История, Как Возникло Древнерусское Государство, История рода Рюриковичей, Старинные Печати, Государственный Герб России: от первых Печатей до наших Дней, Символы и Святыни России в Картинках, Преподобный Феодосий Кавказский, Русские Святые, Как Появились Награды в России, Портреты Российских Царей, Генералов, Изображения Наград, Русские Народные Игры, Русские Хороводы, Русские народные Поговорки, Пословицы, Присловья, История Древней Греции, Чудеса Света, История Развития Флота, Автомобили Внедорожники, Отдых в Волгограде

Меню Сайта

Главная

Как Возникло Древнерусское Государство

Русские князья период от 1303 до 1612 года

Династия Романовых

История России с конца XVIII до начала XX века

История и мистика при Ленине и Сталине

История КГБ от Ленина до Горбачева

История Масонства

Казни

Государственный Герб России: от первых Печатей до наших Дней

Символы и Святыни Русской Православной Церкви

Символы и Святыни России в Картинках

Портреты Российских Царей, Генералов, Изображения Наград

Награды Российской Империи

Русские Народные Игры

Хороводы

Русские народные Поговорки, Пословицы, Присловья

История Древней Греции

Преподобный Феодосий Кавказский

Русские Святые

Алгоритмы геополитики и стратегии тайных войн мировой закулисы

Чудеса Света

Катастрофы

Реактивные самолеты и ракеты Третьего рейха

История Великой Отечественной Войны, Сражения, Нападения, Операции, Оборона

История формирования, подготовка, и выдающиеся операции спецподразделений (спецназа)

История побед летчика Гельмута Липфера

История войны рассказанная немецким пехотинцем Бенно Цизером

Мифы индейцев Южной Америки

История Развития Флота

История развития Самых Больших Кораблей

Постройка моделей Кораблей и Судов

История развития Самых Быстрых Кораблей

Автомобили Внедорожники

Вездеходы Снегоходы

Танки

Подводные Лодки

Туристам информация о Странах

Отдых в Волгограде

Загадочные ситуации, ставившие в тупик Кораблестроителей

По мере увеличения скорости кораблей все чаще возникали загадочные ситуации, ставившие в тупик кораблестроителей и моряков. Иногда крупный корабль оказывался более быстроходным, чем корабль с меньшим водоизмещением, хотя энергетические установки обоих развивали одинаковую мощность. Имели место случаи, когда скорость, достигнув определенного предела, не возрастала, несмотря на дальнейшее увеличение мощности двигателей.

В 1878 г. вышел на испытания английский двухвинтовой крейсер с сокращенной парусной оснасткой «Ирис» водоизмещением 3750 т. Вместо оговоренных в контракте 17,5 уз корабль даже при повышении мощности машин сверх проекта до 7000л. с. смог развить лишь 16,5 уз. Выяснением причин недобора скорости занялась специально созданная комиссия. Проверка состояния машин и гребных винтов показала полную их исправность.

Решено было уменьшить число лопастей винтов с четырех до двух. Результат испытаний ошеломил членов комиссии. С четырехлопастными винтами при мощности машин 5250л. с. «Ирис» показывал 15,1 уз, а с двухлопастными при мощности 4370л. с. развил 15,6 уз. Если при этом привести мощность к одинаковой скорости, получится, что экономия составила около 1000л. с. Были изготовлены новые четырехлопастные винты, но с меньшей площадью лопастей, чем те, с которыми крейсер вышел на первые испытания. Перекрыв контрактную скорость, «Ирис» показал 18,6 уз и был разрекламирован как самый быстроходный крейсер в мире.

Описание экспериментов с «Ирисом» заняло у нас несколько строк, проведение же их потребовало много времени и затраты больших средств. При этом никто не мог гарантировать, что установленные на крейсере гребные винты являлись оптимальными.

На испытаниях в 1884г. английский броненосец «Колингвуд» водоизмещением 9612 т при мощности машин 8100л. с. смог развить 16,6 уз, а при увеличении мощности до 9560л. с.— 16,8 уз. Итак, увеличение мощности на 1460л. с. дало повышение скорости лишь на 0,2 уз!

Все настоятельнее ощущалась необходимость уже на стадии проектирования   корабля определять мощность, нужную для получения заданной скорости, и лишь после этого заказывать энергетическую установку.

Чтобы определить, какой мощности энергетическую установку применить на корабле, нужно знать сопротивление, на преодоление которого затрачивается эта мощность, иначе говоря, сопротивление воды движущемуся в ней кораблю. О том, что такое сопротивление существует, было известно судостроителям прошлых веков, которые сознавали, что не все формы судна имеют одинаковое сопротивление. Чтобы убедиться в этом, достаточно было с борта движущегося челна или лодки опустить в воду ладонь ребром по движению, а потом поперек движения и почувствовать, насколько изменилось сопротивление, хотя размер ладони остался неизменным.

С незапамятных времен человечество накапливало знания о свойствах воды и о поведении движущихся в ней тел. Понятия о телах, имеющих наименьшее сопротивление, передавались от народов к народам, из поколения в поколение. Появлялись поверяя такого рода: «Рыбы способны к весьма быстрому бегу, и для этого природа, конечно, дала им наилучшее образование; то чем ближе корабль к образу дельфина, тем должен быть ходче; а если так, то в кораблях необходимо делать носовую часть полнее и короче кормовой, ставя мидель-шпангоут даже на 1/з длины корабля от носа и делая кормовые ватерлинии гораздо острее носовых, как в хвосте у рыбы противу головы». Или: «Образ клина самый удобный для раскалывания тел; и тем он лучше, чем он острее; то и для ходкости корабля надо все ватерлинии, носовые и кормовые, делать острее, сохраняя все-таки между ними вид дельфина. Но как острота клина увеличивается вместе с его длиной, то чем длиннее корабль, тем он будет ходче, при всех тех же прочих обстоятельствах...».

Исчерпав все средства «рыбьей» и «клиновой» теории, судостроители прошлого поняли, что скорость судов можно увеличивать, не только изменяя формообразование, и обратились к движителю. Им было известно, что, увеличивая количество и длину вёсел, а также площадь парусов, можно создавать более быстроходные суда. К тому же и относительно небольшие скорости времен гребного и парусного флотов не ставили остро вопрос преодоления сопротивления воды движущемуся в ней судну. Если отдельные ученые и пытались детальнее разобраться в этом вопросе, то в чисто познавательных целях.

Так продолжалось до тех пор, пока паровая машина и железо не открыли реальную возможность резко увеличить скорость судов и кораблей. Сопротивление воды стало основным барьером на этом пути. Возникла необходимость узнать истинную величину этого сопротивления.

Как и в других областях техники, исследователи сопротивления воды начинали не с нуля. Еще в конце XV в. Леонардо да Винчи (1452—1519) в своем сочинении «О движении и измерении воды» говорил о наличии сопротивления при движении тела в воде. Мысль гениального итальянца не стала достоянием современников, так как сочинение было опубликовано спустя почти 300 лет после смерти автора.

Принято считать, что впервые обосновал сопротивление тел, движущихся в жидкости, И. Ньютон (1642—1727), который в труде «Математические начала натуральной философии», изданном в 1686 г., высказав соображение о составляющих сопротивления, доказывал, что сопротивление жидкости движущемуся в ней телу должно быть пропорционально квадрату скорости движения и площади наибольшего поперечного сечения, перпендикулярного к направлению движения, и при этом зависит от обводов передней части движущегося тела.

Однако и гении не застрахованы от ошибок; это, в частности, относится к Ньютону. Ошибка вытекала из упрощенного представления ученого о механизме возникновения сопротивления, которое, по его мнению, происходит «частью от сцепления жидкости с телом, частью от трения друг о друга слоев жидкости и частью от плотности, происходящей от ударов частиц жидкости о переднюю поверхность тела». Единственной существенной частью сопротивления Ньютон называл сопротивление «от плотности», а две другие составные части считал пренебрежимо малыми, не имеющими практического значения. Таким образом, ученый пренебрег трением жидкости о тело. Но ведь на самом деле частицы жидкости не ударяются о поверхность тела, а обтекают его.

Однако, несмотря на принципиальную ошибку, допущенную Ньютоном, его теория сопротивления жидкости явилась большим научным открытием и для своего времени была единственной, имевшей законченное математическое обоснование. Она сыграла очень большую роль, так как позволила понять, во-первых, почему трудно увеличить скорость судна (сопротивление воды растет как квадрат скорости), а во-вторых, что, поскольку сопротивление прямо пропорционально площади наибольшего поперечного сечения корпуса, значит, чем больше ширина судна при неизменной длине, тем больше и его сопротивление; следовательно, нужно стремиться делать суда возможно более узкими.

Теория Ньютона просуществовала до 1776 г., когда был опубликован второй фундаментальный теоретический труд Л. Эйлера в области теории корабля — «Полное умозрение строения и вождения кораблей, сочиненное в пользу учащихся навигации». В этом труде развиваются идеи, положенные Эйлером в основу его первого сочинения — упомянутой ранее «Науки морской, или трактата о судостроении и управлении кораблями». В частности, рассматриваются вопросы сопротивления воды движению корабля, впервые приводятся некоторые соображения о влиянии формы носовой и кормовой оконечностей на сопротивление воды движению судна. На основе результатов немногочисленных опытов, развив и уточнив рациональные положения теории Ньютона, Эйлер предложил формулу для расчета сопротивления судов.

Трудами Эйлера более ста лет руководствовались судостроители и кораблестроители, развивавшие его учение. Среди них видное место принадлежит нашему соотечественнику известному «корабельному подмастерью» П. Я. Гамалее (1766— 1817), издавшему в 1802 г. сочинение «Вышняя теория морского искусства», где с большой полнотой было изложено учение о  теории   корабля, включая и вопросы сопротивления воды.

После Ньютона в течение около 150 лет изучение законов сопротивления жидкости движению тел шло по двум отдельным направлениям — теоретическому и экспериментальному, развивавшимся параллельно.

Теоретики, к которым принадлежал Л. Эйлер, исходили из логических сопоставлений и пытались обосновать свои выводы с помощью сложного математического аппарата. Но они не могли умозрительно представить себе физику явлений и при составлении исходных уравнений не учитывали некоторые обстоятельства, что искажало механизм сопротивления. Так, они пренебрегали вязкостью воды (трением) и рассматривали явления в так называемой «идеальной жидкости», которая в природе практически не существует, хотя сам Эйлер в упомянутом «Полном умозрении» указывал на то, что трение должно играть заметную роль в сопротивлении воды, и советовал для выяснения вопроса провести опыты с моделями.

В результате такого чисто теоретического рассмотрения вопроса возникла особая наука — гидромеханика идеальной жидкости. Однако решения, основанные на теории движения тел в идеальной жидкости, зачастую резко расходились с данными опытов и не удовлетворяли запросы практиков. Параллельно теоретическим возникло экспериментальное направление изучения движения тел в жидкости, способное разрешать инженерные задачи, на знамени которого можно было бы написать изречение Леонардо да Винчи: «Когда имеешь дело с водой, прибегни сперва к опыту, а затем к рассуждению».

Это направление развивалось совершенно независимо от гидромеханики идеальной жидкости, часто значительно ее опережая. Исследования в области изучения движения тел в жидкости были объединены в науку о сопротивлении воды движению тел и судов. Со временем результаты экспериментов стали все чаще сопоставлять  с теоретическими  выводами.  К середине  текущего

столетия наметилось плодотворное сближение обоих направлений. Большую роль в этом сыграли такие ученые, как Рейнольдс, Прандтль, Карман, Ламб, а в России — Н. Е. Жуковский.

Единство теории и практики являлось характернейшей чертой деятельности одного из основоположников современной гидроаэродинамики Николая Егоровича Жуковского (1847— 1921), которого В. И. Ленин назвал «отцом русской авиации». Во всех областях своей многогранной научной деятельности Жуковский пролагал новые пути. При этом он постоянно подчеркивал необходимость сочетания аналитических и геометрических методов исследования явлений природы. «Механика, — говорил Н. Е. Жуковский,— должна равноправно опираться на анализ и геометрию, заимствуя от них то, что наиболее подходит к существу задачи».

Мидель-шпангоут — шпангоут в сечении корпуса корабля поперечно-вертикальной плоскостью, проходящей посередине расчетной длины корабля или (в нашем случае) совпадающей с плоскостью шпангоута наибольшей полноты корпуса.

История развития Самых Быстрых Кораблей