Гвоздь - форма для глубинной бомбы?

Не пробовали ли ВМФ различных стран в порядке эксперимента хотя бы изготавливать ГБ в форме этаких "гвоздей" со стабилизатором? Чтобы она, ГБ, опускалась строго вертикально, но при этом не так боялась давления (площадь приложения давления маленькая) до больших глубин, чем традиционные чушки. При этом такая форма ГБ обеспечивала бы ей более быстро погружение...

AGRESSOR
Собираетесь забомбить кого-то в Марианской впадине? А кого там бомбить?
Вообще-то все с точностью до наоборот. Самая прочная фигура - шар (сфера). И площадь минимальна, и нагрузка только на сжатие, причем равномерно.
А если нужно именно быстрое погружение, без двигателя никак. Тогда гвоздь с мотором, хотя бы реактивным

Со стабилизаторами были мины подводные, и то это был при внешней похожести не стабилизатор, а акустический резонатор.

Я знаю про прочность шара. Мне просто стало интересно ускорить погружение бомбы за счет формы гвоздя.

Американская глубинная бомба Mk9. Как видите, и форма каплевидная (наиболее оптимальная для движения в вязкой среде, хотя удлиннение, конечно, маловато) и стабилизатор на месте.

Обтекаемость формы слегка извращена приваренным в носу кольцом, дабы матросы могли катить эту штуку по палубе :=)

Стабилизатор необходим, чтобы бомба погружалась строго верикально и на большой глубине не нарушалось взаимное расположение сброшенных бомб («коробочка»).

Для увеличения скорости погружения бобму специально утяжеляли свинцом.

По моим расчётам, эта штука при размерах 18х28 дюйма и массе 450 фунтов имела среднюю плотность около трёх. Сфера такой же плотности и диаметра должна была бы погружаться со скоростью 8-9 м/с. У Mk9 было около 6 м/с. То есть, похоже, обтекаемая форма не принесла особых результатов.

Надо заметить, что наиболее оптимальная форма с точки зрения сопротивления движению - это не гвоздь, а удлиннённое тело каплевидной формы, т.е. полусферический нос, который переходит в цилиндрическую часть, а затем плавно - а коническую оконечность. При оптимальном удлиннении коэффициент сопротивления такого тела примерно в 6 раз лучше, чем у сферы, поэтому скорость погружения при той же плотности и диаметре будет болеше в 2.5 раза.

Проблема в том, что удлинение, дающее минимальное сопротивление при заданной скорости движения, не будет уже оптимальным для достижения максимальной скорости погружения под действием собственного веса. Если взять два тела одинаковой массы и одинакового объёма (т.е. с одинаковым весом и выталкивающей силой), причём одно из них будет с оптимальным, а другое - с несколько большим удлинением, то неоптимальность формы будет компенсирована уменьшением поперечной площади, т.е. уменьшением абсолютной величины силы сопротивления. Оптимум по удлиннению, естественно, сместится. Хотя, поскольку оптимумы здесь очень пологие, вряд ли выигрыш будет больше, чем несколько процентов.

Для той бомбы такие мелочи полностью теряют значение из-за "улучшений"

"Самая лучшая ГБ - это торпеда..." (С) мой

Попробовал ориентировочно вычислить коэффициент лобового сопротивления для подводной лодки типа «Лос-Анджелес». Максимальная скорость 32...35 уз. (u=16.5...18 м/с) , мощность двигателя 35 000 л.с. (P=25 700 кВт), диаметр корпуса 10.1 м (площадь поперечного сечения 80 кв. м + 20% на рубку - примерно S=100 кв. м).

Сх = 2P/S·р·u³ = 2·25 700 000 / 100·1000·(16.5...18)³ = 0.088...0.114

Для лодки типа «Огайо» (35 000 л.с., 25-28 уз., 14 м):

Сх = 2P/S·р·u³ = 2·25 700 000 / 160·1000·(12.8...14.4)³ = 0.107...0.153

Для лодки типа «Сивулф» (45 000 л.с., 35 уз., 10.6 м):

Сх = 2P/S·р·u³ = 2·33 100 000 / 106·1000·18³ = 0.107

У меня получилось для 16.5~18м/с потребная мощность 10~13МВт. Это без рубки, только тело вращения в форме и c размерами корпуса лося.

Коэффициент этот мы считаем явно по-разному, и я думаю ваша формула слишком упрощена (явно для ручных расчётов). В той что использую я, расчёт идёт по площади смоченной поверхности. Площадь расчитывается просто интеграцией по поверхности. У меня коэффициент сопротивления лося без рубки получается 0.0015 (это Cf в коде выше), площадь поверхности 2905м²

Поскольку имеет место подобие, то ПМЛМ неважно какой параметр с размерностью площади брать - площадь поперечного сечения или площадь смоченной поверхности. Конечно, значение коэффицента сопротивления при этом будет разным. Поскольку площадь смоченной поверхности больше, то во столько же раз должен быть меньше коэффициент сопротивления.

P.S. Недавно разговаривал с одной интересной женщиной (д.т.н., в 1980-е гг. занималась гидродинамикой подводных аппаратов). Спрашиваю - почему даже в самых основательных книжках так ублюдочно написано про сопротивление при обтекании тела вращения? Дык, отвечает, это уже давно никого не интересует. Квадратичный закон действует, оптимальные формы для всех случаев давно найдены, коэффициенты сопротивления для всего что можно экспериментально найдены в бассейне. В общем, вопрос, оказывается, закрыт раз и навсегда :=).

P.P.S. Ещё раз проверил ваши расчёты. С показателем степени -2 формула ведёт себя адекватно, по крайней мере при Re>10^5. Коэффициент сопротивления немного падает с ростом Re, что действительно отмечается для удлиннённых тел в разных мудрых книжках. В первом заходе мне показалось, что показатель степени +2, возможно это мой глюк.

Не знаю как там закрыта тема, но пока я нашёл уравнения оптимального корпуса (и где!), уже терпение кончалось. В публикации 32-летней давности оно написано, у издания нет даже сайта (если оно само есть), зато все бодро цитируют, будто оно у них на полке стоит. Наверное поэтому у всех одинаковые сосиски и выходят, а там автор обстоятельно подошёл к теме. В основательных книжках должно всё от печки даваться, а не только самый писк, иначе они не основательные.

дык ароде после альбакора никто и не чешется...

Для au:

Интересно, каким образом в упомянутой вами статье выясняется оптимальное удлинение обтекаемого тела? Это просто эмпирический график или результат каких-то численных расчётов?

Вчера нашёл книжку по расчётам в дозвуковой авиации. Там коэффициент лобового сопротивления вычисляется по формуле
Сx = Cf·ηс·Sc/Sм.
Cf зависит только от скорости (Re) и представляет собой медленно спадающую функцию. Sc – площадь омываемой потоком поверхности, Sм – площадь миделя. Коэффициент ηс – функция от удлинения (λф=L/D), даётся графиком, который привожу.

Понятно, что при больших удлинениях площадь омываемой поверхности растёт примерно пропорционально удлинению. Значит оптимальное с точки зрения сопротивления удлинение будет лежать где-то в конце круто спадающего участка ηс. Так оно и получается, минимум сопротивления приходится на λф = 2, то есть когда длина вдвое больше диаметра.

В тему-
ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ В ЦАГИ | №11, 2008 год | Журнал "Наука и жизнь"
"Наряду с исследованиями стационарных или почти стационарных режимов кавитационного обтекания необходимо было изучить существенно нестационарные течения, возникающие при быстром входе в воду тел различной формы. Такие режимы движения отличаются особой сложностью, поскольку сопровождаются деформацией свободной поверхности жидкости, быстрым изменением смоченной поверхности тела, развитием нестационарных каверн с участием атмосферного воздуха, различными типами замыкания каверн.
Результат исследований — возможность достижения телом, имеющим определённую расчётную форму, больших глубин за очень короткое время. Так, при начальной скорости 1200 м/с тело массой 500 кг, движущееся по инерции, может достичь глубины 500 м менее чем за 1 секунду при условии, что его средняя плотность примерно в 6 раз превышает плотность воды."(с)