Скороходы морей 2

.

Скороходы морей

М. Крамер учел строение кожи дельфина в 1958 году при создании им искусственного покрытия «ламинфло» (от слов «ламинар флоу», т. е. ламинарное течение), имитирующего кожу дельфина. Модель торпеды, одетая в оболочку «ламинфло» и испытанная в потоке воды при скорости 70 км/ч, встретила сопротивление жидкости на 60% меньшее, чем контрольная модель.
Оболочка «ламинфло» сделана из трех резиновых слоев общей толщиной 3,5 мм: гладкого верхнего (0,5 мм), среднего эластичного с гибкими столбиковидными выступами (2,5 мм) и нижнего слоя (0,5 мм), примыкающего к корпусу модели (рис. 25). В пространство между выступами вводилась демпфирующая, т. е. погашающая колебания, кремнийорганическая жидкость, заключенная между нижним слоем и крышей среднего слоя. Гладкий верхний слой имитировал эпидермис кожи дельфинов, средний подражал дерме с ее коллагеновой и жировой тканями, а нижний играл роль опорной пластины. Позже Крамер предложил более тонкое покрытие (2,5 мм) с удлиненными гибкими гребешками вместо столбиков.

Однако искусственное покрытие «ламинфло» не может до конца соперничать с кожей дельфина, в которой демпфирование осуществляется гораздо совершеннее. Главная причина гидродинамического совершенства дельфинов заключается в том, что они активно управляют своей кожей, к которой подходит большое количество нервов. Тонко улавливая силу сопротивления трения и меняющееся давление в тех или иных участках кожи, дельфин может активно предотвратить начальные фазы процесса турбулизации потока. От рецепторов кожи плывущего дельфина поступает точная информация в головной мозг, и отсюда в виде биотоков по двигательным нервам подается команда в тот ответственный участок кожи и кожной мускулатуры, где в данный момент ощущается возросшее сопротивление воды. Немедленно следует соответствующая двигательная реакция кожной мускулатуры, и опасность турбулентных пульсаций ликвидируется.
Кожную мускулатуру, расположенную между дермой и подкожной жировой клетчаткой на груди, брюхе, спине и шее дельфинов, тщательно исследовал киевский морфолог Р. М. Суркина (рис. 26). Оказалось, что при сокращении кожной мышцы весь слой кожи может сдвигаться и образовывать складки на поверхности тела дельфинов. Такие складки еще в 1955 году установил с помощью подводной киносъемки во Флоридском океанариуме Франк Эсапян: при стремительных движениях дельфинов он заметил бегущую по телу животных мышечную волну (рис. 27). Бегущая волна, возможно, уменьшает гидродинамическое сопротивление и предотвращает возникновение вихревого потока в пограничном слое: работа подкожной мускулатуры как бы настраивает кожу на оптимальный для быстрого плавания режим и задерживает появление турбулентных пульсаций в пограничном слое.
Наконец, еще одна особенность структуры кожи имеет значение при движении дельфинов — направленные вдоль струй потока дермальные валики. Впервые на них обратил внимание английский биолог П. Пурвес, давший схему их расположения на теле быстроходного и тихоходного дельфинов. Более точную схему расположения этих валиков на теле дельфина-белобочки дала киевлянка Р. М. Суркина (рис. 28). Валики были в основном направлены вдоль тела, а на каждой хвостовой лопасти следовали полукругами назад и сходились у выемки хвостового плавника. Предполагается, что дермальные валики отображают направление линии потоков вокруг плывущего китообразного. Сформировались же они в ходе эволюции в соответствии с направлением потоков воды на коже животного при его движении. Главная адаптация кожных покровов китообразных к быстрому плаванию, как установили советские исследователи, заключается в самонастройке кожи путем демпфирования (см. главу 18). Осуществляется это сосудистой системой и нервным аппаратом мельчайших сосочков кожи, основание которых составляют дермальные валики.

В настоящее время кораблестроители уже заимствовали некоторые черты живых моделей — китообразных, что позволило получить выигрыш в скорости судов. За рубежом появляются суда с китовидной формой и дельфинообразными обводами носовой части. Такая конструкция позволила заметно повысить скорость хода судов при той же мощности двигателей. Известно, что в судостроении в настоящее время применяются и другие варианты судов рыбовидной формы. В частности, имеется ряд проектов полупогруженных судов со скрытым подводным корпусом и специальными надстройками, выступающими над водой. При определенных условиях такие суда могут быть более выгодными. Таким образом, в судостроении применяются и китовидные и рыбообразные формы судов. Японский профессор Тако Инуи на модели корабля «Куренаи Мару» показал, что китовидная форма корпуса корабля более пригодна для движения в море, чем острокилевая, и кораблестроители построили океанский корабль с китовидным корпусом. Новое судно оказалось более экономичным: оно обеспечивало ту же скорость и грузоподъемность, хотя мощность его двигателей была на 25% меньше, чем у судов того же назначения.

Дельфины замечательно используют законы гидродинамики, когда «оседлывают» волны, т. е. пассивно скользят возле носа идущего судна. Хвостовые плавники их при этом не работают, а тело движется (иногда на сотни метров) вместе с волной, возникающей у носа корабля. Поскольку корабль следует вперед, он создает давление гидродинамического поля впереди носа, которое мы не видим, но которое дельфины, тонко обнаруживают своим кожно-мускульным чувством. Сила, толкающая дельфина, находящегося в таком поле, образно сравнивается с сильным ветром, толкающим человека на улице. Эту теорию, предложенную учеными США Э. Феджером и Р. Баккусом, подтверждают подводные фотографии: позы пристроившихся к кораблю дельфинов свидетельствуют, что животные используют давление поля в корабельной волне всем телом, а не только нижней поверхностью хвостовых лопастей. Лопастями хвоста они контролируют гидродинамическую толкающую силу (рис. 29). Действие поля дельфины могут ощущать на расстоянии до 1,5 м впереди и до 1 м в сторону от носа корабля, притом не только близ поверхности, но и на всю глубину погружения носовой часа судна. Стайки этих юрких животных держатся возле носа кораблей обычно от нескольких минут до 1 часа и выстраиваются временами в два или три этажа. Пока не найдено нужное положение, дельфины крутятся в воде, стремительно ныряют, энергично работают плавниками, а потом плывут какую-то часть времени пассивно, затем снова чередуют активное поведение с пассивным скольжением и т. д.

ЧИТАЙТЕ ДАЛЕЕ

Отзывы и трекбеки отключены.

Отзывы временно отключены.

Яндекс.Метрика