Как всем известно™, киль - это самая нижняя часть корабельного корпуса, являющаяся его становым хребтом. Но есть малоизвестные подробности о других килях, которые я узнал на-днях и хочу поделиться ими с вами.
И как пишет автор интереснейшей статьи Стюарт Слейд, - чтобы всё это описать, потребовалось бы около 12 докторских диссертаций. Но он решил сократить это, насколько возможно.
Обычно вал гребного винта выходит из обшивки корпуса и крепится к ней специальными кронштейнами, указанными стрелками
Но есть и другой вариант - вал проходит через направленный вниз выступ обшивки корпуса, который является дополнительным килём. Вот на модели он отлично виден
А вот такие кили на бывшей яхте Гитлера, которая долго находилась в составе Черноморского флота под названием "Ангара"
Одна из их задач — обеспечить защиту валов от боевых повреждений. Киль не спасет вал, в который попала торпеда, но он отклонит взрывную волну вниз и защитит валы на другой стороне корабля. Кроме того, он (будем надеяться) сделает вал более жестким и предотвратит его деформацию при вращении на высокой скорости. Если это произойдет, это будет полная катастрофа — вал разорвет внутренности корабля.
Защита, обеспечиваемая килями, гораздо важнее, чем просто защита валов. Двухкилевая компоновка в кормовой части позволяет уменьшить пространство между килями, сократив его поперечное сечение (и, следовательно, сопротивление). Это означает, что корпус можно расширить в этой области, переместив пороховые заряды ближе к диаметральной плоскости, что значительно повысит их защиту. Это также означает, что можно улучшить защиту таких элементов, как рулевое управление.
Во-вторых, кили помогут воде плавно обтекать корпус и гребные винты в кормовой части. Это критически важная функция — гребные винты не будут работать должным образом, если они вращаются в турбулентной воде. Это еще мягко сказано — они могут вообще не работать или даже повредить судно, вызывая чрезмерную вибрацию. Чуть-чуть гидродинамики для тех, кто далёк от неё:
На некоторых кораблях кили располагались на внутренних валах и предназначались исключительно для защитных целей (следует отметить, что их назначение — улучшение защиты артиллерийских погребов; кили на внутренних валах мало чем помогут против торпедных атак)
На линкорах типа «Южная Дакота»
кили расположены на внешних валах. В данном случае мотивация была чисто гидродинамической: кили обеспечивали плавное уменьшение площади поперечного сечения корпуса по мере продвижения к корме. Хотя такое расположение, казалось бы, обеспечивало лучшую защиту валов, чем расположение килей внутри корпуса, это всего лишь случайность
Итак, кили — это хорошо, верно? Ну, иногда. Проблема в том, что поток воды между корпусом, винтами и килями совершенно непредсказуем. Никто, и я действительно имею в виду: никто, - до конца не понимает, что на самом деле происходит в кормовой части военного корабля. Испытания в бассейне с моделями помогают, но здесь задействованы масштабные факторы, которые так же никто до конца не понимает. Модель корабля может прекрасно работать в испытательном бассейне, в то время как полномасштабный корпус может начать ужасно вибрировать. Так произошло с «Северной Каролиной», и потребовалось почти два года, чтобы это частично исправить.
Теперь перейдём к рулям. Как и винты, рули лучше всего работают в потоке воды без турбулентности. Однако сам процесс поворота руля вызывает сильную турбулентность. Вы можете провести небольшой практический эксперимент, демонстрирующий это, если у вас есть ванна с душевым шлангом. Наполните ванну наполовину, затем опустите шланг под воду и откройте кран полностью. Это имитирует поток воды от винтов. Теперь держите ладонь так, чтобы пальцы были вместе и направлены прямо вниз. Это имитирует руль. Опустите свой «руль» в поток воды и начните поворачивать руку из стороны в сторону, как будто это руль, и вы почувствуете вибрацию, сотрясающую ваши пальцы.
Если ситуация достаточно серьёзная, вибрация может повредить баллер руля, а сильно турбулентный поток в одну сторону может вызвать сильную вибрацию винтов с этой стороны.
Теперь об эффективности руля. Она увеличивается с увеличением размера пера руля и в условиях плавного (ламинарного) потока, и уменьшается в условиях турбулентности или застоя воды.
Последние очень опасны. Иногда потоки от всех устройств в кормовой части взаимодействуют таким образом, что участки воды фактически остаются неподвижными. Поскольку руль работает только в потоке воды, в стоячей воде он не обладает никакой мощностью . Это сложная ситуация, поскольку застойные зоны образуются только на определенных скоростях, и капитан узнает о них только тогда, когда идет к портовой дамбе и вдруг обнаруживает, что его рулевое управление не работает. Это часто приводит к краху карьеры.
Если речь идёт о большом судне, может помочь разделение пера руля на два меньших и управление ими одновременно.
В вопросе сопротивления движению у нас много интересного. В основном (и это очень просто) сопротивление корпуса связано с изменениями площади его поперечного сечения при перемещении от носа к корме. Чем плавнее изменяется площадь поперечного сечения, тем меньше сопротивление. Корпус с очень низкой скоростью изменения площади поперечного сечения называется обтекаемым корпусом, а корпус с резким изменением — плохо обтекаемым. Проблема в том, что обтекаемые корпуса с тонкими оконечностями по своей природе слабы, особенно в оконечностях, в то время как плохо обтекаемые корпуса, как правило, прочнее.
Особую роль имеет форма кормы. В 1920-х годах британцы построили минный заградитель с транцевой кормой, HMS Adventure. Первый британский военный корабль с такой кормой
Он был блестяще спроектирован таким образом, что мины закладывались в зону застоя воды, где они покачивались за кормой корабля, пока их не засасывало в винты.
В результате корма была перестроена с традиционной крейсерской, или закруглённой, формой
Опять же, плавность хода имеет решающее значение — корпус должен быть спроектирован таким образом, чтобы вода обтекала его с минимальными помехами. Именно поэтому в корпусах используются длинные плавные изгибы, а не резкие переходы (обычно, но бывают исключения). Конструкция корпуса должна плавно направлять воду к винтам и рулю, кроме того, поток воды должен следовать вдоль этих изгибов корпуса и не отходить от них — это само по себе может вызвать ужасные проблемы.
Ни один из этих факторов не является независимым — изменение одного повлияет на все остальные. Именно поэтому никто по-настоящему не понимает, что происходит с водой в корме корабля — это слишком сложно для понимания. Все, что может сделать конструктор, — это сделать свои лучшие расчёты, проверить их в бассейне и помолиться. А затем построить корабль.
Со своей стороны не могу не отметить, что приведённая статья 1998 года, уж теперь-то, да с искусственным интеллектом, наверняка все эти проблемы решены. Хотя...
*****
Ещё кое-что о рулях и рулевом управлении с примерами из моего личного опыта:
Чем рудерпост отличается от рудерписа и зачем они на корабле
Был ли штурвал на корабле Магеллана?
*****
P.S. Хотелось бы выразить благодарность тем, кто воспользовался кнопкой "Поддержать" для моральной и материальной стимуляции автора, хотя и нечасто это происходит :) Приятно сознавать, что твой труд всё-таки ценится.
........................................................................................................................................................................
Полное оглавление журнала
Журнал о моряках и флоте с 80 000 подписчиков. Оглавление, часть 1
Журнал о моряках и флоте с 80 000 подписчиков. Оглавление, часть 2
Журнал о моряках и флоте с 80 000 подписчиков. Оглавление, часть 3
Журнал о моряках и флоте с 80 000 подписчиков. Оглавление, часть 4