В рамках одного из ответвлений бионики, которое принято называть гидробионикой, широко исследуются конструктивные решения водных обитателей, позволяющие им при относительно малых затратах энергии быстро перемещаться в такой плотной среде, как вода.

Многообразны формы тела водных животных. Это и вытянутая цилиндрическая (или слегка сжатая с боков) форма угревидных рыб, и разнообразные симметричные и несимметричные формы скомбриодных рыб (некоторые из них имеют форму аэродинамического профиля, близкого к идеальной классической схеме летательного аппарата), и форма тела, близкая к телу вращения, высокоскоростных дельфинов и кальмаров, и каплевидная форма тела огромных китов.

Поверхность тела может быть гладкой или чешуйчатой, покрытой слизью. Движение может осуществляться у одних видов за счет изгибов тела или веслообразных движений боковых плавников, у других гидрореактивной струей, выбрасываемой из своеобразного сопла.

При всем разнообразии конструкций, форм, способов перемещения постоянными остаются высокая эффективность, экономичность, маневренность. Вокруг жесткой конструкции, перемещающейся в воде с относительно большой скоростью, возникает так называемое турбулентное движение частиц воды, т. е. завихрения и противотоки, создающие дополнительное сопротивление движущемуся телу.

Идеальным обтеканием является ламинарное, когда струи воды плавно огибают тело, без отрывов от поверхности и без завихрений. Для движения морских животных как раз и характерна ламинаризация пограничного слоя воды. Это достигается за счет многих механизмов, часто действующих одновременно.

Во-первых, животные, заселяющие гидросферу, в ходе эволюции приобрели формы, оптимальные для того диапазона скоростей, которыми они пользуются.
Во-вторых, тело водных животных имеет специальное покрытие, резко снижающее лобовое сопротивление.

В-третьих, у многих водных животных кожный покров образует специфическую структуру, насыщенную рецепторами, сигнализирующими о поведении пограничного слоя воды, и мышцами, осуществляющими тонкую регуляцию кожных движений с целью гашения возникающих турбулент-ностей.

В-четвертых, водные животные обладают способностью адаптивного изменения площади плавников, специфических телодвижений и тому подобными механизмами. Здесь далеко не все ясно конструкторам. Работа этого плана в гидробионике начата сравнительно недавно, но проводится интенсивно и целенаправленно.
Следует сказать, что некоторые успехи в этой области бионики уже достигнуты в чисто прикладном плане.

Так, японские кораблестроители сообщили, что одна из фирм использовала при строительстве парохода «Куренаи Мару» форму обводов, соответствующую тем, которые характерны для большеголовых китов. Несмотря на необычный вид корпуса судна, пример достоин подражания: был получен выигрыш в мощности силовых установок судна до 15%.

Широкую известность получили результаты работ американского ученого М. О. Крамера, который создал ряд покрытий для твердых тел, движущихся в воде с большой скоростью.

Для работ Крамера характерен сугубо бионический подход. Им были изучены структуры кожного покрова дельфинов и на основе полученных результатов анализа синтезированы покрытия типа «ламинфло».

 

Структура кожи дельфинов очень сложна. Для нее характерно мелкоячеистое строение верхнего покрова и наличие продольных упругих перегородок, заполненных жидким жировым составом. По аналогии с этим и покрытия Крамера представляют собой многослойную конструкцию из эластичного материала на основе резины. Между слоями расположены столбиковые или рейчатые опоры, а промежутки заполнены вязкой демпфирующей жидкостью.

В соответствии с бионическими представлениями о работе кожного покрова дельфина внешняя резиновая диафрагма «ламинфло», будучи чувствительной к колебаниям давления, воспринимает турбулентные -пульсации в пограничном слое и передает их вязкой демпфирующей жидкости, заполняющей промежутки между опорами, поддерживающими наружный слой покрытия.

Тем самым энергия турбулентных пульсаций поглощается за счет упругих свойств резины и вязкой жидкости, что ведет к ламинаризации пограничного слоя воды.

Экспериментальные исследования покрытий Крамера показали, что при тех же мощностях силовых установок подводная лодка и торпеда, корпус которых покрыт слоем «ламинфло», могут двигаться со значительно большей скоростью. Из этого не следует, что секреты кожного покрова дельфина полностью раскрыты.

Конструкторы пока не получили тех результатов, на которые они рассчитывали. Это объясняется тем, что структура «ламинфло» является лишь грубым приближением к действительности. Эта пассивная система, лишенная возможностей саморегуляции, но первые шаги в должном направлении сделаны и сделаны довольно удачно.

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ