах) сочетает свойства воздуха и воды.
Одним из важных показателей технического прогресса общества, пожалуй, можно считать время, которое проходит от разработки научной теории до создания орудий труда или средств вооружения, всесторонне использующих эти достижения науки. Двадцать веков потребовалось, чтобы закон Архимеда обрел новую жизнь в воздухоплавании, и меньше полвека понадобилось, чтобы крыло Жуковского погрузили в воду.
Известно, что самый дешевый транспорт — водный. Но он и самый тихоходный. Борьба за увеличение скорости судов — это не только борьба за экономичность, но и борьба за более высокие боевые, тактические качества. Однако всякое увеличение скорости надводных судов повышает и сопротивление корпуса. А если каким-то образом максимально вытащить корпус из воды? Ведь сопротивление его в воздухе во много раз меньше, чем в воде. Так-то и родилась идея ввести под воду крылья, которые благодаря своей подъемной силе, образующейся при движении судна, выталкивают вверх его тяжелый корпус. И скорость судов буквально скачком возросла в 1,5–2 раза.
Так появились и сразу получили бурное развитие суда на подводных крыльях. Особенно большие успехи в этом, как известно, достигнуты в Советском Союзе. Строят суда на подводных крыльях и за рубежом. Иностранные специалисты попытались использовать этот принцип для создания специальных военных судов, и в частности малых морских противолодочных кораблей. Однако выход их на морские просторы, как сообщалось в зарубежной печати, потребовал решить проблему повышения устойчивости хода на морских и океанских волнах. Это осуществляется путем создания специальных крыльевых систем с автоматическим регулированием их угла атаки в зависимости от характера волны. Такими устройствами обеспечен, в частности, малый противолодочный корабль «Хай Пойнт» (рис. 11). Как сообщалось в печати, большие суда на подводных крыльях еще не созданы, самые крупные имеют водоизмещение не более 300 т. Однако эти суда прельщают специалистов своими высокими скоростными качествами. Скорость «Хай Пойнт», например, 40 узлов (около 75 км/час), а другого противолодочного корабля «Плэйнвью» — 60 узлов.