Летящие над волной

Опубликовано: 27 июня 2010
Просмотров: 107040

 

 

Летящие над волной...

Раздел создан на основе книги Льва Семеновича Шапиро "Самые быстрые корабли" и других материалов...

ЧАСТЬ 1

ЧАСТЬ 2

 

Глава 1

ОТ ПАРУСНЫХ К ПАРОВЫМ

 

На пределе возможностей

В XVIII в. за мировое господство на море вели борьбу в основном Англия и Франция. Доминирующее влияние Англии, возглавлявшей коалиции против Франции во время войн за испанские колонии и общеевропейской войны 1756—1766 гг., позволило ей приобрести ряд территорий в Европе, Азии и Америке. Тогда же выявились основы тактики войны на море — уничтожение кораблей противника и владение морем для обеспечения своих коммуникаций. Это потребовало усиления артиллерии и улучшения мореходных качеств кораблей, позволявших им плавать вдали от берегов в штормовых условиях. В результате главенствующее положение во флотах заняли многопушечные парусные корабли, водоизмещение которых достигало 2000 т.

По мере дальнейшего роста водоизмещения скоростные качества кораблей поддерживали увеличением парусной оснастки: мачты становились выше, росло их число, возрастала площадь парусов. Все сложнее было обеспечить остойчивость' кораблей из-за высоко расположенной парусной оснастки и многоярусной артиллерии. В трюм помещали огромное количество каменного балласта, масса которого порой достигала 25—28 % водоизмещения. Попытки сэкономить на балласте нередко заканчивались катастрофой: море жестоко наказывало за пренебрежение остойчивостью, отправляя корабли на дно. В то же время «лечение» с помощью балласта не только снижало полезную нагрузку и запас плавучести '', но и ухудшало ходовые качества кораблей, так как возрастала осадка, из-за чего увеличивалось сопротивление корпуса.

' Остойчивость - способность корабля , выведенного из положения равновесия воздействием внешних сил , вновь возвращаться в первоначальное положение после прекращения действия этих сил.

'' Запас плавучести - весь непроницаемый объем корпуса корабля, расположенный выше ватерлинии. Характеризуется высотой непроницаемого надводного борта.

Кораблестроители-практики руководствовались собственным опытом и интуицией, которые нередко их подводили. Добавление балласта или сокращение парусного вооружения неизменно сопровождались потерями скорости кораблей. Наконец пришло время, когда опыт и интуиция мастеров и умельцев должны были уступить место расчетным методам проектирования кораблей. Кораблестроение стало отраслью промышленности с определенными понятиями и терминами, многие из которых прошли проверку временем и сохранились до наших дней.

Еще в XVII в. появились первые серьезные сочинения по кораблестроению, из которых следует отметить труды англичан Sir Walter Raleigh (1552 – 1618)(В. Рэлея) и Sir Anthony Deane (1638–1721)( Антони Дина) (у последнего учился строить корабли Петр I).

Sir Walter Raleigh (1552 – 1618)

Sir Anthony Deane (А.Дин) впервые дал рекомендации по применению математических вычислений при постройке кораблей.

Sir Anthony Deane (1638–1721)

Он строил корабли, которые могли находиться в море 6 мес, в то время как корабли, построенные мастерами-практиками, не более 3—4 мес. Расчетным путем Дин определил положение грузовой ватерлинии корабля "Rupert" (1666) «Рупперт»(64 пушечный линейный корабль : водоизмещение - 803.7т : длина - 119 футов (36,0 м): ширина - 36 ,3 фут(11,0 м): осадка - 17,1фут (5.2 м) после многих модернизаций сдали на слом в 1769 году), что позволило на стапеле до спуска его на воду прорезать в бортах пушечные порты '''. Будучи с 1684 г. сервайером (инспектором кораблестроения) английского флота, он распорядился при постройке кораблей взвешивать все грузы и детали корпуса, входящие в оснастку, снабжение и вооружение, т. е. ввел так называемый весовой контроль.

''' Пушечные порты - Отверстия для орудий в бортах корабля.

Со второй половины XVII в. во Франции стали уделять серьезное внимание разработке и внедрению научных начал в кораблестроение. К решению задач были привлечены известные физики и математики. В 1689 г. был издан королевский указ, по которому строителям кораблей присваивался титул «инженера-конструктора флота».

В XVIII в. научные труды все шире внедряются во французском кораблестроении. В 1746 г. член Парижской академии наук астроном Pierre Bouguer ( 1698 – 1758)(П. Бугер) опубликовал свой труд «Рассуждения о кораблях, их конструкции и маневрировании».

Pierre Bouguer ( 1698 – 1758)

В 1749 г. в России было издано сочинение члена Петербургской академии наук Leonhard Euler ( 1707 – 1783)(Л. Эйлера ) «Наука морская или трактат о судостроении и управлении кораблями».

Leonhard Euler (1707 – 1783)

Оба сочинения рассматривали вопросы плавучести и остойчивости, развивали основанное И. Ньютоном учение о сопротивлении жидкости применительно к кораблю и к действию ветра на паруса. Следует отметить, что в этих работах методы изучения вопросов и полученные результаты весьма близки, причем впервые широко использован метод математического анализа для решения задач, касающихся мореходных качеств корабля. В 1752 г. член Парижской академии наук Jean le Rond d'Alembert ( 1717 – 1783)(Ж. Д'Аламбер) опубликовал «Очерки новой теории сопротивления жидкости».

Jean le Rond d'Alembert ( 1717 – 1783)

Так зарождалась теория корабля как самостоятельная наука. В 1765 г. в Париже был открыт специальный колледж для подготовки кораблестроителей.

Параллельно с разработкой научно-расчетных методов конструирования кораблей французские ученые опытным путем выясняли возможность увеличения их скорости. В 1775—1777 гг. Jean le Rond d'Alembert(Ж. Д'Аламбер), Marie Jean Antoine Nicolas de Caritat, marquis de Condorcet ( 1743 – 1794)(Ж. Кондорсе) и Abbé Charles Bossut (1730–1814)(Ш. Боссю) провели первые опыты по определению сопротивления воды движению тел применительно к задачам судоходства.

В относительно короткий срок французское кораблестроение заняло ведущее положение. Французские корабли, экипажи которых уступали английским в опытности, были более совершенны по конструктивным и ходовым качествам. Англичане использовали захваченные ими французские корабли в качестве прототипов для усовершенствования собственных, а английские офицеры предпочитали командовать трофейными кораблями. Может ли быть более лестная оценка для кораблестроителя!

По-иному ту же задачу решали в Англии. Там больше полагались на сравнительные испытания уже построенных кораблей. В процессе таких испытаний оценивалась скорость, поворотливость, мореходные качества кораблей, после чего одному из них отдавалась пальма первенства. Так, при испытаниях судна "Transit"(«Транзит») Английское адмиралтейство обратило внимание на его отличные ходовые качества. Было решено устроить "Transit" сравнительные испытания с лучшим ходоком английского флота — военным шлюпом "Osprey"(«Оспрей»). "Transit"обошел шлюп, и его формообразования были рекомендованы кораблестроителям как образцовые. Подобный метод, когда более быстроходный корабль служит моделью для вновь создаваемого с другими тактико-техническими элементами, нередко приводил к тому, что преимущества прототипа утрачивались.

В конце XVIII в. значительных успехов достигло русское кораблестроение. Для теоретического обучения кораблестроителей 20 августа 1798 г. в Петербурге и Николаеве были учреждены специальные училища корабельной архитектуры: одно для Санкт-Петербургского, а другое для Черноморского адмиралтейств. Подобные учебные заведения были созданы в Англии только в 1811 г., в США -- в 1845 г., а в Германии лишь в 1861 г.

Однако, несмотря на усилия ученых и кораблестроителей разных стран, самые быстроходные парусные корабли не показывали более 12— 13 уз. Это был предел, который так и не был превзойден до последних дней парусного флота. В то же время овеянные романтикой коммерческие красавцы клиперы середины XIX в. развивали скорость до 20 уз.

Барк "Herzogin Cecilie" один из самых красивых и быстрых парусников ХХ века... Построен в 1902 году. Скорость 21 узел

Эпоха парусного флота еще далеко не закончилась, когда произошли события, которым корабли обязаны достижением больших скоростей...

 


 

Без парусов

 

В 1784 г. английский механик из Глазго James Watt ( 1736 – 1819)(Д. Уатт) взял патент на универсальную паровую машину.

James Watt ( 1736 – 1819)

 

Задолго до рождения Уатта, в 1690 г. французский физик, изобретатель Denis Papin (1647—1712) (Д. Папен ), возглавлявший кафедру Марбургекого университета в Германии, оценив способность пара конденсироваться, изложил принцип действия паро-атмосферной машины, работающей следующим образом.

Denis Papin (1647—1712)

 

На дно цилиндра нужно было залить немного воды, до поверхности которой опускался поршень. Под цилиндром поместить жаровню с горящим топливом. Вода закипала, образовавшийся пар поднимал поршень. Воздух из пространства над поршнем выталкивался через специальный клапан. В поднятом положении поршень нужно было закрепить стопором. После этого жаровню убрать, клапан удаления воздуха закрыть и стенки цилиндра охладить водой. Пар в цилиндре конденсировался, под поршнем создавалось разрежение, и если извлекался стопор, то под воздействием атмосферного давления поршень возвращался в первоначальное положение. Таким образом, полезная работа совершалась только в процессе движения поршня вниз.

Паро-атмосферная машина Denis Papin 1679 год...

 

Практическая ценность такого двигателя, совершавшего не более одного рабочего хода в минуту, была ничтожно мала, что понимал и сам Папен, построивший позже новую машину с отделенным от цилиндра паровым котлом. Она представляла собой паровой насос.

Паровой насос Denis Papin 1707 год...

 

В 1707 г. жители немецкого г. Мюндена наблюдали с набережных р. Фульды за необычным судном без весел и парусов, гребные колеса которого вращала поднятая насосом и падающая с высоты на лопасти вода. Папен не только построил судно с механическим двигателем, но, решив оставить Германию и перебраться в Лондон, использовал его для этой цели, не оформив при этом разрешение на передвижение по р. Везер, в которую впадала р. Фульда. Этим воспользовались судовладельцы поселка Лох, расположенного в устье Везера, и в стремлении загубить возможного конкурента, разрушили судно.

В 1698 г. владелец шахты англичанин Thomas Savery ( 1650—1715)(Т. Севери) взял патент на оригинальный пароатмосферный насос, предназначенный для откачки воды из шахт и рудников.

Thomas Savery ( 1650—1715)

Прошло немного времени, и соотечественник Thomas Savery (Т. Севери) — кузнец Thomas Newcomen (1663 - 1729)(Т. Ньюкомен) , используя идеи Папена и Севери, в 1712 г. создал более совершенный двигатель.

Thomas Newcomen (1663 - 1729)

 

Схема парового насоса Thomas Newcomen (Т. Ньюкомена)...

 

Сам насос Thomas Newcomen Т(. Ньюкомена)... построен в 1760 году и проработал до 1834 года...

 


 

 

А в 1766 г. нашим соотечественником, талантливым изобретателем-самоучкой, горным мастером И. И. Ползуновым (1729—1766) была построена оригинальная пароатмосферная машина, которая, в отличие от всех предшествующих, позволяла осуществлять вращательное движение исполнительного механизма.

Иван Иванович Ползунов (1729—1766)

 

Первым паровой двигатель для движения судна применил англичанин Jonathan Hull (Д. Хулл), построивший в 1736 г.несколько парусных судов, на которых в качестве вспомогательного средства движения была применена машина Ньюкомена с канатной передачей на кормовое лопастное колесо. Но специфические недостатки пароатмосферной машины давали о себе знать, и в конце концов двигатели пришлось демонтировать.

Жизнь между тем не стояла на месте. Первенство в темпах промышленного развития удерживала Англия, которая к концу XVIII в. создала крупную промышленность, быстро завоевавшую мировую монополию. «Социальный заказ» на эффективный двигатель становился все более актуальным. Такой двигатель и создал James Watt .

Ремонтируя действующую модель пароатмосферной машины Ньюкомена, Уатт пришел к выводу о необходимости равенства температур цилиндра и поступающего в него пара. В пароатмосферных машинах Ньюкомена в цилиндр впрыскивалась вода для конденсации пара, в результате чего сам цилиндр охлаждался. Чтобы цилиндр был постоянно нагретым, Уатт заключил его в паровую рубашку, а конденсацию пара перенес в отдельный охлаждаемый проточной водой резервуар — конденсатор, сообщавшийся с цилиндром трубой. Уже первый построенный по такому принципу двигатель расходовал топлива на 1 л. с. мощности почти в два раза меньше лучших машин Ньюкомена.

Схема пароатмосферной машины James Watt(Уатта )1763 год...

 

Но и эта машина продолжала оставаться двигателем насосного типа, так как ее поршень выполнял только ' один рабочий ход — вниз, а второй ход — вверх — был холостым, совершаемым под воздействием противовеса - балансира. Уатт понимал, что необходим двигатель, способный осуществлять непрерывное вращательное движение, и энергично работал в этом направлении. Его труды увенчались успехом. В 1784 г. была создана паровая машина двойного действия, в принципе отличавшаяся от пароатмосферной. В ней пар в цилиндр подавался попеременно в пространство под поршнем, чтобы его поднять, и над поршнем, чтобы его опустить. Таким образом, в этой машине оба хода поршня стали рабочими. Изобретатель создал специальный механизм, позволяющий качательное движение поршня преобразовывать в непрерывное вращательное. Универсальный механический двигатель стал реальностью. Паровая машина быстро завоевала Англию, а затем и весь мир.

 

Более поздняя паровая машина James Watt(Уатта)...

Такой двигатель, естественно, не мог не привлечь к себе внимания судостроителей. В 1787—1788 гг. американский часовщик John Fitch ( 1743 – 1798) (Д. Фитч) построил одно за другим три паровых судна. На последнем из них, «Experiment», паровая машина через сложную кинематическую передачу приводила в движение три расположенных в корме весла, которые наподобие лапы водоплавающей птицы обеспечивали упор и движение судна со скоростью около 8 уз. Но весла часто ломались, и «Experiment», как и его два предшественника, не получил признания.

«Experiment» John Fitch(Д. Фитча)...

 


 

В 1802 г. англичанин William Symington(1764–1831) (В. Саймингтон) построил буксирный катер "Charlotte Dundas"(«Шарлотта Дандас») с машиной Уатта мощностью 10 л. с, вращавшей расположенное в корме гребное колесо. Испытания прошли успешно. За 6 ч при сильном встречном ветре "Charlotte Dundas" отбуксировала по каналу на 18 миль две баржи. Однако судно поставили на прикол, опасаясь, что волны от гребного колеса размоют берега канала.

"Charlotte Dundas" В. Саймингьона...

 

Среди зрителей, наблюдавших испытания "Charlotte Dundas", находился Robert Fulton (1765-1815) (Роберт Фултон), которого принято считать изобретателем первого парохода. Фултон родился в Америке в семье бедного ирландского эмигранта. Увлекавшийся живописью юноша отправился для учебы в Англию, где вскоре занялся судостроением, которому посвятил всю дальнейшую жизнь.

Robert Fulton (1765-1815)

 

Не найдя в Англии финансовой поддержки, в 1796 г. Фултон переехал во Францию, и там в компании с американским посланником Robert Livingston (1746–1813) (Р. Ливингстоном), взявшим на себя финансовую сторону дела, приступил к созданию парового судна. Изобретатель не ограничился идеей применения паровой машины. С целью обойтись двигателем минимальной мощности, он провел многочисленные опыты по определению оптимальной формы и размеров судна, а также взаимодействия корпуса с различными типами движителей. Таким образом, Фултон первым пытался комплексно решить задачу увязки корпуса, двигателя и движителя , получившую впоследствии полное признание в судостроении и кораблестроении. Не обошлось и без ошибок. Так, выбранная Фултоиом плоскодонная подводная часть корпуса не явилась оптимальной в отношении ходкости. Применение в качестве движителя побортно расположенных гусеничных устройств с плицами, имитирующими большое число весел, не отличалось надежностью. Плицы мешали друг другу и часто ломались. Можно было получить тот же эффект, заменив множество плиц двумя-тремя, но... сегодня легко критиковать тех, кто почти 200 лет назад создавал первые пароходы, начиная практически на пустом месте.

В 1803 г. судно испытали на р. Сене в присутствии огромного числа зрителей, среди которых находились многие ученые Парижа. Пароход шел против течения ровным, хотя и очень малым ходом около 3 уз. Попытка предложить судно правительству Наполеона оказалась безуспешной. Раздосадованные компаньоны в 1806 г. направились на родину, чтобы строить там пароходы.

Фултон демонстрирует свое судно Наполеону...

 

"Norz River Stimbout of Clermont", известный в литературе под названием "Clermont"(«Клермонт»), водоизмещением 79 т с паровой машиной мощностью 20л.с, вращавшей пятиметровые гребные колеса, был испытан в августе 1807 г. Многие из собравшихся на берегах зал. Гудзон не верили в успех. Но вот дрогнули и завертелись колеса, «Клермонт» пошел. Началась коммерческая эксплуатация парохода. В первый рейс 4 сентября 1807 г. Фултон отправился без груза и без пассажиров: желающих испытать судьбу на борту огнедышащего судна не нашлось. Но на обратном пути объявился смельчак — фермер, купивший билет за шесть долларов. Это был первый пассажир в истории пароходства. Растроганный изобретатель предоставил ему пожизненное право бесплатного проезда на своих пароходах.

"Clermont" Роберта Фултона...

Почему именно Р. Фултона принято считать изобретателем первого парохода? Ведь мы знаем, что задолго до него имели место попытки использовать паровой двигатель на судах. Дело в том, что Фултон не просто применил паровую машину, но создал надежное паровое судно, пригодное для повседневной эксплуатации. Под руководством Фултона в Америке было построено несколько колесных пароходов. Правда, их скорость не превышала 7 уз, что объясняется сравнительно небольшой мощностью паровых машин, а также неоптимальными, с современных позиций, обводами корпуса.

Одним из последних проектов изобретателя был первый в истории паровой корабль — пароходофрегат "Demologos"(«Демологос»), после смерти Фултона переименованный в "Fulton 1"(«Фултон-1»).

"Demologos"

Корабль водоизмещением около 2500 т имел два корпуса с продольным промежутком между ними, в котором размещалось гребное колесо, защищенное таким образом от боевых и навигационных повреждений. Машина располагалась в одном корпусе, а котел в другом. Корабль был вооружен 20 пушками. Кроме того, в трюме ниже ватерлинии в носу и в корме было размешено по одной пушке для" стрельбы ядрами по подводной части неприятельских кораблей. Батарейная палуба была защищена набором деревянных брусьев толщиной около 1,5 м. На испытаниях, до которых Фултон не дожил, "Demologos" развил скорость 5 уз.

 


 

 

Первые паровые корабли

 

Пароходы получили признание в Европе. В 1812 г. в Англии была построена "Comet" («Комета»),

"Comet"

а 3 ноября 1915 г. начал совершать регулярные рейсы между Петербургом и Кронштадтом первый русский «стимбот», как тогда на «аглицкий» манер называли пароходы.

В 1819 г. американский пароход "Savannah"(«Саванна»), имевший парусную оснастку, за 27 сут и 11 ч совершил переход из Америки в Англию, который иногда называют первым переходом парового судна через Атлантический океан. Но дело обстояло иначе. Почти весь переход "Savannah" совершила под парусами и лишь около 85 ч ходового времени шла с работающей машиной. К концу перехода у побережья Ирландии "Savannah" обнаружил и в течение дня преследовал парусный корабль таможенной службы. Как выяснилось позднее, преследование осуществлялось с целью... оказать помощь. Густые шлейфы дыма от идущего парохода таможенники приняли за пожар.

 

"Savannah"

Первым пересек Атлантику без использования парусов в 1838 г. английский пароход "Sirius"(«Сириус»). В Нью-Йорке судну устроили торжественную встречу. Корабли в гавани отсалютовали из пушек. Вышли экстренные выпуски газет.

"Sirius"

Однако до безоговорочного признания парового двигателя было далеко. Ведь парусные суда превосходили пароходы в скорости. Если "Sirius" пересек Атлантику за 18 сут и 10 ч, то еще в 1815 г. парусник "Galatea"(«Галатея») совершил такой же переход за 11 сут, а подавляющее большинство парусных судов покрывало это расстояние за 13—14 сут.

"Galatea"

Парусные суда имели преимущество не только в скорости, но и в дальности плавания, которая у них практически ограничивалась только запасами продовольствия и воды для пассажиров и экипажа. У паровых судов эти показатели были низкими из-за большой массы и малой экономичности котломашинных установок (КМУ). Их удельная масса составляла около 800 кг/л. с., а удельный расход топлива около 6 кг/(л. с.-ч). Ведь КПД первых КМУ не превышал 1,5—2%. В результате на судне водоизмещением 1500 т с запасом угля на 6 сут плавания и паровой машиной мощностью 450 л. с, обеспечивающей скорость 10 уз, суммарная масса топлива и энергетической установки составляла более 700 т!

Внедрению парового двигателя в кораблестроение помимо технической стороны дела препятствовали также традиции парусного флота, точнее, носители этих традиций. Существовали и объективные причины, например отсутствие опыта проектирования и постройки кораблей с механическими двигателями. Примером может служить пояснение, сделанное на чертеже той поры:

..."Та часть судна, что предназначена для установки машины и машинной опоры (фундамента), едва ли может быть сделана более легкой, чем здесь изображено. При сооружении остальной части корпуса судна строитель должен приложить все свое профессиональное умение, чтобы не получилось в целом слишком большое водоизмещение, и, приняв во внимание, что вес машины и ее оснастка составляют примерно 16 тонн и что она расположена на 1/3 длины киля, считая от носа, он будет в состоянии придать днищу такую форму, чтобы загруженное судно стояло на ровном киле. Два или три дюйма дифферента на корму могут оказаться даже полезными."

В качестве аргумента против паровых судов выдвигалась недостаточная надежность машин и гребных колес. Разумеется, колесный движитель имел ряд существенных недостатков. Во время бортовой качки лопасти колес частично или полностью выходили из воды, а затем снова зарывались в волны, что вызывало неравномерность в работе машины и создавало чрезмерные напряжения в ней и в гребных колесах вплоть до аварийных. Обрушиваясь на колеса, волны ломали лопасти. Попеременное оголение колес значительно снижало скорость, мешало удерживать судно на курсе. В бою колеса легко поражались неприятелем. В попытке защитить колеса от повреждений их иногда располагали сзади корабля. Но такая конструкция имела существенный недостаток — вращающееся колесо создавало за кормой вихри и зону пониженного давления воды, в результате чего колесо толкало судно вперед, а оно стремилось сдвинуться назад из зоны повышенного давления перед носовой частью в зону пониженного давления в корму за колесом. Применение гребных колес усложняло конструирование корабля. Диаметр колес на крупных кораблях достигал 12 -14 м, а масса 200 т. Колеса затрудняли расположение артиллерии, особенно на многопушечных кораблях. Из-за специфических недостатков гребных колес внедрение механического двигателя в военном флоте проходило медленнее, чем в коммерческом. Однако, как известно, прогрессивные нововведения можно затормозить, но остановить невозможно.

Иностранные источники утверждают, что в Европе первым кораблем с паровой машиной было заложенное в Англии в 1821 г. авизо "Comet"(«Комета»). Корабли этого типа служили для быстрой передачи донесений и в русском флоте именовались посыльными судами. Приоритет англичан выглядит спорным, так как еще в 1817 г. в Петербурге на Ижорских заводах был заложен и в 1818 г. построен первый русский военный пароход «Скорый» с паровой машиной мощностью 32 л. с, который с тем же основанием, что и "Comet", следует считать первым паровым кораблем, построенным в Европе.

В 1826 г. там же был построен 8-пушечный корабль «Ижора» с паровой машиной мощностью 100 л. с. В 1838 г. в состав Балтийского флота вошел первый боевой корабль, построенный в Петербурге Новым адмиралтейством, — 28-пушечный пароходофрегат «Богатырь» водоизмещением 1342 т. с полной 3-мачтовой парусной оснасткой и двумя паровыми машинами по 120 л. с. каждая, работавшими на общий гребной вал. При работе машин корабль развивал скорость 12 уз.

«Богатырь»

Наглядное представление о трудностях, связанных с применением на кораблях первых КМУ, могут дать составляющие нагрузки «Богатыря»: паровые машины — 135 т, котлы с запасом воды для них 109 т, топливо — 350 т. Таким образом, на : энергетическую установку с запасом топлива приходилось около 43 % водоизмещения корабля!

При безветрии паровые корабли выигрывали в ходкости и маневренности по сравнению с парусными, но при свежем ветре уступали им. Нелегкая конкуренция ожидала паровой двигатель.

 

 


 

Гребной винт завоевывает позиции

Если скорость первых пароходов не превышала 6—7 уз, то уже через 15—20 лет они могли развивать скорость порядка 12 уз. Тому, что парусный флот начал сдавать позиции, способствовало и появление движители принципиально нового типа.

Гребные винты как движители судов стали использоваться позднее колес, хотя одно из первых упоминаний о них относится к III в. до н. э. Автором этого изобретения являлся великий инженер античности — Архимед(287-212 гг. до н.э.). Предложенную им конструкцию в виде шнека установили на лодке правителя Сиракуз.

Одни из ранних конструкций винтов на судах ...


В 1776 г. спиральный винт применили на подводной лодке "Turtle"( «Черепаха»), принимавшей участие в войне за независимость США. Это устройство, разработанное David Bushnell (1740–1824)(Дэвидом Бушнеллом), вращалось вручную.

В 1681 г. доктор Robert Hooke ( 1635 – 1703)(Р. Гук) впервые предложил применить винт в качестве судового движителя.

Robert Hooke ( 1635 – 1703)

 

Винт Роберта Гука... 1683 г.

Созданием теоретической базы для расчета гребных винтов занимались петербургские академики Daniel Bernoulli( 1700 — 1782)(Даниил Бернулли) и Leonhard Euler (Леонард Эйлер) . До появления быстроходных паровых машин теория гребного винта являлась сугубо академической, невостребованной в судостроительной отрасли, дисциплиной.

9 мая 1785 года английский изобретатель и профессиональный столяр Joseph Bramah ( 1748 – 1814)(Джозеф Брама) получил патент на первый гребной винт.

Joseph Bramah ( 1748 – 1814)

 

Винт Joseph Bramah(Д.Брама )1785 год...

Работающую конструкцию винта впервые реализовали в США на одно- и двухвинтовых паровых баркасах, построенных John Stevens (1749-1838)?(Джоном Стивенсом) в 1804 и 1805 годах.

Двухвинтовой баркас John Stevens (Стивенса )1804 год...

 

Паровая двухвинтовая установка John Stevens (Стивенса)...

 

 


 

Работы над созданием эффективного винта вели многие исследователи. Первую научную теорию гребного винта разработал в 1827 г. Thomas Tredgold ( 1788 - 1829)(Тредгольд)

Thomas Tredgold ( 1788 - 1829)

Практическое применение гребного винта берет начало в 1829 году. Богемский инженер Joseph Ludwig Franz Ressel ( 1793 - 1857)( И. Рессель) установил гребной винт на теплоходе "Civeta"("Циветта") водоизмещением 48 тонн.

Joseph Ludwig Franz Ressel ( 1793 - 1857)

На проведенных в Триесте испытаниях судно развило скорость 6 узлов, однако сказалось несовершенство двигателя и заметного повышения скорости судна зафиксировано не было. По этой причине от дальнейших опытов отказались и разработка отправилась под сукно на целых 7 лет.

Винт Ресселя...

 

Модель шхуны Ресселя "Civeta" с его винтом...

Идею применения гребных винтов развили американец шведского происхождения – одаренный инженер John Ericsson ( 1803 – 1889)(Джон Эриксон) и английский фермер Sir Francis Pettit Smith (1808 - 1874)(Ф. П. Смит), получившие в 1836 г. патенты на суда с винтовым движителем. Оба в 1837 г. построили в Англии небольшие паровые буксиры для Лондонского порта: Смит – 6-сильный буксир водоизмещением 6 тонн и винтом Архимеда, а Эриксон – вдвое более мощный пароход, "Francis B. Ogden" (40x8 фт, 15 тонн), оснащенный двухпропеллерным винтом, в котором использовался принцип лопастных колес, расположенных друг за другом и вращавшихся в противоположные стороны. В отличие от обычных гребных колес, ось вращения которых располагается поперек судна, колеса Эриксона имели ось вращения, проходящую вдоль корпуса судна, и создавали осевой поток отбрасываемых масс воды. В дальнейшем изобретатель упростил движитель, ограничившись одним колесом.

 

Винт Эриксона...

К слову, John Ericsson(Джон Эриксон), совершивший головокружительную карьеру изобретателя, является автором вращающейся орудийной платформы, с которой орудие могло вести огонь в любом направлении.

John Ericsson ( 1803 – 1889)

На ходовых испытаниях судна Эриксона были зафиксированы весьма посредственные скоростные показатели – лишь 10 узлов. Однако ошеломительный результат был получен при буксировке парусных судов по Темзе. Маленький пароход с 12-сильной машиной буксировал 140-тонную шхуну со скоростью 7 узлов, большой американский пакетбот "Toronto"( "Торонто") (250 т.) – со скоростью 5 узлов. В судостроении зародилось определение полезного упора движителя, который для винтов в десятки раз превышал эффективность колесного привода.

 

Sir Francis Pettit Smith (1808 - 1874)

(Кстати изобретателю П. Смиту помог случай, рассказ о котором некоторые исследователи относят к области исторических анекдотов. Винт Смита с двумя витками спирали был изготовлен из дерева. Однажды при прохождении по каналу бот содрогнулся и... прибавил в скорости. Оказалось, что при ударе о затонувший предмет винт потерял половину спирали. В дальнейшем Смит изготовлял винты с одновитковой спиралью. Экзамен был выдержан, когда бот прошел около 400 миль со средней скоростью 8 уз. При этом часть рейса сопровождалась штормовыми условиями, с которыми колесному судну было бы трудно справиться.)

 

 

 


 

 

В 1839 г. Смит и Эриксон построили и затем испытали большие винтовые суда. Пароход Смита –"Archimedes" ("Архимед"), 38м длиной 6,7 м шириной с осадкой 3 м и водоизмещением 232 т, который принято считать первым винтовым пароходом.На винт диаметром 2,1 м работали две паровые машины мощностью 45 л. с. каждая. На испытаниях "Archimedes" развил скорость 9,8 уз. Оригинальным способом было решено сравнить эффективность колесного и винтового движителей. "Archimedes" соединили тросами (корма к корме) с колесным пароходом "William Gunston"(«Уильям Гунстон»). Машины заработали, и... "William Gunston" потащил за собой первенца винтового судостроения. Однако спешить с выводами было рано. Позже пароход обеспечивал перевозку до 6 тонн груза со средней скоростью 9,64 миль/час.

"Archimedes"

В мае 1840 г. пароход начал работать на Британских каботажных линиях. Меньшее по мощности и грузоподъемности судно Эрикссона "Stockton"("Стоктон") в апреле 1839 г. ушло под парусами в США, предоставившими Эриксону свое гражданство.
Очевидная эффективность гребного винта положила конец активному противоборству сторонников парусного и парового флотов. Год 1838 принято считать концом эры парусного флота.

В 1839 г. Эриксон отправился в США и построил там пароходофрегат "Princeton"("Принстон") водоизмещением 950 т с винтовым движителем собственной конструкции, приводившимся во вращение от двух паровых машин суммарной мощностью 400 л. с.

"Princeton" 1845 г.

На испытаниях корабль развил 14 уз — скорость по тем временам небывалую. При перетягивании по описанному выше способу «Принстон» потянул за собой английский колесный пароход "Great Western"(«Грейт Вестерн»).

Кормовая оконечность пароходофрегата "Princeton"

У гребного винта не было недостатка в противниках. Они не желали признать результатов, достигнутых "Princeton" («Принстоном»), ссылаясь на различие в водоизмещении, обводах корпуса и мощности машин сравниваемых судов. Окончательно вопрос был решен, когда Английское адмиралтейство организовало сравнительные испытания двух специально построенных для этой цели в 1843 г. одинаковых пароходофрегатов водоизмещением 894 т с паровой машиной мощностью 200 л. с.— винтового "Rattler"(«Раттлера») и колесного "Alecto"(«Алекто»).

Сначала оба корабля были испытаны под парусами и показали практически одинаковую скорость, что подтвердило подобие форм их корпусов. Затем фрегаты испытали перетягиванием. После того как машины развили полную мощность, «Раттлер» начал буксировать «Алекто» со скоростью более 2 уз. Этим испытания не ограничились. Скорости кораблей измерили на трех режимах и получили следующие результаты:при работе только машин — 9,2 и 8,8 уз; машин и парусов— 11,9 и 11,2 уз; машин при движении кораблей против ветра — 7,5 и 7 уз.

Состязания винтового "Rattler" и колесного "Alecto"...

Скептики были посрамлены. «Выяснение отношений» между колесным и винтовым движителями закончилось. Гребной винт получил признание благодаря не только более высокому КПД, но и таким серьезным преимуществам перед гребными колесами, как простота конструкции и гораздо лучшие массогабаритные показатели. По мере совершенствования винт приобрел стабильную форму, с небольшими отклонениями сохранившуюся и поныне.

Схема создания упора при работе гребгого винта.( Т - окружная составляющая силы сопротивления вращению.Y - гидродинамическая сила. Р - сила упора)

Гребной винт состоит из ступицы с расположенными на ней лопастями. Его работа основана на использовании гидродинамической силы, создаваемой разностью давлений на сторонах лопастей. Любое концентрическое сечение лопасти представляет собой элемент несущего крыла, поэтому при вращении винта на каждом элементе лопасти возникают такие же. как на крыле, силы. Поток, обтекающий выпуклую сторону лопасти (засасывающая сторона), слегка поджимается, вследствие чего его движение ускоряется. Поток, обтекающий плоскую (иногда слегка вогнутую) сторону лопасти (нагнетающая сторона), встречая на своем пути препятствие, слегка притормаживается и соответственно замедляет скорость. В соответствии с законом Бернулли на засасывающей стороне лопасти давление падает и возникает зона разрежения; на нагнетающей стороне давление возрастает и создается зона давления. Вследствие разности давлений образуется гидродинамическая сила Y. Теорией и экспериментально установлено, что основная часть гидродинамической силы (70-75%) создается за счет разрежения на засасывающей стороне лопастей винта, а меньшая (30— 25%) —за счет давления на нагнетающей стороне лопастей. Проекция гидродинамической силы на плоскость вращения представляет собой сопротивление вращения лопастей T, а ее проекция на ось винта является его упором Р, который воспринимается лопастями и через ступицу и гребной вал передается кораблю.

Закручивание струи, отбрасываемой гребным винтом.

Поскольку лопасти имеют винтообразную поверхность, при вращении винта вода не только отбрасывается назад, но и закручивается в сторону вращения лопастей. Между тем движитель должен только отбрасывать воду, создавая реактивный импульс — силу тяги. На закручивание потока и преодоление сопротивления вращения винта в воде затрачивается значительная доля мощности двигателя. Поэтому КПД винта, равный отношению полезной мощности (затраченной на создание тяги винта) ко всей мощности (израсходованной на вращение винта), всегда будет меньше единицы.

КПД гребных винтов колеблется от 0,5 до 0,7. Верхний предел считается очень высоким и достижим на малооборотных винтах большого диаметра. Значения КПД быстроходных винтов небольшого диаметра редко превышают 0,5 —0,55. Но это в наши дни, когда существует методика проектирования гребных винтов. В рассматриваемый же период винты подбирались обычно по прототипу или опытным путем и имели намного меньший КПД.

 

 


 

Если на кораблях гребной винт сравнительно быстро получил признание, то в коммерческом флоте его распространение задержалось. Колесные пароходы зачастую не уступали в скорости винтовым, а построенная в Англии в 1866 г. по заказу турецкого султана Abdülaziz I (Абдулла-Азиса), питавшего пристрастие к быстроходным судам, яхта "Mahrusseh"(«Махрусса») водоизмещением 3185 т с паровыми машинами суммарной мощностью 6400 л. с. и бортовыми колесами диаметром 8,5 м на тот период являлась самым быстроходным паровым судном и развивала на полном ходу 18,5 уз.

Яхта "Mahrusseh"

 

Обеденный салон на "Mahrusseh"

На трансатлантических линиях вплоть до 1875 г. продолжали плавать колесные лайнеры. Последним из них была "Scotia"(«Скотиа») — обладательница «Голубой ленты Атлантики»` в 1862-1867 гг.

Модель"Scotia"...

` "Голубая лента Атлантики" ("THE BLUE RIBBON" или "BLUE RIBAND ATLANTIC")- приз , присуждаемый с 1840 г пассажирскому судну, пересёкшему Атлантический океан между портами Англии и США (расстояние около 3000 миль) в рекордное время. На мачте победителя развивался вымпел длинной столько метров , с какой наибольшей скоростью (в узлах) прошёл он за рейс... Так на "Normandie" развивался вымпел длинной в 30 метров... До 1934 года приз являлся условным. В 1934 году был создан международный комитет по определению условий для завоевания первого места по скорости среди конкурирующих судов на Атлантике. До этого года материального приза «Голубая лента Атлантики» не существовало. В год образования международного комитета «Голубой ленты» англичанин Гарольд Хейз заказал за свой счёт модельщику-ювелиру серебряную фигуру, которая должна была символизировать приз «Голубая лента Атлантики». Подставка из оникса. На ней сидит чета посейдонов и стоят две фигуры Ники держащие земной шар. На нём установлены две борющихся фигуры, символизирующие разум человечества и стихию. Первая побеждает и в поднятой руке держит лайнер. Земной шар окружен широким кольцом, на котором в виде картушек компаса указаны направление ветра. На кольце, между картушками, уже после изготавливания кубка, были нанесены изображения четырёх судов: "Great Western", "Mauritania", "Rex" и "Normandie".
"Rex" — стал первым, кому был вручен этот приз.

Кубок "BLUE RIBAND ATLANTIC"

Последний обладатель «Голубой ленты» лайнер «United States», показавший среднюю скорость около 35 узлов, был награждён призом 12 ноября 1952 года. С распространением трансатлантических авиалиний морской путь почти перестал быть интересен, и «Голубую ленту» уже никто не пытался отобрать. В 1996 году приз вернулся обратно в США и находится сейчас в Филадельфии.

 

 

Рекордсмены "Голубой Ленты Атлантики" в западном направлении(1838—1990 годы)

Дата    Название судна

 Компания      

    Из порта                     В порт     

    Расстояние(мили)       

Дни/часы/минуты                      Средняя скорость

1838 (4/4-22/4)              Sirius                       B&A               Cork                      Sandy Hook            3583                       18/14/22                                        8.03
1838 (8/4-23/4)        Great Western                 GW               Avonmouth              New York               3220                       15/12/0                                         8.66
1839(2/6-17/6)         Great Western                 GW               Avonmouth              New York               3140                        14/16/0                                        8.92
1839(18/5-31/5        Great Western                 GW                Avonmouth              New York               3086                        13/12/0                                       9.52
1841(4/6-15/6)           Columbia                     Cunard              Liverpool                 Halifax                 (2534)                       10/19/0                                     (9.78)
1843(29/4-11/5)        Great Western                 GW                Liverpool                 New York               3068                        12/18/0                                    10.03
1845(19/7-29/7)          Cambria                      Cunard             Liverpool                  Halifax                 (2534)                        9/20/30                                   (10.71)
1848(3/6-12/6)           America                      Cunard              Liverpool                  Halifax                 (2534)                        9/0/16                                     (11.79)
1850 (18/5-27/5)           Asia                         Cunard              Liverpool                  Halifax                 (2534)                        8/14/50                                  (12.25)
1850(11/9 21/9)          Pacific                        Collins              Liverpool                  New York               (3050)                      10/4/45                                   (12.46)
1851 (6/8-16/8)          Baltic                          Collins              Liverpool                  New York               3039                         9/19/26                                    12.91
1854 (28/6-7/7)          Baltic                          Collins              Liverpool                  New York                3037                         9/16/52                                   13.04
1856 (19/4-29/4)       Persia                          Cunard              Liverpool                  Sandy Hook           (3045)                        9/16/16                                 (13.11)
1863 (19/7-27/7)       Scotia                          Cunard            Queenstown                New York              (2820)                        8/3/0                                    (14.46)
1872(17/5-25/5)       Adriatic                         W.Star             Queenstown               Sandy Hook           2778                          7/23/17                                 14.53
1875(30/7-7/8)         Germanic                      W.Star             Queenstown               Sandy Hook           2800                          7/23/7                                   14.65
1875 (17/9-25/9)      CityOf Berlin                  Inman               Queenstown              Sandy Bank           2829                           7/18/2                                  15.21
1876(27/10-4/11)       Britannic                     W.Star               Queenstown              Sandy Hook           2795                           7/13/11                                15.43
1877(6/4-13/4)          Germanic                    W.Star               Queenstown              Sandy Hook           2830                           7/11/37                                15.76
1882(9/4-16/4)          Alaska                        Guion                Queenstown               Sandy Hook           2802                           7/6/20                                 16.07
1882(14/5-21/5)         Alaska                        Guion                Queenstown                Sandy Hook          2871                           7/4/12                                 16.67
1882 (18/6-25/6)        Alaska                        Guion                Queenstown                Sandy Hook          2836                           7/1/58                                 16.98
1883 (29/4-6/5)         Alaska                         Guion                Queenstown                Sandy Hook          2844                           6/23/48                               17.05
1884(13/4-19/4)        Oregon                         Guion                Queenstown                Sandy Hook          2861                           6/10/10                               18.56
1885(16/8-22/8)         Btruria                         Cunard              Queenstown                 Sandy Hook          2801                           6/5/31                                18.73
1887 (29/5-4/6)         Umbria                         Cunard              Queenstown                 Sandy Hook          2848                            6/4/12                               19.22
1888 (277'5-2/6)         Btruria                        Cunard              Queenstown                 Sandy Hook           2854                            6/1/55                               19.56
1889 (2/5-8/5)       City of Paris                       I&I                  Queenstown                 Sandy Hook            2855                           5/23/7                               19.95
1889(22/8-28/8)    City of Paris                       I&I                   Queenstown                  Sandy Hook            2788                           5/19/18                             20.01
1891 (30/7-5/8)     Majestic                           W.Star               Queenstown                 Sandy Hook            2777                           5/18/8                              20.10
1891 (13/8-19/8)     Teutonic                          W.Star              Queenstown                  Sandy Hook           2778                           5/16/31                            20.35
1892(20/7-27/7)      City of Paris                      I&I                  Queenstown                   Sandy Book           2735                           5/15/58                            20.48
1892.(13/10-18/10)   City of Paris                     I&I                   Queenstown                  Sandy Hook           2782                           5/14/24                            20.70
1893(18/6-23/6)         Campania                   Cunard                Queenstown                   Sandy Hook          2864                            5/15/37                           21.12
1894(12/8-17/8)         Campania                   Cunard               Queenstown                    Sandy Hook           2776                            5/9/29                            21.44
1894 (26/8-31/3)         Lucania                     Cunard                Queenstown                   Sandy Hook           2787                            5/8/38                            21.65
1894 (23/9-28/9)         Lucania                     Cunard                Queenstown                   Sandy Hook           2782                            5/7/48                            21.75
1894(21/10-26/10)      Lucania                     Cunard                 Queenstown                   Sandy Hook           2779                            5/7/23                            21.81
1898 (30/3-3/4)       Kaiser Wilhelm                 NDL                   Needles                         Sandy Hook          3120                            5/20/0                            22.29

_________XX ВЕК________________________________________________________

   Дата                    Название судна        Компания             Из порта                             В порт                 Расстояние (мили)        Дни/часы/мин           Средняя скорость


1900(6/7-12/7)         Deutschland                  Hapag                 Eddystone                        Sandy Hook                3044                           5/15/46                          22.42
1900(26/8-1/9)         Deutschland                  Hapag                Cherbourg                          Sandy Hook                3050                           5/12/29                          23.02
1901 (26/7-1/8)        Deutschland                  Hapag                Cherbourg                          Sandy Hook                3141                           5/16/12                         23.06
1902(10/9-16/9)       Kronprinz Wilhelm           NDL                  Cherbourg                          Sandy Hook                3047                           5/11/57                         23.09
1903(2/9-8/9)           Deutschland                 Hapag                 Cherbourg                          Sandy Hook                 3054                           5/11/54                        23.15
1907(6/10-10/10)       Lusitania                     Cunard              Queenstown                         Sandy Hook                 2780                          4/19/52                         23.99
1908(17/5-21/5)        Lusitania                      Cunard              Queenstown                         Sandy Hook                 2889                          4/20/22                        24.83
1908(5/7-10/7)          Lusitania                     Cunard               Queenstown                        Sandy Hook                  2891                          4/19/36                        25.01
1909(8/8-12/8)          Lusitania                     Cunard              Queenstown                         Ambrose                       2890                          4/16/40                        25.65
1909 (26/9-30/9)       Mauritania                   Cunard               Queenstown                         Ambrose                       2784                         4/10/51                        26.06
1929 (17/7-22/7)        Bremen                        NDL                 Cherbourg                            Ambrose                       3164                         4/17/42                        27.83
1930 (20/3-25/3)         Europa                        NDL                 Cherbourg                            Ambrose                        3157                         4/17/6                         27.91
1933 (27/6-2/7)           Europa                        NDL                 Cherbourg                            Ambrose                        3149                         4/16/48                        27.92
1933(11/8-16/8)            Rex                          Italia                  Gibraltar                               Ambrose                       3181                         4/13/58                        28.92
1935(30/5-3/6)            Normandie                  CGT                  Bishop Rock                         Ambrose                       2971                         4/3/2                           29.98
1936 (20/8-24/8)         Queen Mary               C-WS                 Bishop Rock                        Ambrose                        2907                        4/0/27                          30.14
1937(29/7-1/8)            Normandie                  CGT                  Bishop Rock                         Ambrose                       2906                        3/23/2                          30.58
1938(4/8-8/8)              Queen Mary               C-WS                Bishop Rock                         Ambrose                       2907                        3/21/48                         30.99
1952(11/7-15/7)            United States              USL                 Bishop Rock                         Ambrose                      2906                         3/12/12                        34.51
1990                         Hoverspeed                 Cunard Line        Bishop Rock                          Ambrose                      2906                        3/9/18                          36.11

 

Рекордсмены "Голубой Ленты Атлантики" в восточном направлении(1838—1990 годы)

 

Дата                    Название судна             Компания                Из порта                         В порт               Расстояние(мили)

     Дни/часы/ минуты

         Средняя скорость

 

1838(1/5-19/5)             Sirius                    B&A                    New York                              Falmouth                          (3159)                    (18/0/0)                            (7.31)
1838 (7/5-22/5)            Great Western        GW                    New York                            Avonmouth                           3218                      14/15/59                           9.14
1838 (25/6-8/7)            Great Western        GW                    New York                            Avonmouth                           3099                      12/16/34                         10.17
1840(4/8-14/8)             Britannia                Cunard                 Halifax                               Liverpool                           (2610)                      9/21/44                         (10.98)
1842(28/4-11/5)           Great Western         GW                     New York                             Liverpool                             3248                     12/7/30                             10.99
1843(4/4-14/4)             Columbia                Cunard                   Halifax                               Liverpool                             (2534)                     9/12/0                            (11.11)
1843(18/5-27/5)           Hibemia                  Cunard                   Halifax                               Liverpool                             (2534)                     9/10/44                           (11.18)
1843 (18/7-27/7)          Hibernia                  Cunard                   Halifax                               Liverpool                             (2534)                     8/22/44                           (11.80)
1849 (19/7-28/7)         Canada                    Cunard                   Halifax                               Liverpool                             (2534)                     8/12/44                           (12.38)
1851 (10/5-20/5)          Pacific                    Collins                 New York                              Liverpool                             (3078)                     9/20/14                           (13.03)
1852(7/2-17/2)             Arctic                     Collins                 New York                              Liverpool                              3051                      9/17/15                             13.06
1956(2/4-12/4)             Persia                    Cunard                Sandy Hook                          Liverpool                               (3048)                    9/10/22                            (13.46)
1856 (14/5-23/5)          Persia                    Cunard                 SandyHook                           Liverpool                              (3048)                    9/3/24                              (13 89)
1856(6/8-15/8)             Persia                    Cunard                 Sandy Hook                          Liverpool                               (3046)                   8/23/19                             (14.15)
1863(16/12-24/12)        Scotia                   Cunard                  New York                           Queenstown                             (2800)                   8/5/42                              (14.16)
1869(4/12-12/12)         City of Brussels        Inman                 Sandy Hook                        Queenstown                            (2780)                    7/20/33                            (14.74)
1873(11/1-19/1)           Baltic                       W.Star                Sandy Hook                        Queenstown                            2840                     7/20/9                               15.09
1875(2/10-10/10)         City of Berlin             Inman                 Sandy Hook                        Queenstown                             2820                    7/15/28                              15.37
1876(5/2-13/2)             Germanic                 W.Star                Sandy Hook                        Queenstown                             2894                    7/15/17                              15.79
1876(16/12-24/12)        Britannic                  W.Star                Sandy Hook                        Queenstown                             2892                    7/12/41                              15.94
1879(22/7-29/7)            Arizona                   Guion                  Sandy Hook                        Queenstown                             2810                    7/8/11                                15.96
1882 (30/5-6/6)             Alaska                    Guion                  Sandy Hook                        Queenstown                            (2791)                   6/22/0                               (16.81)
1882(12/9-19/9)            Alaska                    Guion                  Sandy Hook                        Queenstown                             2781                    6/18/37                               17.10
1884 (29/3-5/4)             Oregon                    Guion                 Sandy Hook                        Queenstown                              2916                   7/2/18                                  17.12
1884(26/4-3/5)              Oregon                    Guion                 Sandy Hook                        Queenstown                              2916                   6/16/57                                18.09
1884 (30/7-6/8)             Oregon                   Cunard                 Sandy Hook                       Queenstown                              2853                    6/12/54                               18.18
1884 (3/9-10/9)             Oregon                   Cunard                 Sandy Hook                       Queenstown                              2853                    6/11/9                                 18.39
1885(1/8-7/8)                Etruria                   Cunard                  Sandy Hook                       Queenstown                              2822                    6/9/0                                   18.44
1888(7/7-14/7)              Etruria                    Cunard                 Sandy Hook                       Queenstown                              2981                    6/4/50                                  19.36
1889(15/5-22/5)           City of Paris                 I&I                    Sandy Hook                       Queenstown                             2894                    6/0/29                                   20.03
1892(17/8-23/8)           City of New York           I&I                    Sandy Hook                       Queenstown                             2814                    5/19/57                                 20.11
1893(6/5-12/5)             Campania                Cunard                  Sandy Hook                       Queenstown                             2928                    5/17/27                                 21.30
1894(6/5-12/5)             Lucania                   Cunard                   Sandy Hook                      Queenstown                             2911                     3/13/28                                21.81
1894(2/6-8/6)               Lucania                   Cunard                   Sandy Hook                      Queenstown                             2911                    5/12/59                                 21.90
1895(18/5-24/5)            Lucania                  Cunard                   Sandy Hook                       Queenstown                             2897                    5/11/40                                22.00
1897(23/11-29/11)         Kaiser Wilhelm            NDL                  Sandy Hook                          Needles                                3065                    5/17/23                                 22.33                                              

 

     

________________XX ВЕК______________________________________________________________

   Дата                    Название судна            Компания             Из порта                        В порт                 Расстояние (мили)        Дни/часы/мин           Средняя скорость

 

1900(18/7-24/7)          Deutschland                  Hapag                  Sandy Hook             Eddystone                          3085                         5/15/5                     22.84                  
1900(4/9-10/9)            Deutschland                  Hapag                  Sandy Hook             Eddystone                          2981                         5/7/38                     23.36
1901 (13/6-19/6)         Deutschland                  Hapag                  Sandy Hook             Eddystone                           3083                         5/11/51                   23.38
1901 (10/7-17/7)         Deutschland                  Hapag                  Sandy Hook             Eddystone                           3082                         5/11/5                    23.51
1904 (14/6-20/6)          Kaiser Wilhelm              NDL                    Sandy Hook             Eddystone                           3112                         5/11/58                  23.58
1907(19/10-24/10)         Lusitania                     Cunard                Sandy Hook           Queenstown                           2807                         4/22/53                  23.61
1907(30/11-5/12)         Mauretania                    Cunard                Sendy Hook           Queenstown                           2807                         4/22/33                  23.69
1908(25/1-30/1)          Mauretania                    Cunard                Sandy Hook            Queenstown                           2932                         5/2/41                   23.90
1908(7/3-12/3)            Mauretania                    Cunard                Sandy Hook            Queenstown                           2932                         5/0/5                     24.42
1909(3/2-8/2)              Mauretania                    Cunard              Ambrose                  Queenstown                            2930                         4/20/27                  25.16
1909(17/3-22/3)          Mauretania                    Cunard               Ambrose                  Queenstown                           2934                         4/18/35                   25.61
1909(5/5-10/5)            Mauretania                    Cunard              Ambrose                   Queenstown                           2934                         4/18/11                   25.70
1909(16/6-21/6)          Mauretania                    Cunard               Ambrose                  Queenstown                            2933                        4/17/21                   25.88
1924 (20/8-25/8)         Mauretania                   Cunard                Ambrose                  Cherbourg                               3198                         5/1/49                    26.25
1929(27/7-1/8)              Bremen                        NDL                 Ambrose                  Eddystone                               3084                        4/14/30                    27.91
1933(10/6-15/6)            Bremen                        NDL                 Ambrose                  Cherbourg                                3199                        4/16/15                   28.51
1935(7/6-11/6)            Normandie                     CGT                 Ambrose                  Bishop Rock                             3015                        4/3/25                     30.31
1936 (26/8-30/8)         Queen Mary                C-WS                  Ambrose                 Bishop Rock                              2939                       3/23/57                   30.63
1937(18/3-22/3)          Normandie                    CGT                  Ambrose                  Bishop Rock                             2967                        4/0/6                      30.99
1937 (4/8-8/8)            Normandie                    CGT                  Ambrose                   Bishop Rock                            2936                        3/22/7                     31.20
1938(10/8-14/8)          Queen Mary                C-WS                 Ambrose                   Bishop Rock                            2938                        3/20/42                   31.69
1952 (3/7-7/7)            United States                USL                  Ambrose                   Bishop Rock                            2942                        3/10/40                  35.59

 

 

 


 

Последняя война парусных кораблей

 

Внимательно наблюдавшие за английскими экспериментами французские кораблестроители в 1842 г. спустили на воду первый винтовой корабль — авизо "Le Cours"(«Ле Корс»), результаты испытаний которого оказались настолько обнадеживающими, что было немедленно начато переоборудование колесного пароходофрегата «Pomona»(«Помона») в винтовой. А в 1848 г. но проекту известного французского кораблестроителя Д. де Лома был заложен первый в мире парусно-винтовой 90-пушечный линейный корабль «Napoléon»(«Наполеон») водоизмещением 5047 т, гребной вал которого вращали две машины суммарной мощностью 900 л. с. На испытаниях «Napoléon»(«Наполеон») показал небывалую для столь крупных кораблей скорость — 13,5 уз.

«Napoléon»

Не менее отличным ходоком оказался корабль и под парусами, что позволяло экономить запас угля, который принимался на борт из расчета 6 сут плавания с работающей машиной. Успех «Napoléon»(«Наполеона») стимулировал постройку крупных винтовых кораблей.

Энергичные действия Франции не оставили безразличным Английское адмиралтейство. Сразу же после триумфа «Наполеона» англичане начали строительство своего первого винтового 90-пушечного линейного корабля "Agamemnon"(«Агамемнон») водоизмещением около 5000 т с КМУ мощностью 600 л. с. и полным парусным вооружением. Энергетическая установка, как и на «Наполеоне», предназначалась в качестве резервного средства движения со скоростью порядка 10 уз.

"Agamemnon"

Вслед за Францией и Англией винтовой движитель получил признание во флотах других стран. Началось массовое переоборудование крупных парусных кораблей в парусно-винтовые. Корпус разрезали в средней части и делали вставку с энергетической установкой мощностью 400—800 л. с, в зависимости от водоизмещения корабля. Скорость таких кораблей не превышала 5 -7 уз, а необходимость размещения установки и запаса топлива вынуждала сокращать запас провизии и питьевой воды почти на 50%. Однако даже столь внушительные потери считались тактически оправданными.

Благодаря гораздо меньшей массе и габаритам винта, по сравнению с гребными колесами; а также более компактной конструкции передачи вращения от машины к гребному валу появилась возможность размещать КМУ в подводной части корпуса — ниже ватерлинии, где она была защищена от ядер, падения рангоута и повреждений при столкновении с кораблями противника. Немаловажным было и то, что при заниженном размещении установки увеличивалась остойчивость и резко сокращалась масса балласта — непременного спутника кораблей той поры.

В вопросе признания винтового движителя руководящие военно-морские круги России продолжали следовать принципу: внедрять нововведения только с оглядкой на Запад. Правда, в 1840 г. в Америке был заказан для русского флота 18-пушечный парусно-винтовой пароходофрегат «Камчатка» с машиной мощностью 600 л. с. Но исследованиями качества корабля и его тактических возможностей Морское министерство себя не обременяло.

Существенным тормозом в признании винтового движителя послужила трагическая судьба первого русского винтового корабля «Архимед», построенного в 1848 г. в Петербурге Охтинским адмиралтейством (ныне «Петрозавод») под руководством замечательного инженера-кораблестроителя И. А. Амосова (1800—1878). В штормовую погоду 6 октября 1850 г. «Архимед» разбился о камни у о. Борнхольм.

«Архимед»

Некоторые должностные лица Морского министерства — противники парового флота — поторопились истолковать катастрофу как результат ненадежности энергетической установки и винтового движителя в частности.

Только под влиянием угрозы войны с Англией и Францией Морское министерство в 1851 1852 гг. приступило к постройке двух 44-пушечных винтовых фрегатов «Полкан» и «Мария»(позже переименована в «Аскольд»), а также приняло решение о переоборудовании трех парусных кораблей в винтовые, заказав в Англии паровые машины для них. К моменту разрыва дипломатических отношений с Англией удалось получить только одну из машин, а остальные были конфискованы англичанами.

Абсолютное большинство кораблей русского флота, в том числе и наиболее крупные из них, были чисто парусными. В состав Черноморского флота к началу войны с Турцией в 1853 г. входило семь пароходо-фрегатов и 24 небольших парохода, в то время как вступившие в войну на стороне Турции Англия и Франция располагали большим количеством паровых кораблей. Союзная эскадра включала свыше 40 кораблей, из которых более половины были оснащены паровыми машинами, в то время как русская Черноморская эскадра насчитывала 21 парусный корабль. В результате Черноморский флот, несмотря на прекрасно обученный рядовой и командный состав, блестяще проявивший себя в морских сражениях, в частности в Синопском бою, оказался недостаточно боеспособным в Крымской войне 1853— 1856 гг.

Понадобились горькие уроки Крымской войны, чтобы русское Морское министерство оценило достоинства механического двигателя и гребного винта. Но время было упущено. Ведь до войны Россия, полагаясь на зарубежных поставщиков, не развивала собственную производственную базу, не могла строить паровые машины большой мощности, изготовлять нарезные орудия крупных калибров.

Стремясь наверстать упущенное, уже в ходе войны в 1853 г. Морское министерство выдало заказы на строительство винтовых кораблей зарубежным фирмам и обратилось к отечественным промышленникам с настоятельным призывом развивать базу кораблестроения. Одновременно началось строительство Обуховского сталелитейного и Кронштадтского машинного заводов. Фундаментально реконструировались Ижорские заводы. В декабре 1854 г. в русском флоте вводится корпус инженеров-механиков.

Энергичные действия позволили к 1859 г. довести число винтовых кораблей в русском флоте до 130, однако качество кораблей оставляло желать лучшего. Это признавали и в Морском министерстве, что следует из отчета за 1856 г.

Только по заключении Парижского мира Морское министерство получило возможность распорядиться постройкой винтовых судов надлежащим образом, ибо до того времени политические обстоятельства вынуждали нас торопиться, а потому от винтовых судов, которые мы уже имеем и которые оканчиваются теперь постройкой, нельзя ожидать тех достоинств, какие должно иметь военное судно, прочно и неторопливо построенное. То же должно сказать и о механизмах на имеющихся у нас винтовых судах.

В создавшейся обстановке Морское министерство было вынуждено заказать несколько парусно-винтовых кораблей за границей. Наиболее удачным оказался построенный в 1859 г. в США для России 70-пушечный парохо-дофрегат «Генерал-адмирал» водоизмещением 5670 т. Корабль развивал скорость 12,5 уз при работающей машине и 11 уз под парусами.

«Генерал-адмирал»

В Крымскую войну моряки на практике проверили и сравнили боевую эффективность парусных и паровых кораблей, окончательно убедившись в преимуществе последних. Паровая машина на парусно-винтовых кораблях из вспомогательного двигателя превратилась в основной. Первой сделала выводы Франция, где в 1857 г. был издан закон, по которому все корабли, не имеющие паровых машин, исключались из списков флота.

Паровая машина и гребной винт открыли реальную возможность резко увеличить скорость кораблей. Но, как нередко случается в истории техники, на пути к новому качеству возникали серьезные препятствия. Одним из таких препятствий явилась проблема прочности кораблей.

 

 


 

Глава 2

КОРАБЛИ НАБИРАЮТ СКОРОСТЬ

 

Железо — союзник скорости

Усиление вооружения кораблей и оснащение их энергетическими установками вызывали неуклонный рост размеров и водоизмещения кораблей. В начале XIX в. основным типом корабельных орудий были гладкоствольные пушки, стрелявшие чугунными полыми ядрами. Стрельба ядрами была малоэффективна, так как они застревали в деревянных бортах кораблей, не причиняя им особого вреда. Повреждалось в основном парусное вооружение, после чего корабль брали на абордаж. Боевая мощь кораблей определялась числом орудий, но из-за ограниченной длины корпуса, обусловленной недостаточной прочностью дерева, орудия на многопушечных кораблях приходилось размещать в несколько ярусов (два, иногда три) и, кроме того, еще одну батарею располагали на верхней палубе.

Если в начале применения артиллерии водоизмещение кораблей в среднем не превышало 400 т, то за последующие 150 лет по мере усиления артиллерии оно постепенно возрастало и к середине XIX в. достигло 5000 т при длине корпуса около 65 и ширине около 18 м. Большие нагрузки на деревянный корпус снижали его прочность вплоть до аварийной. У крупных парусных кораблей деревянный набор корпуса во время шторма, как было принято выражаться, «дышал». А ведь в составе нагрузки парусных кораблей на долю корпуса приходилось около 50 % водоизмещения и более. С появлением парусно-винтовых кораблей проблема усугубилась, так как при работе паровой машины из-за ее вибрации крепление элементов набора корпуса расшатывалось. В бою дерево зачастую было главным источником пожаров на кораблях. Возможности дерева как конструкционного материала были окончательно исчерпаны.

Долгое время считали, что строить суда из железа нельзя, поскольку железо тонет. При этом допускали ошибку, так как сравнивали удельную массу железа и воды, а не удельную массу воды и судна в целом с оборудованием и незаполненными объемами корпуса.

Француз Marin Mersenne (1588-1648)(М. Мерсенн) первым (1644 г.) предложил строить суда из железа.

Marin Mersenne (1588-1648)

Однако сформировать корпус из кованых плит с технологической точки зрения было невозможно. Идея была реализована много лет спустя, когда в 1784 г. английский металлург Henry Cort (1740 – 1800)(Г. Корт) разработал способ изготовления железных листов прокаткой на вальцах.

Henry Cort (1740 – 1800)

В 1787 г. соотечественник Корта John Wilkinson (1728-1808)(Д. Уилкинсон) построил железное судно водоизмещением 70 т, судьба которого осталась неизвестной.

 

John Wilkinson (1728-1808)

Зато известна судьба железной яхты, построенной в 1815 г. англичанином Thomas Jevons (1791-1855)(Иевонсом).

Событие получило широкую огласку. В любопытных, желающих убедиться в том, что железное судно может держаться на плаву, не было недостатка. Однако необычное судно привлекло не только любопытных. Однажды сухой док, в котором Иевонс хранил яхту, оказался затопленным, а само судно лежало на дне дока с пробитым корпусом. Как пыяснилось позже, строители деревянных судов пытались в самом зародыше ликвидировать «конкурента». Иевонс не сдался и в 1818 г. построил железный бот, который разделил судьбу яхты .

Но прогресс остановить невоз можно, что неоднократно подтверждала и продолжает подтверждать история техники. В первой четверги XIX в. железное судостроение стало массовым. Строились железные суда различного водоизмещения, в том числе и большого. В 1832 г. появилось сочинение Layard (Лейярда) о постройке судов из железа.

С настороженностью отнеслись к новому материалу в военно-морских ведомствах. В качестве основных аргументов против железа выдвигали то, что оно воздействует на стрелку компаса, корродирует в морской воде, обрастает морскими обитателями, и, в отличие от дерева, его нельзя обшивать медными листами (пришлось бы сверлить в корпусе отверстия для крепления обшивки). Высказывалось также опасение, что из-за малой толщины борта, по сравнению с толщиной борта деревянных кораблей, возрастет опасность поражения артиллерийским огнем.

Прежде чем перейти к строительству полностью железных кораблей, была применена так называемая композитная схема, при которой набор корпуса изготовлялся из железа, а обшивка — из дерева. Однако подобная конструкция была лишь частичным решением проблемы.

Раньше других к строительству железных кораблей приступила Англия, где в 1839 г. был спущен на воду железный пароходофрегат "Nemesis"(«Немезис») водоизмещением 660 т.

"Nemesis"

В следующем году англичане построили из железа три небольшие канонерские лодки, а в 1845 г. - три железных колесных пароходофрегата водоизмещением 2000 т. Решительность Английского адмиралтейства объясняется интенсивным развитием и Англии середины XIX в. металлургической промышленности, а также постоянной нехваткой древесины, которую приходилось ввозить из Канады. Следом за Англией железные корабли начали строить в США, а в 60-х гг. железо получило окончательное признание в кораблестроении.

 


 

В 1862 г. в период гражданской войны в США произошел первый морской бой между бронированными кораблями южан "Merrimack"(«Меримак») и северян "Monitor"(«Монитор»).

На переднем плане "Merrimack"...

 

Броненосец "Monitor"

В течение этого боя броня обоих кораблей ни разу не была пробита.

Бой между "Merrimack" и "Monitor" 8-9 марта 1862 года...

С той поры стало интенсивно развиваться броненосное кораблестроение.

Общая панорама боя между "Merrimack" и "Monitor"

 

1864 год Штат Верджиния. двухбашенный монитор U.S.S. Onondaga...В лодке солдаты с монитора...

 

И вновь возникли проблемы...

Появление бронированных кораблей повлекло за собой совершенствование нарезной артиллерии и увеличение калибра орудий. Соперничество между артиллерией и броней было, по словам Ф. Энгельса,

...еще так далеко от завершения, что в настоящее время военный корабль сплошь и рядом оказывается уже не удовлетворяющим предъявляемым ему требованиям, становится устарелым еще раньше, чем его успели спустить на воду .

Резко возросло водоизмещение, достигая у отдельных броненосцев 9—10 тыс. т. Если за 350-летний период развития парусного флота (1488—1838 гг.) водоизмещение кораблей изменилось с 1,5 до 4.5 тыс. т, т. е. в три раза, то за последующие 20 лет оно увеличилось в два раза.

 


 

В 1860-х гг. французский артиллерист Pierre-Émile Martin (1824-1915)( П. Мартен) осуществил на практике предложение немецких инженеров братьев Siemens(Сименс) по промышленному получению мягкой листовой стали с более высокими характеристиками, чем у железа.

Применение листовой стали позволило примерно на 20 % облегчить корпуса кораблей без снижения их прочности. Однако высвободившийся резерв водоизмещения был быстро поглощен за счет непрекращающегося роста мощи артиллерии и толщины брони. Если калибр первых нарезных орудий не превышал 160 мм, то к 1865 г. он возрос до 270 мм, а в 1880 г. превысил 400 мм. Соответственно возросла и масса орудий — с 5—6 до 80-100 т. Увеличение калибра артиллерии сопровождалось возрастанием толщины брони, которая на некоторых броненосцах 1880-х гг. достигала 500-600 мм.

Росла мощь артиллерии, усиливалось бронирование, вследствие этого увеличивалось водоизмещение броненосцев, что отражалось на их скорости. Для примера сравним характеристики английских броненосцев "Warrior" («Уориор») и "Inflexible" («Инфлексибл»), построенных в 1860 и 1881 гг. соответственно.

"Warrior"

 

"Inflexible"

 

......................................................................"Warrior"                    "Inflexible"

Калибр орудий, мм ...........                                203                             406

Длина орудия, мм . ............                             3005                            8100

Масса, кг:

орудия ........                                                   4750                            8000

заряда ..........                                                  6,5                              181,5

снаряда ...............                                           27                               686

Толщина брони, мм ...                                      112                              600

Водоизмещение, т . . . .                                  9360                           11 880

Скорость полного хода, уз .                              14,3                             14

Из приведенных данных видно, что за 20 лет, прошедших между постройкой кораблей, скорость "Inflexible" не только не возросла, но даже несколько снизилась. Это не исключение. Самые быстроходные броненосцы той поры не могли развить скорость более 15 уз, несмотря на то что за прошедшие годы был достигнут внушительный прогресс в совершенствовании корабельных КМУ, в результате которого улучшились их массогабаритные и экономические показатели.

Хотя броненосцы, участвовавшие в гражданской войне в США, не имели парусного вооружения, кораблестроители Старого Света не рисковали полностью отказаться от парусов и довериться механическому двигателю. В то же время на крупных броненосцах оказалось практически невозможным сохранить парусную оснастку, сопоставимую с применяемой на линейных парусных кораблях.

Принятый в те времена критерий - удельная мощность парусного вооружения Nn — характеризовался отношением Sn/D2/3, где Sn — площадь парусов, а D — водоизмещение корабля. У парусных линейных кораблей Nn составляла около 120, а у первых броненосцев не превышала 60—80. Так, у английского 80-пушечного линейного корабля "Vanguard" («Вангард») водоизмещением 3760 т площадь парусов составляла 2630 м2 и Nn была чуть меньше 120. Чтобы обеспечить соответствующее по мощности парусное вооружение на английском броненосце "Hercules" («Геркулес») водоизмещением 8800 т. площадь парусов должна была составлять почти 4670 м2. Такую парусность невозможно было бы обеспечить ни при каком числе мачт, как бы тесно их не расставлять (разумеется, соблюдая условие, чтобы реи не заходили одна за другую). Высоту мачт также не представлялось возможным увеличить не только по конструктивным соображениям, но и вследствие того, что высоко расположенная парусная оснастка привела бы к чрезмерному снижению остойчивости. Вот почему на "Hercules" удалось разместить паруса площадью около 2700 м2 .

"Hercules"

Отказаться от парусов было очень заманчиво, поскольку даже в сокращенном варианте парусная оснастка затрудняла размещение и использование артиллерии. Кроме того, применение парусов в сочетании с паровой машиной увеличивало расход топлива из-за возрастания воздушного сопротивления корабля, особенно при плавании курсом против ветра. Но за паруса ратовали сторонники парусного флота, ставившие под сомнение надежность энергетических установок.

С учетом этих настроений Английское адмиралтейство приняло решение о строительстве броненосца "Captain" («Кептен») с полным парусным вооружением и паровой машиной в качестве вспомогательного средства движения.

"Captain"

Автор проекта капитан Kolz (Кольз), убежденный «парусник», противопоставлял "Captain" ранее заложенному парусно-винтовому броненосцу "Monarch"(«Монарх») с ограниченным парусным вооружением, который спроектировал известный кораблестроитель Edward James Reed (1830 – 1906)(Э. Рид), занимавший должность главного корабельного инженера английского флота.

"Monarch"

Развитая парусная оснастка, по замыслу Кольза, должна была обеспечить "Captain" хорошие ходовые качества. Орудия размещались в тяжелых башнях. Чтобы устранить ванты, мешающие разворачивать орудия во время стрельбы, на корабле установили тяжелые трехногие мачты. Для снижения возможности поражения снарядами была принята очень маленькая высота надводного борта. В результате остойчивость броненосца чрезмерно снизилась, что в сочетании с малой высотой надводного борта сулило кораблю серьезные неприятности.

Указав на крупные недостатки броненосца Кольза, Рид категорически отказался утвердить проект. Однако лорды адмиралтейства пренебрегли мнением опытного кораблестроителя и, более того, через прессу поддержали проект "Captain", обвинив Рида в стремлении устранить конкурента.

 


 

В 1869 г. оба броненосца вступили в строй. В 1870 г. "Captain" , шедший под полными парусами, был опрокинут налетевшим шквалом и в считанные мгновения увлек на дно 532 моряка и находившегося на борту капитана Кольза. Суд, разбиравший обстоятельства катастрофы, вынес приговор, порицавший упрямство невежественных лордов, и в назидание потомкам постановил выгравировать приговор на бронзовой доске, которую и сегодня можно увидеть в соборе Св. Павла в Лондоне.

"Captain" в штормовом море...

Гибель "Captain" вызвала резонанс в кораблестроительных кругах всего мира.

В 1872 г. был спущен на воду спроектированный известным кораблестроителем и мореплавателем вице-адмиралом А. А. Поповым (1821 — 1898) первый русский безрангоутный броненосец «Петр Великий» водоизмещением 9700 т с двухвальной энергетической установкой мощностью 8260 л. с. и скоростью полного хода 14 уз.

ПОПОВ Андрей Александрович (1821-1898)

 

Однако из-за задержки с установкой машин, заказанных в Англии, корабль вошел в строй только в 1877 г.

 

Броненосец «Петр Великий»

Между тем ненуждавшиеся в иностранных поставщиках англичане оперативно построили и ввели в строй в 1873 г. спроектированный Ридом свой первый безрангоутный броненосец "Devastation"(«Дивастейшн») водоизмещением 9387 т с двухвальной энергетической установкой.

 

"Devastation"

Наличие двух независимых установок достаточно надежно резервировало средства движения кораблей. Кроме того, безрангоутные броненосцы позволили существенно сократить экипаж, так как отсутствие парусов и появление многочисленных вспомогательных механизмов значительно уменьшили занятость моряков. Так, если экипаж 120-пушечного парусного корабля водоизмещением 2500 т составлял 840 чел., то на «Петре Великом» с водоизмещением почти в четыре раза большим служило всего 440 чел.

 


 

Крейсер - корабль быстроходный

 

Параллельно с броненосным развивался крейсерский флот. Функции охраны морских торговых путей, захвата неприятельских коммерческих судов, разведки и транспортирования особо ценных грузов возлагались на фрегаты. Как класс кораблей фрегаты появились в начале XVII в. Это были мореходные парусные трехмачтовые быстроходные корабли, вооруженные вначале 20—30 пушками, а позднее, с приходом пара в кораблестроение, 60 -70 пушками.

Как парусные, так и паровые фрегаты уступали в скорости коммерческим парусным судам, особенно клиперам, нередко показывавшим скорость порядка 20 уз, что было продемонстрировано в гражданской войне в США 1861 — 1865 гг.

Подавляющее большинство торговых парусных судов принадлежало северянам. Для борьбы с ними южане приобрели в Англии несколько артиллерийских быстроходных винтовых кораблей с полной парусной оснасткой. Наибольшую известность получила "Alabama" («Алабама») водоизмещением 1040 т, развивавшая 11,5 уз при работе машины и 10 уз под парусами. Преследуя суда противника и уклоняясь от встречи с его мощными кораблями, "Alabama" одновременно использовала машину и паруса, в результате чего ее скорость резко возрастала. В течение двух лет неуловимая "Alabama" нанесла огромный урон коммерческому флоту северян, захватив и уничтожив около 70 их судов.

 

"Alabama"

Корабли с подобными функциями были названы крейсерами от голл. kruis — крест (аналогично: голл. kruiser, нем.- Kreuzer, англ.— cruiser), т. е. корабли, способные пересекать курсы кораблей и судов противника, перехватывать их. Идею крейсера образно выразил известный русский кораблестроитель М. М. Окунев (1810-1873):

"Корсер (так называли в ту пору крейсеры в России) во флоте — то же. что партизан при армии: он должен быть силен, увертлив, легок, как птица".

Убедившись в эффективности таких кораблей, северяне в 1864 г. построили несколько деревянных крейсеров типа "Vampona"(«Вампона») со скоростью 17,5 уз. По тому времени это были самые быстроходные корабли. Однако масса их мощной энергетической установки составляла около 30 % водоизмещения, в связи с чем были снижены бортовой запас топлива, а следовательно, и дальность плавания — первостепенный тактический показатель крейсера.

Американские быстроходные крейсеры не остались незамеченными в Европе. В противовес им по проекту ' Э. Рида Англия строит мощные железные парусно-винтовые крейсеры. Для увеличения скорости и снижения сопротивления корабли ниже ватерлинии покрывали деревом и обшивали медными листами. Головной крейсер "Inconstant"(«Инконстант») водоизмещением 5780 т был спущен на воду в 1868 г. и показал на испытаниях при работе машины 16,5 уз.

 

"Inconstant"

Однако после гибели "Captain"(«Кептена») в трюм корабля для увеличения остойчивости было принято около 300 т балласта и скорость снизилась до 15 уз.

В ходе германо-французской войны 1870 г. значение скорости для крейсеров оценила Франция. В течение войны лучший французский крейсер "Talisman"(«Талисман») со скоростью 12,5 уз не смог перехватить ни одного из немецких коммерческих судов, которые развивали скорость порядка 13 — 14 уз . С учетом этого Франция в 1873 г. построила два железных крейсера водоизмещением 5500 т и скоростью 17 уз. Подводная часть кораблей была покрыта деревом и обшита медными листами.

В стремлении создать более быстроходные крейсеры Англия, а следом за ней и другие страны начинают строить корабли меньшего водоизмещения, на которых многое приносится в жертву скорости. В частности, облегчают корпус, отказываются от бронирования, сокращают вооружение. Для решаемых крейсерами задач скорость 17-18 уз была недостаточна, но для ее увеличения пришлось бы оснастить корабли более мощными энергетическими установками. В то же время масса энергетической установки и запаса топлива на крейсерах той поры составляла 30 % и более от водоизмещения (табл. 1). Таким образом, увеличить их скорость можно было только за счет ухудшения боевых и мореходных качеств.

Таблица I. Основные тактико-технические данные крейсеров постройки 80-х гг. XIX в.

Название,
принадлеж-
ность
Скорость,уз.Водоизме-
щение, т
Мощность
энергетической
установки, л. с
Запас
топлива,т.
Масса энергетической установки, т.Дальность плавания экономическим ходом, мили

"Polifemus"

(«Полифемус»),Англия
18264055002005001800

"Sfax"

(«Сфакс»),Франции
17150075005459706000

"Aetna"

(«Этна»), Италия
18352077005008506000

"Esmeralda"

(«Эсмеральда»). Чили
18300060004006505500

"Blitz"

(«Блитц»), Германия
17138233001603763500

"Noebi"

(«Ноэби»,) Япония
17365160004506905500

 

В ином направлении с учетом международной обстановки развивала крейсерский флот Россия, ощущавшая необходимость в постоянном пребывании своих кораблей на океанских театрах. При этом они должны были даже в дальних плаваниях обходиться своими запасами без захода в иностранные порты, что в военное время вообще исключалось. В то же время на крейсере заманчиво было иметь мощную артиллерию и надежную броню при сравнительно большой скорости.

Идею такого мощного океанского корабля, названного полуброненосным крейсером, выдвинул уже известный нам вице-адмирал А. А. Попов, которого академик А. Н. Крылов назвал «истинным учителем флота». По его проекту в 1870 г. на верфях Охтинского адмиралтейства и Балтийского завода были заложены два первых в мире полуброненосных крейсера с броневым поясом по ватерлинии: «Генерал-адмирал» водоизмещением 4604 т и скоростью 13,6 уз и «Александр Невский» (позднее переименованный в «Герцог Эдинбургский») водоизмещением 4510 т и скоростью 15,3 уз.

 

«Герцог Эдинбургский»

Вслед за Россией к строительству подобных крейсеров приступили Англия, Франция и другие страны. Английское адмиралтейство вынуждено было признать, что «русским первым удалось осуществить идею крейсера с броневым поясом по ватерлинии» .

Механический двигатель, позволивший увеличить скорость кораблей, в то же время существенно усложнил процесс их проектирования. Во времена парусного флота не было особой необходимости в предварительном расчете ходкости создаваемого корабля, которая в основном определялась площадью парусов, скоростью и направлением ветра, а также умением экипажа управлять парусами. С появлением механического двигателя положение изменилось. Теперь задача сводилась к получению заданной скорости при наименьшей мощности энергетической установки, поскольку речь шла уже не о стихийной энергии ветра. Ошибка при выборе установки дорого обходилась кораблю.

И в наши дни выбор оптимальной энергетической установки при проектировании корабля относится к числу наиболее трудных задач, а в те времена все обстояло намного сложнее.

 

 


 

Кораблестроители разводят руками

 

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 машин.

В 1878 г. вышел на испытания английский двухвинтовой крейсер с сокращенной парусной оснасткой "Iris"(«Ирис») водоизмещением 3750 т. Вместо оговоренных контрактом 17,5 уз корабль даже при форсировании мощности машин сверх проекта до 7000 л. с. смог развить лишь 16.5 уз. Выяснением причин недобора скорости занялась специально созданная комиссия.

"Iris"

Проверка состояния машин и гребных винтов показала полную их исправность. Решено было уменьшить число лопастей винтов с четырых до двух. Результат выхода на мерную милю ошеломил членов комиссии. С четырехлопастными винтами при мощности машин 5250 л. с. "Iris" показывал 15,1 уз, а с двухлопастными при мощности 4370 л. с. развил 15,5 уз. Если при этом привести мощность к одинаковой скорости, получится, что экономия составила около 1000 л. с. Были изготовлены новые четырехлопастные винты, но с меньшей плошадью лопастей, чем те, с которыми крейсер вышел на первые испытания. Перекрыв контрактную скорость, "Iris" показал 18.6 уз и был разрекламирован как самый быстроходный крейсер в мире.

"Iris"

Описание экспериментов с "Iris" заняло всего несколько строк, проведение же их потребовало много времени и больших средств. При этом никто не мог гарантировать, что установленные на крейсере гребные винты являлись оптимальными. Были и другие загадки. Так, на испытаниях в 1884 г. английский броненосец "Collingwood"(«Колингвуд») водоизмещением 9612 т при мощности машин 8100 л. с. развил скорость 16,6 уз, а при мощности 9560 л. с.— 16,8 уз. Увеличение мощности на 1460 л. с. дало повышение скорости лишь на 0,2 уз!

"Collingwood" 1882г

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

Мощность энергетической установки определяется исходя из сопротивления воды движущемуся в ней кораблю, на преодоление которого она и затрачивается. О том, что такое сопротивление существует, было известно и 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. Понятие о телах, имеющих наименьшее сопротивление, передавалось от народов к народам, из поколения в поколение:

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, что в кораблях необходимо делать носовую часть полнее и короче кормовой, ставя мидель-шпангоут даже на 1/3 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 т. д. 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....

 


 

Судостроители прошлого понимали, что скорость судна можно увеличивать не только изменением его формообразования, но и за счет применения более эффективного движителя. Им было известно, что, увеличивая количество и длину весел, а также площадь парусов, можно создать более быстроходные суда. Но при относительно небольших скоростях времен гребного и парусного флотов вопрос преодоления сопротивления воды движущемуся в ней судну не ставился так остро. Если отдельные ученые и пытались детально разобраться в этом вопросе, то в чисто познавательных целях.

Так продолжалось до тех пор, пока с применением паровой машины и железа не открылась реальная возможность резко увеличить скорость судов и кораблей. Сопротивление воды стало основным барьером на этом пути, а следовательно, возникла необходимость узнать его истинную величину.

Как и в других областях техники, исследователи сопротивления воды начинали не на пустом месте. Еще в конце XV в. великий творец эпохи Возрождения гениальный итальянский ученый Леонардо да Винчи (1452—1519) в своем сочинении «О движении и измерении воды» говорил о наличии сопротивления при движении тела в воде. Мысль Леонардо не стала достоянием современников, так как сочинение было опубликовано спустя почти 300 лет после смерти автора.

Принято считать, что впервые обосновал сопротивление движущихся в жидкости тел И. Ньютон (1642— 1727), который в труде «Математические начала натуральной философии», изданном в 1686 г., высказал соображение о составляющих сопротивления. Он 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 оно зависит от обводов передней части движущегося тела.

Однако и гении не застрахованы от ошибок. Ньютон ошибался, упрощенно представляя механизм возникновения сопротивления «частью от сцепления жидкости с телом, частью от трения друг о друга слоев жидкости и частью их 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.

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, во-первых, позволила понять, почему трудно увеличить скорость судна (сопротивление воды растет как квадрат скорости), а во-вторых, дала основание утверждать, что суда должны быть возможно более узкими, поскольку сопротивление прямо пропорционально площади наибольшего поперечного сечения корпуса.

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 сочинении развиваются идеи, положенные Эйлером в основу его первого труда «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.

Гамалея Платон Яковлевич (1766 - 1817)

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 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, которой 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 теоретическому 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, прежде всего посоветуйся с опытом, потом с разумом». 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 Osborne Reynolds (1842 – 1912)(О. Рейнольдс), Ludwig Prandtl (1875 – 1953)(Л. Прандтль), M. Carman?(М. Карман), G. Lamb?(Г. Ламб), а в России — Н. Е. Жуковский (1847- 1921), который постоянно подчеркивал, что «механика должна равноправно опираться на анализ и геометрию, заимствуя от них то, что наиболее подходит к существу задачи» .

Жуковский Николай Егорович (1847-1921)

 


 

Вода сопротивляется

По современным представлениям, при движении корабля на него действуют две равные и противоположно направленные горизонтальные силы. Одна из них, действующая в направлении движения,— тяга движителя, другая — сопротивление воды, которое возникает вследствие того, что корпус корабля испытывает ряд сопротивлений, получивших следующие названия и обозначения: сопротивление трения Rf ; сопротивление формы Rpv; волновое сопротивление Rw; сопротивление выступающих частей Rвч; воздушное сопротивление Rв. Таким образом, полное сопротивление Rt представляет собой сумму указанных составляющих: Rt= Rf + Rpv + Rw + Rвч + Rв

Каков физический смысл составляющих полного сопротивления? Сопротивление трения связано с вязкостью жидкости. Если поместить в воду гладкий лист фанеры или металла и буксировать его в вертикальном положении ребром вперед, то даже при полированной поверхности буксируемого листа динамометр покажет значительное усилие, которое с увеличением скорости буксировки будет возрастать приблизительно по квадратичному закону. Какие же силы препятствуют движению листа в воде?

Посмотрим с высоты птичьего полета на линейный корабль США "Texas" (BB-35) («Техас») (1914). Впечатление такое, что в слое, непосредственно примыкающем к корпусу корабля, вода вскипает. С увеличением скорости интенсивность процесса возрастает. Почему?

"Texas" (BB-35) - полный вперед!

Вследствие вязкости воды ее частицы, сцепившись с поверхностью корпуса корабля, прилипают к нему и движутся вместе с ним. Силы сцепления частиц воды друг с другом меньше, чем с твердым телом, и второй слой воды, расположенный рядом с первым, будет несколько отставать от него по скорости, как бы цепляясь за него, но постепенно сползая. Каждый последующий слой будет двигаться по отношению к кораблю с несколько меньшей скоростью, чем предшествующий. Вскипающая белой пеной вода у бортов «Техаса» является видимой частью пограничного слоя.

Основное представление о пограничном слое сформулировал великий русский ученый Д. И. Менделеев (1834 - 1907), постоянно интересовавшийся вопросами кораблестроения и многое сделавший в этой области. В 1880 г. Д. И. Менделеев в своей работа «О сопротивлении жидкости и воздухоплавании» отметил роль «прилипшего к твердому телу слоя жидкости, который движется вместе с телом и увлекает последнее». Почти одновременно с Менделеевым и независимо от него мысль о существовании и значимости пограничного слоя высказал Жуковский.

Первое теоретическое обоснование и анализ явлений, происходящих в пограничном слое, принадлежит выдающемуся немецкому ученому Ludwig Prandtl (1875—1953)(Л. Прандтлю) , который объяснил и подтвердил опытами, что течение жидкости, обтекающей тело, можно разделить на две области: область относительно тонкого слоя вблизи тела (пограничный слой), где трение играет существенную роль, и область вне пограничного слоя, где трением можно пренебречь.

Ludwig Prandtl (1875—1953)

Первостепенная роль в развитии теории пограничного слоя принадлежит англичанину Osborne Reynolds (1842-1912)(О. Рейнольдсу) , объяснившему парадокс, многие годы сдерживавший развитие гидродинамики. Суть парадокса сводилась к следующему. Рейнольде доказывал, что сопротивление жидкости, протекающей в трубе, прямо пропорционально скорости жидкости и обратно пропорционально квадрату диаметра трубы, в то время как его оппоненты утверждали, что сопротивление жидкости прямо пропорционально квадрату скорости ее движения и обратно пропорционально диаметру трубы. Многократные опыты подтверждали оба вывода. За выявление истины взялся Рейнольдс.

Osborne Reynolds (1842-1912)

В воду, протекавшую по стеклянной трубке, ученый ввел тонкую струйку красителя. В трубке как бы протянулась цветная нить в виде слоя, не смешивающегося с основным потоком воды. Такое движение воды Рейнольде назвал ламинарным (от лат. lamina — пластинка). При увеличении скорости воды в трубке картина резко изменилась. Скачком замедлилось движение подкрашенного слоя. Быстрые беспорядочные завихрения перемешали краситель в воде. Ученый назвал такое движение воды турбулентным (от лат. turbulentus— быстрый, беспорядочный).

Итак, все стало на свои места. Различие в результатах опытов являлось следствием того, что одни исследователи экспериментировали при ламинарном течении жидкости, а другие при турбулентном.

Рейнольдс вывел безразмерное соотношение, которое в его честь названо числом Рейнольдса. Физическая суть числа Рейнольдса заключается в том, что произведение скорости течения жидкости (или движения тела) на характерный размер тела, деленное на показатель вязкости жидкости, есть число постоянное. Турбулентность появляется тогда, когда силы инерции, определяемые скоростью жидкости, ее плотностью и характерным размером тела, превышают силу вязкости жидкости.

Число Рейнольдса имеет первостепенное значение для областей техники, связанных с движением жидкости или движением тел в ней. Оно позволяет достаточно точно определить коэффициент сопротивления трения, который необходим при расчете сопротивления трения. При турбулентном режиме коэффициент сопротивления трения гораздо выше, чем при ламинарном. А вследствие относительно большой длины и шероховатости корпуса пограничный слой даже при умеренных скоростях корабля почти всегда является турбулентным. Вот почему обшивку подводной части стремятся сделать более гладкой и систематически очищают в процессе эксплуатации. Это делается с одной целью — снизить турбулентность пограничного слоя. Ведь всякие неровности на подводной части корпуса, даже песчинки и грязь, являются источниками образования вихрей в пограничном слое, а следовательно, турбулизаторами.

 


 

Еще древние мореплаватели знали, что обрастание корпуса судна представителями морской флоры и фауны приводит к снижению скорости. Особенно «хорошо» обрастал дуб — наиболее распространенный материал времен деревянного судостроения. Для защиты кораблей и судов от обрастания применялись различные способы. Так, в XVI в. пробовали применить для обшивки подводной части корпуса свинец. Однако из-за низких механических свойств свинец не выдерживал волнения моря, и тяжелые листы обшивки обрывались. История донесла до нас сведения о покрытиях в виде медных гвоздей с огромными шляпками, защищавшими большую часть корпуса ниже ватерлинии от обрастания. В XVII—XIX вв. получила распространение уже упоминавшаяся обшивка подводной части корпуса тонкими медными листами. Из-за высокой цены на медь во Франции пытались заменить медные листы цинковыми. Но цинк в морской воде быстро разрушался и опыты были прекращены.

Итальянские судостроители пошли на смелый эксперимент: подводную часть корпуса судна "Buffalo"(«Буффало») облицевали тонкими стеклянными пластинами. При осмотре судна в доке после нескольких месяцев плавания было установлено, что пластины совершенно не обрастают, однако... часть пластин отсутствовала, так как надежно укрепить их на обшивке корпуса и защитить от механических повреждений было невозможно.

И в наши дни основным способом борьбы с обрастанием является очистка подводной части корпуса в доке и покрытие ее специальными составами, содержащими вещества, губительно действующие на морских обитателей.

Сопротивление формы зависит от конфигурации движущегося в жидкости тела. Как и сопротивление трения, оно обусловлено вязкостью жидкости.

Посмотрим сверху на корабли, один из которых — длинный и узкий, с плавными формообразованиями, а второй имеет полные формообразования и широкую корму.

Обтекание корпусов кораблей с разными формообразованиями.

У первого корабля пограничный слой простирается вдоль бортов с плавным переходом в попутный поток, у второго как бы отрывается от корпуса, образуя широкой след. В зоне отрыва обтекающие корпус потоки резко срываются и превращаются в завихрения. Происходит так называемый отрыв пограничного слоя. Частицы воды, находящиеся в слоях, ближайших к поверхности корпуса корабля, движутся по отношению к нему с очень малой скоростью и, следовательно, приобретают небольшую кинетическую энергию. Двигаясь от носа к корме, где давление больше, чем в средней части, частицы, потеряв из-за вязкости воды часть своей кинетической энергии, не в состоянии преодолеть повышенное давление в кормовой оконечности корабля. Израсходовав всю энергию, частицы останавливаются, а затем под воздействием повышенного встречного давления начинают двигаться назад, навстречу потоку, отрывая пограничный слой от поверхности корпуса. За точкой, в которой происходит отрыв пограничного слоя, зарождаются и образуются вихри — добавочное сопротивление. Этим объясняется интенсивный отрыв пограничного слоя у кораблей с тупой кормовой оконечностью и, наоборот, незначительный отрыв, а порой и полное его отсутствие, у кораблей с большим отношением длины корпуса к ширине и узкой кормой. У некоторых типов судов (особенно у барж) сопротивление формы может составлять около 50 % от полного.

Волновое сопротивление вызвано тем, что вода, обладая массой, оказывает давление на каждую точку поверхности подводной части корпуса корабля.

Когда корабль стоит без движения, давление действует перпендикулярно или, как говорят, нормально к поверхности корпуса в каждой данной точке. Горизонтальные составляющие давлений взаимно уравновешиваются, а вертикальные в сумме создают архимедову силу поддержания, равную массе корабля.

Как только корабль начнет двигаться, частицы воды, выведенные из равновесия, начинают совершать колебания под воздействием силы тяжести, образуя систему волн. Носовая часть корабля, вклиниваясь в массу спокойной воды, оказывает на нее давление и вытесняет значительный объем. Поскольку геометрические размеры корпуса постоянны, корпус высвобождает точно такой объем, который мгновенно заполняется окружающей корабль водой. Процесс происходит настолько быстро, что масса воды приобретает ускорение и по инерции поднимается выше, а затем опускается ниже, чем требуется для равновесия. В носовой и кормовой частях корпуса давление повышается, в то время как в средней части понижается. Соответственно повышается и понижается уровень воды образуются корабельные волны, которые, двигаясь со скоростью корабля, как бы сопровождают его.

Пока скорость корабля неизменна, волны движутся вместе с ним, не меняя ни неличины, ни расположения. Если корабль идет малым ходом, хорошо заметны расходящиеся волны, представляющие собой короткие валы, приблизительно параллельные друг другу, которые зарождаются п носовой и кормовой частях корабля. С увеличением скорости корабль сопровождают поперечные волны, располагающиеся между расходящимися перпендикулярно к направлению курса, которые также зарождаются в носовой и кормовой частях корабля. На месте перпой расходящейся волны в носовой части появляется бугор, который затем превращается в первую поперечную волну носовой системы волн. Эта волна начинается гребнем, а первая поперечная волна кормовой системы волн впадиной. Длина гребня у каждой последующей поперечной волны обеих систем больше, чем у предыдущей, а высота меньше. При значительном развитии поперечных ноли расходящиеся теряют рельефность, а у быстроходных кораблей вообще становятся малозаметными.

Система волн, создаваемая движущимся кораблём.

Врезультате возникновения волн распределение давления воды на корпус резко изменяется по сравнению с тем, каким оно было при неподвижном корабле. Горизонтальные составляющие давлений уже не уравновешивают друг друга, а их результирующая волновое сопротивление оказывается направленной навстречу движению корабля.

Волновое сопротивление является главным препятствием на пути повышения скорости водоизмещающих кораблей, так как по мере увеличения скорости оно интенсивно растет: если сопротивление трения увеличивается примерно пропорционально квадрату скорости, то волновое сопротивление подрастает примерно пропорционально четвертой степени.

Подводные лодки находятся в более выгодном положении, так как из рассмотренного нами механизма волнового сопротивления видно, что непременным его условием является расположение корпуса корабля на границе двух сред — воды и воздуха, поэтому у погруженной на достаточную глубину подводной лодки волновое сопротивление вообще отсутствует.

Сопротивление выступающих частей вызвано тем, что на подводной части корпуса корабля неизбежны конструктивные элементы, которые выступают за плавную форму очертания поверхности. Их называют выступающими частями. К выступающим частям относятся гребные валы с кронштейнами, рули, различные наделки корпуса и т. п. Известны двух- и трехвинтовые быстроходные корабли, у которых сопротивление выступающих частей составляло порядка 25—30 % полного сопротивления.

 


 

У. Фруд решает задачу

В январе 1858 г. мир был взбудоражен спуском на воду громадного по тем временам английского пассажирского парохода "Great Eastern"(«Грейт Истерн») водоизмещением 25 тыс. т. длиной 210 м. мощностью главных паровых машин около 8300 л. с, пассажировместимостью до 4000 чел. Появление гиганта рассматривалось современниками как технологический взрыв XIX в. Судно имело колесные и винтовые движители, 6 мачт для парусов, двойные борта и днище, непроницаемые переборки, было оснащено электрическим телеграфом. Оно оказало влияние на развитие теории корабля.

"Great Eastern"

Инициатор постройки гигантского судна и его конструктор — английский инженер Isambard Kingdom Brunel(1806— 1859)(И. Брунель) , стремясь снизить в максимально возможной степени сопротивление корпуса судна, привлек к его проектированию английского ученого-кораблестроителя John Scott Russell (1808-1882)(Джон Рассел).

John Scott Russell (1808-1882)

Еще в 1834 г. Рассел проводил опыты в канале с моделями, пытаясь установить закономерность сопротивления воды движущемуся в ней судну. С той же целью в 1840 г. под его руководством была осуществлена опытная буксировка корабля. Обработав результаты опытов, ученый впервые установил, что сопротивление зависит от характера возникающих при движении корабля волн, а позже создал свою теорию сопротив ления воды, которую опубликовал в 1869 г.

Д.Рассел предложил придать корпусу "Great Eastern" форму, разработанную на основании его теории. Брунель принял предложение, но обратил внимание на то, что ученый, говоря о наименьшем сопротивлении предлагаемой им формы корпуса, не может ответить на главный для конструктора вопрос: какой мощности энергетическая установка обеспечит заданную скорость судна. В связи с этим Брунель посоветовал одному из своих помощников по постройке "Great Eastern" серьезно заняться теорией сопротивления судов. Этим помощником был William Froude ( 1810 – 1879)(У. Фруд ), ставший впоследствии основоположником научного метода определения сопротивления воды движению судна.

William Froude ( 1810 – 1879)

Занявшись изучением качки и сопротивления воды движению судна. Фруд начал экспериментировать с самоходными моделями судов в каналах и водоемах, и увлекся этим настолько, что в 1859 г. построил вблизи своего дома в Торквее бассейн. А постройка первого в мире опытового бассейна, как это ни парадоксально, оказалась связанной с известной катастрофой английского броненосца "Captain"(«Кептен»). Э. Рид(см. ранее) категорически возражал против постройки корабля с недостаточной остойчивостью. За поддержкой своей позиции он обратился к Фруду, к тому времени признанному специалисту в теории корабля. В 1868 г. Рид убедил Фруда направить в Британское адмиралтейство меморандум с обоснованием необходимости постройки для нужд английского флота опытового бассейна, позволяющего на моделях изучать остойчивость и ходовые качества кораблей. В 1870 г. строительство бассейна было начато, а последовавшая вскоре гибель "Captain" ускорила его окончание...

Занимаясь исследованиями сопротивления воды на моделях, Фруд исходил из ньютоновского закона механического подобия, которому подчиняется волновое сопротивление, поскольку оно, будучи связано с массой воды и гравитационными силами, не может быть выражено какой-либо аналитической функцией и вычислено. В то же время сопротивление трения, обусловленное вязкостью воды, хотя и не подчиняется закону механического подобия, но может быть выражено математической зависимостью.

Фруд исходил из того, что при сопоставлении корабля и его модели с точки зрения волновой динамики условия в двух геометрически подобных случаях будут одинаковы, если длины корабля Lк и его модели Lм находятся между собой в таком отношении, как длины образуемых ими волн. А следовательно, согласно закону механического подобия отношение скоростей корабля vк и его модели vм можно выразить уравнением vк\/gLк = vм\/gLм где g -ускорение свободного падения (в рассматриваемом случае величина неизменная): L— каждый линейный размер (например, длина, ширина, осадка) корабля и модели. Другими словами, скорости корабля и его модели пропорциональны квадратным корням из их линейных размеров.

Вскоре Фруду представился случай проверить свои выводы на практике. В 1869 г. Британская морская ассоциация решила провести испытания парового судна на режимах буксировки и движения с помощью машины, с измерением скорости судна и мощности энергетической установки для проверки совпадаемости результатов. Ученый предложил параллельно с испытаниями парохода провести опыты над его моделями.

Последние сомнения были устранены, и Фруд вынес на суд кораблестроителей закон подобия, который и в настоящее время используется при проектировании кораблей и судов. Закон гласит: сопротивления формы двух геометрически подобных судов относятся между собой как кубы их линейных размеров, в то время как их скорости находятся в отношении корня квадратного из их измерений.

 


 

В основу метода пересчета испытаний модели на корабль было положено разделение полного сопротивления модели и корабля на составляющие: сопротивление трения Rf и остаточное сопротивление Rr, в котором были обьединены сопротивление формы и волновое сопротивление. Пересчет осуществлялся в такой последовательности. Из замеренного полного сопротивления модели вычиталось ее сопротивление трения, рассчитанное по формуле, предложенной Фрудом. Полученное таким образом остаточное сопротивление модели пересчитывалось по кубу масштаба модели на корабль, в результате чего определялось остаточное сопротивление корабля. Чтобы получить полное сопротивление корабля, нужно было к его остаточному сопротивлению прибавить вычисленное по формуле сопротивление трения.

В подтверждении своего метода Фруд в 1871 г, провел классический опыт сравнительных испытании корвета "Greyhound"(«Грейхоунд») и его модели. Буксировка корвета осуществлялась крейсером. Расхождение сопротивления корвета при пересчете с модели (около 30 % при 4 уз и около 10 % при 12,5 уз) Фруд объяснил влиянием неустранимых явлений при проведении испытаний: действием волн и встречного потока воды, создаваемых буксировщиком, а главное, состоянием обшивки подводной части корпуса корвета, которая была намного более загрязненной, чем поверхность модели. Этим, в частности, объяснялось неодинаковое расхождение при 4 и 12,5 уз: ведь, как мы уже знаем, с увеличением скорости составляющая сопротивления трения в полном сопротивлении, по сравнению с составляющей волнового сопротивления, резко уменьшается.

Полученные Фрудом результаты были высоко оценены кораблестроителями. На дискуссии по испытаниям "Greyhound" Россел сказал:

...и если удастся каждую модель сравнивать с построенным и испытанным на мерной миле кораблем, то это сделает науку военного кораблестроения самой совершенной и абсолютной наукой, а также одним из самых удивительных и изящных из существующих искусств.

В честь ученого отношение v/\/gL являющееся одной из основных характеристик ходкости, назвали числом Фруда и обозначают Fr.

Характер зависимости волнового сопротивления от скорости корабля.

Что означают выпуклости и впадины на графике роста волнового сопротивления корабля? Ведь корабль набирает скорость довольно плавно. Дело в том, что между скоростью корабля, его размерами и волновым сопротивлением существует зависимость. С увеличением скорости носовые и кормовые поперечные волны постепенно смещаются друг относительно друга, и когда гребень носовой волны накрывает гребень кормовой, высоты обеих волн складываются и волновое сопротивление резко возрастает. Когда же гребни носовых волн накладываются на впадины кормовых и волны практически исчезают, волновое сопротивление уменьшается. Выпуклые участки на кривой соответствуют неблагоприятным скоростям, а вогнутые — благоприятным. С учетом этого иногда целесообразно длину корабля увеличить на длину носовой полуволны, соответствующую благоприятной скорости, и тем самым снизить волновое сопротивление. Странная по форме кривая лишний раз подтверждает сложность явления волнового сопротивления.

Метод Фруда быстро получил признание в странах с развитым кораблестроением. Одними из первых его оценили русские ученые и кораблестроители. В 1880 г. Д. И. Менделеев писал:

Оказалось, что корабли строят и до сих пор ощупью, пользуясь многоразличною практикою, а не расчетом, основанным на теории или опытах сопротивления.

В 1882 г. русские кораблестроители подняли вопрос о необходимости параллельно с исследованиями кораблей по программе натурных испытаний проводить испытания моделей в опытовом бассейне. Однако Морское министерство в течение нескольких лет, используя различные предлоги, затягивало постройку бассейна. Неизвестно, когда бы вообще его построили, если бы не английский броненосец, обогнавший в 1888 г. русский броненосец с находящимся на борту великим князем генерал-адмиралом Алексеем Александровичем. Разгневанный князь топал ногами и поносил моряков, пока ему не доложили, что происшедшее закономерно, так как броненосцы отечественной постройки развивают не более 15—16 уз, в то время как английские — около 18 уз, и это в немалой степени объясняется тем, что проектируются они с учетом испытаний моделей в опытовом бассейне. Обидный для престижа русского флота эпизод, обеспечивший «высокое» вмешательство, сдвинул дело с мертвой точки, и в 1894 г. в Петербурге начал функционировать русский опытовый бассейн. Уже первые испытания в бассейне показали, как велико значение этой лаборатории кораблестроения. Первыми были испытаны модели ранее упомянутого полуброненосного крейсера «Герцог Эдинбургский». Испытания проводились с целью проверки возможности увеличить скорость полного хода корабля с 15,3 до 18 уз. Выяснилось, что для этого мощность машин крейсера нужно увеличить почти в три раза. Проектировщики были обескуражены, так как, по их расчетам, достаточно было увеличить мощность примерно на 40 %. В результате испытаний моделей намеченных к постройке броненосцев «Пересвет» и «Ослябя» удалось значительно уменьшить мощность машин по сравнению с проектом, разработанным до испытаний. В январе 1900 г. руководство опытовым бассейном было поручено тогда еще молодому ученому А. Н. Крылову (1863-1945)(кораблестроитель, специалист в области механики, математик, академик АН СССР ( член-корреспондент 1914), Герой Социалистического Труда (1943)). В течение девяти лет Крылов блестяще руководил деятельностью опытового бассейна, что нашло непосредственное отражение в высоком качестве кораблей, создаваемых в России в те годы.

Крылов Алексей Николаевич (1863-1945)

Научная деятельность Крылова, которой он посвятил шестьдесят лет своей жизни, охватывала математику, астрономию, баллистику, теорию стрельбы, геодезию и другие отрасли науки и техники. Однако центральное место в исследованиях ученого занимали его работы по теории корабля, завоевавшие ему мировую известность. Кораблестроители справедливо считают Крылова отцом современного кораблестроения, преобразованию которого «из искусства в строгую науку» он посвятил всю жизнь.

Чаша современного опытового бассейна представляет собой канал длиной около 1000 м, шириной 16—18 м и глубиной до 12 м. Вдоль канала уложены рельсы, но которым наподобие мостового крана движется самоходная буксировочная тележка. На тележке размешены электродвигатель и измерительная аппаратура: там же находятся исследователи. В средней части пола тележки сделан вырез, над которым установлен динамометр с рычагом, спускающимся к воде. К концу рычага крепится буксирный тросик, соединенный с моделью, находящейся на воде под вырезом в полу тележки. Когда тележка, а за ней и модель движутся вдаль канала, динамометр показывает горизонтальную силу, с которой модель тянет рычаг назад. Это и есть полное сопротивление, которое встречает модель при буксировке.

Опытовый бассейн СПбГУВК

Модель изготовляют в полном соответствии с теоретическим чертежом корабля. Она должна быть геометрически подобна натуре. Это значит, что все внешние линейные размеры модели и деталей, расположенных на корпусе по длине, ширине и высоте, должны быть меньше, чем у предполагаемого к постройке корабля, в одно и то же число раз, называемое линейным масштабом. Для определения сопротивления модели изготовляют без палуб, надстроек и мачт. Корпус модели выполняют из парафина с добавлением 4—6 % воска, а набор — из дерева. Парафин удобен тем, что очень легко обрабатывается и позволяет в процессе поиска оптимальных формообразований корпуса наплавлять и обстругивать его поверхности.

Крепление модели под тележкой бассейна СПбГУВК

Для определения сопротивления выступающих частей широко используется экспериментальный метод. На модели устанавливают изготовленные в том же линейном масштабе выступающие части, и результаты буксировочных испытаний модели с выступающими частями сравнивают с результатами испытаний модели гладкого корпуса.

Фруд создал метод, с помощью которого уже на стадии проектирования можно было с достаточной точностью и сравнительно просто определять сопротивление корабля, выбирать оптимальную форму и размеры его корпуса, чтобы обеспечить заданную скорость при наименьшей мощности энергетической установки. Борьба за скорость могла быть продолжена.

 


 

У. Фруд решил задачу, но не проблему

 

Трудами Фруда и его предшественников задача определения мощности энергетической установки на стадии проектирования корабля была в принципе решена. Это, разумеется, способствовало достижению более высоких скоростей в кораблестроении, но лишь способствовало.

Каждому ясно, что скорость корабля желательно иметь возможно большей, но при этом возникают препятствия, главным из которых является лишь частичное использование мощности машин, «расходуемой на преодоление кораблем сопротивления воды. Чем это вызвано?»

Чтобы корабль двигался с постоянной скоростью, необходима тяга движителя, равная величине преодолеваемого кораблем полного сопротивления и направленная в противоположную сторону. Работа, совершаемая силой тяги в единицу времени при движении корабля со скоростью v, равна мощности, затрачиваемой на преодоление сопротивления воды, которую называют буксировочной Ne (л. с.) и определяют по формуле Ne = Rtv/75.

Зная Ne, можно определить валовую мощность, которую нужно подвести к движителю Nw =Ne/nd, где nd—пропульсивный коэффециент — важнейший показатель, характеризующий степень использования мощности энергетической установки для получения заданной скорости, т. е. показывающий, какая часть мощности расходуется на движение корабля. Остальная мощность теряется при ее передаче от двигателя и при преобразовании в упор, создаваемый движителем. Потери в основном определяются КПД движителя, его взаимодействием с корпусом корабля и в меньшей мере трением в подшипниках валопровода и передачи.

Следовательно, при увеличении пропульсивного коэффициента на корабле с заданным водоизмещением можно снизить мощность энергетической установки, не уменьшая скорости, либо увеличить скорость при сохранении мощности установки.

Пропульсивный коэффициент колеблется в диапазоне 0,5—0,7, а это значит, что от 50 до 30 % мощности машин в создании силы тяги не участвуют и безвозвратно теряются. Естественно, что в рассматриваемый период времени (конец XIX в.), когда теория гребного винта находилась в зачаточном состоянии, пропульсивный коэффициент был значительно меньше.

Этим трудности достижения больших скоростей не ограничиваются. Из-за известного нам резкого возрастания сопротивления с увеличением скорости корабля мощность энергетической установки в грубом приближении изменяется пропорционально кубу скорости. Значит, если корабль, например, имеет скорость 12 уз при мощности энергетической установки 5000 л. с, то с увеличением скорости вдвое мощность установки должна быть увеличена в восемь раз. Следовательно, на том же корабле без изменения водоизмещения придется разместить установку мощностью 40 тыс. л. с. и соответственно возросший запас топлива, что просто нереально. Отсюда ясно, что увеличить скорость корабля не только в два раза, а даже на несколько узлов, на один только узел — задача чрезвычайно сложная.

И на этом не заканчивается перечень препятствий на пути увеличения скорости кораблей. Теоретически скорость корабля желательно иметь неограниченно большой. Аналогичное пожелание можно отнести и к дальности плавания. Однако, как и скорость, дальность плавания приходится ограничивать весьма жестким пределом. Оказывается, быстроходный корабль может в считанные часы израсходовать весь запас топлива и пройти при этом небольшое расстояние, по сравнению с тем, которое тот же корабль с тем же запасом топлива может пройти в течение нескольких суток.

Допустим, корабль без пополнения запаса топлива должен пройти полным 18-узловым ходом 1000 миль. При мощности энергетической установки 5500 л. с. и удельном расходе угля 1,3 кг/(л. с.-ч) расход топлива за переход составит: (1000: 18) X (1.3-5500) = 397.2 т. А теперь посмотрим, что произойдет, если тот же корабль совершит переход со скоростью 9 уз. Время перехода возрастет в два раза. Мощность установки изменится пропорционально кубу скорости и составит 694 л. с. При этом расход топлива за переход составит (1000 : 9) X (1.8' -694) = 138,6 т. Таким образом, преодолев те же 1000 миль со скоростью, уменьшенной в два раза, тот же корабль израсходует почти в три раза меньше угля.

' Удельный расход топлива 1.8кг/(л.с.-ч)принят сугубо ориентировочно исходя из того, что при снижении мощности установки удельный расход топлива возрастает.

Характер зависимости расхода топлива от скорости корабля.

На графике представлен характер зависимости расхода топлива от скорости. Обращает на себя внимание, что на какой-то определенной скорости, гораздо меньше полной, расход топлива будет минимальным. Для разных кораблей эта наиболее экономичная скорость может существенно различаться, так как зависит от ряда конструктивных особенностей каждого конкретного корабля, в частности, таких, как водоизмещение, скорость полного хода, типы энергетической установки и движителя.

На первый взгляд решение напрашивается само собой: плавать с той скоростью, при которой расход топлива будет минимальным. Однако, как показывает опыт войн на море, корабли плавают с самыми разными скоростями и лишь в течение очень короткого времени развивают полную и близкие к ней скорости. Но оперативно-тактическая обстановка в любой момент может измениться, кораблю потребуется развить полный ход, и такая возможность должна быть обеспечена. Этими соображениями и руководствуются на практике.

При проектировании корабля конкретного класса наряду со скоростью полного хода задается значительно меньшая скорость, при которой обеспечивается наибольшая дальность плавания корабля при определенной готовности оружия и технических средств, на что также требуется определенный расход энергии, а следовательно, и топлива. Для условного обозначения такого режима плавания существует понятие «экономический ход». Выход из положения далеко не лучший, но единственно возможный в условиях применения на кораблях энергетических установок на органическом топливе.

Через много лет энергия ядерного распада позволит иначе решить эту проблему. Но это будет через много лет.

 


 

Глава 3

ПРЕОДОЛЕНИЕ ТРИДЦАТИУЗЛОВОГО БАРЬЕРА

 

Им необходима быстроходность

За 30 лет со времени появления броненосцев их скорость возросла с 11 — 12 до 16— 18 уз. Много ли это? В свете известных трудностей, возникающих при увеличении скорости, ответ может быть только положительным. Ведь понадобилось в четыре-пять раз увеличить мощность энергетических установок огромных кораблей, причем в условиях, когда значительная доля выигрыша от снижения массы и увеличения экономичности установок в процессе их совершенствования «съедалась» непрекращающимся соревнованием между артиллерией и броней.

Как ни парадоксально, появление класса кораблей, который сыграл выдающуюся роль в борьбе за скорость, связано именно с усилением бронирования. Броня надежно укрывала личный состав и материальную часть кораблей от артиллерийского огня. Ощущалась необходимость в эффективном средстве поражения броненосцев. И такое средство было найдено.

В 1865 г. русский изобретатель Иван Фёдорович Александровский (1817 — 1894) предложил Морскому министерству проект самодвижущейся мины, названной им «торпедо» (от итал. torpedine — электрический скат).

Иван Фёдорович Александровский (1817 — 1894)

Только через три года министерство снизошло до разрешения изобретателю изготовить мину... «за собственные деньги с последующим возмещением». А в 1866 г. владелец завода в Австрии англичанин Robert Whitehead (1823 – 1905)(Р. Уайтхед) запатентовал самодвижущуюся мину, спроектированную лейтенантом австрийского флота Giovanni Biagio Luppis von Rammer (Croatian Ivan Lupis) ( 1813 – 1875)(М. Лупписом). Так был в очередной раз утрачен приоритет России.

Но дело не только в приоритете. Первая мина Уайтхеда имела скорость 6—7 уз, в то время как торпеда Александровского - около 10 уз. Зато Уайтхед сумел быстро организовать производство самодвижущихся мин. Морские державы, и в том числе Россия, приобретали мины Уайтхеда либо изготовляли их по закупленным у него лицензиям. Истинный же изобретатель был забыт. Только название, данное им самодвижущейся мине, сохранилось в памяти поколений.

Торпеда быстро совершенствуется и становится грозным оружием. Возрастает ее скорость и дальность действия. Если броненосец мог выдержать ряд попаданий снарядов, то от одной торпеды он погибал или, в лучшем случае, выходил из строя: ведь торпеда разрушала корабль в незащищенной броней части корпуса — ниже ватерлинии.

С учетом ограниченной дальности действия торпеду нужно было доставлять к позиции залпа. Для этой цели понадобились небольшие корабли — носители торпед, названные миноносками. При небольшом водоизмещении в сочетании с большой скоростью не могло быть и речи о бронировании и сколько-нибудь серьезном артиллерийском вооружении миноносок. Низкий силуэт и высокая скорость должны были стать основными средствами защиты этих небольших кораблей.

Первую миноноску "Rape"(«Рап») водоизмещением 7,5 т и скоростью полного хода около 13 уз в 1873 г. Англия построила по заказу Норвегии. Корабль был предназначен для нанесения удара по противнику миной, которую транспортировал на буксирном тросе, прикрепленном к дымовой трубе. Таким образом, миноноской «Рап» мог быть назван только условно.

Энергично строит миноноски Россия. В начале русско-турецкой войны 1877—1878 гг. вице-адмирал А. А. Попов разработал чертежи миноноски водоизмещением 23 т и скоростью 16 уз. В 1877-1878 гг. па базе проекта Попова было построено около 100 кораблей. Россия вышла на первое место в мире по строительству миноносного флота. Ее примеру последовали Англия, а затем Франция, Германия, Италия и другие страны.

Торпедная атака миноноски на чилийский корабль "Cochrane" в 1891 году...

Перед ведущими морскими державами, обладавшими большим числом броненосцев, возникла серьезная проблема. Ставилась под сомнение целесообразность постройки крупных дорогих кораблей, практически не защищенных от торпед. Наличие торпедного оружия должно было держать броненосцы в базах и не давать им возможности выйти в море. В этой связи высказывалось соображение, что вместо малого числа дорогих броненосцев, создающих лишь видимость морской мощи, целесообразно иметь большое число дешевых в постройке небольших кораблей различного назначения — торпедных, артиллерийских, таранных, основной защитой которых должна была стать высокая скорость.

Русская миноноска № 61 типа «Дракон».

Преувеличение возможностей торпеды и недооценка артиллерийской мощи и мореходных качеств броненосцев нашли отражение в кораблестроительных программах морских держав. Взамен миноносок водоизмещением 20-30 т с одним торпедным аппаратом началось строительство более крупных и мореходных кораблей с усиленным торпедным вооружением, получивших название миноносцев.

 


 

В 1877 г. на заводе Берда в Петербурге (ныне завод входит в Ленинградское Адмиралтейское обьединение) был построен первый в мире мореходный миноносец «Взрыв» водоизмещением 160 т и скоростью 12,5 уз. Как видим, за мореходность пришлось расплатиться ростом водоизмещения и снижением скорости, что явилось следствием усиления корпусных конструкций корабля, увеличения мощности энергетической установки и бортового запаса топлива.

Миноносец «Взрыв»

С учетом результатов испытаний «Взрыва» Морское министерство в 1880 г. заказало известному английскому кораблестроителю и предпринимателю Sir Alfred Fernandez Yarrow, 1st Baronet ( 1842 –1932)(А.Ярроу) построить спроектированный в России мореходный миноносец «Батум» водоизмещением 48 т и скоростью полного хода 22 уз. Вооружение на корабль должно было быть установлено с приходом в Россию. Ярроу не только не выполнил условия контракта в отношении скорости корабля, но и попытался ввести в заблуждение приемочную комиссию, предъявив на мерной линии искусственно облегченный миноносец. Как мы узнаем позже, английские предприниматели в этом вопросе не делали исключений и для своего адмиралтейства. Пока же «Батум» был выведен на ходовые испытания с водоизмещением 33 т, вместо 48 т проектных. К примеру, вместо предусмотренных проектом 9 т угля на корабль погрузили лишь 1,5 т. После перехода миноносца в Россию, после установки вооружения и укомплектования штатными грузами и запасами «Батум» смог развить около 15 уз.

Миноносец «Батум»

Однако мореходные качества миноносца оказались превосходными, что было продемонстрировано во время перехода из Англии в Черное море, прошедшего в тяжелых штормовых условиях. В Англии писали:

Не приходится сомневаться в том, что замечательные показатели этого судна явились побудительной причиной для нашего правительства, как и для многих других, приступить наконец к систематической постройке миноносцев первого класса (мореходных).

Не успел еще «Батум» бросить якорь в Николаеве, а Ярроу уже начал получать заказы на мореходные миноносцы из ряда стран. Еще долго с той поры выражение «миноносец типа „Батум"» являлось в международной практике синонимом мореходного миноносца.

С возрастанием мощности КМУ возникала проблема их размещения на относительно небольших кораблях. Уже на «Батуме» цилиндры паровой машины мощностью 500 л. с. выступали над верхней палубой. Кроме того, к мореходному миноносцу предъявлялись повышенные требования в отношении надежности и живучести средств движения. С этой целью на «Батуме» предусматривалась убирающаяся трехмачтовая парусная оснастка. Но это не являлось выходом из положения. Гораздо заманчивее было решать задачу, по аналогии с безрангоутными броненосцами, путем отказа от парусов и применения двух автономных энергетических установок. Первыми эту идею реализовали в США, где в 1874 г. был построен миноносец «Intrepid»(«Интерпид») с двухвальной энергетической установкой.

«Intrepid» на верфи... внизу носовой части хорошо просматривается торпедный аппарат...

Несколько позже по этому пути пошли во флотах других стран. Так, в 1885 г. под двухвальную энергетическую установку был переоборудован русский миноносец «Котлин».

Миноносец "Котлин" (до июля 1886 года - Миноносец №1 : с 20 апреля 1895 года - "Миноносец № 101")

 

 


 

Надежды и разочарования

 

Однако хорошие мореходные качества и высокая надежность не могли заменить миноносцам большие скорости. Достигнутых 16—18 уз было явно недостаточно. Ведь тяжелые корабли, поражать которые были призваны миноносцы, могли развивать примерно такую же скорость. Задачу существенного увеличения скорости миноносцев можно было решать только на базе мощной, но в то же время легкой и малогабаритной энергетической установки.

Принципиально новое решение принял английский конструктор и предприниматель, традиционный конкурент А. Ярроу, Sir John Isaac Thornycroft (1843–1928)(Торникрофт), применивший водометный движитель. В порядке эксперимента, Торникрофт в 1881 г. заложил одновременно две миноноски с одинаковыми формообразованиями водоизмещением 14,5 т, одну из которых оборудовал гребным винтом, а вторую водометным движителем.

Водомет, как гребное колесо и гребной винт, относится к реактивным движителям. Забортной воде, поступающей в приемную часть водомета, его рабочий орган (насос, винт) сообщает более высокую скорость, с которой вода в виде реактивной струи выбрасывается через сопло в корме, создавая упор, двигающий корабль.

Схема водомётного движителя на корабле.

 

Впервые идея водометного судна была выдвинута английскими изобретателями Thomas Toogood(Тугудом) и James Hayes (Хейесом), которые в 1661 г. предложили установить на судне мехи и посредством их, засасывая воду в носовой части судна, отводить ее в корме. Изобретение не было реализовано.

В 1722 г. англичанин Robert Allan(Аллен) предложил «употребить для движения судна воду, которая выбрасывалась бы с кормы с известной силой посредством механизма» . Это была чистая идея, не подкрепленная теоретической и технической базой. С появлением паровой машины водометный движитель еще больше завладел умами изобретателей. В 1787 г. американец David Ramsey(Д. Рамси) построил и испытал первое водометное судно. Поршневой насос с приводом от паровой машины засасывал воду в носовой части судна и отводил к кормовой. Результат оказался неутешительным: энергетическая установка имела ничтожно малый КПД, а судно смогло развить скорость менее 3 уз.

В конце 20-х гг. XIX в. проект водометного движителя разработал в ссылке известный русский моряк, декабрист М. А. Бестужев. Проект не сохранился, но спустя 30 лет автор, излагая его идею, писал:

...Я придумал сделать в подводной части корабля... два цилиндрических отверстия, расположенных по направлению киля, в которых должны ходить два глухих поршня, всасывая и пыпуская два столба поды по переменно; так что, когда один столб выходит из цилиндрического отверстия и, упираясь в воду, сообщает судну поступательное движение вперед...

В 1838 г. русский академик Борис Семенович Якоби(1801-1874) построил первый в мире электроход — катер с гребными колесами, которые вращал электродвигатель, питающийся от батареи гальванических элементов. Комиссия, руководившая проведением испытаний, отмстив огромное значение изобретении, в то же время обратила внимание на весьма малую скорость электрохода — менее 1,5 уз. Идея изобретения была поставлена под угрозу.

На помошь Якоби пришли два члена комиссии — горный инженер генерал-лейтенант Александр Александрович Саблуков(1782—1857) и кораблестроитель штабс-капитан Стефан Анисимович (Степан Онисимович) Бурачек (1800-1876), которые доказывали, что дело не в электродвижении, а в малой эффективности колесного движителя. На заседании комиссии Бурачек, поддержанный Саблуковым, предложил заменить гребные колеса водометным движителем, который он называл «сквозным водопротоком». Члены комиссии поддержали предложение, но оно так и не было реализовано.

С. О. Бурачек многие годы посвятил совершенствованию водометных движителей. В 1860 г. он опубликовал ряд формул для расчета водометных движителей, заложив тем самым теоретические основы их применения, а также разработал их различные конструкции. Понимая всю сложность вопроса, он предложил оснастить водометным движителем один из кораблей и испытать его по широкой программе. Однако Морское министерство ответило изобретателю в стиле, традиционном для чиновников царской России:

Если бы тут было что-нибудь полезное, давно бы в Англии это было испытано и введено; а как там ничего этого нет, стало быть все это вздор!

Чиновники министерства заблуждались. В 1839 г. эдинбургский механик Ruthven(Рутвен) спроектировал, построил и установил на небольшой шлюпке водометную установку. В 1856 г. Рутвен вместе с инженером-кораблестроителем Seidel(Сейделем) применил водометный движитель на небольшом судне "Alert" («Алерт»).

Морское министерство спохватилось и поручило С. О. Бурачеку спроектировать водометную установку для строящегося пароходо-фрегата «Генерал-адмирал». Впервые в истории был разработан водометный движитель применительно к конкретному боевому кораблю. Но проект был похоронен на полках канцелярии Морского министерства.

В 1866 г. на сравнительных испытаниях одинаковых по водоизмещению английских пароходов винтового "Volunteer"(«Волонтер») и водометного "Nautilus"(«Наутилус»), оборудованного движителем Рутвена,— последний развил скорость на 0.5 уз большую. Движитель Рутвена начинают применять на паровых судах в Англии и других европейских странах. Заинтересовалось водомётом и Английское адмиралтейство, заказав в 1867 г. первый в мире крупный водометный корабль — канонерскую лодку "Watereach"(«Уотеруич») водоизмещением 1280 т с водометом Рутвена, в котором использовался центробежный насос с приводом от трех паровых машин. Но Адмиралтейство поторопилось. Результаты сравнительных испытаний "Watereach" и винтовой канонерской лодки "Viper"(«Вайпер») оказались не в пользу водометного корабля. Дело было даже не в том, что "Viper" развил большую скорость, чем "Watereach". Комиссия отметила низкую экономичность водометной установки и чрезмерную сложность ее в обслуживании.

Попытки применить водометный движитель на кораблях не были секретом для Sir John Isaac Thornycroft (1843–1928) (Торникрофта), однако он не придавал им серьезного значения, считая основной причиной неудач низкое качество проектирования и изготовления водометных движителей. В 1883 г. обе миноноски были построены и испытаны. Оптимизм конструктора уступил место разочарованию: скорость водометной миноноски оказалась на 30 % меньше, чем у винтовой, а экономичность энергетической установки намного меньшей .

Водометный движитель надолго выбыл из арсенала средств борьбы за скорость, но не навсегда.

 


 

«...Их задача — уничтожать миноносцы»

Миноносцы совершенствовались и превращались во внушительную силу. На маневрах английского флота в 1885 г. выяснилось, что при атаке трех-четырех миноносцев даже броненосец со всей своей мощной артиллерией не может защититься от них. Сразу после маневров адмиралтейство приняло решение о постройке специальных противомино-носных кораблей, названных торпедными канонерскими лодками. Как видно из названия, это были торпедно-артиллерийские корабли. По замыслу они должны были при относительно небольшом водоизмещении (около 450 т) превосходить миноносцы в скорости, дальности плавания, мореходности и, разумеется, артиллерийском вооружении.

Несмотря на принятые конструкторами меры, водоизмещение канонерок достигало 550 т. Кроме того, сверхдопустимое облегчение корпусов кораблей привело к настолько большим вибрациям, что на полном ходу невозможно было вести прицельный огонь и использовать навигационные инструменты. Ко всему прочему, канонерки оказались не важными ходоками. О каком подавлении миноносцев противника могли идти речь при скорости 18—19 уз. На противоминоносные корабли, именуемые в России минными крейсерами, обратило внимание Морское министерство. В 1887 г. на Балтийском заводе в Петербурге был построен первый минный крейсер «Лейтенант Ильин» водоизмещением 714 т и скоростью около 20 уз.

Минный крейсер «Лейтенант Ильин»

Корабль был вооружен пятью 47-мм и десятью 37-мм пушками, а также семью однотрубными торпедными аппаратами. Русские минные крейсеры были эффективнее английских канонерок, но относительно большое водоизмещение и соответственно увеличенный силуэт при умеренной скорости затрудняли их использование в качестве противоминоносных кораблей, потребность в которых все возрастала.

Морские державы нарастающими темпами строили миноносцы. В составе их флотов и на стапелях к 1892 г. насчитывалось около 1200 кораблей этого класса. Совершенствовались тактико-технические элементы миноносцев, возрастала их скорость. Особенно большое значение скорости миноносцев придавали во Франции. В 1892 г. французский миноносец № 149 показал на испытаниях 24,6 уз, а построенные на год позже "Lancier"(«Лансье») и "Chevalier"(«Шевалье») развили соответственно около 26 и 27 уз.

В 1892 г. к молодому контр-адмиралу F. Fischer(Ф. Фишеру), получившему впоследствии негласный титул «обновителя английского флота», обратился Alfred Fernandez Yarrow (Ярроу) с предложением построить крупные миноносцы, которые, по его убеждению, затмят строившиеся во Франции быстроходные корабли этого класса. Одновременно с предложением промышленник представил проект такого сверхминоносца. Фишер поддержал инициативу и, когда Ярроу спросил его, как будут называться новые корабли, ответил: «Мы назовем их истребителями, так как их задача — уничтожать французские миноносцы».

Но идея истребителя принадлежала не Фишеру. Еще до постройки ранее упомянутых английских торпедных канонерских лодок, предназначавшихся для борьбы с миноносцами противника, в 1885 г. по заказу Испании в Англии был заложен, а в 1887 г. вошел в строй "Destructor"(«Деструктор») водоизмещением 386 т, скоростью 22,7 уз, вооруженный орудием, десятью скорострельными пушками и пятью однотрубными торпедными аппаратами.

"Destructor"

Резервным средством движения служила трехмачтовая парусная оснастка, которую можно было в течение 3 мин убрать в подпалубное пространство. Назначение корабля отражало его название, в переводе с английского означавшее "Разрушитель"...

Английское адмиралтейство заказало сразу 42 истребителя, разместив заказ на 15 разных заводах, в расчете одновременно убить двух зайцев: улучшить качество кораблей в условиях конкуренции между фирмами и создать условия ряду заводов для приобретения опыта постройки кораблей нового класса.

Первыми в 1893 г. были построены истребители Ярроу "Havock"(«Хэвок») и "Hornet"(«Хорнет») водоизмещением соответственно 240 и 223 т с двухвальными КМУ суммарной мощностью 4000 л. с.

HMS "Havock" (1893)

С целью снижения водоизмещения в установках реализовали прогрессивные нововведения. В частности, на "Hornet" установили водотрубные котлы массой 43 т вместо огнетрубных массой 54 т, примененных на "Havock". С учетом небольшого водоизмещения кораблей выигрыш в массе был довольно ощутимым. Для улучшения ходовых качеств корпуса истребителей были значительно удлинены. Отношение длины к ширине L/B у них составляло около 10, в то время как на миноносцах той поры оно не превышало 7—8. На испытаниях "Havock" показал 27,6 уз, а "Hornet" 28,2 уз.

HMS "Hornet"

О"сновной конкурент Ярроу — Торникрофт — спроектировал истребитель водоизмещением 270 т, на котором также применил ряд новых технических решений. Так, помимо замены огнетрубных паровых котлов водотрубными, было повышено давление пара, что позволило применить паровые машины тройного расширения. В результате не только снизилась масса энергетической установки, но и увеличилась ее экономичность.

 


 

После фиаско с водометной миноноской неудачи продолжали преследовать Торникрофта. Его первый истребитель "Daring"(«Дэринг») не показал контрактных 27 уз. Даже при форсировании мощности машин сверх проекта "Daring" не смог развить более 24 уз.

HMS "Daring" 1893г.

Кораблестроители впервые столкнулись с явлением, получившим название «проскальзывание винтов», а позднее «кавитация» (от лат. саvitu — пустота). До сих пор это явление до конца не изучено, что объясняется сложностью других связанных с ним явлений.

В сегодняшнем представлении механизм кавитации гребного винта выглядит следующим образом. Винт начинает кавитировать, когда по мере увеличения частоты его вращения скорость воды на засасывающей стороне лопасти (обращенной к носу корабля) настолько возрастает, что давление снижается до значения, при котором вода даже при обычной температуре вскипает и превращается в пар.

Пар, занимая определенный объем, вытесняет воду, и в ней образуются пузырьки, наполненные кроме паров воды воздухом и газами, выделившимися из воды. Каждый пузырек переносится потоком от места своего образования в область с меньшим разрежением. При этом пар в пузырьке мгновенно конденсируется, превращаясь в воду. Вода, как известно, занимает намного меньший объем, чем пар, а потому в пустоту, образующуюся в месте превращения пара в воду, со всех сторон устремляются окружающие пузырек частицы воды. Скорость частиц велика, так как конденсация пара происходит примерно за 1/500—1/1000 долю секунды, и они с огромной силой ударяют о поверхность лопасти.

Схема кавитирующей лопасти гребного винта.

1 - кавитационная полость на I стадии кавитации. 2 - кавитационная полость на II стадии кавитации

Установлено, что при ударе жидкости о твердое тело ее частицы на миллионные доли секунды приобретают определенную структуру, как бы отвердевая. Местные давления «отвердевшей» жидкости достигают тысяч атмосфер. Повышение давления очень кратковременно, но в условиях кавитации бомбардировка частицами воды происходит непрерывно, и лопасть постепенно разрушается. Вначале появляются мелкие «оспинки», которые затем сливаются в язвы, и за определенное время работы, измеряемое иногда часами, винт приходит в негодность. Это первая стадия кавитации, в результате которой разрушается металл винта.

По мере дальнейшего увеличения частоты вращения винта площадь засасывающей стороны лопасти, охваченная кавитацией, расширяется, зона разрежения увеличивается, давление в ней падает, конденсация пара происходит за пределами лопасти. При этом кавитационная эрозия металла винта прекращается, но винт как бы теряет упор и проскальзывает в «воздушном мешке». Наступает вторая стадия кавитации, которая не разрушает винт, но резко снижает его КПД.

Кавитационные повреждения гребного винта

Вернемся однако к "Daring"(«Дэрингу»), который безуспешно форсировал машины на мерной линии, пытаясь натянуть конкретную скорость. В конце концов испытания были прекращены. После бурных дебатов приемная комиссия приняла решение заменить гребные винты истребителя. Но на какие? Замену производили «на ощупь». Ведь теория кавитации в то время отсутствовала, а значит, отсутствовали и научно обоснованные рекомендации по устранению этого вредного явления. Корабль только успевали ставить в док и, заменив очередные винты, выводить на испытания. Пришлось сменить шесть пар винтов, прежде чем были получены оговоренные контрактом 27 уз. Площадь лопастей винтов, с которыми истребитель достиг контрактной скорости, была на 45 % больше, чем у винтов, с которыми он вышел на первые испытания.

 


 

Первые английские истребители, известные под названием «27-узловые», вошли в историю как корабли, у которых в жертву скорости были чрезмерно принесены другие важные качества. Корпуса настолько облегчили, что при скорости более 23 уз корабли сильно вибрировали. КМУ были форсированы до предела. На полном ходу из дымовых труб вырывались демаскирующие корабль в ночное время факелы, что указывало на неполное сгорание топлива в топках котлов и на догорание его в дымоходах. Потребовалось несколько лет, чтобы устранить этот недостаток.

HMS "Ferret" (1893) - один из "27- узловых" ...

Затесненность помещений и большая насыщенность оборудованием резко ухудшали обитаемость кораблей и условии эксплуатации технических средств. Характерно, что за тяжелые условия службы экипажам первых английских истребителей выплачивалась денежная надбавка.

Энергичная деятельность англичан не осталась незамеченной во Франции, где вполне отдавали себе отчет, против кого нацелены английские истребители. Ответ последовал незамедлительно. Уже в августе 1896 г. мореходный французский миноносец "Forban"(«Форбан») «покорил 30-узловый барьер, показав на испытаниях 31 уз.

Англичане, предводительствуемые адмиралом Фишером, не желали мириться с подобным положением. Их замыслам непроизвольно способствовала Россия, заказав в Англии двухвинтовой истребитель «Сокол» водоизмещением 240 т со скоростью полного хода 30 уз, позднее переименованный в «Прыткий». В Англии стремились не столько ускорить выполнение русского заказа, сколько проверить на вновь создаваемом корабле технические решения, предназначавшиеся для новых истребителей, необходимость в которых на фоне «достоинств» 27-узловых у адмиралтейства не вызывала сомнений.

С целью получения большой скорости, оговоренной контрактом, при проектировании «Сокола», особое внимание было обращено на облегчение корабля. Корпус был изготовлен из никелевой стали повышенной прочности, а надстройки — из сплава алюминия. На испытаниях «Сокол» развил 30,3 уз.

Миноносец "Пылкий" («Кречет»)(типа "Прыткий") на Волге во время перехода на Каспий, 1907 год.

Английскому адмиралтейству некогда было выслушивать комплименты по поводу быстроходного истребителя. С учетом опыта, полученного при создании «Сокола», оно в 1896 г. выдало заказ на крупные истребители, получившие название «30-узловые». Эти широко разрекламированные еще в период постройки корабли не добавили лавров английскому кораблестроению. Водоизмещение истребителей приходилось неоднократно увеличивать. Так, если у первых кораблей серии оно составляло 275—280 т, то у последующих достигало 330 и даже 375 т. Соответственно возрастала и мощность энергетических установок - с 5400 до 6500 л. с. Сами установки не отличались хорошими показателями. На последних истребителях серии их масса достигала 195 т, т. е. составляла более 50 % водоизмещения корабля.

HMS "Arab" (1901) - один из "30-узловых"

Уже в ходе строительства первых 30-узловых истребителей английские кораблестроители поняли, что грубо ошиблись, и, не прекращая строительство, предприняли ряд конструктивных мер, главным образом в части облегчения кораблей. И вновь их поиску непроизвольно способствовал иностранный заказ.

Морское министерство Франции заказало Ярроу миноноску "La FUDR"(«Ла Фудр») водоизмещением 9,5 т со скоростью полного хода 20,5 уз. Получить на корабле столь малого водоизмещения указанную скорость было очень сложной задачей и вынудило проектировщиков пойти на кардинальное облегчение корабля. Корпус миноноски почти целиком изготовили из алюминиевого сплава. Из легких сплавов выполнили даже отдельные узлы энергетической установки.

Выигрыш в массе у "La FUDR", по сравнению с обычными миноносцами, составил более 50 %, и контрактная скорость была получена. Но какой ценой (в прямом смысле этого слова)? Стоимость миноноски возросла почти вдвое.

Однако не это было главным. Под воздействием забортной воды корпус корабля быстро разрушался. Была допущена грубая ошибка, против которой предостерегал талантливый русский инженер-кораблестроитель К. П. Боклевский (1862 - 1928). Рассматривая возможность увеличения скорости кораблей за счет облегчения металлоконструкций, Боклевский, проанализировав историю применения легких металлов и их сплавов в судостроении, рекомендовал применять на кораблях сплавы алюминия только для конструкций, не соприкасающихся с забортной водой,— переборок, мебели и т. п. По этому пути и пошло в дальнейшем кораблестроение.

Неудача с применением алюминиевых сплавов на "La FUDR" вынудила англичан пойти на облегчение 30-узловых истребителей за счет корпусных конструкций. Для сравнения можно привести французские истребители постройки тех лет, у которых масса корпуса была на 8— 10 % больше, чем у 30-узловых. Толщина обшивки корпуса истребителей составляла всего 6 мм. По этому поводу один из критиков иронизировал в прессе:

...днем через обшивку борта можно было прекрасно различать предметы. Корпус корабля производил впечатление карсака, на который была хорошо натянута мокрая парусина.

Этим неприятности с 30-узловыми истребителями не ограничились. В ходе их постройки пришлось осуществлять кардинальные конструктивные мероприятия. Несколько раз переделывали кормовые оконечности кораблей, меняли паровые котлы, заменяли дымовые трубы и даже увеличивали их число. Мало того, с кораблей снимали часть штатных грузов, снижали проектный запас топлива, а порой не устанавливали часть вооружения. И все для того, чтобы выжать лишний узел-другой, уложиться в контрактную скорость, а если очень повезет, то хоть на долю узла превзойти ее и получить премию за превышение.

Однако, несмотря на все ухищрения, истребители развивали 30 уз. с огромным трудом. Некоторые корабли серии выходили на мерную линию по 60—70 раз! Недаром по поводу 30-узловых истребителей английские моряки иронизировали: «Приготовить пиво и графит», что следовало понимать так: приготовить пиво для кочегаров, которым предстоит энергично подавать уголь в топки котлов, и графит для того, чтобы, покрыв им подводную часть корпуса корабля, сделать ее более скользкой.

 


 

В. И. Афанасьев предостерегает

 

Начавшееся соревнование за скорость под девизом «любой ценой» сулило резкое увеличение числа таких «быстрых» кораблей, какими являлись английские 30-узловые истребители. В периодической печати тех лет то и дело сообщалось о том, что корабль (название), построенный такой-то фирмой, показал такую-то скорость. Щедро раздавались эпитеты: «самый быстрый», «лучший ходок», «чемпион» и т. п.

Это веяние коснулось не только истребителей и не только английского кораблестроения. В погоне за рекламой и премиями предприниматели не гнушались никакими средствами. Корабли испытывали в «тепличных» условиях, с тщательно очищенными котлами, порой с неполным комплектом штатных грузов и запасов. Кроме того, уже на стадии проектирования с целью снижения водоизмещения в ущерб боеспособности кораблей занижали количество боезапаса и топлива. Так было, например, с крейсерами, где в жертву скорости иногда приносилась дальность плавания — важнейший тактический показатель корабля любого класса, а крейсера особенно.

Более других злоупотребляли подобным «проектированием» страны экспортеры кораблей: ведь продажная цена корабля в значительной степени определялась контрактной скоростью. Английские, американские, французские, итальянские и немецкие фирмы наживали прибыли, а флоты Греции, Норвегии, Китая, Аргентины и других стран пополнялись ущербными кораблями.

Одним из первых отметил в те годы нездоровую тенденцию увлечения высокими скоростями в ущерб другим первостепенным качествам кораблей талантливый инженер-механик русского флота В. И. Афанасьев (1843-1913).

Василий Иванович Афанасьев (1843-1913)

Он писал:

Скоростям, определенным при официальном испытании, мы не придаем особого практического значения, так как эти испытания всегда производятся при таких исключительных условиях, которые не могут иметь места в боевой службе судна, прежде всего потому, что при непрерывном нахождении под парами котлы не могут содержаться в такой чистоте, в какой они содержатся перед испытанием .

Свои выводы Афанасьев подтверждал примерами, из которых видно, что скорость полного хода кораблей на испытаниях, как правило, превышает достигнутую в процессе повседневной службы минимум на 2—4 уз. В частности, Афанасьев указывал на эпизод с американским крейсером "Columbia"(«Колумбия»), который, получив приказ идти самым полным ходом через Атлантический океан, смог показать среднюю скорость 18,4 уз, в то время как на официальных испытаниях он был сдан флоту со скоростью 22,8 уз.

USS "Columbia" 1893 год.

Афанасьев ввел понятие «боевая скорость судна», под которой подразумевается скорость, которую корабль может развить со всеми штатными грузами и запасами на борту в процессе обычной эксплуатации в реальных условиях боевой деятельности.

Вклад В. И. Афанасьева в кораблестроение трудно переоценить. Для своего времени это был исключительно смело мыслящий высокообразованный инженер. Исследуя в течение многих лет результаты ходовых испытаний кораблей, Афанасьев в 1889 г. впервые в практике мирового кораблестроения предложил метод, который долгие годы оставался практически единственным, позволяющим рассчитывать ходовые качества кораблей, не прибегая к испытаниям в опытовом бассейне.

Метод, получивший название «метода адмиралтейских коэффициентов», базируется на аналитической зависимости между водоизмещением, скоростью корабля и мощностью энергетической установки, необходимой для получения данной скорости. При наличии результатов испытании модели или ходовых испытаний корабля метод позволяет вычислить соответствующий модели или кораблю адмиралтейский коэффициент и применить его для определения мощности энергетической установки проектируемого корабля в случае, если этот корабль подобен или геометрически близок к прототипу, для которого был вычислен коэффициент. Метод позволяет по формуле быстро производить приближенный расчет скорости при различном водоизмещении и изменении мощности энергетической установки проектируемого корабля.

Л. Н. Крылов, высоко ценивший В. И. Афанасьева, говорил о формуле адмиралтейских коэффициентов: "Эта формула, замечательная по своей простоте и точности, вскоре вошла во всеобщее употребление, сводя вычисления, требующие затраты многих часов, к нескольким минутам."

В. И. Афанасьев провел тщательные исследования условий совместной работы винта с корпусом корабля, в результате которых предложил замечательную эмпирическую зависимость между скоростью корабля и числом оборотов винта.

Адмирал С. О. Макаров, оценивая вклад Афанасьева в разработку законов движения кораблей, писал:

...по этой части никто не внес так много в науку, как В. И. Афанасьев, давший себе труд из того материала, который был у него в руках, сделать общие выводы.

Работы Афанасьева приобрели популярность не только в России, но и во многих других странах с развитым кораблестроением. Многочисленные выступления на страницах печати, жажда деятельности, направленной на совершенствование русского флота, снискали В. И. Афанасьеву глубокое уважение многочисленных учеников и единомышленников, что нашло отражение в строках некролога:

...Смерть Василия Ивановича похитила величайший ум и благороднейшее сердце. Прямодушный, смелый, точный, Василий Иванович был блестящим представителем корпуса морских инженеров, а его громадные познания по механической части поставили его в первые ряды ученых России и Европы .

 

 


 

Кризис паровой машины

 

Политическая обстановка последней четверти XIX в.— периода перерастания капитализма в империализм — характеризуется бурным развитием промышленности и процессом ее концентрации. Вместе с тем к концу века, по словам Ф. Энгельса,

...Англия быстро утрачивает свою промышленную монополию, Франция и Германия приближаются к промышленному уровню Англии, и Америка обещает изгнать их всех с мирового рынка по части промышленных, так и по части земледельческих товаров .

Промышленный бум непосредственно отразился на кораблестроении. Вновь строящиеся корабли Франции, Германии и США по основным тактико-техническим показателям все чаще не уступали английским, а порой и превосходили их. «Владычица морей» не желала мириться с подобным положением и изыскивала любые возможности для усиления своего флота. В конце XIX в. английский парламент принял закон, согласно которому любое судно, рассчитанное на скорость свыше 17 уз, должно было проектироваться под надзором адмиралтейства. При этом за адмиралтейством оставалось право фрахта таких судов в случае войны. В свою очередь адмиралтейство оказывало компаниям, строящим быстроходные суда, финансовую помощь. Одним из первых получил субсидию роскошный трансатлантический лайнер "Oceanic"(«Оушеник») валовой вместимостью 17 тыс. рег. т и скоростью 20 уз. На судне были предусмотрены места для установки 150-мм орудий и хранения боезапаса.

RMS "Oceanic" 1899 год.

В начале XX в. в Англии уже действовал прейскурант на мобилизуемые у судовладельцев во время войны суда. При скорости судна не менее 20 уз судовладельцу выплачивалось 25 шиллингов, а до 20 уз — 20 шиллингов за одну регистровую тонну.

В 1907 г. в Англии были спущены на воду два суперлайнера валовой вместимостью около 32 тыс. рег. т — "Mauretania"(«Мавритания») и "Lusitania"(«Лузитания»).

"Mauretania" в "боевой раскраске"...

Адмиралтейство обязалось оплатить судостроительной компании стоимость постройки обоих лайнеров при ряде условий, среди которых были следующие: скорость полного хода 24,5 уз; резервирование мест для установки двенадцати 150-мм орудий; расположение машинных отделений ниже ватерлинии и защита их со стороны бортов угольными бункерами. Кроме того, было поставлено условие, чтобы ни одна из командных должностей на лайнерах не была занята иностранцами и чтобы не менее 3/4 экипажа составляли британские подданные. На судах должны были регулярно проводиться боевые учения.

"Lusitania" в Нью - Йорке...

Заметным событием в кораблестроении конца XIX в. была закладка в 1899 г. в Германии крейсера 2-го ранга «Новик» водоизмещением 3027 т для России. Крейсер унаследовал имя винтового корвета, погибшего в 1863 г. у берегов Северной Америки в результате посадки на камни из-за тумана.

Крейсер 2-го ранга «Новик»

Любопытно происхождение названия «Новик» в русском флоте. Согласно словарю, слово «новик» означает все новое, свежее; в старину новобранец, новичок. В XVI в. дворянин обыкновенно начинал службу с 15 лет, а до этого числился в недорослях. Попав на службу и будучи занесен в служебный список, он становился «новиком».

Новик — синоним нового, прогрессивного, и русский крейсер в полной мере соответствовал своему названию. При относительно небольшом водоизмещении корабль имел на вооружении шесть 120-мм, шесть 47-мм, два 37-мм орудия и пять торпедных аппаратов. КМУ мощностью 17 тыс. л. с. позволяла на полном ходу развивать скорость около 26 уз. В то время ни один флот в мире не располагал более быстроходным крейсером.

 


 

Блестяще проявил себя «Новик» в русско-японской войне 1904 1905 гг. Крейсер систематически выходил в море и неоднократно участвовал в сражениях с вражескими кораблями Почти ежедневные выходы «Новика» создали ему среди личного состава эскадры и гарнизона Порт-Артура ореол непобедимости, и имя крейсера произносилось как пример героизма, достойный подражания. Вот как описаны в японской официальной истории действия «Новика» в одном из сражений:

...Крейсер, по которому стрелял "Yakumo"(«Якумо»), сражался, подходя к нам с разных сторон: один снаряд из 8-дюймового орудия попал в самую середину левого борта «Новика» и взорвался. Однако этот крейсер не растерялся и все еще шел вперед, поддерживая сильную стрельбу...

"Yakumo"...

Что может быть более объективным, чем положительная оценка противника!

Когда русская эскадра совершала переход из Порт-Артура во Владивосток и была атакована неприятелем в Желтом море, из всех кораблей эскадры лишь «Новик», используя преимущество в скорости, сумел прорваться сквозь строй вражеских кораблей в Тихий океан, незамеченным обойти Японские острова с востока и стать на рейд поста Корсаковского (южная оконечность о. Сахалин) для заправки углем. Пополнив запасы, «Новик» направился во Владивосток, но был встречен Японским крейсером "Tsushima"(«Цусима»).

Японский крейсер "Tsushima"

Причинив «Цусиме» серьезные повреждения, «Новик» вынудил вражеский корабль выйти из боя. Но и русский крейсер получил несколько пробоин, причем одну ниже ватерлинии, а кроме того, израсходовал почти весь запас топлива. Полузатопленный «Новик» вернулся на рейд поста Корсаковского для устранения повреждений и заправки топливом.

Ночью на помощь «Цусиме» подошел мощный японский крейсер "Chitose"(«Титосэ»).

Японский крейсер IJN "Chitose"

Было ясно, что японцы не выпустят поврежденный «Новик», и командир принял решение затопить крейсер в миле от берега с расчетом, что впоследствии можно будет поднять его и ввести в строй.

Притопленный «Новик»...

Но моряки не предполагали, что по Портсмутскому договору южная часть Сахалина отойдет к Японии. После войны японцы подняли «Новик» и ввели в состав флота под названием "Suzuya"(«Сутзуя»)...

 

"Suzuya"... уже не "Новик"...

 


 

Говоря о «Новике», мы перешагнули в XX в., а между тем накануне его произошли события, имеющие самое непосредственное отношение к эволюции ходовых качеств кораблей, несмотря на то, что конец XIX в. был отмечен совершенствованием корабельных энергетических установок, возможность дальнейшего увеличения скорости кораблей на базе паровой машины становилась все более проблематичной. Динамика улучшения исконных характеристик корабельных КМУ видна из следующих показателей:

 1820 г.1850 г.1870 г.1890 г.

Удельная масса,

кг/л. с
800250-300160-20080-100

Удельный расход

топлива, кг/(л.с-ч)
64,8-61,1 — 1,80,9 - 1,1

КПД энергетической

установки, %
2-35-68-913-14

Максимальная агрегатная

мощность паровой машины,

л. с
150500100017500

Очевиден стремительный прогресс, но...

Английское адмиралтейство, упорно настаивавшее на создании самых быстроходных в мире кораблей, заказало несколько опытных истребителей с контрактной скоростью 32— 33 уз. Первый из них, "Express"(«Экспресс»), водоизмещением 515 т с КМУ мощностью 9250 л. с. был построен в 1898 г. Даже при столь солидном водоизмещении на корабле с трудом удалось разместить машины трехкратного расширения, и они значительно выступали над верхней палубой, что придавало кораблю своеобразный силуэт.

 

"Express"

Но не в силуэте было дело. В течение трех лет около 40 раз выходил "Express" на мерную линию, но так и не показал контрактную скорость. В конечном итоге корабль был принят адмиралтейством со скоростью 31 уз. Судьба остальных опытных истребителей - оказалась не лучшей: ни один из них не смог развить более 30—31 уз.

Проблема касалась не только истребителей, но и тяжелых кораблей, для которых существовало неукоснительное правило размещать машины только под броневой палубой, расположенной примерно на уровне ватерлинии. Скорость поршня не более 3 м/с и необходимость в огромных цилиндрах ограничивали агрегатную мощность машин 17— 18 тыс. л. с. Правда, в 1903 г. для немецкого лайнера "Kaiser Wilhelm II" («Кайзер Вильгельм II») водоизмещением 26,5 тыс. т были построены паровые машины четырехкратного расширения мощностью 22 тыс. л. с. каждая, длиной 22 м и высотой 12,8 м. Талант создателей уникального двигателя заслуживает восхищения, но это был двигатель не для корабля.

Кормовая оконечность лайнера "Kaiser Wilhelm II"

Проблему можно было решить путем привода каждого гребного вала несколькими паровыми машинами, что облегчало компоновку энергетической установки в отсеках корабля, но при этом ухудшались ее массовые и экономические показатели, как обычно бывает в энергетике при дроблении мощностей. Кроме того, разместить на небольших кораблях даже двухвальную КМУ с мощными паровыми машинами было далеко не просто, о чем свидетельствует опыт "Express". Возможности паровой машины в кораблестроении были практически исчерпаны. Задачу дальнейшего увеличения скорости кораблей нужно было решать на базе двигателя другого типа.

 


 

 

Глава 4

 

КАЧЕСТВЕННЫЙ СКАЧОК

 

Рекорды и... катастрофы

Идея парового поршневого двигателя намного моложе, чем идея паровой турбины, чему свидетельствуют известные из элементарного курса физики эолипил Герона Александрийского и машина Д. Бранка. На протяжении почти 2000 лет изобретатели пытались воплотить идею в механизм, пригодный для практического использования, но лишь в середине XIX в. отдельные попытки увенчались успехом. Однако из-за низкого качества изготовления в условиях кустарных производств и отсутствия серьезной теоретической базы первые паровые турбины не обладали надежностью. Кроме того, энтузиазм изобретателей не был подкреплен социальным стимулом: ведь паровые машины еще успешно справлялись с возложенными на них функциями во всех областях применения.

Шло время. Развивался монополистический капитализм, концентрировались производительные силы, доминирующее положение в промышленности заняла электроэнергетика. Из-за малой мощности и недостаточной быстроходности паровых машин снижался КПД электрогенераторов. Для электростанций нужны были мощные и более быстроходные двигатели.

Если паровая машина работает на принципе использования потенциальной энергии пара (его упругости), то турбина использует кинетическую энергию пара. При этом через проточную часть турбины можно пропустить во много раз больше пара, чем через цилиндры паровой машины, что позволяет создать двигатель очень большой мощности.

В технически приемлемом виде паровая турбина была создана почти одновременно, но независимо, в Швеции и Англии. В 1883 г. на паровую турбину взял патент талантливый шведский инженер (Karl) Gustaf (Patrik) de Laval (1845 - 1913)(Г. Лаваль). Однако в конечном счете турбина Лаваля не получила распространения. Ее автор, увлекающийся изобретатель, оказался совершенно неспособным администратором и финансистом. После реализации своих идей он быстро охладевал к ним и принимался за очередные, которыми у него всегда была полна голова.

Gustaf de Laval (1845 - 1913) 1875 год...

Совсем другим человеком был Charles Parsons (1854-1931) (Ч. Парсонс) — высокообразованный инженер, талантливый изобретатель и не менее талантливый предприниматель. Взяв в 1884 г. патент на турбину своей конструкции, Парсонс настойчиво совершенствует двигатель и доводит его до нужной кондиции. Уже в 1894 г. стационарные турбины Парсонса по экономичности не уступали паровым машинам.

Charles Parsons (1854-1931)

В том же году Парсонс предложил Английскому адмиралтейству применить паровую турбину на корабле и высказал уверенность, что на турбинном истребителе можно достигнуть скорости 37 уз. Такой аванс не мог оставить равнодушными даже чопорных лордов адмиралтейства.

В 1897 г. на испытания было выведено опытное судно водоизмещением 44,5 г с котлотурбинной установкой (КТУ) мощностью 2000 л. с, символически названное "Turbinia"(«Турбинией»), сумевшее развить... 19,7 уз.

Турбинная установка с "Turbinia"

Причину установили довольно быстро - кавитация, сопровождавшаяся резким падением КПД винта. По сравнению с "Daring"(«Дэрингом») кавитация винта "Turbinia" носила более интенсивный характер. Ведь число оборотов турбины в несколько раз превышало число оборотов паровой машины, в то время как винт судна ничем не отличался от винтов, применяемых на кораблях с паровыми машинами.

 

"Turbinia"

При энергичном участии Парсонса была проведена серия экспериментов. Заимствуя опыт "Daring", начали заменять гребные винты. Опробовали девять различных винтов, по безуспешно, после чего Парсонс пошел на беспрецедентное решение: применить трехвальную энергетическую установку с приводом каждого вала от последовательно соединенных по пару турбин высокого, среднего и низкого давлений и расположить на каждом валу последовательно один за другим три гребных винта.

Кормовая оконечность "Turbinia"

При этом обороты валов были снижены примерно до 2000 об/мин. Пришлось полностью заменить кормовую часть судна и кардинально реконструировать энергетическую установку. Однако потеря времени и средств была полностью компенсирована. На первом же выходе "Turbinia" развила 32 уз. Путем увеличения мощности установки до 2400 л. с. и отдельных конструктивных улучшений скорость судна была доведена до 34,5 уз.

 


 

В 1897 г. первое турбинное судно демонстрировалось на Парижской всемирной выставке, Под гром аплодисментов тысячной толпы оно промчалось по Сене. В том же году на торжественном смотре английского флота, устроенном по случаю 60-летия коронации королевы Виктории, "Turbinia" с Парсонсом в качестве машиниста, нарушив сценарий церемониала, пронеслась перед строем кораблей. На перехват нарушителя был послан сторожевой корабль, но безрезультатно.

Что позволило "Turbinia" развить высокую скорость? Ответ, очевиден - то, что на судне водоизмещением 44,5 т удалось разместить энергетическую установку мощностью 2400 л. с. Это стало возможным только благодаря отличным массогабаритным показателям паротурбинной установки. Как следствие, резко возросла концентрация мощности на каждую тонну водоизмещения (в современной терминологии — энерговооруженность), равняющаяся частному от деления мощности энергетической установки (л. с.) на водоизмещение (т).

В то время как на самых быстроходных миноносцах с паровыми машинами этот показатель не превышал 16—18 л. с/т, у "Turbinia" он составил около 54 л. с./т.

Парсонс торжествовал, а Английское адмиралтейство, стремясь не упустить из рук жар-птицу, заказало в 1898 г. разным фирмам два турбинных истребителя "Viper" («Вайпер») и "Cobra" («Кобру») со скоростью полного хода 31,5 уз. В 1900 г. истребители были построены. Перный же выход на испытании "Вайпера" водоизмещением 370 т с четырехвальной турбинной установкой мощностью 11,5 тыс. л. с. оказался триумфальным.

 

"Viper"

Истребитель развил 36,5 уз, превысив на 5 уз контрактную скорость. "Cobra" водоизмещением 390 т с энергетической установкой такой же мощности показала 35,9 уз и сразу была куплена адмиралтейством.

"Cobra"

Однако недолго раздавались аплодисменты в адрес чудо-кораблей. В августе 1901 г. во время учений "Viper" сел на камни, и его корпус подозрительно быстро разрушился в районе мидель-шпангоута. Прошло около месяца. Не успели утихнуть страсти и споры о причине гибели истребителя, как еще более тяжелая катастрофа постигла "Cobra": корабль на полном ходу разорвался надвое и в считанные мгновения затонул вместе с 67 членами экипажа.

После гибели первых турбинных истребителей события развивались согласно афоризму: «от любви до ненависти — один шаг». Пророки-скептики, в которых не бывает недостатка при любом нововведении, обрушили свой гнев на адмиралтейство, обвиняя его в пренебрежении традиционной британской осторожностью. Заодно досталось и турбинам.

Проведенное позже расследование показало, что в стремлении обогнать друг друга и получить выгодный заказ на турбинные истребители конкурирующие фирмы чрезмерно облегчили корпуса кораблей в ущерб прочности. Налицо был не первый и не последний в истории развития техники пример того, как идея, недостаточно подкрепленная конструктивными решениями, при первой же неудаче оказывалась дискредитированной.

Под напором критики Английское адмиралтейство в 1902 г. заказало большую серию истребителей с паровыми машинами мощностью 7000 л.с. В отличие от 30-узловых и первых турбинных истребителей к кораблям не предъявлялись требования большой скорости и малозаметных низких силуэтов. Истребители типа "River"(«Ривер») были мореходными кораблями с прочными корпусами, улучшенной обитаемостью и запасом топлива, позволяющими продолжительное время находиться в море. Естественно, все это пришлось сделать за счет водоизмещения, которое у отдельных кораблей серии достигало 590 т, и снижения скорости полного хода до 25 уз.

Истребитель "Waveney" класса ""River"... 1903 год

Сделали выводы и по организации сдаточных испытаний. Корабли должны были предъявляться комиссии полностью укомплектованными штатными грузами и запасами. Таким образом, общественному мнению была «брошена кость», и страсти постепенно улеглись.

Между тем адмирал Фишер, ставший к этому времени первым лордом адмиралтейства (морским министром), не успокоился и предпринял ряд энергичных мер по реабилитации турбинных кораблей. В качестве главного аргумента Фишер ссылался на то, что во Франции и Германии строят истребители со скоростью - 30 уз и более. Позиция Фишера в значительной степени была подкреплена успешными испытаниями двух английских турбинных истребителей. Один из них, "Eden"(«Эден»), вместо 26 уз по контракту показал скорость около 30 уз,

Истребитель "Eden" класса ""River"... 1903 год

а другой... но прежде чем рассказать об истребителе "Velox"(«Велокс»), нужно сделать небольшое отступление.

Получив в свое распоряжение мощные энергетические установки, кораблестроители относительно быстро добились увеличения скорости кораблей почти в два раза и продолжали развивать успех. В то же время достижения в дальности плавания кораблей были гораздо скромнее. Конечно, с повышением экономичности энергетических установок дальность плавания возрастала, однако не теми темпами, каких требовала тактика войны на море. Ведь морские сражения будущего виделись не вблизи берегов и баз снабжения, а в открытых морях и океанах, куда нужно было не только дойти, но выполнить задачу и вернуться затем к месту базирования.

Увеличить дальность плавания корабля в принципе можно двумя способами: погрузив на борт больше топлива или снизив его удельный расход. Первый путь наиболее прост и... неприемлем, так как не изменив водоизмещения корабля, добавочный запас топлива можно разместить только за счет других статей нагрузки, а значит, за счет ослабления боевых средств, ухудшения мореходных или иных качеств.

Наиболее реальный, но сложный - путь снижение удельного расхода топлива. Снизить удельный расход можно за счет повышения удельной теплоты сгорания (калорийности) топлива или за счет увеличения экономичности энергетической установки. Повышение калорийности задача проблематичная. В течение более полутора столетий все, что было достигнуто в этом направлении, это переход от дров с удельной теплотой сгорания около 2200 ккал/кг к углю с 6500 ккал/кг и, наконец, к мазуту с удельной теплотой сгорания около 10 500 ккал/кг. Что же касается увеличения экономичности установки, то паровая турбина на первых порах даже усугубляла проблему. Дело в том, что при скорости, значительно меньшей скорости полного хода, турбинный корабль уступал в экономичности аналогу с паровой машиной, а ведь именно в диапазоне небольших скоростей обеспечивается наибольшая дальность плавания корабля. Причина заключается в том, что с увеличением числа оборотов КПД турбины возрастает, а габариты и масса снижаются. В то же время гребной винт имеет наибольший КПД при довольно умеренном числе оборотов. Чтобы как-то примирить эти антагонистические требования, турбину приходилось выполнять малооборотной в ущерб ее КПД, компенсируя это увеличением КПД гребного винта. Естественно, что при снижении скорости корабля, когда падало число оборотов гребного вала, пропорционально уменьшался и без того небольшой КПД турбины.

 


 

Специфику поршневого и турбинного паровых двигателей использовал Ч. Парсонс в комбинированной четырехвальной установке для английского истребителя "Velox", построенного в 1903 г. На внутренние валы работали турбины высокого давления, а на наружные - турбины низкого давления и расположенные перед ними паровые машины. На малом ходу и реверсе использовались паровые машины, а при скорости более 13 уз паровые машины отключались и ход вплоть до полного обеспечивали турбины. При контрактной скорости, как и у "Eden"- 26 уз, "Velox" развил на полном ходу 33,6 уз, оправдав тем самым свое название (англ. velox — быстрый). Но не скоростью был примечателен этот корабль, вошедший в историю как один из первых кораблей с комбинированными энергетическими установками. Один из первых, но не первый.

Истребитель "Velox"

Первым на идею комбинированной корабельной установки обратил внимание в 1878 г. будущий адмирал русского флота С. О. Макаров (1848—1904), предложивший установить на минных катерах в качестве ускорителей для кратковременного увеличения скорости при выходе в атаку торпедные поршневые пневматические машинки.

Макаров Степан Осипович (1848 - 1904) 1900 год.

Спустя 10 лет Макаров выдвинул идею применения на кораблях с большой дальностью плавания вспомогательных паровых машин экономического хода, «приводящих в движение винты, разобщенные от главных машин». Мысль сводилась к механическому комбинированию двух двигателей, каждый из которых мог раздельно работать на гребной вал. Идея Макарова была реализована на нескольких иностранных крейсерах, гребные валы которых соединялись с двумя отключаемыми паровыми машинами мощностью примерно 50 % от полной каждая.

В обосновании идеи корабельной комбинированной энергетической установки велика заслуга известного русского кораблестроителя Н. Е. Кутейникова (1854-1906), предложившего применять трехвальную установку с расположением на среднем валу паровой машины экономического хода. На полном ходу предусматривалась работа всех трех машин. В. И. Афанасьев писал:

Вопрос о среднем вспомогательном механизме, возбужденный Николаем Евлампиевичем Кутейниковым, настолько важен для носимых судов, что он должен быть подвергнут всесторонней разработке .

Предложение Кутейникова было реализовано на построенном в 1897 г. крейсере «Россия».

 

Крейсер «Россия» 1895-1922гг.

С появлением паровой турбины интерес к комбинированным установкам вновь возрос. В 1904 г. Россия купила в Англии построенный в 1903 г. миноносец «Ласточка» (бывший "Caroline"(«Каролина»)) водоизмещением 140 т с трехвальной комбинированной установкой. На бортовые валы с последовательно расположенными на каждом двумя винтами работали турбины, а на средний вал с одним винтом работала паровая машина, обеспечивавшая экономический ход и реверс. Несколько позже подобными комбинированными установками заинтересовались во Франции, где для сравнительных испытаний построили три однотипных истребителя водоизмещением 450 т, оснащенных различными энергетическими установками: "Carabiniere" («Карабинер») — котломашинной,"Chasseur" ( «Шассер») — котлотурбинной и "Voltigeur" («Вольтижер») —- комбинированной, состоящей из паровой машины и турбины.

"Chasseur"...

 

"Voltigeur"...

 

Расход угля на сравнительных испытаниях был следующим:

 14уз24узПолный ход
"Carabiniere"32200303
"Chasseur"70252279
"Voltigeur"45207204

 

 

"Voltigeur" и "Chasseur"

Комбинированные установки были значительно сложнее обычных, что отражалось на их надежности и удобстве обслуживания. Этим, в частности, объясняется то, что на рассматриваемом этапе они не получили распространения.

 


 

В подготовке к мировой войне

 

Японо-китайская и испано-американская войны конца XIX в. и особенно русско-японская война 1904— 1905 гг. показали, что скорость кораблей является одним из главных тактических элементов, позволяющих выбрать наивыгоднейшие условия боя — дистанцию, место и время, а также сосредоточить удар в желаемом направлении. Так, одной из главных причин поражения русского флота в Цусимском бою было превосходство японской эскадры в скорости: 14 уз против 9. Но не только в отношении скорости были сделаны выводы.

После русско-японской войны полностью прекратил свое существование таран. С увеличением дальнобойности орудий до двух миль, судьба менее мощного корабля могла быть решена в артиллерийском бою. Выяснилось, что необходимо оснащать корабли возможно большим числом орудий самого крупного калибра. В значительном усилении нуждалось бронирование тяжелых кораблей и их противоторпедная бортовая защита. Вскрылись крупные недостатки в вопросах непотопляемости кораблей...

Уже в конце 1904 г. Английское адмиралтейство создало авторитетную комиссию, которая с учетом опыта русско-японской войны разработала программу кораблестроения. Комиссия рекомендовала на всех без исключения вновь строящихся кораблях применять в качестве двигателей только КТУ.

В рекордно короткий срок в Англии был построен броненосец "Dreadnought"(«Дредноут»), название которого надолго стало нарицательным для кораблей подобного назначения, впоследствии переименованных в линейные корабли (линкоры).

"Dreadnought"

Создание "Dreadnought" было окружено тайной. Корабль не был броненосцем в привычном для той поры понимании этого слова. Все прежние броненосцы, по сравнению с ним, безнадежно устарели. При водоизмещении 22,5 тыс. т "Dreadnought" был вооружен десятью 305-мм орудиями главного калибра, а для отражения атак миноносцев— двадцатью 75-мм орудиями. Поясная броня толщиной 275 мм посередине и 100 мм в оконечностях защищала корабль по всей длине ватерлинии. Четырехвальная КТУ мощностью 23 тыс. л. с. позволяла развивать на полном ходу скорость 21 уз. Но тайное становится явным, и к 1910 г. на верфях мира было заложено около 70 линейных кораблей.

Комиссия рекомендовала к постройке также два типа истребителей: хорошо вооруженный мореходный для открытого моря и более крупный быстроходный с сильным артиллерийским вооружением — прообраз лидеров эскадренных миноносцев. Для истребителей первого типа водоизмещением около 850 т была предусмотрена скорость полного хода 33 уз. Но проектировщики плохо сбалансировали тактико-технические элементы корабля: при водоизмещении около 1000 г и относительно слабом вооружении истребитель имел недостаточную дальность плавания. Правда, благодаря КТУ мощностью 15 тыс. л. с, контрактная скорость была значительно превышена и составила 35—37 уз, но это не могло компенсировать столь серьезные недостатки.

Не обошлось гладко и с истребителями второго типа. Запланированная серия ограничилась головным кораблем. Несмотря на мощное артиллерийское вооружение (четыре 102-мм орудия), тактико-технические элементы «Свифта» не оправдывали его возросшего до 1875 т водоизмещения. Кроме того, контрактные 36 уз так и не были получены, несмотря на то что энергетическую установку форсировали на испытаниях сверх проектных 30 тыс. л. с. Попытки натянуть скорость методами, применявшимися во времена 30-узловых истребителей, решительно пресекло адмиралтейство. Корабль был сдан флоту со скоростью 35 уз.

HMS "Swift" (1907)

Вслед за Англией паровая турбина получила признание во флотах других стран, хотя и небезоговорочно. Когда на французском миноносце № 243 водоизмещением 92 т паровую машину заменили турбиной той же мощности, корабль смог развить лишь 21 узел, в то время как до замены двигателя показывал 24 уз. Но кораблестроители не поддались гипнозу цифр и нашли подлинную причину неудачи - применение на корабле, спроектированном под паровую машину, турбинного двигателя. Естественно, что при этом конструкторам пришлось думать не столько об эффективных технических решениях, сколько о том, как осуществить замену. Все стало на свои места, когда был построен и испытан миноносец № 293 водоизмещением 94 т, специально спроектированный под турбинную установку. Корабль показал 27 уз, превысив контрактную скорость более чем на 2 уз .

С 1903 г. к строительству турбинных кораблей приступила Германия. С целью задержать распространение турбинных установок во флотах других стран немцы широко использовали дезинформацию. Немецкая пресса 1905--1906 гг. систематически помещала материалы, компрометирующие применение турбин в кораблестроении, не брезгуя при этом вымышленными данными, вроде того, что экономичность паротурбинных установок в 2—2,5 раза ниже, чем паромашинных. В то же время из 36 немецких истребителей, вступивших в строй в 1904—1907 гг., половина была оснащена турбинными установками.

Выжидательную позицию в отношении турбинного двигателя заняло Морское министерство России. К 1907 г. в русском флоте числился лишь один турбинный корабль — ранее упомянутый миноносец английской постройки «Ласточка» с комбинированной турбомашинной установкой, переданный в 1905 г. в отряд кораблей Морского инженерного училища в Кронштадте.

Хотя США с 1907 г. приступили к строительству турбинных кораблей, признание в американском флоте этот тип двигателя получил далеко не сразу. Доказательством тому служит одновременное строительство паротурбинных линкоров и линкоров с паровыми машинами, крупнейший из которых "Oklahoma" («Оклахома») водоизмещением 35,7 тыс. л. с, построенный в 1916 г., стал последним в мире линкором с КМУ.

"Oklahoma"

Распространение паровых турбин в кораблестроении сдерживалось их меньшей экономичностью в диапазоне небольших скоростей (из-за падения КПД турбин) по сравнению с паровыми машинами. Однако и этот «козырь» паровой машины в скором времени оказался битым. Решил задачу все тот же Ч. Парсонс, «помиривший» турбину с гребным винтом простым и эффективным способом. Парсонс отказался от турбин, непосредственно связанных с винтом через гребной вал, и применил зубчатую передачу (редуктор), с помощью которой число оборотов гребного вала снижалось до необходимого при сохранении высокого числа оборотов турбины. Правда, масса первых турбинных установок с редуктором примерно на 10 % превышала массу установок с прямодей-ствующими турбинами, но это превышение перекрывалось массой сэкономленного топлива.

 


 

В ходе русско-японской войны выявилась необходимость в кораблях, способных осуществлять дальнюю разведку боем, наведение неприятеля на свои главные силы и в то же время вести самостоятельные действия против сильного противника. Такие задачи были по плечу хорошо вооруженным кораблям со скоростью, значительно большей, чем у броненосцев. Идею подобного корабля выразил все тот же адмирал Фишер:

Идеальный боевой корабль должен обладать самой крупнокалиберной главной артиллерией, самой мелкокалиберной средней артиллерией. Его оборонительные качества необходимо принести в жертву скорости хода, которая является его лучшей защитой.

Создать такой корабль было непросто. Речь могла идти лишь о сугубо компромиссных тактико-технических элементах, когда одни качества должны быть принесены в жертву ради других. Так появились линейные крейсеры.

В 1906 г. Англия заложила три первых линейных крейсера водоизмещением 17 800 т и скоростью 26,5 уз, вооруженных восемью 305-мм орудиями главного калибра. В дальнейшем скорость английских линейных крейсеров была доведена до 30 -32 уз, а калибр орудий увеличен до 380 мм.

Вслед за Англией к строительству линейных крейсеров приступили Германия и Япония. Однако ни по размерам, ни по вооружению, ни по скорости линейные крейсеры этих стран не шли ни в какое сравнение с английскими.

В 1912 г. была заложена серия русских линейных крейсеров типа «Измаил» водоизмещением 32 500 т со скоростью 26,5 уз с девятью 356-мм орудиями главного калибра.

Спуск на воду крейсера "Измаил"

Было начато строительство крейсеров - "Измаил", "Бородино","Наварин","Кинбурн"

"Наварин" в доке...

Корабли не были достроены, и после первой мировой войны их корпуса были проданы на слом.

 

Кормовая оконечность крейсера "Кинбурн"...

В США по кораблестроительной программе 1916 г. была намечена постройка шести линейных крейсеров, но затем часть кораблей была перестроена в авианосцы, а строительство других прекращено.

 


 

Самым совершенным из всех построенных линейных крейсеров считался заложенный в 1916 г. и сданный флоту в 1920 г. английский "Hood"(«Худ») водоизмещением 46 200 т и скоростью 32 уз, вооруженный восемью 380-мм орудиями главного калибра.

Крейсер "Hood" 1930 год

В течение многих лет "Hood" был национальной гордостью Англии, олицетворением ее морской мощи. В мае 1941 г. в бою с немецким линкором "Bismarck"(«Бисмарк»).

Линкор "Bismarck"

Через 5 мин после начала артиллерийской дуэли на дистанции около 13 миль от попадания 380-мм снаряда в артпогреб "Hood" взорвался и затонул.

Линкор "Prince of Wales"(на переднем плане) отворачивает от огня "Bismarck", чтобы избежать участи крейсера "Hood" (на заднем плане)

История линейных крейсеров лишний раз подтверждает то, что никакой даже первостепенный показатель, если он достигнут в явный ущерб другим, не гарантирует кораблю боевую эффективность. Идеальных боевых кораблей из линейных крейсеров не получилось. Адмирал Фишер не оказался пророком.

Борьба за скорость успешно продолжалась, но кораблестроение, как и всякая отрасль техники, развивалось потому, что занималось непрерывным поиском оптимальных решений, отвечающих требованиям момента. Если паровая машина в течение нескольких десятилетий монопольно применялась на кораблях, то паровой турбине столь спокойная жизнь не была уготована. В самом начале развития ей пришлось выдержать упорную борьбу с двигателем, имевшим в принципе лишь одно преимущество, но какое!


Летящие над волной

часть2