В биологических системах при Г. происходит присоединение (связывание) воды различными субстратами организма. Вода, входящая в образующиеся при Г. гидратные оболочки, составляет основное количество т. н. связанной воды протоплазмы клетки. С Г. связаны многие биологические процессы. Так, Г. ионов влияет на их проникновение в клетку, а Г. белков изменяет некоторые их свойства — в частности ферментативную активность.
Процесс, обратный Г., т. е. потеря связанной веществами воды, называется дегидратацией. Г. и дегидратация постоянно происходят в процессах обмена веществ, в частности обмена воды, в организмах.
Гидратообразование
Гидратообразова'ние в природном газе. Многие компоненты природного газа (метан, этан, пропан, изобутан, углекислый газ, азот, сероводород) в соединении с водой образуют т. н. газовые гидраты — твёрдые кристаллические вещества (напоминающие по внешнему виду спрессованный снег), которые при высоких давлениях существуют при положительных температурах.
По структуре «газовые гидраты» — соединения включения (клатраты), которые образуются путём внедрения в пустоты кристаллических структур, составленных из молекул H2O, молекул газа (М). Общая формула газовых гидратов — М·nH2O, где значение n изменяется от 5,75 до 17 в зависимости от состава газа и условий образования гидратов.
При добыче газа гидраты могут образовываться в стволах скважин, промысловых коммуникациях и магистральных газопроводах. Отлагаясь на стенках труб, гидраты резко уменьшают их пропускную способность. Для борьбы с Г. на газовых промыслах вводят в скважины и трубопроводы различные ингибиторы (метиловый спирт, гликоли, 30%-ный раствор CaCl2), а также поддерживают температуру потока газа выше температуры Г. с помощью подогревателей, теплоизоляцией трубопроводов и подбором режима эксплуатации, обеспечивающего максимальную температуру газового потока. Для предупреждения Г. в магистральных газопроводах наиболее эффективна газоосушка. Г. используется для опреснения морской воды (см. Опреснение воды). Запатентован также ряд способов хранения природных и инертных (Ar, Kr, Xe) газов в виде гидратов. В 1970 советскими учёными доказана принципиальная возможность существования в районах распространения многолетней мерзлоты месторождений природного газа в виде гидратов. Создание эффективных методов поисков и эксплуатации таких месторождений позволит значительно увеличить газовые ресурсы.
Лит.: Макогон Ю. Ф., Саркисьянц Г. А,, Предупреждение образования гидратов при добыче и транспорте газа, М., 1966.
Б. В. Дегтярев.
Гидратцеллюлоза
Гидратцеллюло'за, одна из структурных модификаций целлюлозы, имеет тот же химический состав, что и природная целлюлоза, но отличается от неё по свойствам. Г. получают из природной целлюлозы: осаждением из раствора; обработкой целлюлозы концентрированными (17—35%-ными) растворами щелочей и разложением образовавшейся щелочной целлюлозы; этерификацией целлюлозы и последующим омылением сложных эфиров; механическим размолом целлюлозы.
При образовании Г. происходит ослабление межмолекулярных связей, а следовательно и изменение свойств природной целлюлозы. Г., в отличие от природной целлюлозы, обладает более высокой гигроскопичностью, накрашиваемостью, растворимостью и реакционной способностью. Перевод целлюлозы в Г. — одна из стадий получения вискозных волокон и медноаммиачных волокон.
Гидратцеллюлозные волокна
Гидратцеллюло'зные воло'кна, искусственные волокна, получаемые из хлопковой или древесной целлюлозы по вискозному или медноаммиачному способу. Подробнее см. Вискозные волокна, Медноаммиачные волокна.
Гидратцеллюлозные плёнки
Гидратцеллюло'зные плёнки, плёнки, формуемые из щелочных растворов ксантогената целлюлозы (вискозы) или получаемые омылением готовой ацетилцеллюлозной плёнки. Промышленность производит в основном Г. п. из вискозы (т. н. целлофан) целлофановым, транспаритовым или сухим методами.
Наиболее распространён целлофановый метод. Он включает следующие стадии: получение вискозы, формование, отделку и сушку плёнки. Формование, а также последующие стадии проводят на одном агрегате — плёночной машине. Вискозу через тарельчатый фильтр равномерно подают в чугунную фильеру с щелевидным отверстием. Из фильеры вискоза попадает в осадительную ванну (смесь растворов сульфата натрия и серной кислоты), где и происходит формование плёнки. После этого плёнка проходит через последовательно расположенные ёмкости (барки), в которых циркулируют растворы различных реагентов, предназначенных для отделки, крашения, пластификации и промывки. Затем плёнку сушат и сматывают в рулоны.
Транспаритовый метод заключается в формовании плёнки вискозы с помощью разливочного приспособления. Вискозу наносят на поверхность вращающегося барабана диаметром около 3 м, нижняя часть которого погружена в осадительную ванну. По выходе из ванны плёнка сматывается с барабана и подвергается тем же обработкам, что и при целлофановом методе.
Транспаритовый метод позволяет получать плёнку с высокой степенью прозрачности и без «полосатости» (штрихов). К недостаткам метода относят низкую производительность и технологические затруднения при изготовлении основного технологического оборудования.
Сухой метод называют также двухванным, т.к. коагуляцию ксантогената проводят в воздушной среде, а омыление — в растворах кислот или органических растворителях. Вискозу подают тонким слоем на вращающийся барабан, где испаряется основное количество влаги и образуется плёнка, которая подсушивается на барабане различное время (в зависимости от её толщины). Затем плёнку омыляют, промывают горячей водой и сушат.
Г. п. нетоксичны, обладают низкой паро- и влагопроницаемостью, а также высокой стойкостью к действию жиров и микроорганизмов. Г. п., полученная сухим способом, обладает высокими эластичными свойствами. В мокром состоянии прочность Г. п. снижается на 65—70%. Свойства Г. п. из вискозы сильно зависят от способа получения.
Модификация проводится с целью получения Г. п., обладающих большей водостойкостью и пониженной паро- и влагопроницаемостью. Кроме того, модификация облегчает переработку Г. п. в изделия методом тепловой сварки и предотвращает слипание Г. п. при хранении в рулонах. Г. п. модифицируют методами т. н. дублирования (нанесение на Г. п. другого полимера, например полиэтилена, в расплавленном состоянии) и лакирования (нанесение другого полимера в виде лака).
Применение. Лакированную плёнку широко используют в качестве упаковочного материала для жирных мясо-молочных продуктов, очищенных фруктов, кондитерских изделий, сигар и пр. Обычная плёнка используется для упаковки непищевых товаров, а также технических продуктов.
Лит.: Козлов П. В., Брагинский Г. И., Химия и технология полимерных пленок, М., 1965; Роговин З. А., Основы химии и технологии производства химических волокон, 3 изд., т. 1, М., 1964, с. 520.
Гидраты
Гидра'ты, продукты присоединения воды к неорганическим и органическим веществам. Термин «Г.» употребляется главным образом по отношению к соединениям, содержащим кристаллизационную воду (кристаллогидратам); он сохранился также в некоторых традиционных названиях, например CC13CH (OH)2 называется хлоральгидрат. Раньше широко применялось название «гидраты окислов металлов», например NaOH — гидрат окиси натрия, и т.д. В настоящее время для этих соединений употребительно название «гидроокиси металлов» (поскольку, в отличие от кристаллогидратов, они не содержат отдельных молекул H2O). См. Гидроокиси.
Гидремия
Гидреми'я (от греч. hydor — вода и haima — кровь), разжижение крови, увеличение содержания воды в крови. Различают собственно Г. и гидремическое полнокровие. Собственно Г. — увеличение жидкой части крови без возрастания общей массы крови; возникает обычно при кровопотерях, когда некоторое время объём крови уменьшен, но в результате быстрого поступления в кровеносное русло воды из тканей процентное содержание её в крови увеличивается. Гидремическое полнокровие, сопровождающееся значительным увеличением массы крови, развивается вследствие чрезмерного введения жидкости в организм, при нарушении выделительной функции почек, в период рассасывания больших отёков, асцита, а также при некоторых формах анемий.
Гидриды
Гидри'ды, соединения водорода с другими элементами. В зависимости от характера связи водорода различают три типа Г.: ионные, металлические и ковалентные.
К ионным (солеобразным) Г. относятся Г. щелочных и щёлочноземельных металлов. Это белые кристаллические вещества, устойчивые в обычных условиях и лишь при нагревании разлагающиеся без плавления на металл и водород (кроме LiH, плавящегося при 680°С). Водой энергично разлагаются с выделением водорода. Получаются при взаимодействии металлов с водородом при 200—600°С. LiH и NaH применяются в органическом синтезе как восстановители и конденсирующие агенты. CaH2 — для высушивания и определения воды в органических растворителях, при получении порошков металлов из окислов, а также водорода. Раствором NaH в расплавленной щёлочи снимают окалину с металлических изделий. Ионное строение имеют и двойные Г. — борогидриды МеВН4 и алюмогидриды MeA1H4 (см. Алюминия гидрид), широко используемые в органическом синтезе в качестве эффективных восстановителей.
Г. переходных металлов принадлежат к типу металлических, т.к. по характеру химических связи они сходны с металлами. Эти Г. в большинстве случаев являются соединениями переменного состава, и приводимые ниже формулы дают лишь предельное содержание в них водорода. Многие металлы способны поглощать значительное количество водорода с образованием твёрдых растворов, сохраняющих кристаллическую структуру данного металла. Напротив, истинные Г. имеют структуру иную, чем исходный металл. Для металлов III группы периодической системы (подгруппа Sc и лантаноиды) характерно образование двух типов Г. — MeH2 и MeH3. Металлы IV группы (подгруппа Ti) образуют Г. MeH2, а металлы V группы (подгруппа ванадия) — MeH. Г. металлов этих групп — хрупкие твёрдые вещества серого или чёрного цвета, получаются при действии водорода на мелкораздробленные металлы при повышенных температурах. Металлы VI, VII и VIII групп (кроме палладия) при поглощении водорода не дают определённых химических соединений.
Г. переходных металлов служат катализаторами различных химических реакций. Способность металлов образовывать Г. используется в высоковакуумной технике для связывания водорода. В результате образования Г., например при действии паров воды на раскалённый металл и при электролитическом выделении металлов, ухудшается качество металлов (появляется т. н. водородная хрупкость).
Г. переходных металлов I и II групп периодической системы, а также Г. III группы (подгруппа A1) не образуются при взаимодействии металла с водородом. Они получаются, например, при восстановлении соединений этих металлов алюмогидридом лития LiAlH в эфирном растворе. Все они при нагревании легко разлагаются на металл и водород.
Ковалентные Г. образуются неметаллами IV, V, VI и VII групп периодической системы, а также бором. Кроме простейших соединений этого типа (метана CH4, силана SiH4 и т.п.), являющихся газами, известны Г. с большим числом атомов элемента, соединённых друг с другом в виде цепей, например силаны SinH2n+2. Простейший Г. бора ВН3 не существует, бороводороды имеют сложное строение. Г. элементов первых периодов очень стабильны, Г. тяжёлых элементов крайне неустойчивы. Многие Г. (B2H6, SiH4, PH3) легко воспламеняются на воздухе. B2H6 и SiH4 разлагаются водой с выделением водорода. Г. элементов V, VI и VII групп водой не разлагаются. Известны многочисленные производные ковалентных Г., в которых часть атомов водорода замещена на атомы галогена или металла, а также на алкильные и др. группы. Ковалентные Г. получают непосредственным взаимодействием элементов, разложением металлических соединений водой или кислотами, восстановлением галогенидов и др. соединений гидридами, борогидридами и алюмогидридами щелочных металлов. Термическое разложение Г. служит одним из методов получения особо чистых элементов (например, кремния, германия).
Лит.: Херд Д., Введение в химию гидридов, пер. с англ., М., 1955; Жигач А. Ф., Стасиневич Д. С., Химия гидридов, Л., 1969; Михеева В. И., Гидриды переходных металлов, М., 1960; Маккей К., Водородные соединения металлов, пер. с англ., М., 1968; Галактионова Н. А., Водород в металлах, 2 изд., М., 1967.
Д. С. Стасиневич.
Гидрия
Ги'дрия (греч. hydria, от hydor — вода), древнегреческий сосуд для воды (чаще керамический). Г. имеет две горизонтальные ручки по бокам, за которые её удобно поднимать и поддерживать при переноске на плече, и одну вертикальную, при помощи которой Г. легко наклонять. По форме Г. близка амфоре, но её яйцевидное тулово сильно расширяется кверху, а горло уже и выше. Благодаря этому силуэт Г. более динамичен и наделён более напряжённым ритмом. Г. часто украшались росписью.
Арибалл.
Гидро...
Гидро... (от греч. hydor — вода), начальная часть сложных слов, указывающая на отношение их к воде, водоёмам и т.п., например гидробиология, гидросфера.
Гидроагрегат
Гидроагрега'т (от гидро... и агрегат), агрегат, состоящий из гидротурбины и гидрогенератора. Различают горизонтальные осевые и вертикальные Г. Горизонтальные осевые Г. делятся на прямоточные агрегаты и погруженные. К последним относятся капсульные гидроагрегаты и шахтные с верховым и низовым расположением генератора.
Гидроаккумулирующая электростанция
Гидроаккумули'рующая электроста'нция (ГАЭС), насосно-аккумулирующая электростанция, гидроэлектрическая станция, принцип действия (аккумулирования) которой заключается в преобразовании электрической энергии, получаемой от др. электростанций, в потенциальную энергию воды; при обратном преобразовании накопленная энергия отдаётся в энергосистему главным образом для покрытия пиков нагрузки. Гидротехнические сооружения ГАЭС (рис.) состоят из двух бассейнов, расположенных на разных уровнях, и соединительного трубопровода. Гидроагрегаты, установленные в здании ГАЭС у нижнего конца трубопровода, могут быть трёхмашинными, состоящими из соединённых на одном валу обратимой электрической машины (двигатель-генератор), гидротурбины и насоса, или двухмашинными — обратимая электромашина и обратимая гидромашина, которая в зависимости от направления вращения может работать как насос или как турбина. В конце 60-х гг. 20 в. на вновь вводимых ГАЭС стали устанавливать более экономичные двухмашинные агрегаты.
Электроэнергия, вырабатываемая недогруженными электростанциями энергосистемы (в основном в ночные часы суток), используется ГАЭС для перекачивания насосами воды из нижнего водоёма в верхний, аккумулирующий бассейн. В периоды пиков нагрузки вода из верхнего бассейна по трубопроводу подводится к гидроагрегатам ГАЭС, включенным на работу в турбинном режиме; выработанная при этом электроэнергия отдаётся в сеть энергосистемы, а вода накапливается в нижнем водоёме. Количество аккумулированной электроэнергии определяется ёмкостью бассейнов и рабочим напором ГАЭС. Верхний бассейн ГАЭС может быть искусственным или естественным (например, озеро); нижним бассейном нередко служит водоём, образовавшийся вследствие перекрытия реки плотиной. Одно из достоинств ГАЭС состоит в том, что они не подвержены воздействию сезонных колебаний стока. Гидроагрегаты ГАЭС в зависимости от высоты напора оборудуются поворотно-лопастными, диагональными, радиально-осевыми и ковшовыми гидротурбинами. Время пуска и смены режимов работы ГАЭС измеряется несколькими минутами, что предопределяет их высокую эксплуатационную манёвренность. Регулировочный диапазон ГАЭС, из самого принципа её работы, близок двукратной установленной мощности, что является одним из основных её достоинств.
Способность ГАЭС покрывать пики нагрузки и повышать спрос на электроэнергию в ночные часы суток делает их действенным средством для выравнивания режима работы энергосистемы и, в частности, крупных паротурбинных энергоблоков. ГАЭС могут быть с суточным, недельным и сезонным полными циклами регулирования. Наиболее экономичны мощные ГАЭС с напором в несколько сотен м, сооружаемые на скальном основании. Общий кпд ГАЭС в оптимальных расчётных условиях работы приближается к 0,75; в реальных условиях среднее значение кпд с учётом потерь в электрической сети не превышает 0,66.
ГАЭС целесообразно строить вблизи центров потребления электроэнергии, т.к. сооружение протяжённых линий электропередачи для кратковременного использования экономически не выгодно. Обычный срок сооружения ГАЭС около 3 лет.
В СССР разработано несколько проектов сооружения ГАЭС на территории Европейской части страны, в том числе в районе Москвы; первая ГАЭС с обратимыми гидроагрегатами общей мощностью 200 Мвт (200 тыс. квт) сооружается (1971) в зоне верхнего бьефа Киевской ГЭС. ГАЭС сооружаются (1971) в ФРГ, США, Великобритании, Австрии, Франции, Японии, ГДР и др. Среди крупных действующих зарубежных ГАЭС: Круахан (Великобритания) — 400 Мвт, напор 440 м, введена в 1966; Том-Сок (США) — 350 Мвт, в двух агрегатах по 175 Мвт, напор 253 м (1963); Хоэнварте-11 (ГДР) — 320 Мвт, напор 305 м (1965); Вианден (Люксембург) — 900 Мвт, напор 280 м (1964). Общая мощность ГАЭС в странах мира к 1970 превысила 15 Гвт (15 млн. квт).
Лит.: Методы покрытия пиков электрической нагрузки, под ред. Н. А. Караулова, М., 1963; Саввин Ю. М., Гидроаккумулирующие электростанции, М. — Л., 1966; Доценко Т. П., Киевская ГЭС на р. Днепре, «Гидротехническое строительство», 1963, № 5.
Н. А. Караулов, В. А. Прокудин.
Гидроаккумулирующая электростанция (схема): а — вертикальный разрез; б — план: 1 — верхний аккумулирующий бассейн; 2 — водоприёмник; 3 — напорный водовод; 4 — здание электростанции; 5 — нижнее питающее водохранилище; 6 — плотина с водосбросом; 7 — нормальный подпорный уровень воды; 8 — уровень сработки.
Гидроакустика
Гидроаку'стика (от гидро... и акустика), раздел акустики, изучающий распространение звуковых волн в реальной водной среде (в океанах, морях, озёрах и т.д.) для целей подводной локации, связи и т.п. Существенная особенность подводных звуков — их малое затухание, вследствие чего под водой звуки могут распространяться на значительно большие расстояния, чем, например, в воздухе. Так, в области слышимых звуков для диапазона частот 500—2000 гц дальность распространения под водой звуков средней интенсивности достигает 15—20 км, а в области ультразвука — 3—5 км. Если исходить из величин затухания звука, наблюдаемых в лабораторных условиях в малых объёмах воды, то можно было бы ожидать значительно больших дальностей. Однако в естественных условиях, кроме затухания, обусловленного свойствами самой воды (т. н. вязкого затухания), сказываются ещё рефракция звука и его рассеяние и поглощение различными неоднородностями среды.
Рефракция звука, или искривление пути звукового луча, вызывается неоднородностью свойств воды, главным образом по вертикали, вследствие трёх основных причин: изменения гидростатического давления с глубиной, изменения солёности и изменения температуры вследствие неодинакового прогрева массы воды солнечными лучами. В результате совокупного действия этих причин скорость распространения звука, составляющая около 1450 м/сек для пресной воды и около 1500 м/сек для морской, изменяется с глубиной, причём закон изменения зависит от времени года, времени дня, глубины водоёма и ряда др. причин. Звуковые лучи, вышедшие из источника под некоторым углом к горизонту, изгибаются, причём направление изгиба зависит от распределения скоростей звука в среде (рис. 1). Летом, когда верхние слои теплее нижних, лучи изгибаются книзу и в большинстве своём отражаются от дна, теряя при этом значительную долю своей энергии. Наоборот, зимой, когда нижние слои воды сохраняют свою температуру, между тем как верхние слои охлаждаются, лучи изгибаются кверху и претерпевают многократные отражения от поверхности воды, при которых теряется значительно меньше энергии. Поэтому зимой дальность распространения звука больше, чем летом. Вследствие рефракции образуются т. н. мёртвые зоны (зоны тени — см. рис. 1, а), т. е. области, расположенные недалеко от источника, в которых слышимость отсутствует.
Наличие рефракции, однако, может приводить к увеличению дальности распространения звука — явлению сверхдальнего распространения звуков под водой. На некоторой глубине под поверхностью воды находится слой, в котором звук распространяется с наименьшей скоростью; выше этой глубины скорость звука увеличивается из-за повышения температуры, а ниже — вследствие увеличения гидростатического давления с глубиной. Этот слой представляет собой своеобразный подводный звуковой канал. Луч, отклонившийся от оси канала вверх или вниз, вследствие рефракции всегда стремится попасть в него обратно (рис. 2). Если поместить источник и приёмник звука в этом слое, то даже звуки средней интенсивности (например, взрывы небольших зарядов в 1—2 кг) могут быть зарегистрированы на расстояниях в сотни и тысячи км. Существенное увеличение дальности распространения звука при наличии подводного звукового канала может наблюдаться при расположении источника и приёмника звука не обязательно вблизи оси канала, а, например, у поверхности. В этом случае лучи, рефрагируя книзу, заходят в глубоководные слои, где они отклоняются кверху и выходят снова к поверхности на расстоянии в несколько десятков км от источника. Далее картина распространения лучей повторяется и в результате образуется последовательность т. н. вторичных освещенных зон, которые обычно прослеживаются до расстояний в несколько сотен км. Явление сверхдальнего распространения звука в море было открыто независимо американскими учёными М. Ивингом и Дж. Ворцелем (1944) и советскими учёными Л. М. Бреховских и Л. Д. Розенбергом (1946).
На распространение звуков высокой частоты, в частности ультразвуков, когда длины волн очень малы, оказывают влияние мелкие неоднородности, обычно имеющиеся в естественных водоёмах: микроорганизмы, пузырьки газов и т.д. Эти неоднородности действуют двояким образом: они поглощают и рассеивают энергию звуковых волн. В результате с повышением частоты звуковых колебаний дальность их распространения сокращается. Особенно сильно этот эффект заметен в поверхностном слое воды, где больше всего неоднородностей. Рассеяние звука неоднородностями, а также неровностями поверхности воды и дна вызывает явление подводной реверберации, сопровождающей посылку звукового импульса: звуковые волны, отражаясь от совокупности неоднородностей и сливаясь, дают затягивание звукового импульса, продолжающееся после его окончания, подобно реверберации, наблюдающейся в закрытых помещениях. Подводная реверберация — довольно значительная помеха для ряда практических применений Г., в частности для гидролокации.
Пределы дальности распространения подводных звуков лимитируются ещё и т. н. собственными шумами моря, имеющими двоякое происхождение. Часть шумов возникает от ударов волн на поверхности воды, от морского прибоя, от шума перекатываемой гальки и т.п. Другая часть связана с морской фауной; сюда относятся звуки, производимые рыбами и др. морскими животными (подробнее см. Биогидроакустика).
Г. получила широкое практическое применение, т.к. никакие виды электромагнитных волн, включая и световые, не распространяются в воде (вследствие её электропроводности) на сколько-нибудь значительном расстоянии, и звук поэтому является единственным возможным средством связи под водой. Для этих целей пользуются как звуковыми частотами от 300 до 10000 гц, так и ультразвуками от 10000 гц и выше. В качестве излучателей и приёмников в звуковой области используются электродинамические и пьезоэлектрические излучатели и гидрофоны, а в ультразвуковой — пьезоэлектрические и магнитострикционные. Из наиболее существенных применений Г. следует отметить эхолот, гидролокаторы, которыми пользуются для решения военных задач (поиски подводных лодок противника, бесперископная торпедная атака и т.д.); для мореходных целей (плавание вблизи скал, рифов и др.), рыбопромысловой разведки, поисковых работ и т.д. Пассивным средством подводного наблюдения служит шумопеленгатор, позволяющий определить направление источника шума, например корабельного винта. Подводные мины снабжаются т. н. акустическими замыкателями (взрывателями), вызывающими взрыв заряда мины в момент прохождения над ней корабля. Самодвижущиеся торпеды могут самонаправляться на корабль по его шуму и т.д.
Лит.: Физические основы подводной акустики, пер. с англ., под ред. В. И. Мясищева, М., 1955; Бреховских Л. М., Волны в слоистых средах, М., 1957; Подводная акустика, пер. с англ., под ред. Л. М. Бреховских, т. 1, М., 1965, т. 2, М., 1970: Сташкевич А. П., Акустика моря, Л., 1966: Толстой И., Клей К. С., Акустика океана, пер. с англ., М., 1969.
Л. Д. Розенберг. Р. Ф. Швачко.
Рис. 2. Распространение звука в подводном звуковом канале: а — изменение скорости звука с глубиной; б — ход лучей в звуковом канале.
Рис. 1. Рефракция звука в воде: а — летом; б — зимой; слева — изменение скорости с глубиной.
Гидроакустическая станция
Гидроакусти'ческая ста'нция, совокупность схемно и конструктивно связанных акустических, электрических и электронных приборов и устройств, с помощью которых производится приём или излучение либо приём и излучение акустических колебаний в воде.
Различают Г. с. только принимающие акустическую энергию (пассивного действия) и приёмоизлучающие (активного действия). Г. с. пассивного действия [шумопеленгатор (рис. 1, а), Г. с. разведки, звукометрическая станция и др.] служат для обнаружения и определения направления (пеленга) на шумящий объект (движущийся корабль, Г. с. активного действия и др.) по создаваемым объектом акустическим сигналам (шумам), а также для прослушивания, анализа и классификации принятых сигналов. Пассивные Г. с. обладают скрытностью действия: их работу нельзя обнаружить. Г. с. активного действия [гидролокатор (рис. 1, б), рыболокатор, эхолот и др.] применяют для обнаружения, определения направления и расстояния до объекта, полностью или частично погруженного в воду (подводной лодки, надводного корабля, айсберга, косяка рыбы, морского дна и т.д.). Достигается это посылкой кратковременных акустических импульсных сигналов в определённом или во всех направлениях и приёмом (во время паузы между посылками их) после отражения от объекта. Активные Г. с. способны обнаруживать как шумящие, так и не шумящие объекты, движущиеся и неподвижные, но могут быть обнаружены и запеленгованы по излучению, что является некоторым их недостатком. К активным Г. с. также относят станции звукоподводной связи, гидроакустические маяки, гидроакустические лаги, эхолёдомеры и др. акустические станции и приборы. Подробнее о методах пеленгования и определения местоположения см. в ст. Гидроакустика и Гидролокация.
Основными частями пассивных Г. с. являются: акустическая система (антенна), компенсатор, усилитель, индикаторное устройство. Активная Г. с., кроме того, имеет также генератор и коммутационное устройство, или переключатель «приём — передача».
Акустическая система Г. с. составляется из многих электроакустических преобразователей (гидрофонов — у принимающих Г. с., вибраторов — у приёмоизлучающих Г. с.) для создания необходимой характеристики направленности приёма и излучения. Преобразователи размещаются (в зависимости от типа и назначения Г. с.) под днищем корабля на поворотно-выдвижном устройстве или в стационарном обтекателе, проницаемом для акустических колебаний, встраиваются в наружную обшивку корабля, монтируются в буксируемом кораблём или опускаемом с вертолёта контейнере, устанавливаются поверх опорной конструкции на дне моря. Компенсатор вносит в переменные токи, протекающие в электрических цепях разнесённых друг от друга гидрофонов, сдвиг фаз, эквивалентный разности времени прихода акустических колебаний к этим гидрофонам. Численные значения этих сдвигов показывают угол между осью характеристики направленности неподвижной акустических системы и направлением на объект. После усиления электрические сигналы подаются на индикаторное устройство (телефон или электроннолучевую трубку) для фиксирования направления на шумящий объект. Генератор активной Г. с. создаёт кратковременные электрические импульсные сигналы, которые затем излучаются вибраторами в виде акустических колебаний. В паузах между ними отражённые от объектов сигналы принимаются теми же вибраторами, которые на это время присоединяются переключателем «приём—передача» к усилителю электрических колебаний. Расстояние до объектов определяется на индикаторном устройстве по времени запаздывания отражённого сигнала относительно прямого (излучаемого).
Г. с., в зависимости от их типа и назначения, работают на частотах инфразвукового, звукового и (чаще) ультразвукового диапазонов (от десятков гц до сотен кгц), излучают мощность от десятков вт (при непрерывном генерировании) до сотен квт (в импульсе), имеют точность пеленгования от единиц до долей градуса, в зависимости от метода пеленгования (максимальный, фазовый, амплитудно-фазовый), остроты характеристики направленности, обусловленной частотой и размерами акустические системы, и способа индикации. Дальность действия Г. с. лежит в пределах от сотен метров до десятков и более км и в основном зависит от параметров станции, отражающих свойств объекта (силы цели) или уровня его шумового излучения, а также от физических явлений распространения звуковых колебаний в воде (рефракции и реверберации) и от уровня помех работе Г. с., создаваемых при движении своего корабля.
Г. с. устанавливают на подводных лодках, военных надводных кораблях (рис. 2), вертолётах, на береговых объектах для решения задач противолодочной обороны, поиска противника, связи подводных лодок друг с другом и с надводными кораблями, выработки данных для пуска ракето-торпед и торпед, безопасности плавания и др. На транспортных, промысловых и исследовательских судах Г. с. применяют для навигационных нужд, поиска скоплений рыбы, проведения океанографических и гидрологических работ, связи с водолазами и др. целей.
Лит.: Карлов Л. Б., Шошков Е. Н., Гидроакустика в военном деле, М., 1963; Простаков А. Л., Гидроакустика в иностранных флотах, Л., 1964; его же, Гидроакустика и корабль, Л., 1967; Краснов В. Н., Локация с подводной лодки, М., 1968; Хортон Дж., Основы гидролокации, пер. с англ., Л., 1961.
С. А. Барченков.
Рис. 2. Схема работы гидроакустических станций надводного корабля: 1 — преобразователь эхолота; 2 — пост гидроакустиков; 3 — преобразователь гидролокатора; 4 — обнаруженная мина; 5 — обнаруженная подводная лодка.
Рис. 1. Упрощённая блок-схема гидроакустической станции: а — шумопеленгатора (1 — неподвижная акустическая система, 2 — компенсатор, 3 — усилитель, 4 — индикаторное устройство); б — гидролокатора (1 — подвижная акустическая система, 2 — обтекатель, 3 — поворотное устройство, 4 — переключатель «приём-передача», 5 — генератор, 6 — усилитель, 7 — индикаторное устройство).
Гидроакустический маяк
Гидроакусти'ческий мая'к, стационарное подводное гидроакустическое устройство, излучающее акустические сигналы в целях ограждения опасных для кораблевождения мест, ориентирования глубоководных исследовательских и поисковых аппаратов, обозначения мест высадки морских десантов и др. Г. м. устанавливают на дне моря на металлических опорах или на якоре (на заданном углублении). Г. м. состоит из генератора, усилителя мощности, электроакустического излучателя, механизма управления сигналами, синхронизирующего устройства и источника электропитания. Некоторые Г. м. снабжаются приспособлениями для самозатопления, срабатывающими после выполнения определённых задач. Питание электрическим током Г. м. осуществляется по электрическому кабелю с берега (в прибрежных районах) или автономно от электрической батареи.
Дальность действия Г. м. — около 20 км. Она зависит от его назначения, мощности генератора, рабочей частоты и гидрологических условий. Для навигационного Г. м. международным соглашением принята рабочая частота 1050 гц. Для приёма сигналов Г. м. используют обычные корабельные гидроакустические станции. Применяют также специальные приёмные гидрофоны, у которых, в зависимости от выполняемой задачи (поиск торпеды, выход на десантный маяк и др.), положение характеристики направленности в горизонтальной или вертикальной плоскости можно изменять в некоторых пределах для обеспечения наибольшего уровня сигналов.
С. А. Барченков.
Гидроаэродром
Гидроаэродро'м (от гидро... и аэродром), комплекс сооружений на водном участке и береговой полосе с воздушным пространством, предназначенный для взлёта, посадки, стоянки и обслуживания гидросамолётов. В России первые Г. были построены в 1912—14 в Севастополе, Ревеле (Таллин) и Либаве (Лиепая). Г. различают: по назначению — гражданские, военные и специальные (заводские, учебные, испытательные и пр.), по длительности эксплуатации, типам сооружений и оборудования — постоянные (с капитальными сооружениями и стационарным оборудованием) и временные для периодического базирования (с сооружениями временного или переносного типа). Г. состоит из 3 основных зон — лётной, служебно-технической и жилой. Лётная зона — участок водного пространства (акватория) на реке, озере, море, подготовленный для взлёта и посадки гидросамолётов, их руления, хранения и обслуживания на плаву. Граница её обозначается специальными буями и бакенами, установленными на якорях и светящимися в ночное время; лётная полоса имеет длину около 1 км, ширину около 100 м. Воздушные подходы к ней выбирают свободными от препятствий. На суше расположены: служебно-техническая зона со зданиями (для управления полётами, обслуживания пассажиров и др.) и сооружениями (причалы, пирсы, склады для хранения горюче-смазочных материалов, гидроспуски, ремонтные мастерские и др.), предназначенными для круглосуточной эксплуатации гидросамолётов, и жилая зона с коммунально-бытовыми и культурно-просветительными зданиями и сооружениями.
Л. И. Горецкий.
Гидроаэроионизация
Гидроаэроиониза'ция (от гидро..., аэро... и ион), метод искусственного воспроизведения совокупности электрических, метеорологических и акустических явлений, встречающихся в естественных условиях при распылении воды (у водопадов, горных рек, при морских прибоях) и объединяемых общим понятием «баллоэлектрический эффект». Все элементы, составляющие этот эффект, являются биологически активными и воздействуют на окислительно-восстановительные процессы, основные процессы обмена веществ в организме, гемодинамику, сосудистый тонус и функциональное состояние нервной системы организма человека. В определённой дозировке баллоэлектрический эффект стимулирует иммунобиологические реакции организма. Г. применяют при лечении гипертонической болезни, атеросклероза в ранних стадиях, ревматизма в неактивной фазе. Для Г. созданы специальные аппараты — гидроаэроионизаторы, частично или полностью воспроизводящие баллоэлектрический эффект. См. также Аэроионотерапия.
Гидроаэромеханика
Гидроаэромеха'ника (от гидро..., аэро... и механика), раздел механики, посвященный изучению равновесия и движения жидких и газообразных сред и их взаимодействия между собой и с твёрдыми телами.
Развитие Г. протекало в тесной связи с запросами практики. Первые гидротехнические устройства (каналы, колодцы) и плавающие средства (плоты, лодки) появились ещё в доисторические времена. Изобретение таких сравнительно сложных аэро- и гидромеханических устройств, как парус, весло, руль, насос, также относится к далёкому прошлому. Развитие мореплавания и военного дела послужило стимулом к появлению основ механики и, в частности, Г.
Главной проблемой Г. с самого её возникновения стало взаимодействие между средой (водой, воздухом) и движущимся или покоящимся в ней телом. Первым учёным, внёсшим значительный вклад в Г., был Архимед (3 в. до н. э.), открывший основной закон гидростатики и создавший теорию равновесия жидкостей. Труды Архимеда явились основой для создания ряда гидравлических аппаратов, в частности поршневых насосов.
Следующий этап развития Г. относится к эпохе Возрождения (16—17 вв.) Леонардо да Винчи сделал первый существенный шаг в изучении движения тел в жидкости или газе. Наблюдая полёт птиц, он открыл существование сопротивления среды. Он считал, что воздух, сжимаясь вблизи передней части тела, как бы «загустевает» и поэтому препятствует движению в нём тел. Сжимаясь под крылом птицы, воздух, по мнению Леонардо, создаёт опору для крыла, благодаря чему возникает сила, поддерживающая птицу в полёте, — подъёмная сила. Б. Паскаль, изучая силу, действующую перпендикулярно к поверхности соприкосновения двух элементарных объёмов жидкости, т. е. давление, установил, что в данной точке жидкости давление действует с одинаковой силой во всех направлениях.
Первое теоретическое определение закона сопротивления принадлежит англ. учёному И. Ньютону, который объяснял сопротивление тела при движении его в газе ударами частиц о лобовую часть тела, а величину сопротивления считал пропорциональной квадрату скорости тела. Ньютон также заметил, что кроме силы, определяемой ударами частиц, существует сопротивление, связанное с трением жидкости о поверхность тела (т. н. сопротивление трения). Рассмотрев силу, действующую вдоль поверхности соприкосновения элементарных объёмов жидкости, Ньютон нашёл, что напряжение трения между двумя слоями жидкости пропорционально относительной скорости скольжения этих слоев друг по другу.
Установив основные законы и уравнения динамики, Ньютон открыл путь для перехода Г. от изучения отдельных задач к исследованию общих законов движения жидкостей и газов. Создателями теоретической гидродинамики являются Л. Эйлер и Д. Бернулли, которые применили известные уже к тому времени законы механики к исследованию течений жидкостей. Л. Эйлер впервые вывел основные уравнения движения т. н. идеальной, т. е. не обладающей вязкостью, жидкости. В трудах французских учёных Ж. Лагранжа и О. Коши, немецких учёных Г. Кирхгофа и Г. Гельмгольца, английского учёного Дж. Стокса, русских учёных Н. Е. Жуковского и С. А. Чаплыгина и др. были разработаны аналитические методы исследования течений идеальной жидкости; эти методы были применены к решению множества важных задач, относящихся к движению жидкости в каналах различной формы, к истечению струй жидкости в пространство, заполненное жидкостью или газом, и к движению твёрдых тел в жидкостях и газах. Большое значение для практических приложений имела разработка теории волн, возникающих на поверхности жидкости, например под действием ветра или при движении судов и т.п.
Основным достижением Г. 19 в. был переход к исследованию движения вязкой жидкости, что было вызвано развитием гидравлики, гидротехники и машиностроения (смазка трущихся частей машин). Опыт показал, что при малых скоростях движения тел сопротивление в основном зависит от сил вязкости. Они же определяют сопротивление при движении жидкостей в трубах и каналах. Стокс, рассматривая деформацию элементарного объёма жидкости при его перемещении, установил, что возникающие в жидкости вязкие напряжения линейно зависят от скорости деформации жидкой частицы. Этот закон, обобщивший закон Ньютона для трения, позволил дополнить уравнения движения Эйлера членами, учитывающими силы, возникающие от действия вязкости жидкостей или газов. Вывод уравнений движения вязких жидкостей и газов (Навье — Стокса уравнений) позволил аналитически исследовать течение реальных (вязких) сплошных сред. Однако решение этих уравнений в общем виде представляет большие трудности и по сей день, поэтому при исследовании течений вязкой жидкости часто прибегают к упрощению задачи путём отбрасывания в уравнениях членов, которые для данного случая не являются определяющими. Большую роль в Г. играют экспериментальные методы. Выяснилось ещё одно важное отличие реальных жидкостей и газов от идеальных — способность переносить тепло, характеризуемая величиной теплопроводности. С помощью методов Г. была создана также теория фильтрации жидкости через грунты, которая играет важную роль в гидротехнике, нефтедобыче, газификации и пр.
Решающее значение для всего дальнейшего развития науки о движении реальных жидкостей и газов, обладающих вязкостью и способных переносить тепло, имеет уравнение пограничного слоя, выведенное впервые немецким учёным Л. Прандтлем (1904). Согласно гипотезе Прандтля, всё действие вязкости сказывается лишь в тонком слое жидкости или газа, примыкающем к обтекаемой поверхности, поэтому вне этого слоя течение реальной вязкой жидкости ничем не отличается от движения идеальной (невязкой) жидкости. Т. о., задача о движении вязкой жидкости или газа разделяется на две: исследование течения идеальной жидкости вне пограничного слоя и исследование течения вязкой жидкости внутри пограничного слоя.
Во 2-й половине 19 в. начало развиваться и др. направление Г. — исследование течений сжимаемой сплошной среды. Почти все жидкости практически несжимаемы, поэтому в процессе движения их плотность остаётся неизменной. Газы, наоборот, очень легко изменяют свой объём, а следовательно и плотность под действием сил давления или при изменении температуры. Раздел Г., в котором изучается движение сжимаемых сплошных сред, называется газовой динамикой. Запросы авиационной (в 1-й четверти 20 в.) и ракетной (во 2-й четверти 20 в.) техники стимулировали развитие аэродинамики и газовой динамики.
Создание ракет и ракетных двигателей на жидком и твёрдом топливе сложного химического состава, наступление эры космических полётов в атмосфере Земли и др. планет, увеличение скоростей атомных подводных лодок — носителей ракетно-ядерного оружия, создание мировой службы погоды с использованием искусственных спутников Земли, синтез различных естественных наук и др. элементы технического и научного прогресса 20 в. существенно повысили роль Г. в жизни человечества. Современная Г. — разветвленная наука, состоящая из многих разделов, тесно связанная с др. науками, прежде всего с математикой, физикой и химией. Движение и равновесие несжимаемых жидкостей изучает гидромеханика, движение газов и их смесей, в том числе воздуха, — газовая динамика и аэродинамика. Разделами Г. являются теория фильтрации и теория волнового движения жидкости. Технические приложения Г. изучаются в гидравлике и прикладной газовой динамике, а приложения законов Г. к изучению климата и погоды исследуются в динамической метеорологии. Методами Г. решаются разнообразные технические задачи авиации, артиллерийской и ракетной техники, теории корабля и энергомашиностроения, при создании химических аппаратов и при изучении биологических процессов (например, кровообращения), в гидротехническом строительстве, в теории горения, в метеорологии и т.п.
