Первооткрывателем этого явления был доктор Ф. Эссапьян, который еще в 1955 году сфотографировал эти складки на теле дельфинов во флоридском океанариуме. Тогда он высказал предположение, что эти волнообразные складки кожи возникают на теле дельфинов, когда они достигают максимальной скорости передвижения и образующиеся при этом вихревые потоки уже нельзя погасить антитурбулентными демпферными свойствами кожи. Именно в этот критический момент начинается волновое движение самого кожного покрова тела Животного, которое и гасит вихри, возникающие при высоких скоростях, и дает дельфину возможность легко мчаться даже в тесном стаде, где, казалось бы, вихревые потоки вокруг множества близко плывущих особей должны сделать невозможным стремительное передвижение всего стада. В середине 50-х годов об этой гипотезе ученого знал лишь небольшой круг специалистов, и вскоре о ней забыли на несколько лет. "Скоростные складки", как их назвал Эссапьян, выглядели на идеально гладком теле дельфина так же нелепо, как, скажем, рифленое днище на гоночной лодке или обшивка из плиссированного металла на скоростном автомобиле. Что, кроме увеличения сопротивления и, следовательно, потери скорости, могло это дать? И дельфины вновь, уже в который раз, попали на "досмотр" к биологам, в лабораторию биоников, начавших свои исследования до смешного прозаично - с проверки достоверности уже много лет известного анатомического строения быстроходных обитателей моря. И вот тогда-то и наступило ожидаемое. Советские исследователи подтвердили гипотезу Эссапьяна: у дельфинов имеется специальный так называемый двигательный механизм, который образует на коже "бегущие волны" (они бегут по телу к хвосту), гасящие вихри, стабилизирующие ламинарное обтекание, уменьшающие трение и тем самым обеспечивающие быстрое плавание животных. Окончательно уверовав, вопреки здравому смыслу, наперекор логике и мнениям кораблестроителей, что "бегущая волна" и есть тот тайный двигатель, который дает дельфинам возможность при минимальных затратах энергии фантастически быстро плавать, биологи обратились за помощью к математикам и кибернетикам. Ведь сто сорок лет инженеры пользовались уравнениями движения вязкой жидкости, и ни разу цифры не противоречили жизни, математика - практике. Только один дельфин, сам не зная того, не подходил под эти каноны, не желал подчиняться законам гидродинамики. Теперь подтвердить правильность гипотезы биологов предстояло математикам. За эту задачу и взялись советские ученые.
Рис. 19. Схема искусственной дельфиньей кожи - 'ламинфло': А - боковой разрез; Б - разрез по линии аб, 1 - верхняя бесшовная оболочка; 2 - средний слой - эластичная диафрагма с гибкими стерженьками; 3 - нижняя бесшовная оболочка; 4 - корпус модели; 5 - пространство менаду стерженьками, заполненное жидкостью; 6 - гибкие стерженьки среднего слоя (по М. Крамеру)
Что же побудило математиков взяться за проверку гипотезы биологов? Прежде всего, ее оригинальность, противоречие обыденному.
Через несколько сот часов работы ЭВМ выдала многометровую бумажную ленту с решением. Ответ оказался столь же простым, как и само изобретение природы. Любая неровность на теле скользящего в воде предмета неизбежно замедлит его движение. Исключение составляет лишь специфическая "бегущая волна" - идеальный случай, наблюдаемый у дельфина, когда мышцы животного как бы настраивают кожу на оптимальный режим. И складки, по логике вещей сбивающие ход, тогда вызывают совсем противоположный результат: "пробегая" по телу дельфина в такт с возникшими завихрениями воды, они не позволяют им перерасти в беспорядочный вихрь, уменьшающий скорость плавания.
Рис. 20. Поперечные складки, образующиеся на теле афалины в момент достижения животным наивысшей скорости
В ходе многочисленных экспериментов исследователи установили, что, помимо мышечной "бегущей волны", дельфин при движении использует еще одну волну, возникающую при комбинированных ударах корпуса и хвостового плавника. Последний, описывая восьмерку, служит своего рода волновым пропеллером.
А недавно советским ученым - кандидату технических наук С. В. Першину, кандидату биологических наук А. С. Соколову и доктору биологических наук А. Г. Томилину - удалось разгадать еще один секрет быстроходности дельфинов, который зарегистрирован в Государственном реестре СССР Комитетом по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР. Сущность этого открытия вкратце такова: при передвижении животных важную роль играют комплексные кровеносные сосуды, расположенные в плавниках, а также особое строение тканей, покрывающих плавники (покрытия из сухожильных тяжей). В зависимости от режима плавания упругость плавников может рефлекторно и почти мгновенно изменяться. Во время быстрого движения в воде или прыжков этих животных плавники имеют наибольшую упругость, при отдыхе они расслаблены.
Рис. 21. Полный цикл движений плывущего дельфина
Каким же образом изменяется упругость плавников? Оказывается, она регулируется кровеносными сосудами. В хвостовом плавнике дельфина имеется один общий распределительный узел кровеносной системы. Он-то и регулирует наполнение кровью сосудов плавников. Этот механизм "саморегулирования гидроупругости плавников" в значительной степени способствует той необычайной скорости, с которой дельфины передвигаются в воде. История этого открытия восходит к началу 50-х годов нашего столетия. Профессор А. Г. Томилин обнаружил в плавниках дельфинов комплексные, артерио-венозные пучки, связанные между собой в особую систему. Пятью годами позже они были обнаружены также у дельфинов и американскими учеными Шевиллом и Шолендером. Однако до последнего времени назначение этих сосудов в плавниках оставалось загадкой. Понадобилось 15 долгих лет наблюдения с фото- и киноаппаратурой за различными породами китообразных в движении и покое, огромное количество опытов, чтобы сделать ныне бесспорными выводы о роли "саморегулирования упругости плавников" в быстроходности дельфинов.
Но и это не последняя тайна быстроходности дельфинов. Ученые обнаружили, что кожа дельфинов обладает гидрофобным, водоотталкивающим свойством. Важность этого открытия для ряда областей инженерной практики, и прежде всего для водного транспорта, трудно переоценить. Дело в том, что если тело обладает водоотталкивающими свойствами, то при его движении в ближайшем к нему слое воды образуются своеобразные шарообразные структуры, состоящие из отдельных совокупностей молекул воды и воздуха. В результате при перемещении в воде тело как бы катится по шарикоподшипникам.
Итак, быстроходность дельфинов, помимо формы тела, обеспечивается целым арсеналом одновременно действующих механизмов. Теперь, когда мы в первом приближении знаем их назначение, устройство и принцип действия, казалось бы, можно приступить к их инженерной реализации и тем самым резко повысить скорость морских и океанских кораблей. Однако это не так-то просто осуществить. На этом пути еще очень много трудностей. К примеру, конструкция демпфирующих покрытий Крамера является лишь грубым приближением к действительности. Обшивка "ламинфло" пока еще очень далека от того совершенства, которое свойственно естественной коже дельфинов. "Ламинфло" позволяет достигнуть увеличения скорости только на небольших торпедах и катерах, но стоит увеличить размеры покрытия, как оно перестает "работать". И это вполне закономерно: ведь кожа дельфина не пассивный амортизатор, это не только мягкая, но и активная оболочка. В ней находится большое число нервных окончаний - датчиков, которые воспринимают все изменения давления воды и посылают сведения о них в центральную нервную систему. Центральная нервная система посылает импульсы-команды к мышцам, которые сокращаются и создают на коже "бегущую волну". Возникающее возмущение потока воды как бы подхватывается этой волной и передается вдоль тела дельфина. Кожа меняет свою форму, приспосабливаясь к завихрениям, и тем самым не дает им развиться. Смоделировать это "активное" демпфирование в искусственной дельфиньей коже пока чрезвычайно трудно.
Однако продолжающиеся гидробионические исследования позволяют надеяться, что со временем удастся изыскать пути реализации в судостроении всех феноменальных качеств "морских скороходов". И тогда подводные лодки, катера и океанские лайнеры, облицованные искусственной дельфиньей кожей, обретут невиданную ранее быстроходность.
Уже имеются проекты покрытия корпусов подводных лодок многокамерными резиновыми оболочками. В камеры этих оболочек через специальное распределительное устройство будет попеременно нагнетаться и откачиваться воздух с таким расчетом, чтобы создать "бегущую волну". Этот вариант "мягкой" и одновременно "активной" оболочки, как полагают, позволит резко приблизиться к природному образцу.
По другому проекту предполагается устранить турбулентные завихрения отсосом воды из пограничного слоя. Известный американский специалист Чарлз Момсен считает, что это даст возможность увеличить скорость судна по меньшей мере в 1,5 раза.
Разработаны и другие проекты, которые также направлены на ликвидацию турбулентных завихрений в пограничном слое. Так, например, предполагается имитировать гидрофобность (несмачиваемость) "дельфиньей кожи". Многочисленные эксперименты показали, что высокомолекулярные Добавки, вводимые в пограничный слой, способны привести к Снижению сопротивления трения примерно на 30-50%*.
* (См.: А. Н. Шмырев, Н. А. Шмырев. Принципы и основные этапы гидробионяческих исследований. "Морской сборник", 1971, № 1, стр. 83.)
Гидробионики и кораблестроители вынашивают идею постройки подводной лодки, "укутанной" в своеобразное воздушное одеяло. В пограничный слой будут выталкиваться мельчайшие пузырьки воздуха в смеси с водой. Таким образом, корпус лодки будет скользить в нагнетаемой водно-воздушной эмульсии, как бы катиться по воздушным пузырькам - микроподшипникам, и скорость подводного судна должна увеличиться.
Весьма вероятно, что мягкие синтетические оболочки, близкие по своим