Рыбы и гидромеханика

ЧЕМ ИНТЕРЕСЕН СКАТ?

Из всего многообразия скатов, а их известно чуть ли не 340—350 видов, нас интересовали только скаты, ведущие придонный образ жизни. Большую часть времени такие скаты спокойно лежат на дне, но, преследуя добычу, развивают довольно большую скорость, поднимаются вверх и могут даже появляться на поверхности! «Придонные» скаты имеют одну интересную особенность — отрицательную плавучесть. Другими словами, неподвижный скат сразу же идет на дно! И наоборот, при движении вперед и особенно — при «старте» со дна какую-то часть своей мощности ему приходится затрачивать на создание гидродинамической подъемной силы.

Неудивительно, что в процессе эволюции скаты получили такую форму плоского, ромбовидного в плане тела, которую гидромеханики считают оптимальной с точки зрения создания максимальной подъемной силы при наименьшем сопротивлении воды движению рыбы. Но это еще не все: можно было предположить, что эта форма ската приспособлена именно к быстрому «набору скорости» при движении вблизи дна, играющего роль своеобразной опорной поверхности — экрана.

В качестве объекта исследований был выбран скат из семейства хвостоколовых — морской кот, который в изобилии водится в Черном и Азовском морях. В районе мыса Тарханкут начались работы с отлова скатов и составления их обобщенного теоретического чертежа. Морские коты достигают длины 2,5 м, но нам, естественно, было удобнее иметь дело со скатами меньших размеров. Каждый из пяти пойманных скатов был тщательно обмерен по двум продольным и четырем поперечным сечениям; очертания их в плане мы получали, просто укладывая ската на бумагу и обчерчивая по периметру.

Форму тела черноморского кота можно характеризовать, пользуясь языком гидромеханики, таким образом. Это ромбическое в плане несущее подводное крыло с соотношением размаха и условной максимальной хорды, равным 1,33. Передняя кромка тела острая и приподнята на 1—1,5% хорды соответствующего продольного сечения; плоская нижняя поверхность тела начинается на расстоянии 0,1 — 0,15 хорды от передней кромки. Диаметральное сечение имеет некоторую S-образность в передней и задней части. Максимальная толщина профиля продольных сечений составляет 4,5—8% хорды и находится на расстоянии 0,3—0,4 хорды от передней кромки. Относительная кривизна (отношение стрелки прогиба средней линии профиля к хорде тела) изменяется по среднему размаху в пределах 0—4%.

Можно было сразу же сделать вывод, что эти геометрические характеристики довольно сложной формы скатов очень близки к характеристикам известных в аэродинамике крыльев, оптимальных именно при движении вблизи твердой поверхности. Форма тела в плане, форма поперечных сечений и распределение кривизны по размаху обеспечивают минимальное индуктивное сопротивление, обусловленное перетеканием жидкости по концам крыла. Упомянутый подъем профиля в носике также имеет объяснение: он может служить для предотвращения отрыва потока при положительных углах атаки.