Рыбы и гидромеханика

Интересные результаты дала подводная киносъемка. Хорошо видно, что при движении вдоль дна морской кот неизменно выдерживает высоту, равную 0,2—0,25 размаха, т. е. довольно близкую к рекомендуемой слециалистами-гидромеханиками. При этом концы плавников в нижнем положении почти касаются дна.

Колеблются грудные плавники — движитель ската — со средней частотой 3,2 взмаха в секунду. В начале периода колебания концы плавников опущены вниз. Подъем начинается с передней их части. Вначале — на протяжении примерно 1/5 периода — оказываются поднятыми только края плавников, а основная их часть, прилегающая к телу, опущена. В среднем за весь период поперечное сечение тела ската представляет собой дужку (выпуклостью кверху) с концами плавников, играющими роль своего рода «машущих шайб». Опущенные вниз концы крыла как раз и препятствуют перетеканию жидкости с нижней поверхности на верхнюю, что и дает повышение гидродинамического качества, уменьшение индуктивных потерь.

Любопытно, что угол атаки крыла — тела ската — изменяется по его длине (размаху), обеспечивая, как считают гидродинамики, выгодное распределение нагрузки («крутка» крыла). Колебания крыла очень сложны. Возможно, что колебательные движения боковых кромок плавников обеспечивают не только создание движущей вперед тяги, но и оптимальное распределение углов атаки крыла.

Наблюдая плавание скатов в естественных условиях, мы обратили внимание на то, что в зависимости от скорости движения изменяется и кинематика движения плавников. При мирных малых скоростях по краям грудных плавников распространяется «бегущая волна», причем в движении этом участвуют только наружные края плавников (20% размаха); прилегающая к телу их часть движется со значительно меньшей амплитудой и продолжает служить в основном несущей плоскостью. При бегстве или погоне амплитуда взмахов плавников возрастает, достигая 0,2 размаха, заметно увеличивается и частота колебаний.

В дальнейшем были проведены исследования твердой модели ската в аэродинамической трубе. Модель испытывалась в условиях безграничной жидкости и вблизи неподвижного плоского экрана, имитирующего дно.

Модель испытывалась целиком и без хвоста; оказалось, что в диапазоне углов атаки ± 8° хвост не влияет на коэффициенты гидродинамических сил и моментов и, очевидно, выполняет чисто биологические функции (на нем расположено оружие ската — ядовитый шип).

Полученные характеристики модели, испытанной в безграничной жидкости, сравнивались с характеристиками круглого в плане крыла с профилем ЦАГИ-21,8%- Сопоставление показало, что при равных коэффициентах гидродинамического сопротивления модель ската обладает даже несколько более высокими несущими свойствами; иначе говоря, крыло, имеющее форму тела ската, имеет более высокое качество, чем профилированный диск.

Аналогичный вывод подсказывает и сравнение гидродинамических характеристик модели ската, установленной вблизи экрана, с соответствующими характеристиками ромбовидного в плане крыла, имеющего профиль ЦАГИ-876 с толщиной 7,5%. Измерения распределения гидродинамического давления по поверхностям модели показали, что ее более высокое качество в безграничной жидкости объясняется большим разрежением, возникающим на верхней, выпуклой, поверхности.

Можно уверенно сказать, что форма тела ската представляет в известной степени оптимальный вариант подводного крыла с удлинением, равным единице, предназначенного для движения вблизи экрана.