ДВИЖИТЕЛЬ «РЫБКА»

 

Всем известно, для чего предназначены весла. Ну конечно, чтобы грести, А для чего грести? – чтобы двигаться по воде на плавающем средстве: лодке, шлюпке, плоту, байдарке, каноэ ...  В старые времена, с помощью весел двигали и очень большие суда – галеры .

 Самые распространенные вёсла смотрите на рисунке:  а – распашное академическое, б — распашное шлюпочное; в — вальковое; г — речное с поперечной рукояткой; д — байдарочное;

е — гребок..

Итак, мы можем сказать точно, гребля с помощью весел – самый простой надежный прием движения безмоторных и беспарусных плавающих средств. И здесь возникает вопрос, а можно ли двигаться иначе?  А что, если  приспособить к перемещению плавающих средств принцип движения рыбы? 
Рыбы - самые быстрые на Земле существа проживают в воде, в среде, перемещение в которой из-за сопротивления гораздо труднее, чем в воздухе. Так, для того, чтобы водоизмещающее (не глиссирующее) судно увеличило свою скорость вдвое, потребуется затратить в 10 - 30 раз большую энергию, в то время, как для авто или вертолёта затраты энергии придется увеличить в три - четыре  раза. 
Чемпионом по скорости среди жителей Земли справедливо считается дельфин. Он может развивать скорость около 200 км/час. Движителем дельфина является хвост. Такой же, что и у рыб, только горизонтальный - дельфину нужно быстро всплывать на поверхность за воздухом. Так почему же этот хвост гораздо более эффективен, чем винт? Эффективность хвоста нельзя рассматривать отдельно от «корпуса» рыбы, его свойствах (сопротивление воде), но мы попробуем не затрагивая свойств «корпуса» найти отличия в движителях.

Немного про винт. Это  – самый распространенный движитель. У него очень высокое отношение передаваемой мощности на вес, но Кпд винта очень низок . Почему? Плоскость винта расположена перпендикулярно к направлению движения - потоку. Поэтому винт обладает заметным собственным сопротивлением потоку. Винт вращается с очень  большой скоростью, закручивая водяной поток его в кильватерную струю, тратя очень большую часть энергии на ненужную работу. В потоке, отбрасываемом винтом, образуется кавитация - каверны. Часть энергии винта расходуется на создание звука. В результате, только 10 - 15 % энергии винта затрачивается на прямолинейное перемещение. 
Рыбий  или дельфиний хвост созданы самой природой  и приспособлены к работе в воде. Рыбий хвост на ощупь явно упруг и имеет мощные мышцы. Возьмите любую рыбу – жёсткие, твёрдые мышцы переходят в хвостовой плавник, который представляет собой упругую пассивную пластину с регулируемой площадью типа веера. Мышцы  могут напрягаться и менять форму хвостовой части тела («корпуса»), передвигая хвостовой плавник, отталкиваясь им от водной среды – таким образом, двигая рыбу вперед. 
И ещё одна характерная деталь: как рыба, так и дельфин при движении отклоняют туловище от оси движения. Рыба – по горизонтали, дельфин – по вертикали, в полном соответствии с перемещением хвоста. Это означает, что хвост имеет холостой ход, как бы «замахивается» перед толчком о воду. На самом деле, этот «замах» состоит в том, что туловище водоплавающего после отталкивания хвостом перемещается в сторону, противоположную отталкивания, и оказывается под небольшим углом к направлению движения. Затем, мышцы хвоста плавно переносят его на линию с туловищем, но хвост при этом из-за сопротивления воды изгибается, оказываясь в положении «замаха» для следующего гребка. Мышцы снова напрягаются, и жёсткий хвост снова производит гребок, отталкивая воду назад и в сторону. И цикл повторяется.
Принцип движения рыб прост, но полностью технически не воспроизведен. Почему?

Движение рыбы - самое совершенное движение на воде и под водой. Это движение основано на работе хвостового плавника. Можно ли сделать такой движитель? Попытки конечно были, но пока не увенчались особым эффектом.  Самые первые мои попытки были с использованием кормового весла (кормовое весло – это обычное весло, закрепленное в уключине на транце и его поворотом можно управлять плавающим средством при движении под парусом или на буксире – примитивное рулевое перо (руль). При частом поперечном движении кормовым веслом, плавающее средство  раскачивается, мечется из стороны в сторону, но не движется. Причиной тому является  то, что при таких движениях весла не создается отталкивающей струи. Чтобы двигаться, нужны движения хвоста рыбы. Я решил  эту техническую задачку  и создал такой движитель – движитель «рыбка», и теперь хочу поделиться этой конструкцией. Чем замечательна эта конструкция? -Тем, что она везде проходима и даже в «тропинках» камышовых зарослей, где простыми веслами не размахнуть. Совершенно беззвучна. Не нужно учиться грести –  мотай веслом влево-вправо и двигайся.  Такой движитель можно использовать в спасательных шлюпках  и плотах, а также на развлекательных средствах.

Теперь о самой конструкции.

Вариант первый. Берем кормовое весло, но вместо ее пера (лопасти) закрепляем шарнир для крепления хвостового пера (плавника).  Хвостовой плавник свободно вращается на шарнирном соединении весла и имеет ограничители поворота, настроенные таким образом, чтобы можно было регулировать угол атаки пера относительно направления движения средства. Если перо взять длинное, то веслу необходим большой угол размаха, если перо короткое, то возникают большие потери энергии на создание турбулентного слоя вокруг него, что представляет большие потери в затраченной энергии.

 

В результате экспериментов, возник второй вариант движителя, в котором используется сразу гребенка из нескольких перьев с малой длиной, но большой высотой. Такая гребенка уменьшает угол размаха весло, и сразу захватывает большую площадь воды, увеличивает  кпд  движителя и его эффективность.   

На оси пера устанавливается румпель, который упирается в упоры ограничителя поворота пера и принимает необходимый угол атаки пера -а. "Рыбка", двигаясь влево или вправо, толкает воду назад, создавая тягу для движения плавающего средства. Все очень просто...