С чего начинается теория корабля.


Известный советский ученый академик Алексей Николаевич Крылов, имя Koтopoгo носит научно техническое общество cyдостроителей, писал: «Первым и основным качеством корабля является eгo плавучесть, т. е. способность плавать на воде, неся все предназначенные по poду eгo службы грузы, имея при этом заданную осадку носом и кормою». С тaкoгo простейшего определения начинается наука о корабле, именуемая «теорией кoрабля», (а точнее ее раздел, называемый статикой кoрабля). Оно и понятно.

 

Ведь если построенный корабль не будет обладать плавучестью, т. е. вместо тoгo, чтобы плавать, пойдет ко дну, ни о каких других важнейших eгo качествах (например, остойчивости или ходкости) просто не придется вести речь. Для начала рассмотрим два упомянутых Крыловым основополагающих понятия: «плавучесть» и «заданная осадка», а точнее, их взаимосвязь.

 

Считается, что человек нaучился перемещаться по воде на специально создаваемых для этой цели плавучих средствах около сорока тысяч лет назад. Конечно, н в доисторические времена всякий из «владельцев» этих плавсредств по опыту более или менее точно представлял, какое количество груза может принять eгo «судио», чтобы оставаться на плаву и совершать более нлн менее безопасные плавания, но ни о какой «заданной», т. е. заранее, до постройки судна, установленой расчетом осадке не мoглo быть и речи.

 

Слепо использовaлся передаваемый нз поколения в поколение опыт, накопленный дорогой ценой. Не было ни обобщения этого опыта, ни кaкoгo либо представления о физических основах плавания тел. Лишь за 230 лет до нашей эры были открыты основные законы плавучести. Сделaл это великий физик и математик древности Архимед гpeк, живший в Сиракузах на острове сицилия.

 

Каждому со школьных лет «известно», что он открыл свой закон, сидя в ванне, после чего с криком «эврика!» выскочил на улицу. На самом деле это не более чем исторический анекдот, дошедший до нас благодаря Плутарху автору «Сравнительных жизнеописаний выдающихся гpeков и римлян».

 

Сочинение Архимеда под нaзванием «О плавающих телах» состоит из двух книг. Путем логических рассуждений он вceсторонне рассматривает почти все вопросы, относящиеся к плавучести судна и даже к основам остойчивости.

 

Основные eгo «предположения», содержащие формулировки закона плавучести, таковы: «VI. Тела, более легкие, чем жидкость, опущенные в эту жидкость насильственно, будут выталкиваться вверх с силой, paвной тому весу, на который жидкость, имеющая равный объем с телом, будет тяжелее этого тела».

 

«УII. Тела, более тяжелые, чем жидкость, опущенные в эту жидкость, будут погружаться, пока не дойдут до caмoгo ннза, н в жидкости станут легче на величину жидкости в объеме, равном объему погруженного тела».

 

Практически это означает, что корабль будет погружаться в воду до тех пор, пока eгo вес не уравняется с весом воды. вытесненной погруженной частью eгo корпуса. Поэтому вес плавающего судна и называют водоизмещением, Иными словами, плавучесть судна определяется законом Архимеда, из котopoгo следует, что на плавающее судно действует равнодействующая сила гидростатического давления (сила плавучести или сила поддержания), равная по величине и противоположная по направлению силе тяжести судна.

 

Судно плавает, находясь в состоянии равновесия, поскольку две эти силы уравновешивают друг друга. Сразу же подчеркнем, что открытые Архимедом законы на протяжении столетний не оказывали никакого влияния на кораблестроение. Оно по-прежнему продолжало оставаться ремеслом, в лучшем случае искусством.

 

И уж тем более никакого практического значения не имела работа канонира британского флота Уильяма Буэна, который не только развил предположения великого гpeкa, но и сформулировал ни мнoгo ни мало, а основы теории подводного плавания. В 1578 г. вышла в свет eгo небольшая брошюра под мноroзначнтельным названнем: «Изобретения или устройства, совершенно необходимые для всех гeнералов и капитанов или командиров людей как на море, так и на земле».

 

В ней написано: «Всякий предмет, который тонет сам собою, тяжелее paвнoгo ему объема воды, а если он легче этогo объема, то он всплывает и появляется на поверхности согласно соотношению весов; и так как оказалось, что это верно, то всякая находящаяся в воде масса или тело, имеющее всегда тот же самый вес, каков бы ни был eгo объем, если eгo можно по желанию увеличить или уменьшить, может, если вы захотите, всплывать или тонуть по вашему выбору».

 

Чем ни намек на всплытие и погружение подводных аппаратов при помощи изменения объема (продувка или заполнение балластных цистерн) либо аварийное всплытие при помощи изменения веса (отдача балласта)? Голландский инженер и математик Симон Стевии (тот самый, который ввел в Европе десятичные дроби) в своем классическом труде «Принципы равновесия» (1586 г.) не только изящной формулировкой подтвердил закон Архимеда, но и доказал, что для равновесия плавающего тела eгo центр тяжести должен лежать на одной вертикали с Центром величины (точкой приложения равнодействующей сил поддержания, расположенной в центре тяжести объема подводной части судна).

Почти одновременно со Стевином те же вопросы гидростатики решал гениальный итальянский ученый Галилео Галилей. В eгo «Рассуждениях о телах, пребывающих в воде, и о тех, которые в ней движутся (1612 г.) изложен оригинальный подход к обоснованию теории плавания тел; одновременно автор полемизировал с теми, кто считал, что оно определяется прежде вceгo формой тела, и ставил вопрос о весе жидкости, способной удержать тело заданного веса.

 

Перейти от всех этих теоретических формулировок к практике долгое время не позволял общий уровень развития мировой науки и техники. В частности, корабелам предстояло научиться с достаточной точностью представлять сложную форму корпуса графически в виде так назывaeмoгo «теоретического чертежа», на котором в трех прямоугoльных проекциях (бок, корпус, полуширота) в масштабе изображается пересечение наружной поверхности корпуса тремя системами плоскостей (параллельных диаметральной плоскости, мидель-шпангоуту и грузовой ватерлинии).

 

У помянем, что на протяжении многих веков мастера обходились без тaкoгo чертежа. Для представления о форме корпуса делалась eгo масштабная модель, чаще вceгo это была модель половины корпуса, разрезанного вдоль по плоскости симметрии по ДП. С этой модели (у нас ее еще совсем недавно называли «блокмоделью») снимались все размеры, необходимые для вычерчивания основных деталей корпуса в натуральную величину («разбнвкн»), их изготовления и установки.

 

Не будем забывать: особой точности и не требовалось, поскольку детали вытесывались из дерева и главным инструментом оставался плотницкий топор.  

Пока сами суда традиционных типов были довольно простыми по конструкции и небольшими, потребности в предварительной разработке их детальных чертежей не возникало.

 

Каждый мастер вел (и передавал cыновьям) секретные записи, обобщающие личный опыт, и eстecтвенно старался не отходить от испытанного прототипа, Однако cyда становились все более сложными н крупными. При постройке их уже нельзя было доверять памяти и интуиции одного человека, а сами записи, пересыпанные цифровыми зависимостями, становились все более громоздкими и запутанными.

 

В ХУI в, уже появились рисованные или, правильнее скaзать, снабженные эскизами наставления по постройке судов. Теперь все чаще с caмoгo начала работ не только внешний вид, но и конструкция будущего судна, и размеры основных деталей eгo корпуса устанавливались в виде рисунка. Первенствовал в этом англичанин Мэтью Бейкер, cpaвнительно подробно изобразивший проект корабля на бумаге.

 

В связи с этим ему первому в стране в 1571 г. и было присвоено звание «корабельный мастер». Самые первые проектные чертежи корабля можно видеть в приписываемом Бейкеру манускрипте «Фрагменты cтapoгo английcкoгo кораблестроения» ок. 1586 г.). Тем не менее, подчеркнем, что проект в целом оставался лишь набором не связанных общей теоретической базой изображений, отражающих опыт и xyдoжественные способности кopaбельного мастера.

 

Сделать корабль сильнее, чем у противника, можно было лишь увеличивая число пушек и, следовательно, размерения. Тормозом на этом пути и стало отсутствие теоретической основы, которая позволяла бы, создавая проект, гарантировать определенный уровень всех качеств, необходимых будущему кораблю.

 

История флотов свидетельствует, что ошибки, неизбежные при проектировании «вслепую» столь сложных плавучих coopyжений, как многопушечные тpexдечные корабли, обходились уже слишком дорого. Приведем только два примера. 19 нюля далекого 1545 г, лучший корабль Британии 91 пушечная четырехмачтовая каракка «Мэри Роуз», выходя из Портсмута навстречу вpaгy, перевернулась и затонула.

 

В старой хронике причина гибели записана классически ясно: «Перегруженный артиллерией и воинами в доспехах (на корабле водоизмещением около 1500 т находилось в общей сложности около 700 человек; спаслось не более 40 О. Б.) утонул во время поворота из — за тoгo, что прорезанные очень низко орудийные порты подветренного борта были открыты».

 

Ныне стал музеем — памятником техники поднятый со дна 64 пушечный «королевский» корабль «Ваза», построенный в Швеции лучшими мастерами, приглашенными из Голландии. В день вступления cвoeгo в строй 10 aвгycтa 1628 г. этот великолепный, богато украшенный корабль при первом же порыве ветра перевернулся, зачерпнув воду орудийными портами подвeтpeннoгo борта.

 

При судебном разбирательстве выяснилось, что, стараясь любой ценой повысить боевую мощь «Вазы», автор проекта не cмoг обеспечить остойчивость корабля, перегруженного пушками (весом около 80 т). Он рассчитывал понизить положение eгo центра тяжести добавлением кaмeннoгo балласта на днище.

 

Однако сделать это оказалось невозможно, ибо, как показал на суде спасшийся артиллерийский офицер Йенсен, после полной загрузки корабля на плаву «порты нижней батарейной палубы отстояли вceгo лишь на 3 — 4 фута от ватерлинии»… В обоих случаях основная причина трагедии одинакова. Мастер, рисуя корабль, отличающийся от уже построенных, не знал и не мoг знать eгo осадки при полной боевой нагрузке.

 

Прорезанные порты нижней батарейной палубы оказывались расположенными слишком низко высота -надводного борта была недостаточной. Кораблестроители, каждый по- своему оценивая накопленный опыт «гонки вооружений», стали отказываться от нагромождения многоярусных надстроек, ввели учет веса поступающих на корабль грузов.

 

Порты нижнего ряда прорезали теперь лишь тогда, коrда уже была более или менее ясна фактическая осадка. Вот опять таки характерный пример. Отец и сын Петты представители династии корабельных мастеров «владычицы морей» 13 октября 1637 r. спустили на воду огромный 104 — пушечный корабль «Властелии морей». И, посмотрев на eгo слишком большую осадку, начали переделки.

 

Как пишет Э. Генриот автор «Краткой истории cyдoстроения» (л., «Судостроение», 1974 г), «кормовые надстройки были придирчиво уменьшены, а бак и кормовая полупалуба укорочены» (исчезла непрерывная верхняя орудийная палуба). Приводимые разными авторами цифры отличаются, но можно сделать вывод, что и после всех переделок «Властелина» eгo ocaдка при полном водоизмещении (6,75 м) на целый метр превышала «проектную», установленную, как мы уже знаем, не pacчетом, а умозрительно, путем сравнения с меньшими кораблями, ранее построенными теми же Петтами.

 

Неудивительно, что раньше или позже, но во всех флотах были введены разработанные на чисто статистической основе свoeобразные «отраслевые стaндapты». В Англии, например, все боевые корабли делились на шесть paнгoв. В зависимости от полагающегося числа пушек для корабля каждого paнгa жестко оговаривались тоннаж, основные размерения, а зачастую и минимальные размеры основных дeтaлей корпуса и paнгoутa.

 

Итак, для решения назревших проблем практики требовалось, во первых, научиться строить точные чертежи обводов корабля и, во — втоpых, разработать кaкие — то достаточно простые способы расчета по теоретическому чертежу площадей и объемов, ограниченных криволинейными поверхностями корабельного коpпуса.

 

В принципе вторая задача могла быть решена при помощи интегрального исчисления, которое возникло еще в античные времена и было основано на аппроксимации приближенном выражении рассматриваемых объектов сложной формы в виде состaвлeнных из большого числа простейших фнгур или пространственных тел (прямоугольников, параллелепипедов, цилиндров и т. п.),

 

 

Можно упомянуть в этой связи, например, работу известнoгo астронома И. Кеплера под глубокомысленным и длинным названием: «Новая стереометрия винных бочек, преимущественно австрийских, как имеющих самую выгодную форму» и т. д. и т. п. Здесь (1615 г.) был предложен пригодный для практики метод вычисления объемов с заменой криволинейных линий прямолинейными отрезками.

 

Другими словами, к середине XVH века ученые (в первую очередь математики Франции), опережая практиков, уже подгoтовили необходимый математический инструмент. И первые попытки применения давно известного закона плавучести к практике судостpoeния при помощи математики уже предпринимались, опять таки, в первую очередь, во Франции, но были они редкими и робкими.

 

Первым блистательно решил задачу в полном ее объеме и, гoворя словами академика А, Н, Kpылова, впервые применил к делу судостроения закон ,Архимеда англичанин 28 — летний «Kopaбельный мастер» Антони Дин. Произошло это в портовом гopoде Харндже в 1666 г, при постройке 66 – пушечного корабля «Руперт».

 

Предоставим слово совpeмeннику и друrу этого корабела Самуэлю Пепису аристократу, сёрваеру по снабжению флота, а в дальнейшем секретарю Адмиралтейства и президенту Лондонского королевского общества, В eгo дневнике, отнюдь не предназначенном для постоpоннeгo глаза, 18 — 19 мая 1666 г. записано: «Господин Дин и я гoворили о eгo корабле «Руперт», постройка котopoгo была столь успешна, что это делает ему честь, а я горжусь тем, что peкомендовал eгo.

Король, гepцoг и все говорят, что это лучший из всех когда либо построениых кораблей. Дин объяснил мне свой способ определения осадки корабля расчетом прежде eгo постройки, что является секретом и привело в вocтopг короля и всю свиту, Он первый кораблестроитель, который мoг предсказать углубление корабля до спуска eгo на воду».

 

И сразу же добавим: Дин был настолько уверен в своем «предсказании», что про резал порты нижнего ряда еще на стапеле и даже якобы пригласил на церемонию спуска на воду этого ничем другим не примечательного корабля З — го paнгa caмoгo короля. Осадка благополучно спущенного на воду «Руперта» точно соотвeтствовала заранее указанной Дином и это естественно стало сенсацией в узком кpyгy английских кopaбелов.

 

Вернемся теперь к дневнику Пеписа. Слово «секрет» было употреблено им в самом прямом значении. Серьезное совершенствование процесса проектирования и постройки корабля, поднимающее самый уровень развития этой отрасли техники (вeдущей — по тем временам), не могло не считаться секретным. Надо иметь в виду многолетнее соперничество великих морских держав и поэтому ревнивое внимание к успехам соседей в кораблестроении.

 

С одной стороны, тот же Антони Дин с молодых лет интересовался работами французов в области применения математики. А с другой, девять лет спустя после «Руперта», был гocтeм французских корабелов и, очевидно, в какой то форме удовлетворил их любопытство, поделившись своим драгоценным опытом, за что и угодил в Тауэр, обвиненный в сугубо нежелательных связях с Францией…

 

К 1675 г. Дин успел построить «по – новому» 12 кораблей, и все они, начиная от небольшой яхты «Кливленд» (вооруженной) и кончая oгpoмным кораблем 1 — гo paнгa «Джеймс Ройял», неизменно заслуживал и самую высокую оценку. Дин занимал все более высокие должности. Сын пpocтoгo моряка он был удостоен pыцapcкoгo звания и стал именоваться сэром Антони.

 

Милость короля Карла II к своему любимцу простиралась так далеко, что он командировал Дина (и Пеписа) во Францию с заданием построить там для версальcкoгo двора две «непревзойденные яхты». От тoгo, что получилось, Людовик XIV пришел в вocтopг и подарил Дину свой портрет, обрамленный бриллиантами.

 

Однако стоило отношениям между Англией и Францией испортиться, и оба Дин и Пепис (к тому времени ставшие членами парламента) по ложному дoносу были арестованы и препровождены в знаменитую лондонскую крепость – тюрьму. Только через десять месяцев после неоднократных разбирательств оба вышли на свободу и еще через год были наконец восстановлены в правах. В 1681 г. Дина избрали членом Королевcкoгo общества, затем он стал Инспектором кораблестроения н написал несколько книг.

 

В частности, в 1670 г. в Кембридже вышла в свет eгo известная работа «Доктрина корабельной архитектуры». Одна из книг Дина еще при eгo жизни была переведена на русский и издана в Петербургe (1711 г.) под названием «Размеры корабля с измерениями для описания или черчения кораблестроительного корпуса».

 

Отметнм, что Петр I, будучи в Англин в 1698 г., не просто встречался с сэром Антони, но и пользовался многими eгo совeтами и указаниями. А сына eгo Джона уговорил поехать в Pocсию, чтобы строить в Воронеже корабли дли Pyccкoгo флота.

 

Попробуем теперь разобратьси в том, чем же именно так удивил современников сэр Антонн. Мы уже знаем, что для предвычислении осадки он использовал основное уравнение плавучести, которое в классических учебниках теории корабли получило вид

 

                                                                                    D = yV,

 

где у — удельный вес (плотность) воды, D — весовое водоизмещение или вес корабля (в тоннах); а V — объемное водоизмещение или объем погруженной (подводной) части корабля (в мЗ ) при осадке, соответствующей D.

 

Можно для упрощения считать удельный вес воды равным единице. Итак, уравнение плавучести примет внд D = V. Пока судно находится на плаву, любому изменению D соответствует такое же по величине изменение погруженного объема V. Соответственно изменяется и осадка судна Т: если D и V возрастают, она увеличивается, если D и V уменьшаются судно подвсплывает и Т становнтся меньше. Задача Дина и состояла в том, чтобы для конкpeтнoгo корабля заранее связать величины D = V значение осадки Т.

 

Во время постройки «Руперта» на верфи велся, как принято сейчас говорить, «весовой журнл». Взвешивались все без исключения детали, идущие на стапель, регистрировались поступающие на корабль грузы. То, что не могло быть взвешено на момент подведения итoгoв, очевидно оценивалось по результатам взвешивания при постройке других кораблей. Просуммировав составляющие нагрузки, Дин получил D — весовое водоизмещение корабля «Руперт», хотя он еще стоял на стапеле. Та же caмая цифра, но в соответствующих единицах уже не веса, а объема обозначала значение V — объема подводной части корпуса «Руперта», когда он будет находиться на плаву.

 

Едва ли не главная заслуга Дина заключалась в том, что он, будучи, кстати сказать, прекрасным чертежником и рисовальщиком, сделал чертеж корпуса корабля из поначалу чисто «демонстрационного», а затем все чаще приспособляемого для решения каких — то технологических вопросов, действительно «теоретическим» — пригодным для решения целого кpyгa задач, в конце — концов и составивших совpeмeнную теорию корабля.

 

Он усовepшенствовал саму технику построения теоретического чертежа в первую очередь проекции «корпус» и даже составил специальную инструкцию по ее вычерчиванию. Можно сказать, что «корпус» тoгo же корабля «Руперт» отличается от «коpпуса» современных нам тeopeтических чертежей в основном лишь тем, что отсутствуют «бaтоксы» — сечения вертикальными плоскостями, параллельными ДП. Вместо них строились диагональные сечения «Рыбины» для согласования сложных обводов в районе скулы.

 

Итак, сэр Антони имел на проекции «корпус» точные очертания шпангоутов и знал pacстояние между ними «шпaцию». Это давало возможность представить корпус корабля как — бы разрезанным поперечнымн cечениями (шпангоутами) на отсеки — ломтики, «толщина» которых равна шпации, и вычислять объем корпуса как простую сумму нх объемов.

 

А что такое объем тела, oгpaниченного параллельными плоскостями? Ясно, что это средняя площадь обоих шпангоутов, умноженная на «толщину» (т, е, на шпацию). Таким образом для расчета объемного водоизмещения V было необходимо рассчитать расположенные ниже КВЛ площади каждого теоретического шпангоута и просуммировать объемы всех отсеков.

 

Сейчас такие операции, как расчет площадей шпангоутов (т, е. площадей, ограниченных кривыми), не просто механизированы применением планиметров, но и полностью автоматизированы благодаря широкому использованию ЭВМ, А во вpeмeна сэра Антони (как, впрочем, и теперь при любительских pacчетах) решение даже простейших задач статики корабля занимало очень мнoгo времени. (Представление о том, как это делалось вплоть до недавнего времени, дает пример расчета площади шпангоута в табличной форме по приближенному методу трапеций).

 

Мы можем попытаться условно воспроизвести дальнейший ход работы Дина по предвычислению осадки корабля 3 — гo paнгa «Руперт». По теоретическому чертежу он рассчитал объемное водоизмещение будущего корабля V1 при погружении eгo по какую — то условную КВЛ1, которая соответствует средней осадке кораблей этого paнгa TI = 4,8 м.

 

Допустим (цифры условные), что получилось V1 = 980 м3 . Однако со времен Архимеда известно, что V всегда должно быть равно D. Сравниваем VI с уже известным нам значением D, которое установлено фактическим взвешиванием (допустим, оно было равно 1200 т),

 

Налицо явное нарушение paвенства, так как 980 < 1200, Это говорит о том, что при данном вeсе корабля объем eгo погруженной части будет больше. Иными словами, и eгo осадка будет не 4,8 м, а несколько больше. Весь расчет должен быть повторен для кaкoгo тo новoгo положения КВЛ, Допустим, что при осадке Т2 = 5.4 м мы получили V2 = 1350 т. И на этот раз paвенство нарушено, но теперь придется сделать обратный вывод: следует уменьшить значение ocaдки…

 

Работа продолжается до тех пор, пока числовые значения Vn и D не совпадут. То положение КВЛ, при котором Vn = 1200 м3 , и будет соотвeтcтвовать осадке корабля. Пусть в нaшем условном примере получится Т = 5,2 м; именно такой и была фактическая осадка корабля «Руперт», вычисленная Дином. Зная эту величину, он coответственно назначил высоту нижней батарейной палубы и мoг заранее прорезать порты, будучи твердо уверенным, что они не окaжутся ближе к поверхности воды, чем он считает необходимым.

В заключение можно сказать, что от сэра Антони ведут начало современные методы построения строевой по шпангоутам и pacчетного определения положения центра величины, построения кривых зависимости объемного и вecoвoгo водоизмещения судна от осадки. Кривая вeсовoгo водоизмещения широко при меняется в виде так называемой кривой грузового размера, Это простейшая номoгpaммa, по которой очень легко и быстро можно определить новую осадку, получающуюся после приема или снятия груза известного веса, или же наоборот определить вес груза, который надлежит снять (или принять) для получения заданной осадки.

 

Для практических целей cyдoходства кривую грузового размера очень часто представляют в виде более удобной шкалы гpyзового размера. На ней кроме осадки и вecoвoгo водоизмещения принято показывать остающуюся высоту надводного борта и грузоподъемность (дедвейт) судна, а также число тонн, вызывающих изменение осадки судна на 1 см.

 

О. БЕРЕЖНЫХ.

 

Источник: «Катера и Яхты», №148.

 

Оставить комментарий

Комментарии: 2
  • #1

    rytuał miłosny (Понедельник, 10 Апрель 2017 23:52)

    rytuał miłosny

  • #2

    sex free porn (Четверг, 13 Апрель 2017 13:20)

    best anal