Игры с водой — история снаряжения для подводной охоты

Вода необходима для жизни. Только незначительному числу людей для поддержания жизни достаточно использовать воду только при приготовлении еды и питья и для того, чтобы мыться. Подавляющее большинство остальных еще время от времени плавают и ныряют. Некоторые их них ныряют не просто так, а охотятся на рыб.

Увлечением подводной охотой  в нашем веке никого не удивить. Ею занимаются множество людей и их количество все время увеличивается. Огромными темпами растет производство соответствующего снаряжения. Все больше и больше рыб рискуют серьезно пострадать от нырнувшего рядом человека. Некоторые отчаянные парни охотятся на пеламид, тунцов и даже на меч–рыбу и акул! И что самое удивительное, возвращаются с  трофеями.

Очевидно, снаряжение должно быть простым, удобным и надежным. При его разработке используются самые современные достижения науки и техники, оно все время совершенствуется. Причем в России чаще, чем в других странах, охотники разрабатывают и совершенствуют (или наоборот ухудшают) свое снаряжение сами.

Если надоело нырять с гарпуном, который выбрасывается резиновым жгутом, то наиболее сложным элементом снаряжения является подводное ружье. Ружья бывают самых различных конструкций, объединяет их только решаемая ими задача: выстрелить гарпуном так, чтобы гарпун попал в рыбу и удержался в ней. Предъявляемые к ружью требования противоречивы: желательны большая дальность и точность боя при минимальных массогабаритных характеристиках. Поэтому от разработчиков требуются компромиссные решения.

Если Вы менеджер или кто-то в этом духе, то наверняка хоть раз купите себе подводное ружье в магазине. В моем случае ситуация иная: специальность у меня инженер-гидроаэродинамик, приятель успешно закончили университет, а наш третий товарищ – политехнический институт (теперь он политехнический университет). Поскольку дело происходит в России, мы трое ну никак не смогли не разрабатывать подводные ружья. Как мы и ожидали, наши ружья продавались настолько успешно, что в скором времени их стали делать уже только на продажу. Кроме одного хобби – подводной охоты, появилось и второе – разработка ружей для нее. Это небольшое производство даже приносило доход, но здесь речь совсем не об этом. Очевидно (к сожалению, только нам троим), что именно наша компания должна была сделать самое лучшее ружье.

Мы очень старались и сделали несколько ружей ручной сборки по специальным проектам и получили увеличение дальности боя примерно на 10 – 15 %. Этого конечно недостаточно для утверждения о большом преимуществе наших ружей перед другими. «Научили» ружье стрелять в воздухе и приспособили для метания маленького якоря – кошки или буйка. Это устройство понравилось яхтсменам, но как же совершенствовать именно подводное ружье, да причем так, чтобы оно очень-очень сильно отличалось в лучшую сторону от всех ружей аналогичного класса?

Ответ мы нашли. Надо сделать то, что еще никто не делал. Что же сделано до нас? Практически все до нас сделано. Разработчики подводных ружей стремятся разогнать гарпун при выстреле до как можно большей скорости, а сопротивление движению гарпуна в воде воспринимается как неизбежное зло и для его снижения не делается практически ничего. С разгоном понятно. Дорогостоящие ручная сборка и высокие требования к точности обработки деталей дают упомянутые 10 – 15 % увеличения дальности боя. Этого нам мало. Решили подробно рассмотреть движение гарпуна в воде, «подводную баллистику». И это оказалось интересно.

Разумеется, подобными вопросами занимались и раньше, но для решения задач более важных, нежели развлечение и отдых. Первые попытки использования подводных пушек были предприняты еще в XIX веке и вовсе не для охоты на рыб. К сожалению для изобретателей подводных пушек тех времен их дальность боя была настолько мала, что об эффективном использовании этого оружия не могло быть и речи.

Появление торпеды поставило крест на подводных Игры с водойпушках прошлого. Так продолжалось до середины прошлого века. Все-таки торпеды велики и дороги, хотелось иметь чего – нибудь количеством побольше и подешевле. Удалось обнаружить упоминание о попытке создания подводных реактивных снарядов немцами во время второй мировой войны. Предполагалось их использование для самообороны подводных лодок в подводном положении. Однако об испытаниях подобного оружия сведений мы не обнаружили.

После второй мировой войны появляется подводное огнестрельное оружие для борьбы с подводными диверсантами противника. Дальность боя такого оружия относительно невелика: около 15 м. Увеличение этой дальности весьма сложно по тем же причинам, что у подводных пушек позапрошлого века: высокая плотность воды и, следовательно, большое сопротивление движению «подводной пули».

В отличие от XIX века в веке нынешнем имеются достижения гидродинамики, позволяющие существенно снизить сопротивление движению удлиненного подводного снаряда.

Для снижения сопротивления движению необходимо создать вокруг «подводной пули» удлиненную полость, заполненную газом. Эта полость формируется за счет обтекания наконечника специальной формы и подачи некоторого количества газа в пространство позади нее. Называется эта полость искусственной каверной. Она изолирует от трения о воду 90 — 95 % площади ее поверхности, что влечет весьма существенное снижение гидродинамического сопротивления. Сама «подводная пуля» по форме весьма похожа на гарпун подводного ружья: сильно удлиненная и заостренная в носовой части.

Итак, для военных устройство разработано. Об общем отметили, теперь о разнице. Гораздо меньшие усилия разгона, большие размеры гарпуна и наличие линя. Но и задача проще: при поражении цели не надо разрывать ее на куски, а только вогнать гарпун. Разумеется, дальность боя чем больше, тем лучше. Здесь целесообразно сделать отступление и рассказать немного о кавитации и том, как она использована нами.

 

Немного истории

Кавитация, т.е. образование в жидкости заполненных паром или газом полостей – каверн, как физическое явление обнаружено и изучается с конца XIX века. Согласно Биркгофу и Сарантонелло впервые каверны, заполненные воздухом, изучались Вортингтоном около 1900 г. С их предположением о том, что эти работы выполнялись из чисто научного интереса, сложно согласиться. Тогда же появились подводные лодки, способные существенно повлиять на ход войны на море. Для борьбы с ними понадобилось специально разработанное для этой цели оружие. Одним из видов этого оружия стал ныряющий снаряд, предсказание поведения которого требовало изучения образующихся при его движении в воде каверн.

Примерно в то же время были замечены каверны на лопастях гребных винтов некоторых быстроходных кораблей. Это обстоятельство приводило к снижению скорости хода, избежать которого было невозможно без соответствующих знаний о кавитации.

В первой половине XX века в основном исследовались процессы в гидравлических машинах для исключения вредного влияния кавитации, но во время второй мировой войны актуальными стали задачи «подводной баллистики». Для решения главным образом ее задач создаются специальные экспериментальные установки и проводятся теоретические и экспериментальные исследования. На основании их результатов разработаны устройства, которые следует здесь упомянуть.

Разработанный в 70-х годах прошлого века в СССР подводный автомат АПС стреляет специальными пулями, придвижении которых под водой вокруг них создается каверна. Согласно данным журнала «Военный парад» (январь – февраль 1994 г, стр. 87) движение такой пули в воде устойчиво, а в воздухе — неустойчиво. Скорость пули автомата АПС в воде весьма велика и именно она обеспечивает создание каверны. Для создания каверны при меньших скоростях необходимо подавать в каверну газ. Такая каверна называется искусственной.

Созданы устройства, создающие снижающие сопротивление искусственные каверны на корпусах тихоходных судов и барж и глиссирующих судов. Одно из отличий этих судов от всех других состоит в том, что расход газа невелик, часто хватает выхлопных газов двигателей. Снижение гидродинамического сопротивления происходит благодаря изоляции от контакта с водой части поверхности корпуса.

Следует упомянуть торпеду «Шквал», при движении которой вокруг нее создается искусственная каверна. Ее скорость во много раз превышает скорость любых традиционных торпед, но для создания и поддержания каверны подавать в нее газ необходимо.

В настоящее время интерес к явлению кавитации возрастает и в различных странах разрабатывается множество подводных ракет, торпед и даже подводных артустановок, использующих кавитацию и без такого использования не способных действовать.

В итоге и мы решили поработать. Если так много разных серьезных организаций принимают участие в создании технологий, использующих явление кавитации, то и у нас все должно получится. Люди, которые лезут в воду (часто холодную) для того, чтобы вернуться оттуда с рыбой, по определению оптимисты.

 

Подготовка

Первый подлежащий решению вопрос был о том, как определить преимущество одного гарпуна перед другим. Очевидно, надо сравнить их кинетическую энергию или импульс на заранее заданном расстоянии от ружья. Для этого принято стрелять в пачку листов фанеры или старый телефонный справочник. Количество пробитых фанерок или страниц и характеризует силу боя. Нам это не годилось, поскольку сразу было ясно, что вариантов понадобится несколько. Проверять каждый из них понадобится на нескольких удалениях от ружья. Многовато понадобится фанеры и справочников. И вообще в книгу стрелять нехорошо. Здесь надо отметить, делается все на личные деньги троих российских инженеров, надо придумать что – то «дешевое и сердитое».

Придумали. Экспериментальная установка проста, даже примитивна. Выстрел производится  в бассейне или естественной акватории с ровным горизонтальным дном. На дно кладется металлический желоб, который представляет собой просто кусок швеллера. Этот швеллер лежит в направлении выстрела. К гарпуну прикреплен линь, другой конец линя прикреплен к грузу, который при натяжении линя скользит по швеллеру.

Перемещение груза характеризует импульс, т.е. силу боя гарпуна на момент натяжения линя. Изменяя его длину, можно получить соотношение сил боя гарпуна при прохождении им различного расстояния при выстреле. Выстрелив различными гарпунами  при одинаковой длине линя, мы получали соотношение их сил боя. Безусловно, с помощью такой примитивной установки можно получить только приближенные значения дальностей боя. Однако с практической точки зрения представляет интерес только весьма значительное, т.е. в разы, увеличение дальности и силы боя, а для этого установка вполне пригодна. Ее стоимость для нас приемлемая, она может легко перевозиться и использоваться везде, где есть вода, хоть в бассейне, хоть в океане.

 

Что мы сделали

Итак, установка готова. Есть подводное ружье, гарпун, линь, груз и желоб. Все это легко перевозится на автомобиле или просто в сумке. Найдены подходящий бассейн и участок озера. Постреляли традиционным гарпуном с наконечником — «пулей» (еще его называют однозубым) и получили данные о силе боя. Началась работа настоящая.

 

Гарпун, наконечник и ружье

Гарпун, наконечник и ружьеНа основании результатов исследования кавитации, выполненных ранее и не нами, разработан первый специальный наконечник гарпуна – просто конус. Позади его донышка прикреплен полимерный шланг для подачи сжатого воздуха. Скорость гарпуна требует этой подачи для создания и поддержания каверны, т.е. необходимо создавать искусственную каверну. Шланг одновременно является и линем, его диаметр вчетверо меньше диаметра гарпуна.

Сжатый воздух подавался из баллона, лежащего на берегу. Результаты испытаний показали, что гарпун с таким наконечником практически не имеет преимуществ по сравнению с наконечником обычным. Вблизи ружья влияние гидродинамического сопротивления гарпуна невелико, а на том удалении от ружья, где гарпун с обычным наконечником имеет недостаточную силу боя, сказывается сопротивление линя, которое в нашем случае больше сопротивления обычного линя.

Преимущество создающий каверну наконечник имеет в неприемлемо малом диапазоне удалений от ружья. Отсутствие ожидаемого эффекта – это неприятность, но не неудача. Удалось определить требуемые для формирования каверны геометрические параметры конуса и расходы подаваемого в каверну газа, в том числе и минимальные при различных скоростях гарпуна. Самое главное – создана искусственная каверна на гарпуне подводного ружья.

Итак, уменьшить диаметр линя-шланга не удалось: не получилось устройство, способное прокачивать воздух или гелий через шланг малого диаметра с достаточным расходом и не создающее дискомфорта при охоте и плавании. В итоге пришлось согласиться таскать на гарпуне запас сжатого воздуха. Первоначально предполагалось изготавливать гарпун из металлической трубки.

При заряжании гарпун заполнялся сжатым воздухом. Наконечник включал конус, позади которого располагался специально разработанный клапан, открывающий канал подачи сжатого воздуха при выстреле. К сожалению и этот гарпун не был достаточно эффективен. Неизбежное снижение массы приводило к такому снижению силы боя, которое «сводило на нет» преимущества искусственной каверны. Полезность испытаний этого гарпуна в итоге ограничилась совершенствованием расчетных моделей движения гарпуна при выстреле.

Первый обнадеживающий результат был получен при испытаниях третьего варианта наконечника. Он крепился на обычный гарпун и состоял из конуса и ресивера со сжатым воздухом. Для подачи воздуха в каверну при выстреле было разработано специальное устройство, требующее установки зацепа на ружье. Размер и вес такого наконечника оказались вполне приемлемыми. При выстреле открывался клапан, сжатый воздух поступал на донышко конуса. Однако наибольшее количество воздуха поступало при открытии клапана, в то время как гарпун выходил из ружья.

По мере удаления гарпуна от ружья расход воздуха падал. Искусственная каверна практически не реагирует на такие изменения расхода подаваемого в нее газа до тех пор, пока расход не станет меньше допустимого. Именно с этим наконечником получен первый обнадеживающий результат – увеличение дальности боя в два раза по сравнению с традиционным гарпуном. Было разработано компактное устройство для подачи в ресивер наконечника сжатого воздуха, которое практически не стесняет движений при плавании.

Использование очищенного сжатого воздуха незначительная доработка зарядного устройства могут превратить его в миниатюрный аварийный дыхательный аппарат. Наконечник имеет некоторые недостатки: достаточно большие габариты и вес, требует регулировки, его изготовление требует от рабочих высокой квалификации, на ружье должно быть смонтировано устройство (несложное, но все — таки), необходимое для срабатывания наконечника при выстреле. При всех недостатках именно этот наконечник впервые обеспечил требуемый результат: увеличение вдвое дальности боя гарпуна.

Воздух в ресивере находится под давлением, превышающим 100 бар. Значит должны быть выполнены соответствующие требования к прочности и надежности. А это сложно и недешево. По этой причине идея использования миниатюрных баллончиков с углекислотой показалась перспективной. После удачных экспериментов с наконечником, оснащенным ресивером со сжатым воздухом, возможность значительного снижения сопротивления гарпуна посредством искусственной каверны не вызывала никаких сомнений. Это значит, что потраченные на баллончики деньги не пропадут. Подробнее о видах дайвинга.

Перегрузок при выстреле оказалось достаточно для того, чтобы при разгоне гарпуна массивная передняя часть наконечника специальной иглой вскрыла баллончик. Газ выходил в пространство позади конуса. Газа в баллончике хватает с лихвой. Менять баллончики несложно даже в воде в неопреновых перчатках. Наконечник уверенно работает при попадании в ил или песок. Патронташ с баллончиками практически незаметен при плавании. Для изготовления наконечника достаточно усилий низкоквалифицированных рабочих, трудоемкость весьма невелика.

К недостаткам следует отнести только необходимость тратить один баллончик на один выстрел, придется потратиться. Однако если принять во внимание возможность использования ружья меньших размеров, а значит и меньшей цены, то плата за баллончики всегда будет целесообразной. Недостатком является и большой вес наконечника. Однако охотнику несложно отработать навыки использования этого наконечника и существует возможность крепить к ружью специальный поплавок, который облегчит прицеливание.

 

Кое – что о перспективах

Как уже упоминалось выше, конструирование подводных ружей и наконечников превратилось в увлечение. Это значит, что подобные работы никогда не кончатся. Некоторые сложности возникают в связи с необходимостью получения информации о каверне. Сейчас ведется работа, цель которой состоит в получении качественной фотографии гарпуна с искусственной каверной при его движении при выстреле. Фотография, т. е. информация о форме каверны, позволит оптимизировать форму конуса, что в итоге еще увеличит дальность боя.

Для охотников на тунцов такой наконечник представляется наиболее подходящим. Дело в том, что увеличение длины ружья и разгоняющего гарпун усилия не безгранично, а сопротивление гарпуна возрастает пропорционально второй степени скорости. Рассматриваемый наконечник существенно снизит сопротивление движению гарпуна. Размеры ружья для охоты на тунцов таковы, что наконечник будет для него ничтожным довеском.

Это вовсе не значит, что подобные наконечники непригодны для других ружей. Нет сомнения в том, что пользоваться маленьким ружьем легче  и проще, чем большим. Если же маленькое ружье бьет также далеко, как большое, то оно должно многим понравиться.

Разумеется, было изготовлено гораздо больше наконечников, чем упомянуто. Некоторые детали переделывались по 4 – 5 раз. О размерах наконечников можно судить по одной из фотографий, а «достигнутый» к настоящему времени общий вес всех изготовленных деталей достиг 27,5 кг.

Замечен еще один результат проделанной работы. У разработчиков почему – то снижается интерес к подводной охоте и растет интерес к разработкам гарпунов с искусственными кавернами. Будет ли рыбам от этого лучше или хуже, покажет время.

Автор во время испытаний. В этом опытовом бассейне ЦНИИ им. Крылова уже сняли почти все оборудование, но для такого простого эксперимента он еще годился. В настоящее время этого здания не существует.

Сергей Чалов во время испытаний в ЦНИИ им. Крылова
Сергей Чалов во время испытаний в ЦНИИ им. Крылова

1-      Наконечник с поражающим элементом, 2 – CD-диск для сравнения размеров,

3 – баллончик с углекислотой (американский), 4 – устройство для упрощения заряжания, 5 – наконечник с носовым конусом, 6 – наконечник с простейшим гидравлическим механизмом для вскрытия баллончика.

Обратный звонок
Обратный звонок