Физика в бою

60 % весового водоизмещения. Столь резкое уменьшение доли легких корпусных конструкций, фундаментов, механизмов, вооружения и оборудования стало возможным благодаря специальному назначению лодки, на которой энергетика не обеспечивает высокой скорости и большой дальности плавания, а вооружение состоит всего из одного экспериментального торпедного аппарата.

^{Рис. 14. Глубоководная подводная лодка «Дельфин» — такой представил ее художник}

Однако есть и другой путь в глубину: повышение пределов текучести стали, из которой строится корпус лодки. Общепроектные требования развития подводных лодок медленно меняются в сторону увеличения доли прочного корпуса в общем весовом водоизмещении. Поэтому практически рост глубин погружения подводных лодок обычно следует за повышением предела текучести корпусной стали. Считается, что такое положение сохранится и в будущем.

Каковы же перспективы повышения механических характеристик корпусных сталей? Еще в начале этого десятилетия в качестве материала первой американской ракеты «Поларис» использовалась сталь с пределом текучести 140 кг/мм². Подводники же до сих пор не перевалили за предел текучести 70 кг/мм². Почему?

Дело в том, что толщина обшивки прочных корпусов современных подводных лодок превышает 40 мм. Сварка листов стали такой толщины — дело весьма сложное. Но не только трудности сварки листов препятствуют созданию сталей со значительно повышенными пределами текучести. Ограничения накладывают также специфические для подводных лодок требования взрывостойкости и усталостной прочности. И все же эти трудности постепенно преодолеваются. В настоящее время освоенной сталью для корпусов лодок иностранные специалисты считают сталь с пределом текучести 100 кг/мм². Они не исключают возможности того, что к началу следующего десятилетия эта цифра удвоится.

Кроме строящейся экспериментальной глубоководной подводной лодки «Дельфин» со стальным корпусом в США построена экспериментальная океанографическая подводная лодка «Алюминаут», в качестве материала прочного корпуса которой использован высокопрочный несваривающийся алюминиевый сплав с пределом текучести 45 кг/мм². Из-за несвариваемости этого сплава для основных корпусных конструкций использованы болтовые соединения со склеиванием стыков и пазов. Предельная глубина погружения «Алюминаута» — 4600 м, диаметр прочного корпуса — 2,14 м, толщина обшивки — 152 мм, вес научно-исследовательского оборудования — 2700 кг, скорость хода — 4,8 узла и дальность плавания 96 миль. Водоизмещение лодки — 68 т.

Оценивая эффективность использования алюминиевых сплавов для увеличения глубин погружения подводных лодок, надо иметь в виду, что строительство подводной лодки «Алюминаут» носит в значительной степени рекламный характер. Инициаторы ее постройки — руководители американской промышленности алюминиевых сплавов.

Иностранные специалисты изучают также проблемы освоения титановых, бериллиевых сплавов и стеклопластиков для корпусов глубоководных подводных лодок. Однако эти проблемы пока не находят практического решения в подводном кораблестроении.

Почему в последнее время внимание конструкторов-подводников привлечено к новому материалу — бериллию? Хотя стоимость этого материала еще выше стоимости титановых сплавов, но у него высокий модуль (мера) упругости (на 30 % выше, чем у стали) наряду с высоким пределом текучести.

Изучением проблемы использования стеклопластиков для корпусов подводных лодок заняты американские специалисты в Тейлоровском опытовом бассейне. Ими проведены модельные эксперименты со стеклопластиком с удельным весом порядка 2 г/см³, пределом прочности 50– 60 кг/мм² и модулем упругости в 4 раза меньшим, чем у стали. Интересно, что в ракетостроении сталь с пределом текучести 140 кг/мм² не выдержала конкуренции со стеклопластиком. В настоящее время многие части корпуса ракеты «Поларис» изготовляются из стеклопластика. Характер распределения напряжений в цилиндрической оболочке, на которую действует гидростатическое давление, открывает большие возможности для стеклопластиков. Известно, например, что напряжения в продольных сечениях такой оболочки в два раза выше, чем в поперечных. Значит, если поперек цилиндра намотать в два раза больше стеклонитей, чем вдоль, материал конструкции будет использован наилучшим образом.

Таковы некоторые пути решения проблемы увеличения глубин погружения подводных лодок. К какому времени будет решена проблема создания боевых подводных лодок с глубинами до 5 тыс. м, трудно сказать. Пока же считается, что боевые лодки следующего десятилетия с прочными корпусами из стали с пределом текучести 210 кг/мм² смогут погружаться на глубины до 1200 м.

ТАМ, ГДЕ КОНЧАЕТСЯ АСФАЛЬТ

_{Инженер-подполковник И. БЕСКИН, кандидат технических наук}

«Движение есть явление, по-видимому, всем знакомое, но между тем, несмотря на то, что философы написали об этом предмете большое количество толстых томов, важнейшие свойства движения остаются неизвестными…» Эти слова написаны более трех веков тому назад одним из основоположников естествознания, великим итальянским ученым Галилеем. С тех пор наука многое сделала для изучения движения. Однако практика, и в частности военное дело, ставит в этой области все новые и новые задачи, и, оказывается, даже в такой простой, узкой области движения, как перемещение из одной точки в другую, еще есть над чем потрудиться ученым и инженерам.

Ракетно-ядерное оружие властно преобразовало тактику и стратегию, сделало бой скоротечным и в высшей степени маневренным. А на стремительные прорывы, глубокие обходы, многокилометровые марши способны только полностью механизированные войска. Значительно возрос вес армейских грузов, увеличились расстояния, на которые их надо перебрасывать. Все это вызвало к жизни очень серьезные научно-технические задачи, связанные с созданием всевозможной армейской боевой и транспортной техники, способной надежно осуществить в требуемые сроки доставку армейских грузов. Решение поставленных задач потребовало проведения соответствующих теоретических работ и, в первую очередь, изучения физических процессов, происходящих при движении тел в различных средах.

Реальные случаи движения — в том смысле этого термина, который был определен в начале статьи, — всегда связаны с преодолением сопротивления внешней среды. Летящий самолет преодолевает сопротивление воздуха; мчащийся торпедный катер — и воздуха, и воды; погруженная подводная лодка — сопротивление воды, а движущийся танк — сопротивление грунта. С другой стороны, внешняя среда необходима для движения, так как само движение может осуществляться только при взаимодействии движущегося тела с окружающей его средой. Следовательно, и тело, и окружающая его среда должны рассматриваться совместно, в их диалектических связях и взаимодействии, так как они составляют единую систему, характеризующуюся наличием известного количества движения.

Оставив в стороне некоторые неизбежно сопутствующие явления, можно утверждать, что, например, для движущегося самолета или корабля справедлив закон сохранения количества движения. Этот закон, так же как и законы сохранения энергии и момента количества движения— одна из конкретных форм проявления в природе общего закона сохранения движения, впервые сформулированного М. В. Ломоносовым. Напомним его: «Суммарное количество движения замкнутой системы тел (не взаимодействующей с другими телами) остается постоянным».

где m_i — массы тел, образующих систему;

v_i — скорость этих тел;

Р — вектор количества движения системы.

Из закона сохранения количества движения, в частности, следует, что, например, корабль массой m₁ плывущий со скоростью ^v₁, должен для осуществления своего движения перемещать массу воды m₂ со скоростью v₂. При этом должно соблюдаться равенство