Популярная морская энциклопедия

Древние судостроители, не имея ни чертежей, ни образцов, строили свои суда, внимательно присматриваясь к морским животным. Они первыми обратили внимание на удивительную подвижность рыб и обтекаемость их формы. Глубокопогруженный, выполненный в форме дельфиньей головы нос первых греческих судов не только увеличивал скорость судна, но и служил тараном во время боевых действий. Китайские судостроители для движения своих судов стали применять широкие кормовые весла, копируя их форму и расположение с перепончатых лап водоплавающих птиц, легко скользящих по воде. Если европейцы, создавая свои суда, брали за пример рыб, то китайцы копировали очертания плывущей птицы. Первым, кто отметил это, был французский адмирал Лари, который в 1840 году писал: «В качестве прообразов наших лучших судов мы брали рыб, головная часть которых всегда шире хвостовой. Однако китайцы, также копировавшие природу, по неизвестным соображениям имитировали лапчатоногих птиц, задняя часть тела которых шире передней. В этом они были более точны, поскольку водоплавающие птицы, как и суда, плавают сразу в двух средах: воздухе и воде, а рыбы плавают только в воде».

Древние судостроители, заимствуя у обитателей моря их разумные «конструкции», действовали интуитивно, а в наши дни этим заняты ученые-гидробионики, которые в больших морских аквариумах исследуют особенности строения и механизма движения морских животных, от одноклеточных до самых крупных рыб. Научные группы океанологов, биологов и техников работают над тем, чтобы суда скользили в воде, подобно рыбам, легко достигающим скорости до 80 километров в час при минимальных затратах мышечной энергии.

Определилось несколько основных технических задач, в решении которых разум человека существенно отстает от «разума океана».

Над совершенствованием гребного винта трудились поколения талантливых изобретателей, и современный гребной винт удовлетворяет многим техническим требованиям, предъявляемым к судовым движителям. Но даже неискушенному в технике человеку покажется странным, что, прежде чем отбросить поток воды за корму судна, гребной винт стремительно его закручивает, затрачивая на это впустую значительную часть переданной ему энергии. Гребной винт у большинства судов ничем не защищен и в любое время может быть поврежден случайным плавающим предметом, на него может намотаться рыбачья сеть или трос. Да и управляемость винтовых судов далека от совершенства. Наверное, не случайно природа, создав десятки тысяч плавающих существ, ни одно из них не снабдила подобным движителем.

Так родилась идея использования машущего движителя, типа «рыбьего хвоста», который при испытаниях моделей создавал упор, вчетверо больший, чем винт. Конструкторы пытаются создать движитель в виде плавников, которые смогут поворачиваться вокруг вертикальной оси, обеспечивая судну и передний, и задний ход. Более смелые проекты представляют корабли с корпусом, который будет волнообразно изгибаться, подобно китам и акулам.

Большой интерес представляет реактивный движитель кальмаров, который отработан природой настолько совершенно, что позволяет кальмару преодолевать тысячемильные расстояния со скоростью до 65 километров в час. По некоторым данным на небольшой дистанции кальмар может развить скорость до 100 - 120 километров в час. Движитель кальмара устроен по принципу водомета. Через определенные промежутки времени кальмар вбирает в себя воду и с силой выталкивает ее.

Реактивный движитель крошечной диатомеи позволяет ей передвигаться не только в воде, но и на суше. Она выталкивает с одного конца струю жидкости, обтекающую ее кремниевый панцирь, и тут же засасывает ее через отверстие на другом конце своего тела. Таким образом, создавая под собой жидкую среду, диатомея может «плыть» по суше. Другой представитель морских одноклеточных — флагеллат — при помощи движителя, напоминающего закрученное весло, перемещается вперед с молниеносной быстротой.

Водометный реактивный движитель уже много лет применяется на судах, которым не страшны ни мели, ни водоросли. Для них не требуется специальных причалов, но применяются эти движители пока только на небольших пассажирских судах.

Второй сложной задачей судостроителей является уменьшение сопротивления трения, составляющего для некоторых типов судов 80% от общего сопротивления движению. Пути решения проблемы известны — необходимо турбулентный (имеющий много завихрений) поток воды, обтекающий корпус судна, преобразовать в ламинарный (плавный, без завихрений). Ламинарность пограничного слоя может обеспечить повышение скорости судна на 25-30% при тех же затратах энергии. В решении и этой задачи морские обитатели опередили человека. Наружный слой кожи дельфина ведет себя как сверхчувствительный датчик давления — он мгновенно передает малейшие изменения давления, вызываемые турбулентностью потока, нижнему слою кожи, состоящему из губчатой ткани, пронизанной системой каналов, заполненных жидкостью. При колебаниях давления турбулентного слоя срабатывает система капилляров и эффективно гасит колебания, поэтому даже при больших скоростях поток, обтекающий тело дельфина, остается ламинарным. Уже многие годы ведутся работы по созданию эластичных покрытий, обладающих свойствами дельфиньей кожи, но значительных успехов пока нет.

Снизить сопротивление трения можно и механическим воздействием на пограничный слой жидкости, особенно в носовой части судна. Эта проблема успешно решена меч-рыбой, которая легко развивает скорость в 60-80 километров в час при затратах мышечной мощности всего в 20 лошадиных сил. Расчетная мощность, необходимая рыбе для достижения такой скорости при ее массе, составляет 2000 лошадиных сил. Таким образом, достигнуто десятикратное повышение экономичности, секрет которой заключен в мощном носовом копье рыбы, долгое время считавшемся только орудием нападения. Опыты показывают, что копье подобной формы при движении в воде играет роль своеобразного рассекателя, который на больших скоростям вызывает холодное вскипание воды — перед головой рыбы создается участок газоводяной смеси, резко понижающей лобовое сопротивление. Рационально и устройство жаберных щелей на голове меч-рыбы: они направлены так, что выбрасывают мощный поток воды, направленный вдоль тела рыбы и сбивающий вихревые потоки. Судостроители, копируя скоростные характеристики меч-рыбы, пытаются уменьшить сопротивление трения за счет образования своеобразной воздушно-водяной каверны в носовой части корабля. Для этого в районе форштевня судна просверливается большое количество отверстий, через которые в воду выбрасываются струйки воздуха, подаваемого под давлением. Опыты показали, что таким путем можно снизить сопротивление движению судна почти на 25%.

На лобовое сопротивление движению судна большое влияние оказывает форма носовой части. Уже многие годы на большинстве судов подводная часть форштевня плавно расширяется, образуя каплеобразную бульбу (бульба — нос), копирующую форму головы кита, что позволило повысить скорость на 1 - 1,5 узла.

Но не только рекорды скорости принадлежат обитателям океана. Некоторые из них имеют удивительные способности ориентировки в необъятных просторах океана. Морские черепахи каждые два года совершают тысячемильные переходы, чтобы вернуться на ту же самую отмель, где они откладывают яйца. Ни тропические циклоны, ни мощные течения не могут сбить с курса этих искусных навигаторов, которые держат свои секреты в глубокой тайне.

Не менее интересные способности проявляют электрический угорь и электрическая рыба нотептерус, обитающие в тропических водах. Их можно лишить зрения и слуха, но они все равно быстро отыскивают и хватают добычу. Видимо, электрическое поле, которое постоянно их окружает и служит надежным оружием, обладает еще каким-то дополнительным свойством, обеспечивающим точную ориентировку в безмолвном мраке.

Каракатица заинтересовала ученых не только своим необычным реактивным движением, но и сильно развитой нервной системой, крупные клетки которой очень напоминают человеческие.

Медузы любят прибрежные воды и проводят у берегов немало времени, покачиваясь на волнах прибоя. Но вдруг они внезапно исчезают, хотя море дышит покоем и ярко светит солнце. Через несколько дней на берег обрушиваются огромные волны пришедшего с моря урагана. Медузы предугадали штормовую погоду удивительным органом, улавливающим инфразвук, который опережает шторм на тысячи километров. На этом принципе сконструирован прибор, названный «ухом медузы», который регистрирует штормы за сутки.

Наверное, человек и в будущем еще не раз столкнется с необыкновенными, доведенными до совершенства, способностями морских животных плавать со сверхскоростями, жить на глубинах под давлением в сотни атмосфер, находить нужные дороги в просторах океана и надежно защищаться от врагов.