Гарпун с минимальным сопротивлением формы

При движении тела в воде возникает лобовое, или общее, сопротивление, которое включает в себя: сопротивление формы Rf, сопротивление трения RT и сопротивление волнообразования Rv.
Наибольшее сопротивление в воде возникает при движении пластины плоскостью вперед (рис. 3.2). При движении пластины плоскостью вперед перед ней возникает повышенное давление воды, а за плоскостью пластины вода находится в разреженном состоянии. Разность давлений спереди пластины и сзади, а также энергия, расходуемая на образование вихревых потоков, будут определять величину сопротивления.
Величину сопротивления можно уменьшить, если улучшить условия обтекания

Подробнее откуда взялась идея такого гарпуна - по источникам материал прилагаю ввиде архивов.
В качестве прототипа предлагаю гарпун вот такой формы:
Спереди трубчатый наконечник ввиде просечки, с отливными окнами и стабилизатором поверхностного омывания гарпуна



Такой снаряд теоретически подходит к клапанным ружьям , гидропневматам, арбалетам.

Покажи место привязки линя к гарпуну!

Простой конус будет иметь меньшее сопротивление чем трубчатая просечка с водоотливными окнами.

Алексей,это конечно все хорошо,но вот вопрос на какой скорости эти значения будут иметь критические значения?а разве на скорости 30-40 метров в секунду это актуально?на сколько технологично тяжело сделать симметричное изделие такое как на фото?уж лучше обычный четырехграник с большей глубиной просечки,так как в таком (как на фото)количестве гранней значение зон перетекания и снижения давления или создания вихревых зон для увеличения стабилизирующего жгута в зона уменьшеного давления не сильно велико, можно почти принебречь.да и проигрывая в потере пары процентов мощности добавить пару десятков денег на изготовление не рентабельно.мне кажется что это актуально для скоростей под 80-90 м/с,хотя могу ошибаться,тапками не кидайте

О самых общих началах, положенных в основание решения вопроса о течении жидкости, см. ст. Гидродинамика; обращаем лишь внимание на то, что, в математически поставленной задаче, сам произвольно заданный контур должен быть одной из линий тока; но не всякий контур, как мы видели, обтекается действительной жидкостью. Пригодны для наименьшего сопротивления только струи, несколько удаленные от заданных контуров, смотря по требуемой абсолютной скорости; некоторые из ближайших могут быть тоже непригодны. Поэтому остается еще некоторая неопределенность, которую можно устранить лишь путем опыта. Мы уже видели, что для модели «Россия», при скорости 3 м в секунду, можно считать ее поверхность за струйную или принять за поверхность, задаваемую для определения дальнейших струй. Проф. Ранкин рассматривает также случай плавающих тел в предположении, что тело движется вместе с трохоидальной волной (см.) и имеет смачиваемую поверхность, представляющую собой в сечении профиль волны, и длину, равную длине волны. Тогда трение, получающееся вследствие орбитальных движений частиц на тело цилиндрической формы с шириной Z (считая ее вдоль гребня волн), выразится таким образом



здесь λ — длина волны, β есть угол наибольшего склона волны и ρ — вес единицы объема. В решении и этого вопроса Ранкин хотел рационально обосновать учение об С. и плавающих тел. Для всякой же формы тел, по его выражению, не может быть никакой теории. На исследовании Ранкина останавливается покуда теория, или идейная сторона, учения С., применяемая пока на практике. Из других вопросов, решенных недавно, очень интересным является вопрос о распространении группы волн (напр. трохоидальных и иных, которых скорость распространения зависит от длины волны), идущих в сторону невозмущенной жидкости. Как оказывается (см. Рэлей, «Theory of Sound», VI арр.), группа трохоидальных волн распространяется со скоростью, равной половине скорости отдельных волн, имеющих скорость, соответствующую длине волны; группа волн перемещения, идущих на конечной глубине, распространяется с той скоростью, что и отдельные волны. Объяснение этого явления, наблюдаемого и в натуре, дано в первый раз Стоксом; явление объясняется как наложение волн, имеющих длины волн, мало отличающиеся друг от друга. На основании этих соображений, можно показать, что на поддержание системы волн, идущей вместе с судном, нужно затрачивать половину энергии, в ней заключенной.
Сопротивление формы корпуса обусловлено превышением суммарного гидродинамического давления на подводную поверхность корпуса подводной лодки по сравнению с кормовой и увеличением скорости обтекания водой его поверхности в средней части. Корпусы современных подводных лодок имеют обтекаемую форму, что обеспечивает долю сопротивления формы не более 6-8% от полного сопротивления.
Волновое сопротивление обусловлено превышением суммарного давления на свободную поверхность корпуса подводной лодки по сравнению с кормовой в результате образования на поверхности воды волн, вызываемых ее движением.
На полном ходу в надводном положении волновое сопротивление достигает 50-60% от полного. С уменьшением скорости доля волнового сопротивления резко уменьшается.
В подводном положении вблизи поверхности воды процесс образования корабельных волн и волнового сопротивления имеет место, но интенсивность его уменьшается с увеличением глубины погружения. На практике считается, что волновое сопротивление отсутствует, если глубина погружения больше длины подводной лодки.
Для обеспечения минимального волнового сопротивления в надводном положении корпус подводной лодки должен иметь достаточно большую заостренную носовую оконечность, и развал шпангоутов выше ватерлинии. Но такая форма корпуса является совершенно нерациональной с точки зрения обеспечения минимального сопротивления на большой глубине.
Наименьшим сопротивлением формы обладает тело вращения (т. е. высота Н равна ширине В) с отношением длины L к ширине В, как 7/5 с закругленной носовой и заостренной кормовой оконечностями при расположении наибольшего поперечного сечения примерно на 1/3 длины от носа (рис. 3).

Вот как изготовить такой снаряд, в принципе это возможно..

Захар пишет: Покажи место привязки линя к гарпуну!

передняя за окно

apox.ru/blog/Podvodnaya-ohota/7-Oryjeinii-opit/924-Dvijenie-garpyna-v-vodnoi-srede
Не забываем работ Сергея Коваленко.

НЕ МОЩНОСТЬЮ ЕДИНОЙ
Лев Семенович Шапиро
Модели. Эксперименты. Альбакор. Модернизации.
При создании ПЛА пришлось в принципе изменить подход к
выбору формы и размеров корпуса, которые для дизель-
электрических подводных лодок определялись исходя из
режима плавания в надводном положении. Для ПЛА,
практически постоянно находящейся под водой, режим
надводного хода является эпизодическим, и, следовательно,
при ее создании необходимо стремиться к максимально
возможному снижению сопротивления лодки в подводном
положении. Несмотря на определенные успехи в снижении
подводного сопротивления дизель-электрических лодок
постройки середины 40 - начала 50-х годов, форма их корпуса
и размеры для ПЛА не годились. Требовались более
радикальные меры, так как речь шла о подводных скоростях
порядка 30 и более узлов, при которых сопротивление воды
будет "съедать", значительно большую долю мощности
энергетической установки, чем на дизель-электрических
лодках со скоростью подводного хода 10 - 15 уз. А возрастание
мощности на каждую 1000 кВт с учетом низких удельных
массовых показателей АЭУ сопровождалось увеличением
массы установки примерно на 80 т.
Для исследования различных вопросов атомного подводного
кораблестроения и, в первую очередь, возможностей
кардинального улучшения гидродинамических качеств ПЛА в
США была создана экспериментальная дизель-электрическая
подводная лодка Альбакор. В аэродинамической трубе были
испытаны более 25 моделей, после чего построили модель
"образцовой" подводной лодки в одну пятую натуральной
величины, испытания которой провели по широкой
программе. Затем был разработан проект подводной лодки
водоизмещением 1350/1847 т с проектной скоростью 25/30 уз.
В конце 1953 г. лодка вступила в строй.
Выполненный в виде тела вращения укороченный корпус
Альбакора обращал на себя внимание отсутствием
выступающих частей, за исключением небольшой рубки. Все
поперечные сечения средней части корпуса были сделаны по
возможности круглыми. Носовая и особенно кормовая
оконечности имели заостренную форму. Для снижения
сопротивления трения наружная обшивка корпуса была
отполирована. Обводы Альбакора широко разрекламировали
как принципиально новое в подводном кораблестроении
архитектурное решение. Но при этом забыли, что о форме тела,
имеющего наибольшее сопротивление при движении в
жидкости или газе, было известно еще в прошлом столетии. В
частности, аналогичную форму использовали в
дирижаблестроении. А еще раньше в 80-90-е годы 19 в. ряд
изобретателей, в том числе и русских, применяли для
подводных лодок, как правило, сигарообразную форму корпуса
при малом отношении длины к ширине. Лишь в начале 20 в.,
когда получили развитие так называемые ныряющие
подводные лодки, для обеспечения возможно большей
скорости и лучших мореходных качеств в надводном
положении их корпусам стали придавать обводы, по форме и
отношению длины к ширине сходные с обводами надводных
кораблей.
Еще на стадии создания Альбакора принятые на нем
отдельные конструктивные решения внедрялись на дизель-
электрических подводных лодках США. Так, вошедшие в
состав флота в 1952 - 1953 гг. ранее упоминавшиеся
подводные лодки типа Барракуда имели "короткий" корпус, а
последние серийные дизель-электрические подводные лодки
США типа Барбел, вступившие в строй в 1959 г. и имевшие
скорость 15/25 уз, практически копировали форму корпуса
Альбакора. Опережая события, заметим, что с той поры и до
настоящего времени практически у всех вновь создаваемых
зарубежных подводных лодок, вне зависимости от типа
энергетической установки, скорость подводного хода
превышает надводную. Совершенствование средств
обнаружения и противолодочного оружия лишило подводные
корабли возможности эффективно действовать в надводном
положении.
С передачей флоту исследовательское назначение Альбакора
не изменилось. На нем отрабатывали способы управления
скоростными подводными лодками, различные системы и
устройства и многое другое.
ПЛ "Альбакор"

Маневренные качества подводных лодок на всех стадиях их
развития рассматривались как первостепенный тактический
элемент. Маневрирование подводной лодки по глубине
осуществляется с помощью горизонтальных рулей, а по курсу -
вертикального руля. С увеличением скорости подводного хода
возникает необходимость особо точного управления лодкой по
глубине, чтобы исключить ее провал на недопустимую
глубину. Такие примеры были даже в ту пору, когда скорость
подводных лодок не превышала 8-10 уз. При высоких
скоростях подводного хода нецелесообразно и даже опасно
использовать носовые горизонтальные рули для погружения
или всплытия, поскольку быстрее и надежнее дифферент
может быть создан кормовыми горизонтальными рулями. На
Альбакоре с управление кормовыми рулями осуществлялось с
помощью высокочувствительного устройства самолетного
типа, позволявшего одному рулевому управлять движением
лодки одновременно по глубине и курсу. Подобное
заимствование закономерно. Ведь принципы управления
движения подводной лодки и самолета имеют много общего.
За 10 лет опытной эксплуатации Альбакор был несколько раз
модернизирован. Объектом одной из модернизаций было
кормовой оперение лодки, которое создавало большое
сопротивление при подводном ходе. Повышение
сопротивления являлось следствием того, что при одном
гребном винте в сочетании с чрезвычайно заостренной
кормовой оконечностью кормовые горизонтальные рули
потребовалось выполнить такой формы, которая не нарушала
бы общих условий обтекания. В результате площадь кормового
оперения резко возросла и его сопротивление в несколько раз
превысило таковое обычных подводных лодок. При
модернизации сопротивление кормового оперения
уменьшили, и оно было принято в качестве образцового для
ПЛА США.


Эволюция корпуса подводной лодки
A - Подводная лодка Джавецкого (1884 год)
Б - "Ныряющая" Подводная лодка ГОЛЛАНД (1901 год)
В - "Ныряющая" Подводная лодка КОРСЕР (1940 год)
Г - Подводная лодка АЛЬБАКОР

Наиболее серьезную модернизацию Альбакор прошел в 1963-
1964 гг., в связи с тем, что не смог подтвердить проектную
скорость подводного хода. На лодке были заменены гребной
электродвигатель (на более мощный - 11 тыс. кВт) и
свинцово-кислотная аккумуляторная батарея (на серебряно-
цинковую). Кроме того, обычный гребной винт был заменен
на соосные винты противоположного вращения, что повлекло
за собой реконструкцию линии вала и всей кормовой
оконечности корабля.
По сравнению с обычными соосные гребные винты
противоположного вращения имеют более высокий КПД.
Поскольку лопасти винта имеют винтообразную поверхность,
при его вращении вода не только отбрасывается назад, но и
закручивается в сторону вращения лопастей. Между тем задача
движителя - только отбрасывать воду, создавая реактивный
импульс - силу тяги. На закручивание потока затрачивается
значительная доля мощности, подводимой к винту от
двигателя. Соосные гребные винты противоположного
вращения имеют более высокий КПД в основном за счет того,
что при их работе часть мощности, теряемой на закручивание
потока, как бы восстанавливается при его раскручивании
вторым винтом, в результате чего возникает дополнительный
упор.
Переход от обычных гребных винтов к соосным
противоположного вращения позволяет увеличить примерно
на 10% пропульсивный коэффициент корабля, на который
КПД гребного винта влияет решающим образом. Позднее
будет рассказано еще об одном серьезном достоинстве гребных
винтов этого типа. Возможно, замена гребного винта имела
решающее влияние на то обстоятельство, что после
модернизации Альбакор подтвердил проектную скорость.

lib.rin.ru/doc/i/83800p2.html