Смирнов Г.В. - Рожденные вихрем (1107599), страница 19

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 19)

Когда нос представлял собой плоскогранный клин, поведение шариков было таким же, но менее интенсивным. При движении же третьей лодки, у которой обводы сходились у острия вогнутыми дугами, постепенно переходящими у мнделя в выпуклые кривые, шарики, не отскакивая, плавно двигались вдоль бортов лодки, создавая перед носом наименьшее возвышение воды.

Сочтя, что при этом и сопротивление получается минимальным, Скотт Рассел провел весьма произвольную и малообоснованную аналогию между движением водяных частиц, расступающихся перед носом корабля, и качанием маятника и, опираясь на нее, дал геометрический способ построения обводов судна в форме так называемой волновой линии — сннусверсоиды, представляющей собой вогнуто-выпуклую кривую. У корабля с такими обводами носа, утверждал Скотт Рассел, будет наименьшее волновое сопротцвление. Рве. 30. Авглвйсввй ввыевео Д. Свит Рассел (1808 — 1882) Рве. 31. Носовые обводы судка «волковой Формы», прыьложевной Скоттом Расселом (вверху), в судка обм евой формы (вввэу) Будучи не только ученым и инженером, но н предпринимателем, он сначала в Эдинбурге, а потом в Лондоне построил несколько десятков судов с такими обводами и будто бы при сравнении с кораблями обычных форм нашел для своих конструкций меньшее сопротивление.

Мы говорим сбудто бы», потому что сопоставление между собой натурных пароходов необычзйио сложно и зависит не только от их обводов, но и от десятков других причин: от совершенства винта или колес, от устройства котлов и машин, от трения в механизмах, от скорости, волнения, крена и даже от квалификации и опытности кочегаров и механиков. Выявить из этой массы влияющих факторов один — форму корпуса — практически невозможно.

Тем не менее Скотт Рассел поспешил объявить свою теорию подтвердившейся и на ее основе разработал наивыгоднейшие размеры и формы носа и кормы, а также вывел эмпирические формулы для оценки сопротивленяя чкорабля волновых обводов». Сравнительно широкое распространение волновой формы Скотта Рассела, который первым озаботилса снижением волнового сопротивления, со временем породило, как это ни покажется на первый взгляд парадоксальным, усиленный интерес к исследованию трения н фрикционные теории сопротивления.

Все началось с того, что, когда в !850-х годах появились длинные корабли с волновыми обводами, оказалось: их сопротивление гораздо больше, чем следовало из формул Скотта Рассела, и никакого преимущества перед судами обычных форм такой же длины у них нет. Пытаясь как-то объяснить этот факт и полагая, что у кораблей скотт-расселовой формы волновое сопротивление пренебрежимо мало, некоторые исследователи пришли к выводу: сопротивление таких кораблей зависит главным образом от трения.

Так, мнимо очистив сопротивление судов от волновых эффектов, Скотт Рассел способствовал тому, что инженеры-кораблестроители и ученые-прикладники сосредоточили свое внимание на исследовании эффектов трения. И во всех странах, усиленно строивших тогда паровые флоты, появляются разновидности фрикционных теорий сопротивления. Во Франции такими работами занимался Буржуа, в России —, С.

Бурачек, в Англии — У. Ранкин... Имя Ранкина — шотландского инженера и учено- го — знакомо представителям многих специальностей. В теплотехнике его именем назван цикл паросиловой установки. В железнодорожном деле есть метод Ранкина. для разметки закруглений пути. В сопромате он разработал методы и формулы для определения напряжений в рамах и каменных плотинах. В физике ему принадлежат первые работы по молекулярно-кинетической теории газов.

Более глубокие знатоки истории техники в числе проблем, интересовавших Ранкина, называют волновую теорию света, теорию музыки, геологию. И в этой широте научных интересов отразилась любопытная черта биографии У. Ранкина (1820 †18). Сын отставного военного, занявшегося железнодорожным строительством, Ранкин после окончания Эдинбургского университета тоже стал инженером-путейцем, а потом строителем ряда каналов и портов.

И вдруг в 1848 году в нем произошла труднообъяснимая перемена: он бросил прибыльную и удачно сложившуюся инженерную карьеру и стал физиком-теоретиком, сосредоточив свои усилия на разработке молекулярно-кинетической теории. За эти работы в 1853 году Ранкин был избран в Лондонское Королевское общество. Спустя два года он занял инженерную кафедру Глазговского университета, с которой н связано создание его классических учебных курсов по большинству отраслей тогдашней техники.

Именно в этот период разработал он и свою знаменитую фрикционную теорию сопротивления кораблей, вошедшую во все учебники по кораблестроению того времени; Суть теории Ранкнна состояла в том, что все сопротивление трения, принципиально отличное от сопротив'ления формы и волнового, ученый считал равным произведению коэффициента трения на квадрат скорости судна и на площадь его подводной поверхности.

Но вот беда: скорости, с которыми движутся вдоль бортов частицы трущейся с ними жидкости, во-первых, не постоянны и меняются как по длине, так и по ширине судна, а во-вторых, они никак не равны поступательной скорости движения всего .корабля. Считая вычисление поля этих скоростей делом практически безнадежным, Ранкин предложил учесть это несоответствие с помощью некой поверхности. Вместо действительной площади подводной поверхности он предложил ставить в формулу величину, которую он назвал «прирашенная подвод- ная поверхность> — то есть такая плоская поверхность, которая при движении со скоростью судна будет иметь такое же сопротивление, как действительная криволинейная подводная часть, обтекаемая жидкостью с переменными скоростями. Метод вычисления этой поверхности и составлял суть его теории.

Говорят, что фрикционная теория Ранкина давала такие прекрасные совпадения с действительностью, что некоторые его друзья судостроители даже возражали против ее опубликования и предлагали хранить в тайне, как секрет ремесла. Но сама постановка задачи у Ранкина была' далека от научной. В самом деле, его теория годилась только для кораблей скотт-расселовой формы, сопротивление которой будто бы свободно от волновых эффектов и потому-де зависит лишь от трения.

Выходит, по формулам Ранкина можно было рассчитать сопротивление только судов волновой формы, но нельзя было вычислить сопротивления простейших геометрических тел вроде шара или конуса и корпусов, отличных от корпусов волновой формы. Поэтому У. Фруд решил сосредоточить все свое внимание на исследованиях моделей. Но именно этот путь на протяжении многих лет яростно отвергали Скотт Рассел н Ранкнн! А их возражения против моделей- было не так-то легко скинуть со счетов...

Добившись йемалого предпринимательского успеха в постройке кораблей гидродинамических волновых форм, Скотт Рассел мог только раздражаться, узнавая о том, что модельные испытания неизменно противоречат его, казалось бы, оправдавшейся на практике теории. Более того, потратив уйму времени на модельные эксперименты, он всегда терпел неудачу, когда пытался перенести полученные на моделях результаты на натурные суда, что в конце концов убедило его в полной бесперспективности моделирования в развитии теории корабля.

У Ранкина же были более тонкие научные возраже-' ния. Во-первых, утверждал он, модели создают относительно более крупные волны, чем натурные суда. А вовторых, вязкость воды должна проявляться тем сильнее, чем мельче модель. От таких возражений нельзя было просто отмахнуться. Их надо было убедительно и строго научно преодолеть. И У. Фруду удалось сделать это. У.

Фруд работал химиком и механиком в одном из оксфордских колледжей, когда в 1838 году он был приглашен Брюнелем на строительство железной дороги между Бристолем и Эксетером в его родном Девоншире. Позднее по просьбе Брюнеля он изучал качку судов, потом экспериментировал с гребными винтами и моделями. Совет Брюнеля заняться теорией сопротивления попал на подготовленную почву: зрелый сорокалетний инженер и математяк с увлечением начал экспериментировать с самоходными моделями в каналах и водоемах.

В !869 году Фруд даже построил около своего дома в Торкее гравитационный опытовый бассейн. Но так или иначе к 1867 году после проведения в устье реки Дарт обширных испытаний геометрически подобных моделей разной длины — 91, 182 и 366 см — он уже знал ответы на возражения своих оппонентов. Различие в размерах волн, возбуждаемых моделью и натурным судном, на которое указывал Ранкин, Фруд объяснял тем, что сравнение должно производиться не при равных скоростях, а при так называемых соответственных скоростях.

Второе возражение Ранкина — различное влияние вязкости на крупныенмелкиемодели— оказывалось несущественным, когда длина модели превосходила 180 см. Что же касается невозможности пересчета данных модели на натуру, на что указывал Скотт Рассел, то преодоление этой трудности с помощью открытого Фрудом закона подобия составило его бессмертную заслугу перед мировым кораблестроением... 6 сентября 1871 года неподалеку от берегов Испании перевернулся и погиб во время шквала новейший знглнйскнй броненосец аКептен», причем нз нескольких сот человек его экипажа удалось спастись всего восемнадцати матросам. И как это ни парадоксалъно, история создания и гибели этого корабля оказалась причудливым образом связанной с Фрудом и постройкой первого в мире опытового бассейна.

Характеристики

Список файлов книги