Смирнов Г.В. - Рожденные вихрем (1107599), страница 20

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

Текст из файла (страница 20)

С 1863 года английский морской артиллерист капитан Кольз осаждал Адмиралтейство проектами постройки мореходного броненосца, совмещающего башни и низкий борт' первых мониторов с нолным парусным вооружением фрегатов. Главный строитель британского флота Э. Рнд убеждал Адмиралтейство, что такой корабль перевернется при первом же шторме. Стремясь доказать свою правоту, он использовал все мыслимые средства: расчеты, графики, чертежи и даже модели. 7» Именно в эти годы Рид, хорошо знакомый с трудами Фруда по качке, решил в своей борьбе опереться на репутацию признанного в научных и кораблестроительных кругах специалиста. Именно Рид убедил Фруда 24 апреля !868 года направить в Адмиралтейство меморандум, в котором доказывалась необходимость постройки для нужд британского флота опытового бассейна для изучения на моделях остойчивости и сопротивления судов.

Несмотря на сильную оппозицию общества, парламента и даже некоторых членов.Института корабельных архитекторов во главе со Скоттом Расселом, Адмиралтейство в феврале 1870 года выдало Фруду две тысячи фунтов стерлингов на постройку бассейна, опробование механизмов которого началось уже в 1871 году, как раз тогда, когда в полном соответствии с предсказанием Рида у берегов Испании погиб «Кептен».

Эта катастрофа убедила всех в необходимости уделять серьезное внимание вопросам остойчивости кораблей, и тайная цель Рида, которую он преследовал при основании бассейна, отпала. И именно этим объясняется тот удивляющий историков факт, что в отчетах работы опытового бассейна так никогда и не появились упоминания о том ряде экспериментов по качке плавающих тел, в особенности по качке плавающих тел эллнпсоидальной формы, которые были предписаны Фруду при утверждении проекта. И с самого начала все усилия экспериментатора сосредоточилнсь на изучении сопротивления корабля. Фруд первый понял: волновые системы у геометрически подобных моделей получаются подобными только тогда, когда на длине обеих моделей укладывается одинаковое число поперечных волн. Другими словами, у маленькой модели и волны должны быть маленькие, а поскольку длина поперечной волны зависит только от скорости, то короткую модель нужно буксировать медленнее, чем длинную.

Несложные расчеты показывают, что эти скорости должны находиться в соотношении, равном корню квадратному из масштаба. То есть если одна модель, скажем, в четыре раза длиннее другой, то их волновые системы будут подобнымн только тогда, когда большую буксируют в 14=2 раза быстрее, чем малую. Скорости, связанные таким соотношением, и называются соответственными. Только при ннх у геометрически подобных корпусов наблюдается гидродинамическое по- добие волновых систем, в котором как раз и скрыт весь секрет модельных испытаний.

Только при гидродинамнческом подобии можно легко вычислить волновое сопротивление натурного корабля по измеренному экспериментально волновому сопротивлению его модели. Для этого достаточно умножить сопротивление модели на куб масштаба. В нашем примере, чтобы вычислить сопротивление крупной модели, достаточно умножить измеренное в эксперименте сопротивление малой модели на 4'=64! Таким образом, будь вода идеальной жидкостью, все решалось бы очень просто: точную геометрическую копию будущего корабля надо было бы прогнать с соответственной скоростью в бассейне, измерить ее сопротивление и умножить его иа куб масштаба.

Но, увы, вода отнюдь не идеальная жидкость. Она наделена вязкостью, внутренним трением, которое смазывает четкость чисто инерционной картины. При прогонке модели в бассейне динамометр измеряет не только волновое сопротивление, но н сопротивление трении, а разделить их прн измерении невозможно. Это делает невозможным и тот простой пересчет с модели на натуру, который приведен выше. В преодолении этой трудности и состоит главный вклад У.

Фруда в изучение гидродинамического сопротивления. Осознав, что раздельное измерение волнового и фрикционного сопротивления модели невозможно, он решил произвести такое разделение расчетным путем. Если фрикционное сопротивление модели зависит от площади подводной части и качества ее поверхности, то, измерив динамометром ее суммарное сопротивление, можно вычесть из него вычисленную по формулам фрикционную часть, тогда остаток и будет величиной волнового сопротивления модели.

Умножив эту величину на куб масштаба, можно получить волновое сопротивление натурного корпуса и, прибавив к нему рассчитанное по формулам сопротивление трения натурного корпуса, вычислить полное сопротивление будущего корабля. Выходит, как это ни парадоксально, ключ к изучению волнового сопротивления — это исследование сопротивления трения, выведение той самой формулы, по которой необходимо вычислять фрикционное сопротивление и модели, и натурного судна. Вот почему, прежде чем начать исследования волнового сопротивления, 101 Фруд должен был произвести измерения трения досок и пластин, по строгости, масштабам и объему работ превосходившие эксперименты Бофуа, на которые в свое время была истрачена рекордная сумма в 50 тысяч фунтов стерлингов. И вот почему ему пришлось просить Адмиралтейство о выделении средств на постройку опытового бассейна...

Боевые качества парового флота сильно зависели от скорости, мощности, дальности плавания и расхода топлива кораблей. Поэтому Адмиралтейство Англии готово было на любые затраты и на любые эксперименты, лишь бы получить достаточно надежные методы оценки этих характеристик. В 1869 году в качестве альтернативы опытовому бассейну рассматривалась буксировка натурного судна другим кораблем, чтобы точно измерить сопротивление корпуса и сопоставить мощность, необходимую для буксировки, с действительно расходуемой при ходе судна под собственными машинами. Фруд возражал против столь дорогостоящих и тем не менее малодостоверных испытаний, но такова была потребность в надежных данных, что Адмиралтейство утвердило н натурные буксировки„и постройку опытового бассейна.

Это впоследствии дало Фруду уникальную возможность проверить как точность цифр, получаемых при испытании моделей, так и правильность метода нх обработки, в основу которого он положил открытый им закон гидродинамического подобия. Первый в мире опытовый бассейн, вступивший в строй в марте 1872 года, был построен близ дома Фруда в Торкее и представлял собой крытый легкой деревянной кровлей канал длиной 110 м. 60-метровый измерительный участок имел ширину по уровню воды 11 м и глубину 3 м, с двух сторон к нему примыкали разгонный и тормозной участки шириной 3,4 и глубиной 0,9 м.

Наклонные стенки канала были утрамбованы и покрыты асфальтом. Модели букснровались тележкой с измерительными приборами, которая двигалась по рельсовому пути с помощью паровой лебедки, способной разгонять ее до 5 м/с. Именно здесь в течение двух лет Фруд произвел свои уникальные исследования по сопротивлению трения.

В отличие от Бофуа он буксировал доски, подвешенные не к поплавкам, а к тележке, бегущей по рельсам, и мерял сопротивление не величиной падающего груза, а Рас. 32. Ааглвйсквй аюкеаер У, Фруд (1810 — 1879)— создатель классатеской ме. тодака модельамх всвмтапвй Рнс. 33. Схема первого опмтового бассейна. построев.- иного Фрулом в Торнес пружинным динамометром. Благодаря этим и некоторым другим ухищрениям ему удалось свести все побочные трению сопротивления до 1/20, в то время как у Бофуа онн достигали 5/5! Фруд ясследовал доски постоянной, толщины (3 мм) и ширины (53 см) длиной от 0,5 до (5 м, которые букснровались со скоростями от 0,5 до 4 м/с, прн разных покрытиях их поверхности: лак, парафии, олово, ковенкор, 103 мелкий, средний и крупный песок, а также краски, применяемые в судостроении.

Все полученные данные уложились в простую формулу, согласно которой сопротив. ление трения пропорционально площади поверхности, коэффициенту трения и скорости в степени от 1,88 до 2. Потом Фруда критиковали за то, что цифры, полученные для плоских досок, он использовал при вычислении сопротивления трения изогнутых корабельных бортов. Но практическая интуиция инженера не подвела его, и несколько десятилетий спустя крупнейший американский специалист по сопротивлению корабля Д.

Тейлор высоко оценил заслуги Фруда, который, «работая в опытовом бассейне, грубом и примитивном по сравнению с современными, разработал методы и количественные коэффициенты, надежно служившие корабельным архитекторам почти пятьдесят лет». Эти надежные данные позволили У. Фруду и его сыну и преемнику Р. Фруду (!846 †!924) за несколько лет решить массу важных практических вопросов, интересовавших кораблестроителей.

Причем это были не только вопросы гидродинамического сопротивления. Отец н сын Фруды с помощью моделей немало сделали в исследовании качки и остойчивости, работы успокоительных цистерн, маневренности судов и работы гребного винта. И все-таки большую часть своих исследований они посвятили анализу гндродинамического сопротивления и сопутствующих процессов. Чародеи из Торкея Первой моделью, испытанной в Торкее 3 марта 1872 года, была модель корабля «Грейхаунд», уже давно находившегося в строю. Фруд спешил получить данные для сопоставления их с результатами натурных испытаний.

Они были проведены в !87! году под его же руководством. На крейсере П ранга «Эктив» перпендикулярно к правому борту установили четырнадцатнметровую стрелу, к концу которой на шестндесятиметровом канате был прикреплен «Грейхаунд». Благодаря такому устройству исключалось всякое действие попутного следа и волн от буксирующего судна на буксируемое. В ходе этих испытаний Фруд установил несколько важных фактов. Вопервых, выяснилось, что необходимая для движения судна мощность составляет всего 45% мощности, развиваемой машинами.

Характеристики

Список файлов книги