Глава XV. "Теория Крылова"

'Теория Крылова'

Хотя можно было рассчитать основные части корабля, но все же еще многое в науке о корабле оставалось неисследованным.

В 1861 году известный английский ученый-кораблестроитель Вильям Фруд писал:

"Когда вновь построенный корабль выходит в море, то его строитель следит за его качествами на море с душевным беспокойством и неуверенностью, как будто бы это был воспитанный и выращенный им зверь, а не им самим обдуманное и исполненное сооружение, которого качества должны бы быть ему вперед известны..."

Вторая половина XIX века явилась для кораблестроения эпохой больших новшеств. Именно в то время на смену парусу пришел паровой двигатель, на смену дереву - железо и сталь.

Теперь можно было независимо от ветра распоряжаться ходом и курсом корабля. Отпала также одна из причин, ведущих к потере остойчивости, - наличие парусов. Однако вместе с преимуществами появились трудности, возникли новые задачи.

Надо уметь определить, какой должна быть мощность двигателя для получения необходимой скорости судна.

Работа машин вызывала нежелательную тряску, выбрацию судна, которая иногда становилась значительной. Нужно исследовать явление вибрации.

Применение нового материала все же не гарантировало суда от аварий. При посадке на подводные камни в корпусах образовывались вмятины, трещины и пробоины, судно быстро наполнялось водой и тонуло. В боях корабли тонули иногда даже от незначительных пробоин. Необходимо заняться непотопляемостью судов.

На прочность металлических кораблей большое влияние оказывала качка. Удары волн вызывали напряжения в материале корпуса корабля, которые вели иногда к крупным авариям. Нужно было изучить действие качки на корабль.

Все эти проблемы хотя и были трудными, но их надо решить.

Одним из самых сложных вопросов являлась качка. Здесь многое было неясно.

Какие напряжения возникают в корпусе корабля на волнении?

Почему на одной и той же волне одни корабли почти не испытывают качки, а другие бросает, как щепку? И даже разламывает пополам, как это произошло в 1874 году с английским пароходом "Мэри".

Как сказывается скорость хода корабля на качке?

Какие размеры и обводы нужно придавать кораблю, чтобы он наименьшим образом реагировал на качку?

Никто не мог ответить на эти вопросы. Одно было несомненно: качка очень сильно влияет на корабль.

Так ведь с любым сооружением.

Если какая-нибудь сила действует на него с одной стороны, это, может быть, не скажется. Но стоит этой же силе начать все время изменять свое направление, то есть ударять сооружение то с одной, то с другой стороны, как она его быстро может расшатать и даже разрушить. Беспрерывные удары волн о корпус судна и есть эта быстро меняющаяся сила.

В 1861 году Фруд дал расчет бортовой качки корабля.

Но это было только частью решения поставленной задачи. Другая часть - килевая качка - оставалась невыясненной. А с некоторых пор именно она приобрела главное значение.

С применением нового материала, в погоне за увеличением скорости хода стали строить длинные корабли. В тот момент, когда на качке нос и корма такого корабля оказываются на вершинах двух соседних волн, середина его провисает. В другой раз корабль серединой попадает на гребень волны - тогда нос и корма его провисают. И в том, и в другом случае корабль испытывает большие напряжения.

Однако рассчитать напряжения, которые вызываются килевой качкой, а тем более одновременно и килевой, и бортовой, определить, какой нужно строить корабль, чтобы он минимально реагировал на качку, казалось по сложности невозможным.

"В попытках определить усилия, действующие на корабль на море, мы встречаемся с большими трудностями. Можно даже выразить сомнение в том, что весьма разнообразные и постоянно изменяющиеся усилия, действующие на корабль на волнении, когда-либо будут полностью выражены математическим языком и рассчитаны".

Это писал Рид - главный кораблестроитель Англии, прекрасный математик и инженер, тот, который в свое время предсказал гибель "Кэптена".

В 1870 году он, развивая идеи Эйлера, дал расчет корабля на тихой воде, без учета качки. И хотя Рид признавал, что действие качки является наиболее важным, но, писал он, "в настоящее время ее решение выше наших сил".

Влияние качки интересовало молодого Крылова. Еще в то время, когда он готовился к лекциям по теории корабля, вопрос этот волновал и мучил его, как географа "белое пятно".

Неужели Рид прав? Неужели невозможно выяснить картину качки? Конечно, Крылов уважал авторитеты. Но уважать - это не значит слепо верить.

Ведь решил же великий Лобачевский математическую проблему, которая до него казалась неразрешимой, и на основе этого создал новую геометрию.

В одном Рид прав - что это очень трудная задача. Но нет на свете ничего невозможного. Есть только явления и вещи уже известные и те, природу которых еще не удалось раскрыть.

И он решил дерзать. Всю силу своего ума, весь свой запас знаний Крылов направил на выяснение этого вопроса. Еще и еще раз он просматривал сочинения классиков математики и физики - вот когда снова пригодилось знание латыни. Работал многие часы с огромным упорством человека, влюбленного в свое дело и понимавшего, что эта задача поставлена жизнью и ее необходимо решить.

Крылов никогда не верил в старую притчу о том, что Архимед нашел свой закон случайно, сидя в ванне. Он смеялся над этим и говорил, что это вздор. Хотя Архимед был величайшим гением, но и он потратил немало труда на открытие и обоснование своего закона. Во всякое дело кроме способностей нужно вкладывать труд. И он продолжал искать.

Строчку за строчкой и страницу за страницей он покрывал математическими вычислениями, формулами, уравнениями. Иногда все написанное перечеркивал и начинал снова. Ему нужно было ясно представить себе физическую сущность явления и суметь выразить ее математически. В этом самое главное и самое трудное.

Однажды ему пришла мысль применить к качке корабля те же математические методы, какими астрономы исследуют движение небесных тел. Это была совершенно новая, необычная идея. Но Крылов доказал, что таким путем можно успешно решить задачу.

"Я достиг успеха, приложив к разбору такого чисто морского явления те же способы математических исследований, которые астрономы прилагают к изучению движения небесных тел", - писал он.

В 1895 году в Петербурге произошло интересное событие.

Царской яхте "Полярная звезда" было приказано прибыть в Либаву. Царь собирался идти на яхте из Либавы в Петербург.

На море было свежо. Сильный ветер поднимал большую волну. Командир яхты остановился у входа в Либавский канал и отказался следовать дальше. Он ссылался на то, что канал, ведущий к Либавскому порту, недостаточно глубок и при килевой качке яхта может удариться о дно.

Произошел крупный скандал. Царь был рассержен. При чем тут килевая качка? Ведь другие суда беспрепятственно входят в Либавский порт!

Но командир говорил о большой осадке яхты и упорно настаивал на своем. Пришлось царю ехать в Петербург по железной дороге.

Дело о царской яхте поступило для выяснения в Морское министерство. Министерство передало в Морскую академию. В академии его поручили капитану Крылову.

Прошло несколько дней, и Крылов представил свои выводы.

Да, командир яхты прав - ее нельзя было вводить в Либавский порт. Как показали вычисления, при килевой качке в Либавском канале яхта могла быть повреждена. Эти вычисления Крылов сделал на основании разработанной им теории килевой качки корабля.

Труднейший вопрос о качке, над которым более ста лет бились ученые всего мира, был наконец разрешен! Это явилось крупным вкладом в науку о корабле.

О новой теории качки корабля Алексей Николаевич сделал сообщение в Русском техническом обществе и опубликовал статью. Статью перевели на иностранные языки. Алексей Николаевич получил приглашение от Английского научного общества корабельных инженеров сделать у них доклад.

В 1896 году Крылов отправился в Лондон. Английское общество корабельных инженеров считалось в то время одним из самых авторитетных. На его годичные заседания съезжались кораблестроители всего мира.

Доклад Крылова был прослушан с огромным вниманием. Он вызвал небывалый интерес у присутствующих. Наконец-то решена проблема, которая столько лет мучила кораблестроителей. Причем такой сложнейший математический вопрос сведен к форме, удобной для практических вычислений.

Кораблестроители разных стран поздравляли Крылова. В их числе был и знаменитый английский кораблестроитель Рид.

Все присутствующие выразили надежду, что русский ученый сумеет теперь сделать расчет для общего случая, когда корабль испытывает и бортовую, и килевую качку.

И они не ошиблись. И этот расчет Крылов выполнил. В 1898 году Алексей Николаевич сделал в Английском обществе корабельных инженеров второй доклад - об общей теории качки корабля. Он доказал, что теория Фруда является лишь частным случаем его теории.

После доклада развернулись оживленные прения. В своих выступлениях английские кораблестроители отмечали, что сейчас получено "наиболее полное и обстоятельное решение вопроса", исследование "дает новое направление в изучении прочности корабля", доклад является "одним из наиболее ценных документов, прочитанных в Обществе".

"Основной особенностью этой статьи, по сравнению с предыдущими исследованиями, является то, что в ней рассматриваются все движения корабля... в любых комбинациях и сочетаниях... на строгом математическом фундаменте, что ранее просто считалось невозможным", - сказал видный английский ученый Реджимонд Фруд, сын Вильяма Фруда.

"Я интересуюсь проблемой математического выражения движения корабля в море уже тридцать лет. Я изучал все статьи, посвященные этой проблеме... и я должен признаться, что мне еще не приходилось сталкиваться с такой ясной разработкой этой проблемы, какую мы видим в данной статье", - резюмировал вице-президент Общества В. Уайт.

Собравшиеся подчеркнули, что русской научной школе принадлежит начало и конец в решении задачи о напряжениях в корпусе корабля на волнении.

"Впервые этот вопрос был обстоятельно рассмотрен членом Петербургской Академии наук Леонардом Эйлером, а теперь полностью решен профессором Петербургской Морской академии Алексеем Крыловым".

Английское Общество корабельных инженеров избрало Крылова членом-корреспондентом и наградило его золотой медалью. Такую медаль впервые присуждали иностранцу.

Теория качки Крылова была переведена на многие языки и включена во все издававшиеся тогда курсы по теории корабля. Она получила название "теории Крылова".