С точки зрения гидродинамики хвостовой плавник китообразных является горизонтально расположенным колеблющимся подводным крылом. создающим упор. Ученые опытового бассейна университета в Глазго попытались создать действующую модель судового движителя, работающего подобно плавнику кита. Его основной элемент — упругое крыло, совершающее колебания. Оно закреплено на конце упругой штанги, изготовленной из прочного слоисто-армированного пластика Штанга получает угловые перемещения в вертикальной плоскости, при этом крыло колеблется в воде с оптимальным сдвигом фаз на 90° между вертикальными колебаниями и колебаниями угла атаки (см. схему).
Информация об изображении
Сечение плавника морской свиньи с распределением вдоль хорды его упругих свойств
В результате испытаний модели движителя с крылом, имеющим удлинение (отношение размаха крыла к хорде профиля), равное 4, установлено, что его КПД составляет 70%. Но конструктивно возможно использование крыльев с еще большим удлинением, что, согласно расчетам. дает повышение КПД до 84%.
Сечение плавника морской свиньи с распределением вдоль хорды его упругих свойств
Хотя эффективность испытанного движителя оказалась высока, он создает относительно низкий удельный упор Это означает, что потребуется большая ометаемая при колебаниях крыла площадь, чтобы обеспечить упор, требуемый для движения реального судна Так. например, если движитель устанавливается на судне размерами 66Х10,5Х5,2 м, то. как показали расчеты, при КПД 70% для движения со скоростью 12 уз потребуется мощность двигателя 370 кВт площадь крыла должна быть равна 6,9 м2 (оно должно иметь форму прямоугольника со сторонами 5,3 и 1,3 м — размах крыла больше половины ширины корпуса). Частота колебаний при этом должна составлять 21 мни 1 (0,35 Гц). Если для этого движителя принять длину упругой штанги равной 6,5 м, а амплитуду ее угловых колебаний равной 20°, то размах колебаний крыла по высоте составит 3,2 м. Эта величина существенно превышает диаметр обычного гребного винта (2,65 м), необходимого для такого судна Заметим, что размещение плавникового движителя все же возможно, так как амплитуда вертикальных колебаний крыла не превышает осадки судна.
Исследования осциллирующих движителей ведутся и в Мемориальном университете в Ньюфаундленде (Канада). Одним из направлений этих исследований является изучение формы тела и плавников рыб и китообразных, делаются попытки установить связь между формой плавников и характеристиками движения изучаемых животных. В большинстве случаев в полной мере это удается сделать только на мертвом животном, хотя предпринимаются попытки измерений и на живых рыбах. В дальнейшем эти данные могут быть использованы для повышения эффективности создаваемых человеком плавниковых движителей. Для достоверной оценки эффективности различных форм плавников применяются расчетные методы вихревой теории несущей поверхности. Намечены модельные испытания наиболее перспективных из них.
Упругость плавников китообразных тоже является объектом исследований, так как в дальнейшем, видимо, необходимо добиваться подобия упругих свойств создаваемого движителя аналогичным свойствам плавниковых животных. В сечении плавника морской свиньи видно распределение упругости плавника в продольном направлении оно дает представление и о поперечном профиле природного плавникового движителя.