Текст книги "Пароход"
Автор книги: Николай Болгаров
сообщить о нарушении
Текущая страница: 7 (всего у книги 16 страниц)
Успокоители качки
Для уменьшения бортовой качки ставят боковые кили. Это широкие, наклонные книзу, стальные полосы шириной в 400–700 миллиметров. Их крепят к подводной части борта, поближе к днищу, – как говорят моряки – на скуле. Боковые кили сдерживают размахи судна, тормозят их, опираясь на воду. Опытом установлено, что боковые кили на одну треть уменьшают размахи качки. Они не избавляют людей от «морской болезни», но зато уменьшают вредное действие качки на прочность корпуса судна.
Боковые кили сдерживают размахи судна.
Первым, кто попытался избавить людей от мучений при качке, был английский инженер Бессемер. По профессии Бессемер был металлургом. Но непредвиденное обстоятельство заставило его стать кораблестроителем. Как-то, путешествуя по морю, Бессемер попал в сильный шторм. Много часов прокачался он на пароходе, насмотрелся на страдания людей от ужасной качки. И Бессемер решил создать такой пароход, где пассажиры чувствовали бы себя, как на твердой земле. Несколько лет добивался он своей цели.
И вот в 1875 году был спущен на воду невиданный пароход «Бессемер». Внешне он особенно не отличался от других пароходов. Зато его внутренность изумляла всех. В средней части судна был выгорожен огромнейший «ящик». В нем размещались все пассажирские помещения. «Ящик» не составлял одного целого с корпусом парохода. Он как бы вставлялся внутрь судна и подвешивался на осях к раме, накрепко соединенной с корпусом.
«Ящик» как бы вставлялся внутрь судна и подвешивался на осях к раме, накрепко соединенной с корпусом.
Рама была устроена так, что, как бы пароход ни качался, «ящик» всегда оставался в одном – горизонтальном положении.
По замыслу Бессемера, это должно было избавлять пассажиров от неприятностей при бортовой качке. Бессемер не забыл и о продольной качке парохода. Чтобы уменьшить ее влияние, он сделал пароход очень длинным и считал, что сделал правильно.
Казалось, Бессемер все предусмотрел, чтобы люди не страдали при качке. Пусть на море бушует шторм, пускай пароход качается как угодно, пассажиров это не должно касаться.
Но все же Бессемер не был специалистом кораблестроения. Поэтому он не предусмотрел главного, – как будет плавать такой пароход. При первом же рейсе это и сказалось. Чересчур тяжелый «ящик», качаясь на раме, часто нарушал равновесие судна. «Бессемер» терял остойчивость. Много хлопот доставляла капитану и большая длина парохода. Такой пароход плохо слушался руля.
Однажды при входе в порт Кале он совсем отказался повиноваться рулевому.
С полного хода врезался «Бессемер» в каменный мол. Его носовая часть превратилась в кашу из обломков.
Бессемер не стал чинить свой пароход. Он потерял навсегда всякий интерес к кораблестроению.
После Бессемера немало изобретателей и ученых работало над созданием успокоителей качки. Было предложено множество различных систем. Но только немногие из них получили право на жизнь и на широкое применение.
Очень интересный тип успокоителя качки для военных кораблей был разработан в 1894 году выдающимся флотоводцем и ученым – адмиралом Степаном Осиповичем Макаровым.
Адмирал Степан Осипович Макаров (1848–1904).
Успокоитель Макарова выгодно отличался от успокоителей других систем простотой и дешевизной своего устройства и в то же время сильным противодействием качке. Впоследствии появился усовершенствованный и приспособленный для торговых судов успокоитель Фрама. Его устройство состоит из двух цистерн, выгороженных по бортам парохода. По высоте они расположены между днищем и палубой. Длина их не более десяти метров. Цистерны соединены трубой или каналом, проложенным по днищу. Получается вроде сообщающихся сосудов, у которых вода налита до половины высоты. Наверху цистерны сообщаются между собой воздушной трубой. Посредине трубы установлен регулирующий клапан. Через него можно перепускать сжатый воздух то в одну, то в другую цистерну. Как же действует такой успокоитель?
Представьте себе человека с коромыслом на плечах. На концах коромысла прикреплены одинаковые ведра, наполненные водой. Пока концы уравновешены, человеку легко качать коромысло. Он может так его качать, что ведра будут достигать земли. Теперь навесим на один конец еще одно полное ведро. Тут уж такой легкости качания не будет. Ясно, что конец с двумя ведрами будет подниматься медленно и с большим усилием. Если перенесем добавочное ведро на другой конец коромысла, получится обратная картина.
Этот пример с ведрами мы и используем, чтобы понять действие успокоителя Фрама.
Устройство успокоителя Фрама.
Вот пароход при качке накренился вправо. Тогда и всю воду перегоняют вправо, но не сразу, а небольшими порциями. Если перегнать сразу, то вода своей тяжестью только поможет качке. А нужно, наоборот, чтобы она препятствовала. Воду перегоняют с таким расчетом, чтобы цистерна правого борта заполнилась в тот момент, когда этот борт начнет подниматься. Вот тогда полностью заполненная цистерна и будет вроде добавочного ведра на коромысле. Она будет уменьшать размах качки. Дальше начинает крениться левый борт. Вода тем же порядком перегоняется влево. Когда левый борт начинает подниматься вверх, в действие вступает целиком заполненная цистерна этого борта. Это похоже на то, как если бы мы перенесли добавочное ведро с водой на другой конец коромысла.
Так попеременное переливание воды с одного борта на другой в несколько раз уменьшает размахи качки.
Действие цистерн Фрама было проверено в русском флоте в 1913 году. Вот как вспоминает об этом академик А. Н. Крылов: «Была образована специальная комиссия. Судили, рядили месяцев десять, ни к чему не пришли: одни говорят, надо применять успокоители Фрама, другие говорят, – цистерны Фрама вредны, и все на заграничные журналы ссылаются. Наконец, в феврале 1913 года морской министр Григорович назначает заседание под личным своим председательством. Выслушивает противоречивые мнения комиссии, которая „ни к чему не привела, только время провела“. И тогда обращается ко мне:
– А вы что скажете?
– Пока мы будем разными журнальными статьями руководствоваться, ни к чему не придем. Надо отыскать пароход, снабженный цистернами Фрама, назначить на него комиссию из наших офицеров, идти в океан и произвести всесторонние испытания, тогда мы получим свои данные – полные и проверенные.
– Назначаю такую комиссию под вашим председательством, ищите пароход, берите с собой, кого хотите, и через неделю будьте в море».
Комиссия Крылова, проведя испытания на пароходе «Метеор», убедительно доказала, что польза от цистерн Фрама есть. Цистерны были испытаны в самых различных условиях плавания: от легкой зыби на море до жестокого двенадцатибалльного шторма. Емкость цистерн составляла всего полтора процента от водоизмещения судна, а размахи качки уменьшались втрое и вчетверо. Сейчас заполнение таких цистерн производится автоматически, и поэтому они называются активными.
Существуют еще гироскопические успокоители качки, или гироскопы. Главная часть гироскопа – тяжелый диск, который вращается вокруг вертикальной оси со скоростью до 3000 оборотов в минуту. Ось прочно закреплена в большой раме, опоры которой составляют одно целое с корпусом судна. Рама качается на этих опорах точно так, как качался на своей раме «ящик» парохода «Бессемер».
Пока нет качки, ось диска сохраняет свое вертикальное положение. Но вот начинается бортовая качка. Тут сразу же пускают в ход электромотор, вращающий диск. Диск становится волчком, вроде того, каким мы играли в детстве. И, как бы ни наклонялся от качки диск, его вертикальная ось, как ось всякого волчка, стремится сохранить свое прежнее вертикальное положение. Тут-то и проявляется действие гироскопа.
Положим, правый борт судна стремительно клонится к воде. Вместе с ним должна наклониться и вертикальная ось диска. Но она, по свойству волчка, упорно сопротивляется такому наклону. А поэтому ось давит на раму и через опоры рамы – на корпус судна. И давит как раз в сторону, противоположную наклону судна. Так гироскоп умеряет качку судна.
Это так называемый пассивный гироуспокоитель. В последнее время чаще ставят активный гироуспокоитель. У него рама качается на опорах не сама по себе, а при помощи особого электродвигателя. Этим усиливается на опорах рамы давление, противодействующее крену судна.
Гироскоп – огромный механизм. Диаметр диска достигает четырех метров. Поэтому для гироскопов выделяют особое помещение больших размеров.
На судне, оборудованном гироскопами, качка почти не ощущается. Но зато гироскоп – очень сложный и дорогостоящий механизм и потому большого распространения для успокоения качки еще не получил. Зато идея гироскопа широко применяется в устройстве различных приборов.
Недавно придумали новые успокоители качки. Это скуловые управляемые рули.
Недавно придумали новые успокоители качки – скуловые рули.
Они напоминают боковые кили. Но боковые кили прикреплены к корпусу неподвижно. А скуловые рули могут автоматически поворачиваться специальным двигателем вверх и вниз. Их все время ставят в самое выгодное положение, чтобы они на ходу судна, подобно крыльям самолета, создавали подъемную силу. Вот эта сила и препятствует крену. Опыт использования этих успокоителей показал, что они хороши только для быстроходных судов. Когда качки нет, рули втягиваются внутрь корпуса, в особые «карманы». Это делается для того, чтобы они не тормозили движения судна.
Все, что здесь рассказано об успокоителях, относится к качке бортовой. А что же предпринимается для уменьшения килевой качки? Здесь специальных успокоителей не применяют. Усилия конструкторов направлены к тому, чтобы по возможности улучшить форму надводной части носовой оконечности судна. Например, делают у нее «развал» в стороны бортов, чтобы судно меньше «зарывалось», всходя на волну.
Скорость – важное качество судна
Всякое судно еще до его постройки предназначают для определенной работы. Все для него выясняют заранее: сколько груза и что именно оно будет возить, куда и с какой скоростью ходить. Скорость – важное качество парохода. Чем он быстроходнее, тем больше от него пользы. Будь это товары, топливо, лес для строек или личный багаж пассажиров – любой груз должен быть доставлен возможно быстрее… Да и люди всегда торопятся. Редко так бывает, что человек уезжает не торопясь. Каждый старается попасть на быстроходный поезд или пароход.
Принято считать: чем мощнее у судна его механизмы, тем оно быстроходнее. Но такое мнение не совсем правильно. Судно может иметь очень мощные механизмы и все же быть скверным ходоком. Почему же?
Да потому, что судно плавает не в безвоздушном пространстве, а в воде. Вода не дает пароходу двигаться свободно. Она сопротивляется движению судна. Плывущий пароход тратит мощность своих механизмов главным образом на то, чтобы преодолеть сопротивление воды.
Установлено, что сопротивление воды зависит в первую очередь от размеров и формы корпуса судна. Это очень легко проверить. Попробуйте двигать против течения реки небольшую дощечку. Сначала разверните ее поперек течения, а потом уже попробуйте поставить ее вдоль течения, торцом вперед. Вы сразу почувствуете разницу в сопротивлении воды. А если взять доску побольше, то эта разница будет еще заметнее. Вряд ли вы согласитесь прокатиться на веслах в громоздком рыбачьем баркасе. Вам выпадет тяжкая работа. А баркас будет двигаться еле-еле. Зато с каким наслаждением вы будете мчаться на легкой байдарке! У байдарки хорошо обтекаемая форма корпуса, и она встречает малое сопротивление воды.
У байдарки хорошо обтекаемая форма корпуса.
Вода больше сопротивляется движению короткого и широкого парохода, чем узкого и длинного. Недаром быстроходные суда имеют вытянутый корпус. Форма у такого корпуса острая, удобная для плавного обтекания воды Чтобы заставить короткий и широкий пароход идти с такой же скоростью, как длинный и узкий пароход такого же водоизмещения, надо установить на него механизмы большей мощности. И топлива он будет потреблять гораздо больше. Но зато остойчивость его будет лучше, а размещение грузов – проще.
От конструктора, работающего над проектом судна, требуют: обеспечить возможно большую скорость, но чтобы мощность механизмов была не велика и топлива судно расходовало поменьше.
Свою работу конструктор начинает с того, что подбирает наиболее выгодные размеры и форму корпуса парохода. Это нелегкое дело. Формул для решения такой задачи наука еще не нашла. Здесь приходится прибегать к мудрому совету великого итальянского ученого Леонардо да Винчи: «Когда имеешь дело с водой, прежде посоветуйся с опытом…»
И конструктор использует опыт уже построенных судов. Среди них он ищет такое судно, которое по размерам и форме корпуса наиболее походило бы на то, что хотят строить. Вот что-то подходящее найдено. Тогда по его образцу набрасывают чертеж обводов корпуса нового судна. Чертеж обводов корпуса называют теоретическим, потому что он служит основой для всех последующих теоретических расчетов. На теоретическом чертеже как будто все хорошо: и размеры подходящие, и у корпуса обводы красивые и плавные. А все же требуется проверка, – вдруг новый пароход окажется тихоходным? Но как это проверить?
Это можно сделать только после постройки и испытания парохода в море. Но тогда будет поздно. Пароход – не игрушечная лодочка! Ту обстрогал ножичком, подправил нос и бока – и все в порядке!
С пароходом так не сделаешь. Как же заранее узнать, что выбранная форма корпуса самая удачная? Для этого придумали испытывать модели судов в опытовых бассейнах.
Опытовый бассейн – это длинное и светлое помещение. Посреди его проложен канал длиною в 200 и более метров, а шириной в 6-12 метров. По обеим сторонам канала уложены бетонные дорожки с рельсами. По рельсам бегает над водой испытательная тележка, буксирующая модель судна.
По рельсам бегает над водой тележка, буксирующая модель.
Модель изготовляют точно по теоретическому чертежу нового судна, обычно в масштабе: одна двадцать пятая или пятидесятая натуральной величины. Материалом служит парафин. Он легко поддается механической обработке.
Если модель небольших размеров, то ее делают литой. Для этого сооружают из глины полую форму, которую и заливают парафином.
Чаще всего поступают иначе: из тонких реек сколачивают «скелет» модели, обтягивают его полотном и кладут в глиняную форму. Между стенками формы и полотном модели оставляют небольшие просветы, которые и заполняют парафином. Когда парафин застынет, модель вынимают из формы и относят на специальный станок. Резец станка обтачивает модель до необходимых размеров и формы. Потом ее тщательно полируют, добиваясь идеально гладкой поверхности.
Иногда модель изготовляют деревянной, из липы. Тогда ее покрывают специальной краской, предохраняющей от размокания и коробления.
Готовую модель переносят из модельной мастерской в бассейн. Здесь ее ждет испытательная тележка. С нее свешиваются к воде пружинные весы, похожие по внешнему виду на домашний безмен. Это динамометр для измерения силы сопротивления воды. К нему-то и прикрепляют модель. Вот включается мотор тележки и она мчится вперед, увлекая за собой по воде модель. Движение модели встречает сопротивление воды. От этого натягивается пружина динамометра, соединенная с самопишущим прибором. И прибор прямо в килограммах записывает величину сопротивления воды.
Модель буксируют по каналу несколько раз. И каждый раз замечают показание самопишущего прибора, а также скорость движения.
А потом, с помощью особых расчетов, переходят от величины сопротивления модели к сопротивлению самого судна. По найденной величине сопротивления уже нетрудно определить по особой формуле, какой мощности двигатель надо поставить на судно, чтобы оно имело заданную скорость. А если потребуется чрезмерная мощность, – это означает, что размеры и форма корпуса судна выбраны неудачно.
Тогда все начинается снова: исправляют теоретический чертеж, изготовляют новую модель и опять гоняют ее в бассейне.
Иногда неудача проектировщика обнаруживается уже в начале испытаний, когда модель только начинает двигаться. Вестник такой неудачи – волны, разводимые моделью. Если они слишком велики, можно испытаний не продолжать. Для испытателей и так ясно, что выбранные размеры и форма корпуса судна неудачны.
Как видите, испытание модели судна – дело сложное и кропотливое, особенно при разработке проекта нового судна, не похожего на ранее построенные. Тогда приходится много раз переделывать модель, пока не получатся нужные формы корпуса судна.
Академик А. Н. Крылов рассказывал, что при выборе размеров и обводов корпуса линейного корабля типа «Севастополь» в опытовом бассейне прогоняли двадцать различных моделей. А сначала хотели использовать модель уже построенного броненосца «Андрей Первозванный».
Дальнейшие испытания показали, что могло получиться, если бы испытатели остановили свой выбор на модели броненосца «Андрей Первозванный», не продолжали работать над улучшением обводов корпуса нового корабля. Иначе говоря, что получилось бы, если бы корпус линейного корабля «Севастополь» построили по теоретическому чертежу «Андрея Первозванного»? Получилось бы то, что на линейный корабль «Севастополь» пришлось бы поставить главные механизмы в два раза мощнее тех, которые поставили на самом деле. И в этом убедились только после того, как испытали два десятка различных моделей. Вот насколько важно испытание моделей судов в опытовом бассейне.
Бывают и такие бассейны, где модель буксируется не самоходной тележкой, а падающим грузом. Здесь тяжесть падающего груза заставляет двигаться модель при помощи бесконечного троса, скользящего по направляющим блокам.
В таких бассейнах испытывают небольшие модели при сравнительно малых скоростях хода. Для испытания моделей судов на поворотливость существует еще один тип опытовых бассейнов. Эти бассейны не прямоугольной, а круглой формы. Иногда они устраиваются на открытом воздухе.
Здесь мчатся и поворачиваются во все стороны большие самоходные модели, управляемые по радио. Причудливые их движения заснимаются на кинопленку.
Самопишущие приборы отмечают углы перекладки руля, скорость хода и крен, а также силу, действующую на руль. После этого определяют, как отразится на поворотливости судна перекладка руля на различные углы при разных скоростях хода, а также рассчитывают необходимую мощность рулевой машины.
Способ испытания моделей в бассейне существует в нашей стране свыше шестидесяти лет. Инициатором постройки первого в России Петербургского опытового бассейна в 1892 году был великий русский ученый Дмитрий Иванович Менделеев.
Дмитрий Иванович Менделеев (1834–1907).
Этот бассейн, в котором работал и академик Крылов, сыграл огромную роль в развитии русского кораблестроения.
Для быстроходных судов приходится считаться не только с сопротивлением воды. При разработке проектов таких судов учитывают также воздушное или ветровое сопротивление, которое создает в море встречный ветер.
Для особо быстроходных судов воздушное сопротивление определяют таким же способом, как для самолетов, то есть продувкой модели судна в аэродинамической трубе. Вот теперь становится понятным, почему на быстроходных пассажирских. судах надстройкам придают плавную обтекаемую форму, хотя они и не погружены в воду. Так вот сколько хлопот создает конструкторам увеличение скорости судна!
В капиталистическом мире давно уже борьба за скорость превратилась в непрерывную и жестокую борьбу, в которой каждый капиталист старается «загрызть» конкурента. Ведь чтобы получать как можно больше прибылей, все стараются переманивать пассажиров и грузы на свои пароходы. А для этого нужно во что бы то ни стало завоевать первенство – перехватить голубую ленту – приз за наивысшую скорость перехода через Атлантический океан.
И вот, ради рекламы строятся быстроходные трансатлантические гиганты, один быстроходнее другого и один больше другого.
Скорость ради скорости. И если в 1830 году английский пароходик «Сириус» – первый обладатель голубой ленты – пересек океан за пятнадцать суток, то нынешние «рекордсмены» совершают такой же рейс в четыре раза быстрее!
Не всегда борьба за голубую ленту проходила благополучно. Ради прибылей капиталисты не гнушаются никакими средствами. Бывали случаи, когда бешеная гонка приносила гибель сотням людей и самому пароходу. Об одном из таких случаев мы и расскажем.
