В. Жуков - Физика в бою

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.

Оказалось, что подъемную силу крыла можно с большой выгодой использовать и для подводного плавания. Первыми начали применять крылья в подводной технике конструкторы торпед. Известно, что торпеда, как и подводная лодка, обладает нулевой плавучестью. Это значит, что она, согласно закону Архимеда, вытесняет столько воды, сколько весит сама. А если построить торпеду с отрицательной плавучестью, т. е. вес ее сделать больше, чем вес вытесненной воды, и недостающую выталкивающую силу компенсировать подъемной, которую во время движения создадут специальные крылья? Выяснилось, что в этом случае можно повысить скорость, дальность хода и глубину погружения торпеды.

Как сообщалось в зарубежной печати, скорость одной из проектируемых крылатых торпед должна быть на 14 узлов выше скорости обычной. Кстати, и крылья для торпед, имеющих довольно большую отрицательную плавучесть, оказались невелики. При расчетной скорости 55 узлов и дальности хода 18 км длина крыльев 533-мм торпеды не превысит 9 см, а хорда, т. е. ширина крыла, будет чуть больше 7 см. Такие малые размеры получаются из-за того, что плотность морской воды примерно в 800 раз выше плотности воздуха. А так как плотность входит в формулу подъемной силы крыла (как и скорость потока, и площадь крыла), для создания одинаковой подъемной силы при одной и той же скорости площадь крыла в воде должна быть в 800 раз меньше, чем в воздухе.

Дальность хода крылатых торпед по сравнению с обычными, как считают зарубежные специалисты, может быть увеличена в три раза. Это объясняют тем, что в том же объеме корпуса можно теперь разместить более эффективное, но в то же время более тяжелое топливо, а также ставить и более мощные двигатели, которые при прежних размерах могут иметь существенно больший вес. Особенно это преимущество сказывается при движении торпед на высоких скоростях. Так, при скорости более 60 узлов величина отрицательной плавучести (т. е. тот самый «лишний» вес, который несет на крыльях торпеда) уже почти не сказывается на ее движении, так как гидродинамические силы, куда входит и подъемная сила крыльев, существенно преобладают над гидростатическими.