Во что превратились корабли ради достижения суперскоростей

20 сентября 2018 00:53
Андрей Миловзоров

Мы уже привыкли, что все новое и интересное, связанное со словом «корабль», относится к кораблям космическим. Что же касается обычных, которые плавают (точнее, ходят) по морям, то их устройство старо как мир и ничего нового тут ждать не приходится. Ну, разве что где-нибудь в Азии построят новый мегагиперсупертанкер, который сможет перевозить еще больше нефти…

Однако, оказывается, рано списывать со счетов кораблестроение — оно еще способно удивить мир новыми технологиями. Итак, по каким направлением идет его развитие?

Самый полный вперед!

В те времена, когда люди еще не умели передвигаться в пространстве на больших скоростях, корабли занимали вполне достойное место по скорости среди известных транспортных средств. Парусники ходили под 10—15 узлов (узел — это 1 морская миля, или 1,852 км/ч). Самыми быстроходными из них считаются клиперы XIX века, развивавшие более 20 узлов. Они специально проектировались для максимально быстрой доставки чая и пряностей из Азии в Европу. Чемпионом среди них принято считать построенный в 1872 году английский Cutty Sark.

Клипер Cutty Sark на вечной стоянке в сухом доке Гринвича, Лондон

Паровые машины, а затем и двигатели внутреннего сгорания не произвели революции: корабли стали ходить быстрее, но не намного. Средняя скорость современного грузового судна не превышает все тех же 20 узлов. Конечно, есть особые типы кораблей, которые способны передвигаться гораздо быстрее, вплоть до 40 узлов, однако на фоне других современных транспортных средств даже 80 км/ч — это просто смешная скорость. Но работа над ее увеличением ведется.

Преодолеть сопротивление воды

Причина относительной тихоходности всего водного транспорта кроется в сопротивлении воды: она не только держит корабль на плаву, но и тормозит его. Причем чем быстрее он движется, тем сильнее вода этому сопротивляется. Чтобы разогнать корабль более пресловутых 20—30 узлов, нужно либо затратить слишком много энергии, либо сделать судно очень длинным и узким, чтобы оно резало воду как нож. Но это, в свою очередь, чревато разломом корабля на больших океанских волнах. Получается, что ситуация безвыходная?

Конечно нет! Предприимчивый человеческий ум давно придумывает различные способы перехитрить воду. Например, люди сообразили, что она за счет своей плотности не только тормозит судно, но и обеспечивает ему хорошую подъемную силу. Гораздо лучшую, чем воздух — самолету. И вот, еще в начале XX века были изобретены «подводные крылья» — это такие небольшие (относительно размеров судна) плоскости под днищем, на которые корабль опирается, когда развивает скорость. При этом он практически перестает касаться воды корпусом, что существенно снижает сопротивление воды. Такие суда могут развивать довольно большие скорости — до 70—80 узлов.

Но беда в том, что подводные крылья работают только на относительно спокойной воде — волнение им противопоказано. К тому же для разгона и выхода на «летящий» режим крупному судну требуется слишком много энергии, так что супертанкер на подводных крыльях вряд ли оказался бы рентабельным. Поэтому технология эта стала в основном достоянием маломерного и речного флотов. До сих пор на реках Евразии можно встретить «Ракеты» и «Метеоры» советского производства, которые прекрасно себя зарекомендовали в качестве «речных автобусов».

Корабль на подводных крыльях «Ракета-246» на Москве-реке

Другой способ преодолеть сопротивление воды — взлететь над ней. Это умеют делать корабли на воздушной подушке: они нагнетают под себя воздух и парят над водами и даже ровными участками прибрежной суши. Данная технология оказалась очень востребованной военно-морскими силами: во всем мире получили широкое распространение десантные корабли на воздушной подушке. Главный недостаток этой технологии — неэкономичность. Ведь летящий корабль — это уже практически самолет, с соответствующими энергозатратами. Очевидно, что и запас хода у них небольшой: океан на таком корабле не пересечешь.

Тем не менее человеческая мысль идет дальше по этим же направлениям: крылья и подушки. Основная идея — идти по воде, как можно меньше касаясь ее. Например футуристический корабль Proteus, созданный в США итальянским океанографом Уго Конти, вообще не касается воды корпусом. Он стоит на скользящих по воде крыльях-поплавках, напоминая гигантскую водомерку.

Один корпус хорошо, а два или три — лучше

Конструкторы все чаще отдают предпочтение многокорпусных кораблям — катамаранам и тримаранам. Это отнюдь не современное изобретение, а древняя технология папуасов с островов Тихого океана — приделать к лодке второй корпус, чтобы она была устойчивей и не опрокидывалась волнами и ветром. К тому же это позволяет распределить вес по большей поверхности, а стало быть, судно не так глубоко проваливается в воду и имеет возможность двигаться быстрее.

Папуасские технологии уже вовсю используются в современном судостроении, в том числе военном. Так, один из самых перспективных военных кораблей — американский сторожевик Independence, спущенный на воду в 2008 году, имеет три корпуса: основной и два боковых поменьше. Он способен развивать скорость до 50 узлов. А самым быстрым катамараном считается Spirit of Qatar — небольшой катерок с мотором 9000 л. с., развивший скорость 393 км/ч.

Spirit of Qatar

Морские гонщики

Достойным «продолжением рода» кораблей на крыльях и подушке стали гидропланы — это практически самолеты, летящие над водой. Правда, очень небольшие и совсем не экономичные. Например, «морской драгстер» Top Fuel с силовой установкой мощностью 8000 л. с. способен разогнаться до 420 км/ч, а построенный еще в 1950-х гидроплан Bluebird K7 развил скорость 444 км/ч. В другой раз он попытался разогнаться еще быстрее, но… разбился. А самый быстрый катер всех времен и народов — это «кустарная самоделка» австралийца Кена Варби: его маленький Spirit of Australia в конце 1970-х годов достиг 511 км/ч. Причем этот рекорд до сих пор не побит. Есть к чему стремиться!

Тестирование Spirit of Australia II

Отталкиваться от воды!

Надо заметить, что достижение подобных скоростей практически невозможно при использовании обычного гребного винта. Нужна реактивная тяга. Причем в качестве «топлива» можно использовать забортную воду. С силой выбрасывая ее за корму, судно может разогнаться до запредельных скоростей. Такой движитель получил название водомёт. Вообще, его применяют с начала XIX века, однако по-настоящему эффективным он стал лишь к середине XX века, когда были созданы сверхбыстрые катера. Сейчас идет работа над совершенствованием водомётов — практически параллельно с работой над авиационными и космическими реактивными двигателями.

Расширять ассортимент топлива

В принципе, водный транспорт использует практически все доступные энергоносители — солярку, бензин, газ, ядерное топливо. Наконец, электроэнергию. Ну, разве что уголь здесь уже вышел из употребления. Однако судостроение идет в ногу со временем: появляются проекты кораблей, использующих возобновляемые источники энергии. Например, футуристический проект шведских инженеров — гигантский перевозчик автомобилей E/S Orcelle — предусматривает 90-процентное покрытие энергозатрат судна за счет природы. На палубе корабля будут установлены огромные солнечные батареи, а вдоль борта — специальные плавники, преобразующие энергию волн в электричество. Кроме того, часть энергии судно будет черпать прямо из воды — расщепляя ее на водород и кислород в специальных топливных элементах.

Модель E/S Orcelle

При встречном ветре — быстрее?!

И конечно, нельзя забывать, что один возобновляемый источник энергии корабелы используют уже давно, буквально испокон веков, — ветер. Несмотря на всю капризность этого энергоносителя, паруса рано списывать со счетов. Они дают судну буквально неограниченные возможности. Как утверждают физики, если парусник движется при боковом или встречном ветре, то его скорость складывается из действия двух сил: ветра и бокового сопротивления в воде. То есть при наличии специального узкого паруса и широкого киля судно теоретически может развить какую угодно скорость! Кстати, самым быстрым парусным судном сейчас считается яхта Vestas Sailrocket 2, разогнавшаяся до 65 узлов!

Vestas Sailrocket 2

В отличие от крыльев и подушек, паруса не требовательны к массе и размерам судна. Так что существуют перспективные разработки огромных танкеров сухогрузов, оснащенных поворачивающимися панелями-парусами. Конечно, клиперской скорости им не развить, зато будет обеспечена экономия на топливе и чистота на море.

* * *

В общем, водный транспорт совершенствуется и еще способен удивлять. Он, конечно, никогда не сравняется в скоростях с воздушным и даже не догонит наземный. Однако и не уступит своих позиций в мировом грузообороте: в настоящее время около 90% грузов перевозится по морю, поскольку это значительно дешевле. Видимо, его доля серьезно не уменьшится, несмотря на развитие скоростных железных дорог и автотранспорта.

Телеграм
Дзен
Подписывайтесь на наши каналы и первыми узнавайте о главных новостях и важнейших событиях дня.