Лев Гумилевский - Русские инженеры
— В 1895 году управляющий Морским министерством адмирал Н. М. Чихачев предложил на разрешение вопрос, какой надо иметь запас глубины под килем корабля, чтобы при килевой качке на волнении корабль не касался дна? Этот вопрос возник при постройке Либавского порта, рассмотрение его было поручено морскому техническому комитету и мне персонально, причем решения требовались независимые одно от другого.
В то время существовала только теория боковой качки корабля, поперечные размеры которого предполагались весьма малыми по сравнению с размерами прямого сечения волны. Эта теория была совершенно неприложима к килевой качке.
Однако вопрос этот был подготовлен Крыловым для его курса. Оставалось только изложить его применительно к данному случаю, и Алексей Николаевич представил свое решение в Главное гидрографическое управление через три дня после получения запроса от управляющего Морским министерством. Адмирал пожелал, чтобы Крылов лично доложил ему это дело.
После доклада у Чихачева Алексей Николаевич доложил о своем исследовании в заседании Технического общества, затем перевел свой доклад на французский язык и послал в Парижскую Академию наук.
Одновременно Алексей Николаевич изложил свой доклад о килевой качке по-английски и отправил его Английскому обществу корабельных инженеров. Доклад был принят, оттиски его приготовлены к очередному годовому собранию общества.
Доклад, читанный самим автором, прошел с большим успехом. Выступавшие в прениях авторитетнейшие члены общества выразили желание, чтобы докладчик рассмотрел и общий вопрос о качке корабля на волнении.
Это общее желание кораблестроителей Крылов исполнил. В 1898 году он был командирован в Лондон для прочтения доклада под заглавием: «Общая теория колебаний корабля на волнении».
Доклад имел еще больший успех и был удостоен редкого отличия — золотой медали Английского общества корабельных инженеров. Оба эти доклада вошли затем в курс Крылова «Теория корабля», читанный им в Морской академии.
Напомним для уяснения всего значения этих работ Крылова, что вопросы качки корабля на волнении занимали мореплавателей в течение целых тысячелетий. Случаи, когда корабли разламывались при килевой качке, были нередки. Много веков искали средств спасения судов от угрожающей качки на волнении. Но искали эти средства не в самом корабле, а вне его, и одним из наиболее рекомендованных было постное масло.
Что постное масло утишает морское волнение на том месте, где оно разлито, говорил еще Плиний Старший, римский ученый, живший в первом веке нашего летосчисления. К этому средству в крайних случаях, как утверждают историки мореплавания, прибегали многие корабли не без успеха.
И еще в 1778 году Берлинская Академия наук в своих записках напечатала сочинение Ашарда «О способе утишать около корабля волнение моря», выдержки из которого были опубликованы и в русских «Академических известиях на 1781 год». В этом сочинении автор, находя несколько преувеличенным мнение мореплавателей об укрощающей волнение силе постного масла, предлагал во время волнения сбрасывать на море бочки или ящики с воздухом, куда бы не проникала вода. Такой груз пустых бочек и ящиков не мог быть обременительным для корабля, но в минуты опасности мог оберечь судно от аварии на волнении. Бочки должно было связывать друг с другом и вести за кораблем, окружая его, в то время как разлитое масло, естественно, относилось от корабля. Как видно по этим наивным приемам, до работ Крылова физическая природа качки корабля на волнении была совершенно темной и все, что предлагалось тут практиками мореплавания и кораблестроения, от постного масла до «цистерн Фрама», шло от чистой эмпирики, без всякой опоры на научное исследование и теоретическое построение.
Классические работы Крылова создали ему мировую славу, и до конца дней своих Алексей Николаевич считался виднейшим теоретиком кораблестроения. Но если теоретик Крылов мог удовлетвориться блестящим решением проблемы, то для инженера Крылова только начиналась пора беспокойства.
Дело в том, что все механические процессы протекают на качающемся корабле совершенно иначе, чем на суше. Не только компас или маятник ведут себя на качающемся корабле по-другому, но качка дает себя знать и на многих других аппаратах, обслуживающих корабль.
Техника артиллерийской стрельбы по цели, например, на корабле при качке значительно сложнее, чем на суше. И вот, занимаясь исследованием этих вопросов, Крылов строит прибор для измерения качки — кренометр. Затем, исследовав вопрос о влиянии качки на меткость артиллерийской стрельбы, он конструирует прибор для обучения артиллеристов наводке при качке. Прибор этот и по сию пору находится на вооружении нашего флота.
Наконец после внимательного изучения действия «цистерн Фрама», предназначавшихся для успокоения колебаний корабля на волнении, Алексей Николаевич предлагает свой собственный успокоитель в виде гироскопического прибора. Теорию его он разработал вполне, и она вошла нынче во все учебные курсы. Но Морское министерство не пожелало отпустить средств на постройку такого гироскопического успокоителя, и они впервые появились за границей.
Если аналитический ум Алексея Николаевича оказывал ему помощь как инженеру, то, в свою очередь, инженерно-техническая мысль Алексея Николаевича нередко вела его как теоретика, к постижению таких явлений, перед которыми оказывались бессильными математические построения.
Весьма загадочной, например, представлялась судостроителям внезапно наступавшая вибрация корабля. Как будто без всяких причин некоторые суда при какой-то скорости хода в некоторых своих частях начинают недопустимо сильно вибрировать. Известен, например, в этом отношении огромный океанский пароход «Нормандия», построенный незадолго до второй мировой войны. Вибрация достигала на нем такой силы, что он весь дрожал, раскачивались, звенели люстры, посуда в буфете, и на корабле стоял нестерпимый шум.
Пароход после нескольких рейсов был отправлен в док для исправлений, однако полностью вибрацию судна не уничтоживших.
В русском флоте впервые вибрация наблюдалась в значительных размерах на крейсерах «Громобой» и «Баян», вышедших на испытания в 1900 году. Вибрация делала невозможной артиллерийскую стрельбу. Опыт показывал, что при уменьшении числа оборотов машины уменьшалась и вибрация, но в чем заключалась связь между тем и другим, никто не понимал, и никаких действительных средств для борьбы с вибрацией не находилось.
Алексей Николаевич задумался над загадочным явлением и пришел к выводу, что вибрация кораблей относится к разряду резонансных явлений.
Вот примеры таких явлений. Известно, что раскачать тяжелый колокол может и ребенок, если он станет тянуть веревку не как попало, а приноравливаясь к темпу качаний самого колокола, потому что при этом складываются вместе действия отдельных толчков. Так же хорошо известно, что камертон, настроенный на определенный тон, соответствующий определенному числу колебаний в секунду, по этой же причине особенно сильно отзывается на сторонний звук такой же высоты.
При наступлении резонанса действие силы может иметь разрушительные последствия. Были случаи, когда прочные мосты рушились под влиянием ритмичного шага проходящей воинской части. Так разрушился в Петербурге Египетский мост через Фонтанку, причем во время катастрофы погибло около сорока солдат. Сейчас при вступлении воинской части на мост обязательно отдается приказание перейти на вольный шаг.
Алексей Николаевич доказал, что и вибрация корабля является следствием наступления резонанса. Сильная вибрация судна наступает тогда, когда период толчков работающего механизма, большей частью поршневого, начинает совпадать с периодом колебаний самого корабля или отдельных его частей. Корабль ведет себя в этом отношении подобно колоссальному камертону, отзывающемуся на звук струны.
Разработанной Алексеем Николаевичем теории посвящена его монография «Вибрация судов». Он не только дает полную и ясную картину сущности явления, но и указывает способ борьбы с ним, вошедший в практику судостроения во всем мире.
И еще одна большая работа Крылова получила огромное практическое значение в судостроении — это учение Алексея Николаевича об устойчивости, или, как говорят моряки, об остойчивости, корабля. Исследования Крылова, в результате которых было дано чрезвычайно простое решение проблемы непотопляемости корабля, наложили отпечаток на все мировое судостроение в настоящее время.
Дело сводится к следующему.
Чтобы предохранить корабль от гибели при аварии подводной части, строители издавна делят подводную часть судна на «отсеки», герметически изолированные друг от друга. Вода, при аварии корабля, затопляя один или два смежных отсека, не проникает дальше, и корабль продолжает держаться на воде. Из затопленного отсека воду выкачивают, и судно так или иначе продолжает плавание. Однако повреждения, наносимые минами, так велики, что об удалении воды насосами не может быть и речи. В этих случаях обычно корабль накреняется и зачерпывает воду надводной частью, теряет управляемость и остойчивость, а в конце концов опрокидывается и погибает.
