По страницам юбилейного номера
журнала
"ТЕПЛОФИЗИКА И АЭРОМЕХАНИКА"

В третий (сентябрьский) выпуск журнала "Т и А" были включены материалы, посвященные 100-летию М.А.Лаврентьева. Наиболее объемным из них является обзор "Некоторые вопросы морской гидродинамики" сотрудников Института теплофизики СО РАН Л.Мальцева, Л.Гузевского, В.Кулика, А.Малюги, Б.Новикова и Б.Семенова. Ниже с некоторыми сокращениями приведена вводная часть этой статьи.

Михаил Алексеевич Лаврентьев всегда уделял большое внимание развитию исследований в интересах судостроения. В 1959 г. он организовал и возглавил специальный Научный совет по гидродинамике при Президиуме АН СССР. Его заместителями были академики Л.Седов и А.Александров, членами Научного совета -- ответственные руководители флотских, проектных и научных учреждений и ведущие ученые того времени в области гидродинамики.

Целью работы совета стало сосредоточение сил и средств на решении важнейших задач развития флота и координация исследований в этом направлении во всех гидродинамических центрах страны. Научный совет объединял работу научных сотрудников, инженеров, конструкторов и производственников. Научные доклады, как правило, делали исследователи. Все материалы обсуждались строго и досконально, но доброжелательно. В этом отношении очень полезным было участие в работе совета главного конструктора СПМБМ "Малахит" А.Назарова и его сотрудников Б.Дронова, Б.Барбанеля и др., которые параллельно прорабатывали возможность практического использования тех или иных идей и научных результатов, обеспечивая тем самым органическую связь между наукой и производством.

Пленарные заседания совета проводились регулярно с привлечением непосредственных исполнителей по данной тематике. Были и выездные заседания в Ленинграде, Новосибирске, на озере Иссык-Куль и т. д., где члены совета знакомились с экспериментальной базой и условиями опытов.

К тому времени практически уже были исчерпаны возможности классических методов уменьшения сопротивления и увеличения эффективности движителя (выбор формы обводов корпуса, уменьшение шероховатости и сопротивления выступающих частей, оптимизация взаимодействия корпуса и движителя). В связи с этим в Научном совете большое внимание уделялось следующим неклассическим способам уменьшения полного сопротивления корабля: ламинаризация пограничного слоя путем отсоса из него жидкости; использование развитой кавитации, позволяющей отделить значительную часть смоченной поверхности корпуса от воды газовой прослойкой; микропузырьковое газонасыщение турбулентного пограничного слоя; подача слабых растворов полимеров в пограничный слой; использование податливых покрытий и т. д.

В возглавляемом М.А.Лаврентьевым Институте гидродинамики была образована Морская физическая секция во главе с заместителем директора профессором Г.Мигиренко, впоследствии переименованная в отдел физической гидродинамики. Отдел активно включился в решение поставленных задач.

Перечисленные выше способы уменьшения полного сопротивления в принципе не были новыми, однако по ряду причин их нельзя было использовать на судах. Так, ранее все исследования по ламинаризации пограничного слоя путем отсоса проводились в интересах авиации. В судостроении ламинаризация может быть эффективной только при числах Рейнольдса на два порядка превышающих типичные для авиации значения. Для этого расстояния между щелями необходимо уменьшить в десять раз, что технически невыполнимо.

По развитой кавитации в 60-х годах публиковалось огромное число работ. Однако при обсуждении попыток практического использования кавитации для снижения сопротивления возникал целый ряд проблем.

Что касается слабых растворов полимеров, то хорошие результаты были получены при течении растворов в трубах. Вместе с тем обеспечение эффективной подачи полимера в пограничный слой оказалось сложной задачей.

Крамер и его последователи показали, что при определенных условиях вязкоупругая смоченная поверхность эффективно ламинаризирует пограничный слой при невысоких числах Рейнольдса. Однако о воздействии вязкоупругой поверхности на турбулентный пограничный слой ничего не было известно.

В то время считалось, что газонасыщение пограничного слоя эффективно снижает сопротивление трения только при очень больших расходах.

Для решения этих задач требовались серьезные исследования.

Основные научные эксперименты Института гидродинамики выполнялись на озере Иссык-Куль. Лаврентьев был противником создания в академических институтах больших и дорогостоящих опытных стендов. Кроме того, создание современной экспериментальной базы потребовало бы многих лет кропотливой работы. Образно он призывал проводить поисковые исследования на "консервных банках", но если другого выхода не было, то всячески способствовал проведению экспериментов на стендах других организаций. Именно Михаил Алексеевич вместе с Г.Мигиренко предложили вместо громадных гидродинамических труб и буксировочных каналов использовать буксировку сравнительно крупных моделей на открытых водоемах и активно поддержали идею применения автономных всплывающих и тонущих моделей. Местом проведения таких исследований и было выбрано озеро Иссык-Куль.

Крупные ведомственные организации к этим идеям отнеслись несколько скептически. Действительно, к этому времени был известен неудачный опыт буксировки больших моделей самолетом. Однако общность проблем здесь только внешняя. Условия для буксируемой катером модели оказались намного благоприятней, чем даже в буксировочных каналах, не говоря уже о дешевизне создания и эксплуатации соответствующего экспериментального комплекса. При буксировке, кроме того, время изучения любого режима и оперативного изменения режимов обтекания практически не ограничено.

С помощью Опытного завода Сибирского отделения был создан целый ряд крупномасштабных многоцелевых буксируемых моделей, оснащенных набором датчиков, позволяющих измерять как локальные, так и интегральные характеристики потоков. Что касается всплывающих моделей, то при активной поддержке Опытного завода и СПМБМ "Малахит" были созданы простой стенд и комплект автономных всплывающих моделей для исследования ламинаризации пограничного слоя и вдува в пограничный слой растворов полимеров. Модели длиной 8,5 м и диаметром 1,2 м всплывали с глубины 330 м. На первых пятидесяти метрах эти модели водоизмещением около 6 кубометров разгонялись до 30 м/c и далее двигались с постоянной скоростью под воздействием строго постоянной силы Архимеда. На глубине пятидесяти метров автоматически открывались тормозные щитки амортизаторов и модель плавно тормозилась до скорости, исключающей ее полный выброс из воды и удар о воду при падении.

Как и в случае всплывающих моделей, при буксировке обеспечивались практически натурные условия в части внешней турбулентности, а также отсутствие внешних помех и вибраций.

Далее в обзоре кратко изложены результаты работ, выполненных в указанном направлении за последние 20 лет.

Материал подготовил
Г.Хабахпашев.