На пути к бионике

Каким же образом изменяется упругость плавников? Оказывается, она регулируется кровеносными сосудами. В хвостовом плавнике дельфина имеется один общий распределительный узел кровеносной системы. Он-то и регулирует наполнение кровью сосудов плавников. Этот механизм "саморегулирования гидроупругости плавников" в значительной степени способствует той необычайной скорости, с которой дельфины передвигаются в воде. История этого открытия восходит к началу 50-х годов нашего столетия. Профессор А. Г. Томилин обнаружил в плавниках дельфинов комплексные, артерио-венозные пучки, связанные между собой в особую систему. Пятью годами позже они были обнаружены также у дельфинов и американскими учеными Шевиллом и Шолендером. Однако до последнего времени назначение этих сосудов в плавниках оставалось загадкой. Понадобилось 15 долгих лет наблюдения с фото- и киноаппаратурой за различными породами китообразных в движении и покое, огромное количество опытов, чтобы сделать ныне бесспорными выводы о роли "саморегулирования упругости плавников" в быстроходности дельфинов.

Но и это не последняя тайна быстроходности дельфинов. Ученые обнаружили, что кожа дельфинов обладает гидрофобным, водоотталкивающим свойством. Важность этого открытия для ряда областей инженерной практики, и прежде всего для водного транспорта, трудно переоценить. Дело в том, что если тело обладает водоотталкивающими свойствами, то при его движении в ближайшем к нему слое воды образуются своеобразные шарообразные структуры, состоящие из отдельных совокупностей молекул воды и воздуха. В результате при перемещении в воде тело как бы катится по шарикоподшипникам.

Итак, быстроходность дельфинов, помимо формы тела, обеспечивается целым арсеналом одновременно действующих механизмов. Теперь, когда мы в первом приближении знаем их назначение, устройство и принцип действия, казалось бы, можно приступить к их инженерной реализации и тем самым резко повысить скорость морских и океанских кораблей. Однако это не так-то просто осуществить. На этом пути еще очень много трудностей. К примеру, конструкция демпфирующих покрытий Крамера является лишь грубым приближением к действительности. Обшивка "ламинфло" пока еще очень далека от того совершенства, которое свойственно естественной коже дельфинов. "Ламинфло" позволяет достигнуть увеличения скорости только на небольших торпедах и катерах, но стоит увеличить размеры покрытия, как оно перестает "работать". И это вполне закономерно: ведь кожа дельфина не пассивный амортизатор, это не только мягкая, но и активная оболочка. В ней находится большое число нервных окончаний - датчиков, которые воспринимают все изменения давления воды и посылают сведения о них в центральную нервную систему. Центральная нервная система посылает импульсы-команды к мышцам, которые сокращаются и создают на коже "бегущую волну". Возникающее возмущение потока воды как бы подхватывается этой волной и передается вдоль тела дельфина. Кожа меняет свою форму, приспосабливаясь к завихрениям, и тем самым не дает им развиться. Смоделировать это "активное" демпфирование в искусственной дельфиньей коже пока чрезвычайно трудно.

Однако продолжающиеся гидробионические исследования позволяют надеяться, что со временем удастся изыскать пути реализации в судостроении всех феноменальных качеств "морских скороходов". И тогда подводные лодки, катера и океанские лайнеры, облицованные искусственной дельфиньей кожей, обретут невиданную ранее быстроходность.

Уже имеются проекты покрытия корпусов подводных лодок многокамерными резиновыми оболочками. В камеры этих оболочек через специальное распределительное устройство будет попеременно нагнетаться и откачиваться воздух с таким расчетом, чтобы создать "бегущую волну". Этот вариант "мягкой" и одновременно "активной" оболочки, как полагают, позволит резко приблизиться к природному образцу.

По другому проекту предполагается устранить турбулентные завихрения отсосом воды из пограничного слоя. Известный американский специалист Чарлз Момсен считает, что это даст возможность увеличить скорость судна по меньшей мере в 1,5 раза.

Разработаны и другие проекты, которые также направлены на ликвидацию турбулентных завихрений в пограничном слое. Так, например, предполагается имитировать гидрофобность (несмачиваемость) "дельфиньей кожи". Многочисленные эксперименты показали, что высокомолекулярные Добавки, вводимые в пограничный слой, способны привести к Снижению сопротивления трения примерно на 30-50%*.

* (См.: А. Н. Шмырев, Н. А. Шмырев. Принципы и основные этапы гидробионяческих исследований. "Морской сборник", 1971, № 1, стр. 83.)