Для того, чтобы читатель еще раз проникся значением корабельной науки в развитии человечества, обслуживающей кораблестроение и мореплавание, можно вспомнить знаменитое высказывание Уолтера Рэли: "Тот, кто владеет морем, владеет мировой торговлей. А кто владеет мировой торговлей, владеет богатствами земли и ею самой". Думается, что в нашу информационную эпоху это положение остается еще в силеГлава 1. "Эмбриональный" период корабельной науки (с 3000 г. до нашей эры по 400 год нашей эры)Характеризуется зарождением первых фундаментальных точных наук - арифметики и геометрии в Египте, эллини-стических государствах и Римской империи, открытием некоторых физических эффектов и законов, имеющих пря-мое или косвенное отношение к судостроению, отдельными гениальными личностями. Даже самые выдающиеся кораблестроители того времени, в условиях практического отсутствия математического моделирования не могут воспользоваться абстрактными знаниями великих мыслителей того времени.Наибольшее развитие наука и судостроение получают в античные времена в государствах Средиземноморского бас-сейна. В государственном судостроении, в отличие от других производств, применение рабского труда достаточно ограничено. Судостроение развивается только на интуитивной основе с передачей опыта от поколения к поколению внутри кланов.Основной судостроительный материал - дерево, недостатка в котором в целом пока не испытывается. Передовая продукция судостроения - боевые и купеческие парусно-гребные суда. Преимущественное использование для движения купеческих судов дармовой энергии ветра и для боевых кораблей - весел, приводимых в движение дешевой силой рабов и пленных.Мореплавание осуществляется в дневное время вдоль берега и в ночное время - с использованием маяков. Плавания финикийцев, египтян, греков и римлян из Средиземного моря на север до Британских островов и на юг - вдоль Афри-канского континента.Первые боевые действия на море египетского флота, войны средиземноморских государств, отражение натиска варварских племен с Балтийского моря. Основная тактика морского боя - поджег и разрушение судов противника с помощью самострелов и катапульты, таранный удар и абордаж в условиях свободных действий в соответствии с оперативной обстановкой.Считается, что корабельная наука начала свой отсчет со знаменитого двухтомного сочинения “О плавающих телах” великого древнегреческого ученого Архимеда (ок. 287-212 гг. до н.э.), которое является первым научным трудом в области гидростатики. К этому времени, если не считать гипотезы существования свыше 30 тыс. лет назад легендарной Атлантиды с ее сильным флотом и, видимо, развитым судостроением, официальному судостроению на нашей планете по данным археологических находок исполнилось уже 7200 лет.АрхимедВведениеСохранившиеся труды Архимеда, в основном математические, составляют целый том. Достижения ученого в обла-сти математики огромны. Он решил задачи об определении объема цилиндра и шара, объемов частей параболоидов вращения, был основоположником изучения спиралей, решил проблему квадратуры круга, вычислив довольно узкие гра-ницы, между которыми заключено число я. Архимед ввел в математику физическую задачу об определении положения центра тяжести плоских и пространственных фигур и для многих случаев решил ее. Он применил в геометрии метод «мысленного взвешивания», значительно развил предложенный греческим ученым Евдоксом «метод исчерпывания», позволивший исследовать свойства кривых второго порядка.Однако научное творчество Архимеда не ограничено математикой. Он основоположник статики, гидростатики и математической физики вообще, выдающийся астроном и замечательный инженер. Именно этим сторонам деяте-ьности великого ученого древности и посвящена настоящая книга.Из трудов Архимеда в указанных областях сохранилось очень мало. В III в. н.э. греческий математик Папп Александ-рийский писал: «Архимед составил только одно механическое сочинение, а именно об устройстве небесного глобуса, не найдя из других предметов ничего, достойного сочинения». Видимо, Архимед не описывал и своих физических опытов, которые несомненно производил. Мало сведений осталось и о его астрономических работах. Тем не менее многие результаты, полученные Архимедом в области механики и астрономии, восстановлены благодаря трудам ис-следователей его творчества.Образ ученого, видевшего в математике не одну лишь игру возвышенного ума, а средство познания физических зако-нов и орудие для решения сложных инженерных задач, близок нашему времени.Свидетельства историиАрхимед в произведениях античных авторовХотя слава Архимеда никогда не прекращалась, о жизни ученого сохранилось очень мало сведений.Известно, что он активно участвовал в обороне родных ему Сиракуз и созданные им машины сделали город непристу-пным; что он погиб при взятии города римлянами, происшедшего в результате предательства. Это случилось в 212 г. до н.э., и это единственная надежная дата в биографии Архимеда.Византийский хронист конца XII в. Цеци, рассказывая о захвате Сиракуз, добавляет, что Архимеду в это время было около 75 лет. Отсюда вычисляется дата рождения ученого – 287 г. до н.э. Правда, другому свидетельству Цеци – о при-менении Архимедом сжигающих зеркал – обычно не доверяют.Сам Архимед в одной из работ о результатах определения расстояний до Луны и Солнца приводит значения этих расс-тояний, которые получил его отец, и называет имя отца – Фидий. Отсюда можно заключить, что отец ученого был аст-рономом.

Земляк Архимеда, историк I в. до н.э. Диодор Сицилийский пишет о водоподъемных винтах, изобретенных Архимедом Сиракузским во время его пребывания в Египте. О том, что Архимед учился математике в Александрии и связи с тамо-шними учеными не порывал, говорит также то, что большинство работ Архимеда написано в виде посланий александ-рийским математикам.Греческий писатель I в. н.э. Плутарх вскользь упоминает, что Архимед был родственником царя Сиракуз Гиерона. Вот, собственно, и все факты.Каким же был Архимед?

Для нашего времени он прежде всего математик, поскольку сохранившееся наследие Архимеда составляют математические труды. Такому же представлению о нем спо-собствует и рассказ Плутарха, рисующий Архимеда отрешенным от мира теорети-ком. Но в более ранней характеристике, данной Архимеду греческим историком По-либием (201...120 г. до н.э.), ученый представлен лишь как военный инженер. Поли-бий, описывая осаду Сиракуз, подробно рассказывает об архимедовых машинах, ко-торые по его свидетельству были сооружены в мирное время задолго до нападения римлян.Столетием позже римский писатель Тит Ливий, который в описании осады Сира-куз использует сочинение Полибия, характеризует ученого как астронома, единст-венного в своем роде наблюдателя неба и звезд, и еще более удивительного констру-ктора военных машин и сооружений. Такая характеристика может указывать на то, что Архимед занимался астрономией в последние годы жизни и остался в памя-ти близких потомков астрономом. Но не исключено, что причиной этого является архимедов небесный глобус, вывезенный римлянами из Сиракуз в качестве трофея.Диодор Сицилийский, о котором говорилось ранее, упоминает об Архимеде прежде всего как об изобретателе. По поводу архимедовых водоподъемных винтов он заме-чает: «Но не только поэтому нужно удивляться таланту Архимеда. Мы обязаны ему еще многими другими, более замечательными изобретениями, известными всему ми-

ру. Мы опишем их с тщательностью и в подробностях, когда дойдем до описания эпохи Архимеда».К сожалению, труд Диодора до нас дошел не полностью, и, о каких изобретениях там говорится, можно только гадать.Об Архимеде упоминает знаменитый римский оратор и политик Цицерон, разыскавший могилу Архимеда, когда в 76 г. до н.э. был в Сицилии. Им был найден могильный обелиск с геометрическим чертежом цилиндра с вписанным в него шаром. За 136 лет, прошедших со времени гибели Архимеда, его могила была забыта и заброшена.Неоднократно Архимед упоминается в знаменитом сочинении по архитектуре римского инженера Марка Витрувия Поллиона, жившего также в I в. до н.э. Он пишет об Архимеде как о знатоке течения воды в водопроводах, авторе ру-ководств по строительной механике (не дошедших до нас), ссылается на известную работу Архимеда «О плавающих телах».Говоря об образе идеального архитектора, Витрувий в своей книге «Об архитектуре» пишет: «Но такие гении очень ре-дки; мало людей вроде Аристарха Самосского, Филолая и Архита Тарентского, Аполлония Пергского, Эратосфена Ки-ренского, Архимеда и Скопина Сиракузского, которые сумели с помощью расчетов и знания тайн природы сделать бо-льшие открытия в механике и гномонике (наука о солнечных часах) и оставили потомству об этом научные труды».Здесь Архимед назван в ряду крупнейших астрономов и математиков.Наконец, в I в. н.э. греческий писатель Плутарх в биографии римского полководца Марцелла, взявшего Сиракузы, по-святил несколько страниц Архимеду. Этим, собственно, и исчерпываются дошедшие до нас свидетельства античных авторов об Архимеде.Путь ученогоИ все же мы можем сказать, что сейчас творческая биография Архимеда в основном известна (в значительной мере благодаря выполненной советским ученым И.Н. Веселовским периодизации работ Архимеда).Наиболее ранними из сохранившихся сочинений Архимеда оказались четыре его геометрические работы, написанные в виде посланий в Александрию некоему Досифею, ученику математика и астронома Конона, с которым Архимед был дружен. Первая из них – «Квадратура (площадь) параболы» – начинается словами: «Архимед Досифею желает благо-денствия! Узнавши о смерти Конона, делавшего все для нас из дружбы, и о том, что ты был близок к Конону и сведущ в геометрии, мы очень опечалились о покойном и как о друге и как о выдающемся математике. Поэтому мы решили написать тебе, подобно тому как обычно писали Конону, и послать некоторые геометрические теоремы...»В следующем знаменитом сочинении – «О шаре и цилиндре», где решаются задачи определения объемов и поверхнос-тей этих фигур, – имеются ссылки на предыдущее послание. Досифею Архимед послал также работы «О спиралях» и «О коноидах и сфероидах».Далее следует группа произведений, связанная с приложением математики к физическим проблемам. Это сочинения «О равновесии плоских фигур», «Послание Эратосфену о механических теоремах» и, наконец, две книги «О плаваю-щих телах». В этих сочинениях Архимед пользуется теоремами, полученными в предыдущих геометрических работах.К более позднему времени относятся сочинения Архимеда «Измерение круга», содержащее вычисление отношения длины окружности к диаметру (числа π) и работа «Псаммит» («Исчисление песка»), в которой Архимед демонстрирует свой способ записи очень больших чисел.Установить наиболее раннюю дату начала занятий Архимеда математикой И.Н. Веселовскому помог следующий исто-рический рассказ. Когда египетский царь Птолемей III Эврегет уходил в поход на Антиохию, его жена Береника при-

несла свои волосы в дар богам, чтобы помочь благополучному возвращению мужа. После окончания похода выясни-лось, что волосы из храма пропали. По античным представлениям, человек, завладевший чужими волосами, мог жесто-ко вредить их владельцу с помощью магических обрядов. Чтобы уладить дело, работавший в это время в Александрий-ском музее астроном Конон с Самоса объявил, что обнаружил на небе новую группу звезд, которые и есть вознесен-ные на небеса волосы царицы. Так появилось название созвездия, которое и в наши дни указывается на звездных кар-тах, – «Волосы Вероники». Но какое отношение эта история имеет к Архимеду? Дело в том, что дата похода Эврегета (3-я Сирийская война) известна – это 246 г. до н.э. Таким образом, рассказ о волосах Береники удостоверяет, что сочи-нение Архимеда «О квадратуре параболы» (самое раннее из дошедших до нас) было послано Досифею, во всяком слу-чае, позже этой даты. Поскольку же Архимед родился в 287 г., то легко подсчитать, что к моменту написания этой ра-боты ему было больше сорока лет!

Значит, свои основные математические открытия Архимед сделал в зрелом возрасте. Это удивительно, так как обычно математические способности проявляются в юности. Суть геометрических работ Архимеда состоит в развитии метода исчерпывания, введенного предшественником Евклида, великим математиком Евдоксом Книдским. Наиболее важным своим дос-тижением в геометрии сам Архимед считал работу «О шаре и цилиндре» (недаром чертеж шара, вписанного в цилиндр, был помещен на его надгро-бии). В этом сочинении Архимед доказал, что объем шара, вписанного в цилиндр, в полтора раза меньше объема этого цилиндра и что так же отно-сятся между собой поверхности этих фигур. Во вступлении к работе «О шаре и цилиндре» он писал: «Конечно, эти свойства были и раньше по са-мой природе присущи упомянутым фигурам, но они все же оставались не-известными тем, кто до нас занимался геометрией, и никому из них не при-шло на ум, что все эти фигуры являются соизмеримыми друг с другом; по-этому я не поколебался бы сравнить эти теоремы с теми, которые были от-крыты другими геометрами, и, в частности, наиболее выдающимися теоре-мами, которые были установлены для тел Евдоксом».Так что, вероятнее всего, Архимед был в обучении у Конона уже зрелым, сложившимся человеком. Но в какой области применял свои творческие

силы Архимед до встречи с Кононом и увлечения геометрией? Есть достаточно оснований считать, что Архимед начинал свою деятельность на поприще практической механики в качестве военного инженера.Творческий путь Архимеда рисуется нам следующим образом.Архимед начал свою деятельность как инженер, создатель военных машин и фортификатор, реконструирующий укре-пления Сиракуз. В этот период он пишет ряд практических работ по строительному делу (до нас дошли лишь отрывки из этих работ), причем основными теоретическими достижениями ученого в этот период были введение понятия цент-ра тяжести и формулировка закона рычага.Тяга к углублению теоретических знаний приводит Архимеда в Александрию, тогдашний научный центр, где он вст-речается с Кононом и начинает пробовать свои силы в геометрии. Вернувшись в Сиракузы, он в течение 5...10 лет делает свои выдающиеся геометрические открытия, изложенные в посланиях Досифею. В следующий период своей деятельности ученый был занят решением задач математической физики (основы гидростатики, условия устойчивости плавающих тел), в которой Архимед был пионером. Вероятнее всего, в этот период он занимается и оптикой (написан-ная Архимедом работа «Катоптрика» до нас не дошла). Содержание последнего периода научной деятельности Архи-меда составляют вычислительно-астрономические работы. Все это время Архимед, видимо, не оставляет инженерной деятельности, применяя на практике выводы своих теоретических исследований.СиракузыСиракузы были основаны коринфянами в VIII в. до н.э. Благодаря плодородию почвы, а также удобным гаваням этот город вскоре прославился исключительным богатством.Сиракузы были одним из крупнейших городов эллинистического мира. История родины Архимеда не была мирной. Плодородная Сицилия долгое время являлась яблоком раздора между окрестными народами. В 415...413 гг. до н.э. Си-ракузы выдержали тяжелую войну с Афинами, стремившимися завладеть островом, и одержали победу. Но уже в 409 г. до н.э. в Сицилии высадилось карфагенское войско, которое с помощью осадных машин – тогда еще новинки военной техники – начало подчинять сицилийские города. Обеспокоенный успехами карфагенян, сиракузский прави-тель Дионисий Старший начал в 405 г. до н.э. готовиться к войне. Он пригласил в Сиракузы техников и мастеров, со-брав их со всей Сицилии, Италии и Греции, и поставил перед ними задачу создания военных машин. Тогда в Сираку-зах были построены невиданные прежде корабли с четырьмя и пятью ярусами весел, сконструированы мощные мета-тельные машины. С помощью этого оружия Дионисию удалось остановить карфагенян, а изобретенные по его заказу машины быстро распространились и стали играть важную роль в армиях большинства государств Средиземноморья. Технические традиции в Сиракузах сохранились, и не подлежит сомнению, что в области практической механики Ар-химед в юности мог иметь достойных учителей, а в зрелые годы – умелых и дельных помощников.В эпоху, предшествующую Архимеду, произошло возвышение Сиракуз при правлении Агафокла (316...289 г. до н.э.). Этот талантливый полководец и политик, выходец из простого народа, объединил под властью Сиракуз почти всю Си-цилию, вел успешные войны с Карфагеном, пытался подчинить Южную Италию (правда, после его смерти Карфаген взял реванш и влияние Сиракуз уменьшилось).

Наиболее красочное из уцелевших описаний Сиракуз принадлежит Цицерону, хотя он описывает город, уже более со-тни лет находившийся под властью Рима и сохранивший лишь малую долю былого великолепия: «Сиракузы – самый большой из греческих городов и самый прекрасный в мире; оно на самом деле так. Их высокое местоположение не то-лько содействует их безопасности, но имеет последствием и то, что город со всех сторон, и с суши, и с моря, предста-вляет очень красивое зрелище. Его гавани находятся внутри городской черты и отчасти окружены зданиями; откры-ваясь в двух противоположных направлениях, они сливаются своими внутренними углами, вследствие чего та часть города, которая называется Островом, отделена узким проливом от материка, с которым ее соединяет мост.Город так велик, что его делят на четыре огромных города...Один из них – Остров (о котором я только что говорил), будучи окружен с двух сторон гаванями, вдается в море при входе в каждую из гаваней. На нем находится прежний дворец царя Гиерона, а также множество храмов, из которых выделяются в сравнении с другими два: один – Дианы (Артемиды), другой – Минервы (Афины)... На крайней оконеч-ности Острова есть источник пресной воды Аретуса, огромной величины, кишащий рыбой; морские волны затопили бы его совершенно, если бы он не был отделен от моря каменной дамбой.Второй город в Сиракузах называется Ахрадиной; здесь находится обширная площадь, прекрасные портики, великоле-пный пританей (правительственное здание), величественное здание курии (совета) и храм Юпитера Олимпийского (Зе-вса) – образцовое произведение искусства; остальные части города, пересекаемые одной широкой и длинной улицей и множеством поперечных, застроены частными зданиями.Третий город называется Тиха, так как там был древний храм Фортуны (Тихи); в нем огромный гимнассий (стадион) и множество храмов. Эта часть города застроена и заселена более других.Четвертый город – Неаполь (новый город) назван так потому, что был выстроен позже других. В самой возвышенной его части находится громадных размеров театр; кроме того, два прекрасных храма, один – Цереры (Деметры), другой – Прозерпины (Персефоны) и колоссальная, чудной работы статуя Аполлона (Теменита)».Огромное пространство, занимаемое городом, было обнесено стенами с большим количеством башен. Стены составля-ли треугольник со сторонами длиной около 6 км. Особая внутренняя стена отделяла от остального города приморские районы – Ахрадину и Остров, а на холме, в дальнем от моря углу треугольника стен, возвышалась еще одна внутрен-няя крепость – Эвриал. Такими были Сиракузы.В 270 г. до н.э. к власти в городе пришел Гиерон. По свидетельству Плутарха, Архимед, которому в это время было около 10 лет, был родственником Гиерона. Как и Агофокл, Гиерон выдвинулся из простых солдат. Судя по всему, это был человек выдающихся способностей. Но времена изменились, о возвращении Сиракузам былого величия не прихо-дилось и мечтать. Два могучих соперника – Рим и Карфаген – претендовали на власть над Сицилией.В 264 г. до н.э. началась 1-я Пуническая война. Непосредственным поводом для нее оказалась победа Гиерона над ма-мертинцами, наемниками-кампанцами, захватившими власть в Мессине. Часть разбитых мамертинцев призвала на помощь карфагенян, другая – римлян. Гиерон в битве с римлянами потерпел крупное поражение, дело дошло до осады Сиракуз, но ему ценой выплаты Риму большой контрибуции удалось выйти из войны. После этого для Сиракуз насту-пил мирный период истории, который длился около 50 лет. Но Гиерон, готовый к любым неожиданностям, уделял большое внимание укреплению города, и далеко не последнюю роль в этих работах играл Архимед.О том, что двор Гиерона был достаточно просвещенным, говорит факт посвящения Архимедом своей работы «Псам-мит» сыну и соправителю Гиерона Гелону. Гиерон умер в 215 г. до н.э., на четыре года пережив своего сына. За три года до его смерти Ганнибал перешел через Альпы и началась 2-я Пуническая война. Но пока Гиерон был жив, Сира-кузам удавалось держаться от нее в стороне.Полибий в своей «Всеобщей истории» так характеризует Гиерона: «Гиерон сам приобрел власть, не имея ни богатства, ни славы, ни других даров судьбы. За всю свою власть он никого не убил, не изгнал, не обидел, а властвовал 54 го-да...».Плутарх об АрхимедеМы уже говорили, что самое подробное из сохранившихся сообщений об Архимеде – это отрывок из биографии заво-евателя Сиракуз, римского полководца Марцелла, написанной Плутархом. Нарисованный греческим писателем образ относится скорее к некоему идеализированному ученому-теоретику, чем к Архимеду.Тем не менее рассказ Плутарха интересен не только как один из немногих уцелевших источников сведений об Архи-меде, но и как свидетельство перешагнувшей века славы ученого, изобретателя и воина. Плутарх пишет: «Архимед имел возвышенную душу и глубокий ум, и, обладая громадными богатствами геометрических теорий, он не хотел ос-тавить ни одного сочинения относительно тех машин, которые доставили ему славу знания, не только доступного че-ловеку, но почти божественного... Во всей геометрии нельзя найти более трудных и глубокомысленных задач, которые были бы решены так просто и ясно, как те, которыми занимался Архимед. Одни приписывают эту ясность его высоким дарованиям, другие же – тому напряженному труду, при помощи которого ему удавалось дать своим открытиям такое выражение, что они становятся доступными без труда. Если читатель сам не находит доказательства, то при изучении архимедовых сочинений у него создается впечатление, что он и сам смог бы без труда найти решения, – таким легким и быстрым путем Архимед приводит к тому, что он хочет доказать. Поэтому не кажется невероятным, что он, как рас-сказывают, будучи околдован геометрией, забывал о пище и пренебрегал заботами о своем теле. Часто его насильно заставляли принимать ванну и натираться мазями, а он чертил на золе геометрические фигуры и на своем намазанном маслом теле проводил пальцем линии, – настолько он был охвачен этими занятиями и действительно одухотворен му-зами. И хотя у него было много прекрасных открытий, он просил своих родственников и друзей начертить на его моги-ле только цилиндр и содержащийся в нем шар и указать соотношение между объемами этих тел. Таков был Архимед,

который благодаря своим глубоким познаниям в механике смог, насколько это от него зависело, сохранить от пораже-ния и себя самого и свой город».Архимед-физикАрхимеда справедливо считают основоположником математической физики. С его именем связывается введение поня-тия центра тяжести, открытие законов рычага и разработка основ гидростатики. Известно, что он занимался и геомет-рической оптикой, хотя его работы в этой области до нас не дошли. Для древних греков физика была целостным уче-нием о мире и считалась частью философии. Ее практические стороны, такие, как механика, относились к прикладным дисциплинам. Математика хотя и применялась, но от нее не требовали ни строгости, ни полноты описания явлений.Архимед первым подошел к решению физических задач с широким применением математики. Как уже говорилось, он начал с механики. Античные механические представления настолько отличались от наших, что сейчас воспринимают-ся с трудом, хотя «Физику» Аристотеля (384...322 г. до н.э.) в течение многих столетий изучали, комментировали, счи-тали безошибочной. Аристотель разделял движения на «естественные» и «насильственные». Естественным считалось стремление материи к своему «месту», зависящему от ее свойств, например стремление камня к центру ; Земли, огня – от Земли вверх. Насильственные движения предполагали внешнюю причину – приложение силы. Механика Аристоте-ля не знала явления инерции: движение должно было прекратиться тотчас же после прекращения действия силы. Дви-жение же по инерции объяснялось влиянием среды. Так, последователи Аристотеля считали, что при бросании камня возникает воздушный вихрь, несущий его после того, как камень покинул руку.В своих трудах Архимед изучал только силы, которые с точки зрения аристотелевой механики вызывают «естествен-ные» движения. Более того, он сразу упростил задачу, исключив из нее движение. Так появилась статика.До Архимеда закон рычага рассматривался в сочинении «Механические проблемы», автором которого долгое время считался Аристотель.В «Механических проблемах», которые составлены в форме вопросов и ответов, содержится описание ряда инструме-нтов и механизмов (рычаг, колодезный журавль с противовесом, клещи, кривошип, полиспаст, зубчатые колеса, рыча-жные весы) и объяснение их действия на основе «принципа рычага» и правила: «Выигрываем в скорости (пути) – про-игрываем в силе».Однако отсутствие ясности в постановке задач в ряде случаев приводило к совершенно неправильным представлени-ям. Вот как, например, описывается в «Проблемах» работа корабельного руля: «Почему малый руль, привешенный на корме корабля, имеет столь большую силу?.. Быть может, потому, что руль есть рычаг, а рулевой есть то, что приводит его в действие? Стало быть, место, где он прикреплен к кораблю, становится точкой опоры, руль в целом – рычагом, море – грузом, а рулевой – движущей силой». Действие руля, основанное на силе реакции отталкиваемой им воды, ра-зумеется, нельзя свести к простому рычагу.Нечетким рассуждениям, содержавшимся в «Механических проблемах», Архимед противопоставил безупречную тео-рию, построенную по законам геометрии. Архимед сделал в механике то, что греческие геометры сделали в египетской и вавилонской землемерной науке. Вместо полей они рассматривали отрезки плоскостей, вместо межевых границ – бесконечно тонкие и абсолютно прямые (или имеющие строго обусловленную кривизну) линии. И тогда оказалось воз-можным найти между фигурами соотношения, о которых не подозревала восточная математика, удовлетворявшаяся решением практических задач.Архимед придал геометрическим фигурам вес, равномерно распределенный по площади или объему. В отличие от ав-тора «Механических проблем» он рассматривает не реальные рычаги или барабаны, а их идеализированные схемы. Это тем более замечательно, что Архимед был и блестящим практиком-конструктором.Из механических, вернее, механогеометрических сочинений Архимеда до нас дошли только два: «О равновесии плос-ких фигур» и «Эфод, или послание Эратосфену о механических теоремах». Однако отрывки из его более ранних меха-нических сочинений «О весах» и «О рычагах» сохранились в произведениях ряда авторов. Наиболее важные из них, относящиеся к учению о центре тяжести, имеются в «Механике» александрийского ученого I в. н.э. Герона и в «Мате-матической библиотеке» ученого III в. н.э. (также александрийца) Паппа.Центр тяжестиПервым открытием Архимеда в механике было введение понятия центра тяжести, т.е. доказательство того, что в лю-бом теле есть единственная точка, в которой можно сосредоточить его вес, не нарушив равновесного состояния.Герон и Папп приводят со ссылкой на Архимеда доказательство существования центра тяжести. Герон предваряет тео-рему фразой, относящейся к рассмотрению Архимедом идеализированных «физико-математических» тел (метод абст-ракции). Герон пишет: «Никто не отрицает, что о наклонении и отклонении в действительности говорят только о те-лах. Если же мы говорим о плоских или телесных (объемных) фигурах, что некоторая точка является их центром по-ворота и центром тяжести, то это достаточно разъяснено Архимедом». Эта фраза подтверждает, что замена тел их тео-ретическими моделями была в науке новшеством, введенным Архимедом.Архимедовы определение центра тяжести и теорему о его существовании мы приведем в пересказе Паппа.Определение центра тяжести формулируется так: «...центром тяжести некоторого тела является некоторая расположен-ная внутри него точка, обладающая тем свойством, что если за нее мысленно подвесить тяжелое тело, то оно останется в покое и сохранит первоначальное положение».

Доказательство существования центра тяжести также основано на мысленном уравновешивании тела. В нем тело мыс-ленно помещают на горизонтальную прямую, являющуюся основанием вертикальной плоскости (рис. 1): «Если какое-нибудь обладающее весом тело положить на прямую CD так, чтобы оно полностью рассекалось продолжением упомя-

нутой плоскости, то оно может иногда занять такое положение, что будет ос-таваться в покое... Если затем переставить груз так, чтобы он касался прямой CD другой своей частью, то можно при поворачивании дать ему такое поло-жение, что он, будучи отпущен, останется в покое... Если снова вообразить плоскость ABCD продолженной, то она разделит груз на две взаимно уравно-вешивающиеся части и пересечется с первой плоскостью... Если бы эти плос-кости не пересеклись, то те же самые части были бы и уравновешивающи-мися и неуравновешивающимися, что нелепо».Рис. 1. К определению центра тяжести телаДействительно, если бы плоскости, рассекающие груз на уравновешенные части, оказались параллельными (не пересекались), то можно было бы урав-новесить тело, не поворачивая его, а только сдвинув параллельно самому себе. Это означало бы, что к одной из частей добавился бы отнятый от вто-рой части объем, заключенный между плоскостями, что должно было бы на-рушить равновесие. Путем подобных же рассуждений доказывается, что на линии пересечения плоскостей находится единственная точка, являющаяся центром тяжести.Архимед решил ряд задач на нахождение центров тяжести различных геоме-трических фигур: треугольника, параллелограмма, конуса, сегмента парабо-

лы.Закон рычага

Закон рычага, вероятно, был сформулирован в одном из упо-мянутых выше не дошедших до нас сочинений Архимеда. Причем сохранившийся в «Механике» Герона отрывок из сочинения Архимеда показывает, что в этом сочинении расс-матривался случай, когда точки приложения сил расположе-ны на окружностях разного диаметра, имеющих общую точ-ку поворота. Это схема таких механизмов, как ворот, зубча-тая передача и амфирион (разновидность ворота, состоящая из сидящих на одном валу барабанов разного диаметра). Приведя теорему, сводящую этот случай к рычагу, Герон пи-шет: «Это доказал Архимед в своей книге о равновесии. От-сюда ясно, что можно сдвинуть большую величину малой силой».Но более серьезную разработку этих проблем Архимед пред-

принял позже в сочинении «О равновесии плоских фигур», состоящем из двух частей. В первой приводится ряд аксиом и теорем общего характера, а во второй с их помощью ре-шается задача о нахождении центра тяжести сегмента параболы. В этой работе Архимед впервые развил аксиоматичес-кий подход к механике. Он строит свою теорию на базе геометрии путем добавления к геометрическим аксиомам не-скольких «механических» аксиом. Книга начинается так:«Сделаем следующие допущения:Равные тяжести на равных длинах уравновешиваются, на неравных же длинах не уравновешиваются, но перевешивают тяжести на большей длине. Если при равновесии тяжестей на каких-нибудь длинах к одной из тяжестей будет что-нибудь прибавлено, то они не будут уравновешиваться, но перевесит та тяжесть, к которой будет прибавлено». Архимед приводит семь аксиом и на их основании доказывает ряд теорем, касающихся определения общего центра тя-жести двух или нескольких фигур. Нахождение общего центра тяжести фигур сводится к их уравновешиванию на воо-бражаемом рычаге, поскольку такое уравновешивание произойдет, если точка подвеса окажется в этом центре.Содержание закона рычага, выведенного из аксиом, заключено в следующих двух теоремах:«Соизмеримые величины уравновешиваются на длинах, которые будут обратно пропорциональны тяжестям». «Если величины несоизмеримы, то они точно так же уравновешиваются на длинах, которые обратно пропорциональны этим величинам». Разумеется, для практики, когда требуются лишь приближенные расчеты, вторая теорема не нужна. Но она имеет глу-бокий теоретический смысл, показывая, что закон рычага действует при любых отношениях плеч, включая и иррацио-нальные.Архимед не только ввел в геометрию новый класс задач (определение центров тяжести фигур), но и впервые применил при их решении «механические» методы (например, мысленное взвешивание для нахождения площадей сложных фи-гур).Применив математику для изучения механического равновесия, Архимед показал, что математический подход к реше-нию физических проблем не только помогает проникнуть в суть законов природы, но обогащает и саму математику.

«То механическое открытие»В XI главе «Математической библиотеки» Паппа говорится: «Как определенный груз привести в движение определен-ной силой – это то механическое открытие Архимеда, которое заставило его радостно воскликнуть: «Дай мне место, где бы я мог стоять, и я подниму Землю!» Сходный по содержанию текст имеется у Плутарха, который рассказывает: «Архимед, между прочим, писал однажды своему родственнику и другу царю Гиерону, что данной силой можно под-нять любую тяжесть. В юношески смелом доверии к силе своего доказательства он сказал, что, если бы у него была другая Земля, он перешел бы на нее и сдвинул с места нашу. Удивленный Гиерон стал просить его доказать свои слова и привести в движение какое-либо большое тело малой силой. Архимед приказал посадить на царскую грузовую три-еру, с громадным трудом с помощью многих рук вытащенную на берег, большой экипаж, положить на нее обыкновен-ный груз и, усевшись на некотором расстоянии, без всяких усилий, спокойно двигая рукой конец полиспаста, стал тя-нуть к себе триеру так тихо и ровно, как будто она плыла по морю».Таким образом, открытие связывается с эффектной механической демонстрацией и со знаменитой фразой Архимеда о том, что он смог бы сдвинуть саму Землю. Обычно эту фразу относят к открытию закона рычага. Но рычаг был извес-тен с незапамятных времен, а закон его действия, хотя и не строго, уже был сформулирован в «Механических пробле-мах». Кроме того, при попытке сдвинуть рычагом очень большой груз, мы получим весьма малое перемещение. Также мало вероятно, чтобы эта фраза относилась к какому-нибудь изобретенному Архимедом механизму, например винту. Ведь Папп говорит о каком-то открытом Архимедом законе, «как определенный груз привести в движение определен-ной силой». Ссылаясь на книгу Герона «Барулк», Папп пишет: «В «Барулк» он описывает, как поднять определенный груз определенной силой, причем он принимает отношение диаметра колеса к диаметру оси равным 5:1, предваритель-но допустив, что подлежащий поднятию груз весит 1000 талантов (25 т), а движущая сила равна 5 талантам (125 кг)». Далее Папп, меняя условия задачи (поднять груз в 160 талантов силой 4 таланта), описывает расчет многоступенчатого зубчатого редуктора, имеющего на входе червячную передачу.Слово «барулк», видимо, и является названием описыва-емого механизма.«Открытие» не названо, но по крайней мере теперь мы знаем, что оно заключено в механизме, который мы бы назвали лебедкой, содержащей барабан для наматывания каната, несколько зубчатых передач и червячную пару. Кроме червя-чной передачи, которая входит в состав лебедки, остальные механизмы – ворот и зубчатые колеса – упоминаются в «Механических проблемах» и, значит, были известны до Архимеда.Новым здесь был сам принцип построения многоступенчатой передачи. Открытие Архимеда должно было состоять в нахождении закона определения общего «выигрыша в силе», достигаемого с помощью механизма, состоящего из по-следовательно соединенных передач. Этот закон можно сформулировать так: общее передаточное отношение мно-гозвенного механизма равно произведению передаточных отношений его звеньев.Но это простое правило приводит к ошеломляющим результатам. Если взять пару зубчатых колес с отношениями ра-диусов 1:5 (как у Герона), то получим на большом колесе «выигрыш в силе» в 5 раз. Если же мы на вал с малым коле-сом насадим еще одно такое же большое и сцепим его с еще одним таким же маленьким, то получится уже «выигрыш» в 25 раз. Для редуктора с тремя такими передачами он будет равен 125, с пятью – 3125, а с семью передачами составит 390 625; наконец, взяв всего 12 передач, получим астрономическое число 1 220 703 125!Найдя этот закон, Архимед открыл, на что способна механика, и счел не лишним продемонстрировать ее могущество окружающим.ГидростатикаХотя, как мы видим, Архимед ввел понятие центра тяжести и нашел закон рычага, в физику под именем закона Архи-меда и архимедовой силы вошли понятия из его замечательного сочинения «О плавающих телах». Как и сочинение «О равновесии плоских фигур», это сочинение состоит из двух частей: вступительной, в которой даются основные поло-жения, и основной, посвященной рассмотрению равновесия плавающего в жидкости параболоида вращения.Замечательно, что роль аксиомы здесь берет на себя физическая модель «идеальной жидкости». «Предположим, – пи-шет Архимед, – что жидкость имеет такую природу, что из ее частиц, расположенных на одинаковом уровне и приле-жащих друг к другу, менее сдавленные выталкиваются более сдавленными и что каждая из частиц сдавливается жид-костью, находящейся над ней по отвесу, если только жидкость не заключена в каком-нибудь сосуде и не сдавливается чем-нибудь другим». Это единственное предположение, исходя из которого Архимед выводит все остальное.Первым выводом является доказательство того, что «поверхность всякой жидкости, установившейся неподвижно, бу-дет иметь форму шара, центр которого совпадает с центром Земли». Далее следуют теоремы: «Тела, равнотяжелые с жидкостью, будучи опущены в эту жидкость, погружаются так, что никакая их часть не выступает над поверхностью жидкости и не будут двигаться вниз», «Тело, более легкое, чем жидкость, будучи опущено в эту жидкость, погружает-ся настолько, чтобы объем жидкости, соответствующий погружений части тела, имел вес, равный весу всего тела», Тела, более легкие, чем жидкость, опущенные в эту жидкость насильственно, будут выталкиваться вверх силой, рав-ной тому весу, на который жидкость, имеющая равный объем с телом, будет тяжелее этого тела», «Тела, более тяже-лые, чем жидкость, опущенные в жидкость, будут погружаться, пока не дойдут до самого низа, и в жидкости станут легче на величину а жидкости в объеме, равном объему погруженного тела».Трудно представить себе более ясные и четкие формулировки поведения в воде плавающих тел. Но возникает вопрос: правомочно ли было выводить их из принятого вначале положения о свойствах жидкости. Как можно доказать его пра-вильность?И тут мы впервые в истории физики встречаемся со своеобразием ее аксиом.Архимед предлагает нам мысленно представить себе вещество, состоящее из абсолютно скользких атомов, способных передавать давление во все стороны и подвергающихся давлению со стороны таких же атомов, находящихся сверху.

Потом он математически исследует это вещество. Оказывается, что поверхность такого вещества в свободном состоя-нии есть сфера с центром в центре земного шара. Но так как это общеизвестный факт (форма поверхности Мирового океана), то отсюда можно сделать обратный вывод: поскольку поверхность океана – сфера, то жидкость имеет именно такое строение, какое постулировано Архимедом. Можно также не сомневаться в том, что выведенные математические законы гидростатики Архимед проверял на опыте.Таким образом, сочинение «О плавающих телах» – первая попытка экспериментально проверить фундаментальное предположение о строении вещества путем создания его модели. В этом сочинении Архимед не только подтвердил атомистические идеи Демокрита, но и доказал ряд важных положений о физических свойствах атомов жидкости.Архимед вывел законы гидростатики для идеальной жидкости, описав ее свойства. Свойства реальной жидкости нем-ного отличаются от свойств архимедовой идеальной жидкости. Эти отличия в некоторых случаях играют заметную роль. Так, вопреки законам Архимеда смазанная жиром иголка может держаться на поверхности налитой в сосуд воды. Но нельзя упрекнуть ученого в неверности его законов. Эти законы справедливы постольку, поскольку жидкость приб-лижается к идеальной модели. Для описания свойств реальной жидкости надо внести соответствующие поправки в мо-дель. Но это не опровергает справедливость выкладок Архимеда.Определение удельного весаРимский архитектор Витрувий, сообщая о поразивших его открытиях разных ученых, приводит следующую историю: «Что касается Архимеда, то изо всех его многочисленных и разнообразных открытий то открытие, о котором я расс-кажу, представляется мне сделанным с безграничным остроумием.Во время своего царствования в Сиракузах Гиерон после благополучного окончания всех своих мероприятий дал обет пожертвовать в какой-то храм золотую корону бессмертным богам. Он условился с мастером о большой цене за работу и дал ему нужное по весу количество золота. В назначенный день мастер принес свою работу царю, который нашел ее отлично исполненной; после взвешивания корона оказалась соответствующей выданному весу золота.После этого был сделан донос, что из короны была взята часть золота и вместо него примешано такое же количество серебра. Гиерон разгневался на то, что его провели, и, не находя способа уличить это воровство, попросил Архимеда хорошенько подумать об этом. Тот, погруженный в думы по этому вопросу, как-то случайно пришел в баню и там, опустившись в ванну, заметил, что из нее вытекает такое количество воды, каков объем его тела, погруженного в ван-ну. Выяснив себе ценность этого факта, он, не долго думая, выскочил с радостью из ванны, пошел домой голым и гро-мким голосом сообщал всем, что он нашел то, что искал. Он бежал и кричал одно и то же по-гречески: «Эврика, эври-ка! (Нашел, нашел!)».Затем, исходя из своего открытия, он, говорят, сделал два слитка, каждый такого же веса, какого была корона, один из золота, другой из серебра. Сделав это, он наполнил сосуд до самых краев и опустил в него серебряный слиток, и... со-ответственное ему количество воды вытекло. Вынув слиток, он долил в сосуд такое же количество воды.., отмеряя вли-ваемую воду секстарием (0,547л), чтобы, как прежде, сосуд был наполнен водой до самых краев. Так он нашел, какой вес серебра соответствует какому определенному объему воды.Произведя такое исследование, он таким же образом опустил золотой слиток... и, добавив той же меркой вылившееся количество воды, нашел на основании меньшего количества секстантов воды (секстант – римская мера веса, равная 0,534 Н), насколько меньший объем занимает слиток».Потом тем же методом был определен объем короны. Она вытеснила воды больше, чем золотой слиток, и кража была доказана.Часто этот, рассказ связывают с открытием закона Архимеда, хотя он касается способа определения объема тел непра-вильной формы.Возможно, что в этом рассказе Витрувия ванна, забытая одежда и возглас «Эврика!» являются вымыслом, но нас инте-ресуют научные факты. Во-первых, бросается в глаза, что согласно описанию Витрувия Архимед сделал больше того, что требовалось. Чтобы обнаружить примесь, достаточно было сравнить объем короны с объемом равного ей веса зо-лота. По-видимому, Витрувий не вполне разобрался в какой-то другой принадлежавшей Архимеду задаче об определе-нии удельного веса тел. Об этом свидетельствует и фраза: «Отсюда он нашел, какой вес серебра соответствует какому объему воды». В ней, собственно, и содержится определение удельного веса – отношение веса к объему или к весу вытесненной воды (при измерении объема золотого слитка говорится о весе воды).Таким образом, Архимед является автором методики определения удельного веса тел путем измерения их объема по-гружением в жидкость.ОптикаВ своем стремлении математически описать явления природы Архимед выделял задачи, наиболее поддающиеся гео-метрическому анализу. Поэтому занятия Архимеда в области геометрической оптики – «катоптрике», как ее называли прежде, можно считать закономерными.Очень немного можно сказать о «катоптрике» Архимеда. От нее в позднем пересказе уцелела единственная теорема, в которой доказывается, что при отражении света от зеркала угол падения луча равен углу отражения. Свои оптические теории (как и механические) Архимед строил на основе аксиом. Одной из таких аксиом являлась обратимость хода луча – глаз и объект наблюдения можно поменять местами. Весь же круг вопросов «катоптрики» был очень широк. Перечисление проблем, которых касался Архимед в этой книге, мы находим у других авторов античного периода. Вот как об этих работах говорил Апулей: «Почему в плоских зеркалах предметы сохраняют свою натуральную величину, в выпуклых – уменьшаются, а в вогнутых – увеличиваются; почему левые части предметов видны справа и наоборот; когда изображение в зеркале исчезает и когда появляется; почему вогнутые зеркала, будучи поставлены против Сол-нца, зажигают поднесенный к ним трут; почему в небе видна радуга; почему иногда кажется, что на небе два одинако-

вых Солнца, и много другого подобного же рода, о чем рассказывается в объемистом томе Архимеда». Из других сви-детельств следует, что Архимед изучал также и явление преломления лучей в воде.С «катоптрикой» связана легенда о поджоге Архимедом римских кораблей во время осады Сиракуз. Что в ней вымы-сел и что, быть может, является отражением действительных событий, мы рассмотрим в отдельной главе.Можно не сомневаться в том, что «катоптрика» Архимеда оказала большое влияние на последующее развитие оптики.Влияние работ Архимеда на развитие физикиЕсли говорить об ученых, опередивших свое время, то Архимед, вероятно, может считаться своеобразным рекордсме-ном. Его идеи нашли продолжателей лишь через 1800 лет.Предложенное Архимедом направление в науке – математическая физика, которую он провозгласил и в которой так много сделал, не была воспринята ни его ближайшими потомками, ни учеными средневековья.Архимеда знали как гениального математика, им восхищались, его изучали и комментировали, но его физические ра-боты долгое время не получали развития.В какой-то мере в средние века на сочинениях Архимеда базировались работы ряда ученых Востока о взвешивании и определении удельного веса веществ. Математик и астроном IX в. Сабит ибн-Корра перевел на арабский язык и проко-мментировал многие сочинения Архимеда и составил трактат о рычажных весах. На основе сочинения Архимеда «О плавающих телах» крупнейшие ученые того же времени ал-Бируни и Омар Хайям провели определения удельных ве-сов большого количества металлов и драгоценных камней. При этом ал-Бируни пользовался методом сравнения значе-ний веса равных объемов различных минералов, а Омар Хайям – методом взвешивания образцов на воздухе и в воде.В эпоху Возрождения, когда центр научной мысли вновь переместился в Европу, европейская наука училась у арабс-кой. Некоторые труды Архимеда дошли до нас только в арабских переводах. Одним из первых продолжателей меха-ники Архимеда был итальянский ученый и инженер Гвидо Убальди дель Монте (1545...1607), исследовавший вопросы равновесия и решивший задачу о грузе на наклонной плоскости. Многое сделал для развития статики Архимеда другой итальянский ученый – Джовани Баттиста Бенедетти (1530...1590). Крупнейшим механиком «школы Архимеда» был фламандский ученый Симон Стевин (1548...1620). В своем классическом труде «Начала статики» он не только исхо-дит из ряда аксиом Архимеда, но и развивает его работы, анализируя целый ряд механизмов. В число постулатов Стевин вводит принцип невозможности вечного двигателя; ему принадлежит также введение обозначений сил в виде стрелок. Много Стевин сделал и в области гидростатики, развив положения Архимеда, данные им в «Плавающих телах». Интерес Стевина к этим проблемам был далеко не абстрактным, так как он занимал должность инспекто-ра плотин и консультанта голландского адмиралтейства.Главным достижением классической механики была математическая разработка законов динамики Галилеем и Нью-тоном. И хотя здесь достижения Архимеда непосредственно не использовались, его математический подход к про-блемам торжествовал. Знаменательно, что Галилей хорошо знал труды Архимеда и часто к ним обращался. Напри-мер, при рассмотрении |равноускоренного движения он писал: «Я не предполагаю ничего иного, кроме определения движения; я хочу трактовать и рассматривать это явление в подражание Архимеду, который, заявив в «Спиральных линиях», что под движением по спирали он понимает движение, слагающееся из двух равномерных (одного – прямоли-нейного, а другого – кругового), непосредственно переходит к демонстрации выводов. Я заявляю о намерении исследо-вать признаки, присущие движению тела, начинающемуся с состоянии покоя и продолжающемуся с равномерно воз-растающей скоростью, а именно так, что приращения этой скорости возрастают не скачками, а плавно, пропорци-онально времени».Архимед-инженерСлава Архимеда-инженера была внезапной и ошеломляющей, оставившей след в сознании всего эллинистического ми-ра, перешагнувшей границы стран и столетий. Инженерный гений Архимеда проявился при драматических обстояте-льствах осады Сиракуз весной 214 г. до н.э., когда Архимеду было уже за семьдесят. Эта победа над римлянами стала величайшим триумфом, который когда-либо выпадал на долю ученых.Осада«Римляне, взявшие Леонтины с первого же натиска, под действием только ужаса, – пишет Тит Ливий, – были вполне уверены, что в каком-нибудь месте они прорвутся в обширный, разбросанный по большому пространству город, и придвинули к стенам всю наличность осадных машин. И начатое с такой силой предприятие увенчалось бы успехом, если бы в то время не было одного человека. Этим человеком был Архимед».Тита Ливия отделяют от эпохи Архимеда полтора столетия. Сохранилось описание осады, более близкое по времени. Его дал в своей «Всеобщей истории» греческий историк Полибий (201...120 г. до н.э.). К сожалению, «История» Поли-бия дошла до нас в отрывках, включенных в византийскую историческую хрестоматию XII в., содержащую подобран-ные по темам цитаты из сочинений разных историков. В хрестоматии есть и раздел «об осадах», в котором уцелел рас-сказ о штурме Сиракуз.В своей «Всемирной истории», написанной примерно через пятьдесят лет после осады Сиракуз, Полибий рассказы-вает: «Начальники расположились станом невдалеке от города и решили, что сухопутное войско пойдет на приступ со стороны Гексапил(шестивратная башня в северной стене Сиракуз, куда входила леонтинская дорога), а флот – против Ахрадины(приморский район Сиракуз) у портика, именуемого Скитским, где стена тянется вдоль моря. Приготовив плетенки (переносные укрытия), метательные орудия и все прочее, нужное для осады, римляне надеялись благодаря многочисленности рабочих рук покончить с приготовлениями в течение пяти дней и не дать неприятелю подготовить-ся. Но при этом они не приняли в расчет искусство Архимеда, не учли, что иногда один даровитый человек способен сделать больше, чем множество рук...

Архимед заготовил внутри города... такие средства обороны, что защитникам не было необходимости утруждать себя непредусмотренными работами на случай неожиданных способов нападения; у них заранее было все готово к отраже-нию врага...Итак, Аппий сделал попытку приблизиться к той части стены, которая с востока упирается в Гексапилы, а Марцелл с шестьюдесятью пятипалубными судами направился против Ахрадины. Находившиеся на каждом судне люди были во-оружены луками, пращами и легкими дротиками, чтобы прогонять врага с зубцов стен. Вместе с тем римляне сняли у восьми пятипалубных судов весла – у одних с правой стороны, у других с левой, – связали суда попарно бортами, ли-шенными весел, и, действуя веслами только с наружных сторон, стали подводить к городской стене так называемые самбуки (штурмовые трапы, укрепленные на кораблях)....Однако Архимед соорудил машины, которые могли выбрасывать снаряды на любое желаемое расстояние, Враги были еще далеко от города, когда Архимед из своих больших дальнобойных метательных машин стал поражать их корабли таким множеством тяжелых снарядов и стрел, что они никак не могли уберечься от них и оказались беспомощными и бездеятельными. Когда Архимед замечал, что снаряды попадают слишком далеко... он пускал в ход меньшие машины, соответственно нужному ему расстоянию...Лишь только римляне начинали выставлять против города самбуки, осажденные тотчас же пускали в ход свои маши-ны, находившиеся внутри городских стен и остававшиеся до этих пор незаметными для врага. Когда надо было пусти-ть их в дело, они поднимались над бастионами и высовывали свои клювы далеко вперед от укреплений города. Одни несли на себе камни, весившие не менее десяти талантов (четверти тонны), другие – груды свинца. Как только самбуки приближались к стенам, осажденные, ослабляя при помощи канатов блоки, к которым «клювы» этих машин были под-вешены, поворачивали их вправо или влево – туда, где это было нужно; затем открывались задвижки и из клюва падал на самбуки камень, который разбивал не только машину, но и корабль, на котором она стояла, подвергая находивших-ся на ней воинов величайшей опасности.В распоряжении сиракузян были и другие машины; когда приближались вражеские корабли, покрытые специальными плетенками для защиты от стрел, бросаемых через отверстия в стенах, эти машины бросали камни такой величины, что находившиеся на носах кораблей принуждены были спасаться бегством. Кроме того, по приказу Архимеда опускалась железная лапа, привязанная к цепи. Этой лапой машинист, управлявший клювом машины, точно рулем корабля, захва-тывал нос корабля и затем опускал вниз другой конец машины, находившейся внутри городских стен. Он поднимал та-ким образом в воздух нос корабля и ставил корабль отвесно на корму, а затем закреплял неподвижно основание, а лапа и цепь отделялись при помощи каната. Непосредственным результатом этого было то, что корабли либо падали на бок, либо совершенно опрокидывались; еще чаще (так как носы падали с большой высоты в море) корабли совершенно на-полнялись водой и погружались к ужасу тех, которые на них находились.Марцелл оказался в очень тяжелом положении. Все его планы терпели крушение. Потери римлян были огромны, а оса-жденные глумились над всеми их усилиями...Аппий с войском очутился в столь же трудном положении и потому совсем отказался от приступа. И действительно, находясь еще далеко от города, римляне сильно терпели от метательных машин Архимеда, ибо сиракузяне имели наго-тове множество превосходных и метких метательных орудий. Оно и понятно, так как Гиерон дал на них деньги, а Ар-химед изобрел и мастерски исполнил. Итак, когда римляне приближались к городу, одни из них были, как я говорил уже выше, непрерывно обстреливаемы через отверстия в стене, терпели урон и не могли продолжать наступление, дру-гие, надеявшиеся пробиться вперед под защитой плетенок, гибли под ударами камней и бревен, падавших сверху.Много бед причинили сиракузяне римлянам и теми машинами с железными лапами... Лапы эти поднимали воинов в полном вооружении и кидали их вниз... Аппий с товарищами возвратился на стоянку и устроил совещание с трибуна-ми, на котором единогласно решили испытать все мыслимые средства, но отказаться от надежды взять Сиракузы при-ступом...Марцелл, раздосадованный неудачами, вынужден был сделать попытку тайком, ночью подойти к городу на кораблях. Когда римляне подошли к берегу на расстояние выстрела, Архимед употребил другое средство против воинов, сража-вшихся с судов. Он велел сделать в стене приблизительно на высоте человеческого роста отверстия, с наружной сто-роны имевшие ширину пальца в четыре; у отверстий изнутри стены он поставил стрелков с легкими скорпионами (са-мострелами), через отверстия обстреливал корабельных воинов и тем отнимал у них возможность что-нибудь сдела-ть...Римляне оставались под стенами города в течение восьми месяцев, и не было такой уловки или отважного дела, перед которым они остановились бы, но на приступ идти они уже ни разу не осмелились. Такова чудесная сила одного чело-века, одного дарования, умело приспособленного к какому-либо специальному делу. Вот и теперь, располагая столь значительными силами сухопутными и морскими, римляне надеялись с первого же приступа взять город и сделали бы это, если бы кто-нибудь изъял из среды сиракузян одного этого старичка. Но он был, и римляне не решались даже идти на приступ».Текст Полибия интересен во многих отношениях, тем более что его близость по времени к описанным событиям и ав-торитет Полибия как объективного историка позволяют считать описанные факты достоверными.Во-первых, ясно, что Архимед являлся одним из непосредственных руководителей обороны. Власть в Сиракузах в это время принадлежала офицерам Ганнибала (Гиппократу и Эпикиду), но о них Полибий здесь и не упоминает. Двум ри-мским полководцам – Марцеллу и Аппию противопоставлен Архимед, причем Архимед показан не только создателем системы обороны, но и ее организатором. Полибий это специально подчеркивает, употребляя выражение «по приказу Архимеда» или рассуждая о том, что римляне взяли бы город, если бы кто-нибудь изъял ученого из среды сиракузян.

Из рассказа Полибия явствует, что машинами для обороны города Архимед занимался задолго до того, как они приго-дились. Эти машины поразили воображение современников. И не только машины. Полибия явно восхищает и удивляет глубокая, мы бы сказали, математическая продуманность обороны. Видимо, Архимед умел рассчитывать не только ге-ометрические соотношения. Но сейчас основной интерес в тексте Полибия для нас представляет описание архимедо-вых машин.Как уже говорилось, Диодор Сицилийский упоминал о «многих замечательных изобретениях» Архимеда, «известных всему миру». Но «список Диодора» не Л сохранился. В рассказе же Полибия этот перечень выглядит так:метательные машины, машины для сбрасывания камней и «груд свинца» на корабли, машины с «железными лапами», опрокидывавшие корабли и хватавшие воинов, применение бойниц, устроенных в теле крепостных стен. Разберем по порядку эти названные Полибием архимедовы новшества.Метательные машиныОб античных метательных машинах известно довольно много. Но сказать, какие усовершенствования в них внес Архи-мед, не представляется возможным (текст Полибия не содержит об этом конкретных указаний). Вероятно, по дально-бойности и весу бросаемых «снарядов» они намного превосходили подобные же машины того времени. Так, во всяком случае, можно понять следующие слова Полибия: «Враги были еще далеко от города, когда Архимед из своих боль-ших дальнобойных машин стал поражать их корабли... множеством тяжелых снарядов и стрел». Но пожалуй, еще бо-льше, чем качеством архимедовой артиллерии, Полибий восхищается «системой стрельбы», совместными действиями метательных машин различной дальнобойности, которые, очевидно, не могли быть достигнуты без соответствующих расчетов и предварительной пристрелки местности. Полибий так увлекается разъяснением действия артиллерии Архи-меда, что явно переоценивает эффект стрельбы. Сначала он пишет, что из-за нее римляне не могли подойти к стенам, но потом оказывается, что сиракузянам пришлось сражаться с врагом непосредственно у стен. По-видимому, для воен-ной тактики того времени, концентрированное применение метательных машин и планирование стрельбы было важ-ным новшеством, выведенным Архимедом.Оборонительные машины ближнего действия«Железные лапы» или «сбрасыватели камней», судя по описанию Полибия, были схожи. Еще вероятнее, что это была одна и та же конструкция, которая могла оснащаться захватывающей «лапой» или сбрасываемым каменным снарядом.Во всем ли можно верить Полибию? С.Я. Лурье в своей книге «Архимед» высказывает к нему определенное недоверие именно в этом вопросе: «Рассказу о судах, вытянутых из воды железными лапами и поставленных вертикально на кор-му, верить нельзя: такого результата без помощи механического двигателя достигнуть невозможно», – пишет он.И.Н. Веселовский, напротив, доверяет Полибию и отмечает, что создание машин для опрокидывания кораблей могло служить для Архимеда толчком к изучению устойчивости плавающих тел и разработке основ гидростатики.Идея применения «подъемных кранов» для целей обороны не принадлежит Архимеду. Витрувий приводит, например, следующую историю, произошедшую почти за сто лет до знаменитой осады Сиракуз: «Был в Родосе такой архитектор Диогнет. Ему из казны ежегодно выплачивалось определенное содержание... В ту пору прибыл в Родос еще один архи-тектор Каллий из Арада, выступил с докладом и представил макет стены: на верху ее установил на вращающейся пло-щадке механизм, при помощи которого он подхватывал «гелеполу» (осадную башню) в момент подхода ее к городс-ким стенам и переправлял ее внутрь города через стену. Когда родосцы увидели этот макет, то пришли в восхищение, отняли у Диогнета установленное ежегодное содержание и эту честь перенесли на Каллия».Дальше события развивались следующим образом. В 304 г. до н.э. в ходе войн между преемниками Александра Маке-донского Деметрий Полиоркет осадил Родос. Бывший в его войске афинский архитектор Епимах соорудил осадную машину, «стоившую чудовищных средств, с затратой напряженнейшей изобретательской энергии и труда». Машина имела высоту порядка 40 м, ширину 20 м и весила около 100 т. Когда родосцы попросили Каллия осуществить свой проект и спасти их от врага, перетащив эту машину в город, он честно ответил, что сделать этого не может. Родос спас опальный архитектор Диогнет, к которому горожане явились на поклон. В ночь перед штурмом он велел незаметно вылить перед стеной огромное количество воды и грязи, и утром машина врага намертво завязла в грязи, так и не дой-дя до укреплений.Этот пример наглядно показывает дистанцию от идеи до возможности ее реального воплощения. Заслуга Архимеда как конструктора состоит в том, что он не довольствовался макетами, а доводил свои грандиозные замыслы до полного завершения.В отрывках сочинения Полибия мы находим следующие характеристики машин Архимеда.Машины были передвижными. Полибий пишет, что они скрывались за стенами и, только когда было нужно, выдвига-лись за пределы укреплений. Кроме того, их, вероятно, надо было передвигать вдоль стены к тому месту, где в этот момент совершалось нападение. Машина имела стрелу, поворачивавшуюся вокруг вертикальной оси: «Осажденные... поворачивали их вправо или вле-во... Машинист управлял машиной, словно рулем корабля...» Стрела поворачивалась также вокруг горизонтальной оси: «Этой лапой машинист... захватывал нос корабля и затем опускал вниз другой конец машины, находившейся внутри городских стен». Очень вероятно, что на конце главной стрелы помещалась вспомогательная, как у современных портовых кранов (на это указывает термин «клюв», примененный к описанию конца машины).

Описание машин Архимеда, данное Титом Ливием, в целом совпадает с описанием Полибия: «На те же корабли, кото-рые подходили ближе... Архимед при помощи выступающего за стену рычага набрасывал железную лапу; когда она захватывала нос корабля, то при помощи опускающегося до земли тяжелого противовеса нос корабля поднимался...»Плутарх в своем описании осады больше стремился к эффектности, чем к точности, но нарисованный им внешний облик машин тоже соответствует их описанию в книге Полибия, хотя слово «клюв» он понял буквально: «Другие (ма-шины) железными лапами или клювами наподобие журавлиных схватывали корабли за носы, поднимали их в воздух, ставили корабль на корму и затем топили. Часто корабль поднимало высоко над поверхностью моря, и, вися в воздухе, он, к ужасу окружающих, качался в разные стороны...»На рис. 2 показаны возможные схемы машины: 1 – машина с одним рычагом; 2 – машина с дополнительным рычагом (клювом»). В варианте 3 предусмотрен противовес, который можно перемещать по балке, чтобы уравновесить меняю-щуюся нагрузку. В схеме по варианту 4 задний конец стрелы притягивается к заделанному в землю анкеру. В этом слу-чае основание машины не испытывает опрокидывающих нагрузок, и такое решение представляется наиболее вероят-

ным.Рис. 2. Возможные схемы оборонитель-ной машины АрхимедаВо всех вариантах «лапа» прикреплена на короткой цепи к концу стрелы. Может по-казаться, что слова Полибия: «...опускала-сь железная лапа, привязанная цепью» – нужно понимать в том смысле, что с непо-движной машины висящая на цепи «лапа» опускалась при «стравливании» цепи. Од-нако вероятность такого решения мала. Чтобы захватить нос корабля, стреле нуж-но подвести «лапу» точно к нужному мес-ту. Сделать это при большой длине цепи намного труднее, чем при малой. Кроме того, механизмы вытягивания цепи слож-ны и их применение без крайней необхо-димости сомнительно. Зато построить ме-ханизм сбрасывания «лапы» с использова-нием цепи очень просто: последнее звено цепи должно висеть на стержне, который можно из-под него выдернуть.

Зная о свойствах центра тяжести, Архимед мог совместить оси поворота «клюва» с его центром тяжести и то же самое сделать с главной стрелой, уравновесив ее с «клювом». В таком случае механизм будет находиться в состоянии безраз-личного равновесия, какие бы положения ни занимала стрела. Это свойство очень важно для легкости управления ма-шиной. Без такого уравновешивания управление стрелой, вес которой должен был составлять несколько тонн, оказало-сь бы невозможным. А ведь Полибий пишет, что машиной управлял один машинист! Так что в этой машине должны были найти применение теория центра тяжести и глубокое знание законов рычага.Если «камнесбрасыватель» и «железная лапа» были одной машиной, но с разным сменным «вооружением», вес камен-ного снаряда и вес «лапы» должны были быть близкими (чтобы машина в момент наведения оставалась уравновешен-ной). По-видимому, такое требование выполнить нетрудно.Попытаемся теперь представить себе технические характеристики машины. Они, конечно, во многом должны зависеть от размеров и веса кораблей, с которыми велась борьба.Основными типами античных судов были галеры (беспалубные суда с одним ярусом весел), триремы (суда, имевшие три ряда весел) и пентеры (с пятью ярусами весел). Галеры несли команду около 80 человек и имели водоизмещение до 100 т. Команда трирем состояла примерно из 200 человек, а их водоизмещение превышало 200 т; это был наиболее распространенный тип военного корабля той эпохи. Наконец, пентеры весили больше 500 т и имели экипаж из 350... 400 человек.Как мы видим, суда уже в ту эпоху обладали внушительным весом. Поэтому правдивость приведенного Полибием описания действия «железных лап» действительно может вызвать сомнения. Чтобы поднимать корабли на воздух, эта машина должна была обладать грузоподъемностью в сотни тонн. Однако в действительности Полибий не пишет, что корабли вытягивались из воды (кстати, для целей обороны это и не нужно). Согласно описанию Полибия машины Ар-химеда лишь переворачивали корабли. А для этого требуется сила, гораздо меньшая веса корабля. Достаточно было приподнять нос корабля настолько, чтобы погрузить в воду корму или часть весельных люков. (Нижние весла у много-ярусных судов располагались так низко, что во время волнения их люки приходилось задраивать кожаными щитами.) Вода хлынет внутрь, корабль начнет погружаться и переворачиваться сам. Проделанные расчеты показывают, что для этого достаточна сила, составляющая приблизительно 10% веса корабля. Грузоподъемность архимедовых машин мог-ла составлять 10...15 т, и создание таких машин – задача, вполне разрешимая для античной техники. Такую силу впол-не могут создать объединенные действия нескольких сотен человек. Известный норвежский путешественник Тур Хей-ердал для разгадки методов транспортировки гигантских статуй на острове Пасхи, провел следующий опыт. Лежащую

на земле статую весом 12 т обмотали канатом, и 180 человек, взявшихся за канат, сравнительно легко протащили ее по земле.Если коэффициент трения камня по земле принять равным даже 0,5, то каждый из участников этого эксперимента тя-нул с силой 30 кг.Машины, с помощью которых грузы поднимались за счет силы людей, тянущих канаты, в античную эпоху применяли-сь. Витрувий описал подъёмный кран: «Груз крепится к параллельным трехкратным или пятикратным полиспастам, от которых три каната спускаются к особому блоку, который привязывается к основанию машины и содержит три роли-ка, через которые канаты, будучи продеты, передаются в руки людей для тяги. Таким образом, три ряда людей тянут без помощи ворота и быстро поднимают тяжесть на надлежащую высоту».Предполагаемое действие машины Архимеда было следующим. При приближении вражеского корабля машину подта-скивали (скорее всего, на полозьях) к опасному месту и машинисты, манипулируя стрелами, пытались захватить вра-жеский корабль. В это время канаты полиспастов были распущены и не мешали движению машины. Но как только корабль оказывался «зачаленным», нижние блоки полиспастов зацеплялись за один из анкеров, заранее заделанных в грунт вдоль стены, и сотни людей, впрягшись в канаты, бежали, притягивая внутренний конец стрелы к земле. При этом машина поднимала «клюв» и опрокидывала судно.У Полибия сказано, что лапы «поднимали воинов в полном вооружении и швыряли вниз». Если корабль еще можно подцепить крюком, то применение такого же приема против воина сомнительно. Кроме того, в этом случае «лапа», су-дя по тексту, не сбрасывалась, а расстегивалась.Что касается самой «железной лапы» – устройства для захвата судов, то это мог быть механический захват типа кле-щей или крюк. Сообщение Полибия о том, что «лапа и цепь отделялись при помощи каната», т.е. тонули вместе с кора-блем, естественное в случае применения крюка, не находится также в противоречии с возможностью использования самозатягивающихся клещей: открыть такие клещи под нагрузкой практически невозможно. В пользу клещей свидете-льствует применение «железных лап» против пехоты.Принцип этого несложного устройства описан в «Пиротехнике»итальянского инженера Вануччо Берингуччо, изданной в 1540 г. Клещи, сжимавшиеся надетым на их изогнутые ручки кольцом, применялись для захвата проволоки при воло-чении. Видимо, конструкция эта очень старая. Во всяком случае несомненно, что создание подобного захватного уст-ройства не представляло для Архимеда неразрешимой проблемы. «Железные лапы» Архимеда были уникальными ма-шинами – предками современных манипуляторов и подъемных кранов. Ни до, ни после Архимеда никто таких воен-ных машин не использовал. Психологический эффект их применения на нападавших был огромен. Плутарх пишет: «Наконец, римляне стали так трусливы, что если замечали, что над стеной движется кусок каната или бревно, то кри-чали: «Вот, вот оно!» – и, думая, что Архимед хочет направить на них какую-нибудь машину, ударялись в бегство».Бойницы в стенахАнтичная фортификация знала только сплошные стены. Амбразуры в теле крепостных укреплений (так называемый «нижний и средний бой») появились в средние века с распространением огнестрельного оружия. Недаром Полибий описывает бойницы сиракузских стен как некую хитрость, придуманную Архимедом.Из этого следует, что Архимед был не только механиком, но и строителем, причем строителем незаурядным.Бойницы сильно усложняют конструкцию стены, ведь в ее толще требуется поместить ниши для стрелков, оснастить ее соответствующими помостами и лестницами.О том, что Архимед занимался строительным делом, свидетельствует и его не дошедшее до нас сочинение «Книга опор». Отрывки из нее сохранились в «Механике» Герона, которая дошла до нас в переводе арабского ученого IX в. н.э. Косты ал-Балбаки.Изложение содержания «Книги опор» Герои открывает знаменательной фразой: «Нам совершенно необходимо разъяс-нить кое-что о давлении, его передаче и переносе с количественной стороны».Надо сказать, что «Книга опор», по-видимому, является единственной в античной технике работой, посвященной стро-ительным расчетам. Дошедшие до нас тексты этого рода относятся либо к определению пропорций между частями со-оружений, либо к вычислению объемов и стоимости нужных материалов. Но расчетов на прочность не только в эпоху Архимеда, но и гораздо позже архитекторы не вели. Это приводило иногда к огромным запасам прочности, невероятно удорожавшим сооружения, а иногда к крупным авариям. Так, в 27 г. н.э. в городе Фиденах под Римом рухнул во время гладиаторского боя амфитеатр, полный публики. В результате этой грандиозной катастрофы погибло несколько тысяч человек.Задачи, рассматриваемые в «Книге опор», состоят в определении давлений на колонны, подпирающие длинную балку или стену. Архимед решает задачу следующим образом: он мысленно рассекает балку в местах, где ее подпирают средние колонны, и таким образом получает вместо одной «многоопорной» балки ряд «двухопорных»; в этом случае определение нагрузки не составляет труда (достаточно поделить вес нужного отрезка балки пополам). С точки зр-ения современной науки такое решение задачи не совсем правильно: не учтена несущая способность самой балки.Все же решение Архимеда в ряде случаев (когда «балка» не обладает значительной жесткостью) приводит к правиль-ным результатам (например, при расчете подпорок перекрытия с земляным потолком, опор под сложенной из камней стеной или столбов, держащих желоб, в котором главной нагрузкой является вода).В «Книге опор» рассматривалось также давление двухопорной балки на колонны в случае действия на нее сосредото-ченных нагрузок (подвешивание груза); эта задача решалась правильно.Особый интерес представляет задача о балке, имеющей выступающие концы. В этом случае Архимед рассматривал ба-лку как рычаг и решение было неверно. Причиной этого было отсутствие представления о центре тяжести, что застав-ляет считать «Книгу опор» ранним произведением Архимеда, написанным до введения им этого понятия.

Водоподъемный винт

Историк Диодор в одном из своих сочинений пишет: «Нил после разливов наносит на поля новые количества ила, и обитатели легко могут орошать все поле с помощью изобретенной Архимедом Сиракузским машины, которая по при-чине своей формы носит название улитки (кохлеи)». Речь идет о винте Архимеда.В сочинении писателя II в. н.э. Атенея об удалении воды из трюма корабля сказано: «Ее отсасывал один человек при помощи изобретенного Архимедом бесконечного винта».«Улитка» устроена просто, и изготовление ее по силам любому плотнику. Вот как говорит об этом Витрувий: «Берут балку... и придают ей форму вала, обтесав по циркулю. На круглую поверхность наносят продольные и поперечные (охватывающие) линии. Потом берут гибкую просмоленную рейку и прибивают ее к бревну так, чтобы она проходила наискось через точки пересечения разметочных штрихов, т.е. шла по винтовой линии. Сверху на эту рейку набивают такую же, потом еще и еще, пока виток не станет достаточно высоким. Таким образом, рейки образуют собой винтооб-разные канальцы,...т.е. настоящую натуральную имитацию улитки. К этим спиралям прибивают обшивку из досок, чтобы закрыть спиральные ходы, затем пропитывают ее смолой и обвивают железными обручами для того, чтобы она не могла лопнуть под влиянием воды. Выступающие концы бревна кладут на опоры так, чтобы один конец обшивки был в воде, а другой поднимался над тем местом, куда надо подавать воду. В установленном наклонно винте между витками и обшивкой образуются карманы, которые заполняются водой. Поскольку эти карманы при вращении «улит-ки» как бы бегут вверх, то и захваченная ими вода поднимается, пока не выплеснется.Сохранилась помпейская фреска, на которой изображена эта машина. Вращает ее человек, переступающий ногами по самой обшивке винта.На изготовление «улитки» уходит меньше дерева, чем на изготовление водоподъемного колеса, что важно для юж-ных стран, где дерево – дефицитный материал.В Египте архимедову «улитку» можно найти и сейчас.Очень удобным оказался водоподъемный винт для откачки воды из шахт. Винты не занимали много места и хорошо вписывались в наклонные выработки.Историк Диодор, описывая испанские рудники, сообщает: «Горнорабочие встречаются иногда с подземными реками, быстрое течение которых они уменьшают, отводя их в наклонные рвы, и неутомимая жажда золота заставляет их доводить до конца свои предприятия. Самое удивительное заключается в том, что они могут целиком вывести всю воду на поверхность при помощи египетских винтов, которые изобрел Архимед Сиракузский... Они, таким образом, постепенно подымают воду вплоть до отверстия рудника и после осушения подземных галерей спокойно в них рабо-тают. Эта машина так искусно устроена, что с ее помощью можно поднять громадные массы воды и даже легко вывести целую реку из земных глубин на поверхность».Преимущества водоподъемного винта обеспечили ему широкое применение в течение многих столетий. Наброски архимедовых винтов имеются среди технических рисунков Леонардо да Винчи. Но по конструкции они отличаются от античных. Винт образуется спиральной трубой, надетой на стержень. «Это изобретение», – писал Галилей об архиме-довом винте, – не только великолепно, но просто чудесно, поскольку мы видим, что вода подымается в винте, беспре-рывно опускаясь».Другие механизмы АрхимедаСреди средств практической механики, которые, по выражению Диодора, «известны всему миру», устройства, принад-лежащие Архимеду, следует искать в числе тех, которые не упомянуты в «Механических проблемах» и, следователь-но, не были, по-видимому, известны ко времени Архимеда, но встречаются в сочинениях более поздних авторов – Витрувия, Герона и Паппа.Прежде всего, как уже говорилось, речь может идти об изобретении Архимедом многоступенчатого редуктора и червя-чной передачи – механизмов, примененных Архимедом для перемещения корабля «силой одного человека». Плутарх назвал в качестве примененного Архимедом средства полиспаст. Но полиспаст упоминается в «Механических проб-лемах» и, следовательно, был изобретен до Архимеда. Это вовсе не означает, что Плутарх передал неверные сведения. Применение Архимедом полиспаста очень вероятно. Но простой расчет показывает, что для цели демонстрации Архи-меда (перемещение судна одним человеком) одного лишь полиспаста для получения нужного выигрыша в силе недос-таточно.

Действительно, триера весила около 200 т и, чтобы сдвинуть ее с места при благоприятных условиях, требовалась сила не меньше 20 т. Полиспаст мог применяться для того, чтобы увеличить число тянущих канатов и тем самым уменьши-ть их толщину. Но практически построить полиспаст с числом канатов, большим десяти, не удается (с увеличением количества блоков быстро растут потери на трение). Поэтому для получения усилия в 20 т к его канату требовалось приложить силу не меньше 2 т, и передвижение корабля «силами одного человека» с помощью только полиспаста ис-ключено. Зато в многоступенчатом редукторе «выигрыш в силе» с увеличением числа ступеней растет в геометричес-кой прогрессии, а потери – т в арифметической, и коэффициент полезного действия получается намного выше. Поэто-му канат полиспаста, как это делается и сейчас, должен был наматываться на барабан лебедки с многоступенчатым ре-дуктором.

Следует, однако, отметить, что практического применения зубчатые редукторы в античную эпоху не нашли. Редуктор нужен при использовании быстроходных двигателей, а древняя техника вынуждена была ограничиваться силой людей и животных, которые не развивают большой скорости. Поэтому античная механика обходилась блоком и воротом, а если груз был очень велик, в канаты впрягались десятки и сотни людей. Поэтому, видимо, восходящие к Архимеду ко-нструкции лебедок, описанные Героном и Паппом, имели чисто теоретический или «демонстрационный» характер.Архимеда многие исследователи считают также изобретателем винта и червячной передачи. Принадлежность этих изобретений Архимеду кажется очень вероятной: от водоподъемного винта до обычного – один шаг. Атеней пишет, что Архимед сдвинул корабль «с помощью изобретенного им винта». Он же называет архимедову водоподъемную «улитку» «бесконечным винтом». В сочинениях Герона и Паппа описан винт не с гайкой, а с ползуном, который может скользить по расположенной вдоль винта линейке и имеет выступ, входящий между витками резьбы винта. Эта конст-рукция является даже для эпохи Герона (I в. н.э.) архаичной, так как в то время уже широко применялись винты с гай-ками (пресс с деревянным винтом и гайкой найден при раскопках сукновальной мастерской в Геркулануме). Винт с гайкой проще описанного Героном и может передать большую нагрузку. Возможно, что Героном была описана «уста-ревшая» конструкция двухсотлетней давности, заимствованная из какого-то сочинения Архимеда.И винт, и червяк относятся к механизмам, не упомянутым в «Механических проблемах».Есть еще один механизм, также не упомянутый в «Проблемах», который мы имеем право условно включить в список изобретений Архимеда. Это уже упоминавшееся устройство, описанное Витрувием под названием «амфирион». Меха-низм, о котором идет речь, состоял из барабана с обернутым вокруг него канатом. Другой канат обертывался вокруг вала, держащего барабан. При сматывании первого каната с барабана второй канат наматывается на вал; при этом на-тяжения первого и второго канатов будут относиться как радиусы барабана и вала. Таким путем можно получить выи-грыш в силе в 4...6 раз. Судя по книге Витрувия, это простое по конструкции и очень удобное устройство широко при-менялось в грузоподъемных машинах.Так, практическая деятельность Архимеда стимулировала его научные исследования и давала возможность прове-рять на опыте результаты этих исследований.Легенда о жгущих зеркалахВ 1747 г. французский натуралист и изобретатель Жорж Луи Бюффон писал: «История зажигательных зеркал Архиме-да широко известна и знаменита. Он изобрел их для защиты своей родины. Древние говорят, что он направил солнеч-ный огонь на вражеский флот и обратил его в пепел. Но подлинность этой истории, в которой не сомневались в тече-ние пятнадцати или шестнадцати веков, была в последнее время подвергнута сомнению и даже признана фантастичес-кой. Декарт отрицал возможность подобного изобретения, и его мнение одержало верх над свидетельствами ученых и писателей античной эпохи. Современные физики разделяют его мнение. Древним они оставляли только то, чего нельзя у них отнять.

Как бы то ни было, это изобретение попало в ряд других многочисленных открытий древности, исчезнувших только потому, что современники предпочли легкий путь их отрицания тернистой дороге воссоздания; и зажигательные зер-кала были настолько обесславлены, что о восстановлении их репутации, казалось, не могло быть и речи.Чтобы «обжаловать» приговор Декарта, нужно было располагать более сильными аргументами, чем различные дово-ды. Поэтому противникам Декарта оставался лишь один способ, который действительно мог дать решительные резуль-таты, но в то же время был очень трудным и отчаянным. Способ состоял в попытке воспроизвести зеркала с целью по-лучить тот же эффект».

Надо сказать, что Бюффону удалось осуществить свой план и создать зеркало, которое зажигало дерево на расстоянии 50 м. Бюффон, желая решить загадку истории, поступил так же, как в наше время Тур Хейердал с его знаменитыми плаваниями на плоту «Кон-Тики» и камышовых «Ра». Он доказал, что такое в принципе было возможно, хотя, разуме-ется, это не равносильно доказательству, что такое было.Чем же кончился спор о зажигающих зеркалах Архимеда? Обратимся к литературе. В «Истории естествознания» Ф. Даннемана (1913 г.) читаем: «Против приступов флота осажденные боролись при помощи горящих головней. Позд-нейшие историки создали из этого совершенно невероятную басню, будто Архимед зажег суда осаждающих при помо-щи вогнутых зеркал». Перед нами полное отрицание реальных оснований легенды.То же самое, хотя и в не столь грубой форме, можно прочесть в современной «Истории физики» Марио Льоцци, выше-дшей в 1970 г.: «Предание о применении Архимедом зажигательных стекол для поджога римских кораблей является несомненно легендой более позднего происхождения».В отношении ученых к зеркалам Архимеда можно отметить четыре стадии. Сперва, во время слепого доверия к антич-ным источникам, рассказы о них считались истиной; делались попытки их реконструкции и теоретического обоснова-ния. Однако в XVII в. в результате развития оптики Иоган Кеплер и Рене Декарт, великие ученые, работавшие в этой области, высказали теоретически обоснованные сомнения в возможности создания таких зеркал, и рассказы о них ста-ли для науки легендой. Третий период, длившийся около ста лет – от опытов Бюффона, опровергших доводы Декарта, до середины прошлого столетия, возродил веру в реальность этого изобретения Архимеда. Новая полоса скептическо-го отношения была связана уже с недоверием к историческим источникам, сообщавшим о зеркалах. Это недоверие опиралось на авторитет известного датского филолога Гейберга, который в конце прошлого и начале нашего века мно-го занимался изучением наследия Архимеда и о реальности архимедовых зеркал высказался резко отрицательно.В последних посвященных Архимеду работах этот вопрос уже даже не обсуждается.Ниже мы рассмотрим исторические свидетельства, послужившие источниками легенды, и влияние этой легенды на ра-звитие физики.Источники легендыСохранилось всего три описания штурма Сиракуз: Полибия (II в. до н.э.), Тита Ливия (I в. до н.э.) и Плутарха (I в. н.э.). Ни в одном из этих рассказов нет упоминаний не только о сожжении кораблей зеркалами, но и вообще о применении огня.Первые следы легенды обнаруживаются в литературе II в. н.э. Это упоминания, сделанные вскользь для украшения те-кста.Греческий сатирик Лукиан, в шутливой речи по поводу открытия бани, говорит о важности союза теории и практики и в пример архитекторам он ставит Архимеда, который «при помощи своего искусства сжег неприятельские корабли».Другое упоминание содержится в сочинении «О темпераменте» знаменитого римского ученого-медика Галена. Описывая пожар, Гален рассказывает, что стена здания загорелась от жара пламени, и добавляет: «Таким же образом, говорят, и Архимед поджег триремы врага зажигательными зеркалами».В обоих случаях о сожжении кораблей говорится как об общеизвестном факте, не требующем разъяснений, так что, очевидно, уже во II в. н.э. легенда была достаточно распространена.Четыреста лет спустя вопрос о зеркалах Архимеда разбирает византийский ученый Анфимий из Тралл в сочинении «О чудесных механизмах». Сохранившийся отрывок из этого сочинения является не только источником, но и первым нау-чным достижением, порожденным вестью об архимедовых зеркалах.

Анфимий жил в VI в. Он был математиком, скульптором и архитектором, строителем знаменитого Софийского собора в Константинополе.В своем сочинении Анфимий стремится дать реконструкцию зеркал, исходя из радиуса действия, равного дальности полета стрелы. Это расстояние является для Анфимия одним из условий задачи, почерпнутом, видимо, из источников, которые до нас не дошли.Анфимий пишет: «Требуемое расстояние казалось большим и представлялось невозможным получить воспламенение, но поскольку никто не мог оспаривать славу Архимеда, который сжег корабли римлян с помощью отражения солнеч-ных лучей (в этом все сходились единодушно), то резонно было полагать, что задача могла быть решена с помощью принципов, изложенных ниже».Анализируя задачу, Анфимий приходит к выводу, что решение кроется в применении системы плоских зеркал: «При помощи многих плоских зеркал можно отразить в одну точку такое количество солнечного света, что его объединен-ное действие вызовет загорание. Этот опыт можно сделать с помощью большого числа людей, каждый из которых бу-дет держать зеркало в нужном положении.Но чтобы избежать суматохи и путаницы, удобнее применить раму, в которой закрепить 24 отдельных зеркала с помо-щью пластин или, еще лучше, на шарнирах. Подставляя этот механизм солнечным лучам, надо правильно установить центральное зеркало, а потом и остальные, быстро и ловко наклоняя их... так, чтобы солнечные лучи, отраженные эти-ми различными зеркалами, направлялись в ту же точку...»В заключение Анфимий в подтверждение правильности своей реконструкции добавляет: «Следует заметить, что все прочие авторы, которые говорили о зеркалах божественного Архимеда, упоминали не об одном зеркале, но о многих».О каких «прочих авторах» идет речь, мы не знаем, но, по-видимому, в то время было известно несколько не дошедших до нас исторических источников, сообщавших о факте поджога кораблей на расстоянии полета стрелы, но не дававших описаний устройства зеркала.Что же касается научного значения реконструкции Анфимия, то она представляет собой единственный реальный вари-ант решения задачи. Анфимий предложил то, что в современной солнечной энергетике называется гелиоконцентрато-ром.Последние сообщения об архимедовых зеркалах (также византийские) относятся уже к XII в. Первое, незначительное, принадлежит Евстахию Солунскому, который в «Комментариях к Илиаде» пишет: «Архимед при помощи правил «ка-топтрики» сжег римский флот на расстоянии полета стрелы». Более подробный рассказ содержится в «Истории», сос-тавленной Цеци, который, как на источник, ссылается на Диодора Сицилийского. Цеци пишет: «Когда римские кораб-ли находились на расстоянии полета стрелы, Архимед стал действовать шестиугольным зеркалом, составленным из небольших четырехугольных зеркал, которые можно было двигать при помощи шарниров и металлических планок. Он установил это зеркало так, чтобы оно пересекалось в середине зимней и летней солнечными линиями, и поэтому при-нятые этим зеркалом солнечные лучи, отражаясь, создавали жар, который обращал суда римлян в пепел, хотя они на-ходились на расстоянии полета стрелы».Совпадение ряда технических подробностей устройства зеркала у Цеци и в реконструкции Анфимия показывает, что Цеци использовал в своем описании эту реконструкцию.Наконец, последнее, несколько загадочное сообщение сохранилось в «Анналах» Зонары. Вот его рассказ: «Этот геоме-тр, собрав солнечные лучи на зеркале, с помощью этих лучей, собранных и отраженных затем толщиной и гладкостью зеркала, воспламенил воздух и разжег большое пламя, которое он затем направил на корабли, входившие в сферу его действия. Корабли были все обращены в пепел».Этим, собственно, исчерпываются сведения об архимедовых зеркалах.Споры и опытыВ отличие от историков ученые, занимавшиеся оптикой, воспринимали одно: великий геометр зажег солнечными лу-чами дерево на расстоянии полета стрелы. Возможно ли это? И если это правда, то каким способом Архимед добился такого эффекта?Первым, кто взглянул на легенду о зеркалах, как на задачу, был, по-видимому, Анфимий. Он предложил совершенно правильное решение, но, вероятно, не проверил его на опыте, требовавшем немалых затрат.Реконструкция Анфимия в несколько искаженном виде стала известна в европейской науке через «оптику» польского математика ХШ в. Вителия. Вителий рассказывает легенду о самом Анфимий, согласно которой архитектор, поссорив-шись со своим соседом ритором Зеноном, сжег его дом с помощью составного зеркала. Зеркало состояло будто бы из семи шестиугольных зеркал, одно из которых помещалось в центре, а остальные – по сторонам. Современник Анфи-мия, византийский историк Агафий рассказывает, что Анфимий, поссорившись с соседом Зеноном, напугал соседа и его гостей «грозой». «Гром» был вызван ударами по металлическим листам, а «молния» изображалась с помощью на-правленного на дом ритора солнечного зайчика.По-видимому, первая попытка реализовать предложение Анфимия принадлежит немецкому математику и филологу Афанасию Кирхеру. В изданной в 1674 г. книге «Великое искусство света и тени» он рассказывает, что совмещал отра-жения солнца от пяти плоских зеркал и получил значительный нагрев, хотя и недостаточный для зажигания дерева. Правда, сам Кирхер, полностью веря в сожжение Архимедом кораблей врага, считал, что Архимед должен был приме-нить что-то вроде знакомого нам «гиперболоида инженера Гарина», дающего параллельный пучок сконцентрирован-ных лучей, способных зажигать дерево на любом расстоянии. Для образования такого пучка Кирхер предлагает труб-чатое зеркало в виде усеченного параболоида вращения или систему из двух таких зеркал.Однако еще за сорок лет до выхода книги Кирхера знаменитый французский философ и математик Рене Декарт (1596... 1650) в своей «Диоптрике» убедительно показал, что свести солнечные лучи в точку, так же как и создать параллель-

ный пучок жгущих лучей, невозможно. Поскольку Солнце – не световая точка, а диск с видимым угловым поперечни-ком в 32', то любая точка зеркала отражает не луч, а конус лучей, пришедших из разных точек солнечного диска, име-ющий при вершине угол 32'. Поэтому размер отражения, отброшенного зеркалом, независимо от его формы не может быть меньше хорды дуги 32', и чем дальше «зайчик» будет от зеркала, тем он будет крупнее и тем меньшей (при той же площади зеркала) окажется его освещенность. «Зажигательное зеркало, диаметр которого меньше, чем сотая часть расстояния между ним и местом, где сосредоточиваются солнечные лучи... даже, если бы оно было отшлифовано анге-лом, не может... нагреть то место больше, чем лучи, излучаемые непосредственно солнцем». Действительно, тангенс 32' равен примерно 0,01, и при таких соотношениях наименьший теоретически возможный размер «зайчика» не мень-ше поперечника зеркала и их освещенности сравняются.Далее Декарт добавляет: «Только люди, не слишком сведущие в оптике, убеждены в реальности многих небылиц; эти зеркала, с помощью которых Архимед, якобы сжег издали корабли, либо были чрезвычайно велики, либо, что вероят-нее, вовсе не существовали».Авторитет Декарта и справедливость его рассуждений сделали свое дело. К середине XVIII в. зеркала Архимеда в нау-чной среде стали считаться несомненной легендой, причем их легендарность обосновывалась невозможностью их осу-ществления.И вот, ровно через 110 лет после выхода «Диоптрики» Декарта, в 1747 г. Бюффон опубликовал свой шестой мемуар – «Изобретение зеркал для воспламенения предметов на больших расстояниях». Это произведение Бюффона малоизвес-тно. Оно написано непосредственно перед началом его работы над знаменитой «Естественной историей», прославив-шей Бюффона как одного из первых эволюционистов в космогонии, геологии и биологии. И «Естественная история» настолько заслонила для потомков этот эпизод в жизни ученого, что о его опытах с зеркалами сравнительно быстро забыли. Тем не менее эти исследования представляют собой интересную страницу в истории гелиотехники и мы расс-мотрим их достаточно подробно.В своем шестом мемуаре Бюффон пишет: «Сначала я исследовал, насколько ослабевает солнечный луч при отражении на различные расстояния и какие вещества отражают его всего сильнее... Я нашел, что даже не очень тщательно отпо-лированные амальгамированные зеркала несравненно лучше отражают свет, чем любые, прекрасно отполированные металлы».Методику своих фотометрических экспериментов Бюффон излагает так: «Я поместился напротив стеклянного зер-кала с книгой в руке в комнате, где царила совершенная ночь и где я не мог различить ни одного предмета; в соседней комнате на расстоянии примерно 40 футов я велел зажечь одну свечу; ее приближали ко мне до тех пор, пока я не стал различать буквы... В этот момент расстояние от свечи до книги составляло 24 фута. Затем, повернув книгу в сторону зеркала, я пытался читать с помощью этого же, но уже отраженного света. Я велел при этом заслонить ширмой часть прямого света, не попадавшего на зеркало, чтобы на книгу попадал только отраженный свет. Свечу пришлось приблизить, что делалось постепенно до тех пор, пока я не смог читать те же буквы, освещенные отра-женным светом; теперь расстояние от книги до свечи, включая расстояние от книги до зеркала... равнялось 15 фу-там... Отсюда я вывел, что сила, или количество, прямого света относятся к силе отраженного, как 576 к 225. Та-ким образом, действие света пяти свечей, отраженного плоским зеркалом, приблизительно равно действию прямого света двух свечей».Выбрав в качестве основы стеклянные зеркала и решив воспользоваться для концентрации света группой плоских зер-кал, ученый приступил к определению требуемых размеров зеркала.Бюффон хотел построить зеркало с дальностью действия 240 футов. При этом диаметр «зайчика» не мог быть меньше 2 футов (66 см). Ученый вычислил, что зеркало должно иметь диаметр 216 футов (71 м!), что было неосуществимо. Но Бюффон не отступил и продолжал экспериментировать. «Зеркало, – писал он, – диаметром в три фута дает довольно сильный нагрев, достаточный для расплавления золота, и я решил посмотреть, что я выиграю, если заставлю его вос-пламенять всего лишь дерево». Новый диаметр проектируемого концентратора лучей оказался равным 30 футам (10 м). «Сооружение такого зеркала мне также представилось вещью невозможной, – пишет Бюффон и продолжает: – Имея такие резоны, которые, очевидно, свидетельствовали о невозможности существования зеркала, я не мог ничего противопоставить одному предположению... Это предположение заключалось в том, что действие тепла могло быть не пропорциональным количеству света, или, что то же самое, при одинаковой интенсивности большие «очаги» зажигают сильнее, чем малые».И Бюффон смело нарушает границы геометрической оптики; он делает шаг вперед в понимании физики явления, пред-полагая, что рассеяние тепла заметно зависит от размера нагреваемой поверхности. Отбросив сомнения, он сооружает составное зеркало с площадью в 13 раз меньше расчетной. Предположения Бюффона оказались правильными – его зе-ркало смогло зажигать дерево на расстоянии 50 м.Зеркало, построенное по указаниям Бюффона механиком Пассманом, состояло из 168 плоских стеклянных зеркал раз-мером 16,2×21,5 см; общая отражающая площадь составляла 5,85 м2. Зеркала закреплялись на общей раме подвижно, что позволяло сводить отраженные от всех зеркал солнечные лучи в заданную точку, меняя фокусное расстояние.Вот как описывает Бюффон испытания своего прибора: «Первый опыт я провел 23 марта 1747 г.: с помощью всего ли-шь 40 зеркал я воспламенил буковую просмоленную доску на расстоянии 66 футов, т.е. я использовал только четвер-тую часть всего составного зеркала. Но здесь следует сказать, что зеркало еще не было установлено, поэтому его поло-жение было очень неудобным, оно образовало с Солнцем угол около 20°.Третьего апреля в четыре часа вечера зеркало было поднято и установлено на свою опору; при помощи 112 зеркал бы-ло произведено воспламенение доски, покрытой рубленой шерстью, на расстоянии 138 футов, хотя Солнце было оче-нь слабым. Нужно быть осторожным, приближаясь к месту, где находятся воспламенямые предметы, и не смотре-

ть на зеркало; если глаза окажутся в фокусе, человек будет ослеплен. 10 апреля после полудня при достаточно ярком Солнце воспламенили еловую просмоленную доску на расстоянии 150 футов всего лишь при помощи 128 зеркал; восп-ламенение произошло совершенно внезапно, причем на всей площади освещенного пятна. 11 апреля, поскольку фокус находился на расстоянии в 20 футов от зеркала, понадобилось только 12 зеркал, чтобы воспламенить мелкие го-рючие предметы. При помощи 21 зеркала зажгли буковую доску, с помощью 15 зеркал удалось расплавить большой сосуд олова, весом около 6 фунтов, 117 зеркалами были расплавлены тонкие листы серебра. Так как освещенное пя-тно при этом расстоянии достаточно велико – 6×7 дюймов, то появляется возможность ставить опыты в широ-ком масштабе со всеми металлами, что было бы невозможно при использовании обычных зеркал, у которых «очаг» или очень слабый, или в сто раз меньше, чем у моего зеркала.Я заметил, что металлы, и особенно серебро, дымят, прежде чем расплавиться. Дым бывал настолько сильным, что над землей образовывалась дымовая завеса, и именно здесь я мог наблюдать «очаг»; невозможно смотреть на него, когда свет падает на металл.Для установки зеркала и совмещения всех отражений в одной точке нужно около получаса, но когда зеркало уже соб-рано, установлено и настроено, им можно пользоваться в любой момент, стоит лишь сдвинуть занавеску. Зеркало вос-пламеняет горючие вещества очень быстро...Описанные мною опыты были проведены публично в Саду короля на горизонтальной площадке». (Садом короля назы-вался Парижский ботанический сад, директором которого Бюффон был с 1739 г.)Опыты Бюффона говорят сами за себя. Не подлежит сомнению, что зеркало, подобное тому, которое он построил, бы-ло бы в эпоху Архимеда грозным орудием боя.Но сам Бюффон не помышлял о военном использовании своего изобретения. Такая попытка в век огнестрельного ору-жия была бы бессмысленной. Для него зеркало – это прежде всего солнечная печь, источник «чистого» тепла, необхо-димый для химических опытов.О том, насколько актуальной была эта проблема для науки того времени, говорит тема составленной в 1741 г. диссер-тации М.В. Ломоносова, которая называлась «Рассуждение о катоптрико-диоптрическом зажигательном инструменте». Инструмент Ломоносова состоял из ряда зеркал, которые направляли солнечные лучи на линзы, сводившие их в одну точку. Цель этой работы М.В. Ломоносов формулировал так: «Вознамерившись ввести в область химии приборы фи-зиков, а также истины, ими открытые, чтобы до известной степени облегчить трудности, встречающиеся в этой науке... я счел за благо, по мере сил моих, уничтожить каким-либо способом упомянутые трудности и попытаться увеличить зажигательную силу этих приборов, которые прославлены столькими работниками, двинувшими вперед естествозна-ние, и которые, я не сомневаюсь, придут на помощь в химических работах, требующих сильного огня...».Опыты Бюффона вызвали большой интерес, в том числе и в России. В инструкции, данной Петербургской академией наук 11 августа 1747 г. советнику И.И. Таубергу, уезжавшему за границу, наряду с другими поручениями предлагалось «проведать о нововымышленном в Париже зеркале».Так, весть о зеркале Архимеда дала в руки ученых на пороге нового времени важный инструмент для научного иссле-дования, ставший позже прообразом многих гелиоустановок.После успешных опытов Бюффона мнение о реальности архимедовых зеркал возродилось. Большую роль здесь сыграл французский историк и филолог Луи Дютан, который скрупулезно собирал упоминания античных авторов о различ-ных древних изобретениях, в частности о зеркалах Архимеда. Он же разыскал и впервые опубликовал в 1768 г. отрыв-ки из сочинения Анфимия «О чудесных механизмах».Таким образом завершилась длившаяся столетия дискуссия. Вопрос о невозможности поджога кораблей зеркалами был снят и, кроме того, был создан (или воссоздан) мощный гелиоконцентратор.Но со временем работы Бюффона были забыты и незаметно снова распространилось мнение о технической невозмож-ности существования архимедовых зеркал.Совсем недавно интерес к легенде оживил опыт греческого инженера-механика Иоаниса Сакаса, проделанный в нояб-ре 1973 г. Гамбургская газета «Цайт» так описала опыт: «В порту Скараманга неподалеку от Афин по его (Сакаса) рас-поряжению выстроилось несколько десятков солдат. Каждый держал прямоугольное зеркало размером 91×50 см. На расстоянии около 50 м от берега поставили лодку, груженную смолой. По команде Сакаса солдаты несколько раз под-нимали щитообразные зеркала – ученый искал нужный угол, чтобы сфокусировать солнечные лучи на лодке. И вдруг лодка задымилась, а затем вспыхнула ярким пламенем».Итак, техника сказала свое слово. Что же может сказать история?Было или не было?В легендах о зеркалах нет сведений, которые противоречили бы истории или возможностям техники эпохи Архимеда. В источниках говорится о поджоге кораблей, а не о сожжении флота. Это не противоречит рассказу Полибия о штурме Сиракуз. Действительно, пожар на двух-трех, даже десяти кораблях не мог существенно повлиять на ход морской ата-ки, в которой только тяжелых кораблей участвовало 60.Но на чем основано предположение об ограниченном применении сиракузянами «лучевого оружия»? Количество по-дожженных кораблей источники не указывают, и коль скоро жгущие зеркала были изобретены, они в принципе могли применяться и достаточно широко. Мог ли Архимед, планируя систему обороны, принять зеркала в качестве основно-го средства защиты? Очевидно, не мог. Ведь достаточно было врагам напасть в пасмурный день или ночью, и зеркала оказались бы бесполезными, тогда как метательные машины и «железные лапы» могли действовать в любых условиях. Поэтому массовое применение зеркал сомнительно.

Далее, упоминаемый в источниках радиус действия зеркал – дальность полета стрелы (50...100 м) – является вполне те-хнически осуществимым. Реален и подход кораблей к стене на такое или даже более близкое расстояние во время по-пыток высадить десант.Обратим еще внимание на то, что в источниках говорится о применении зеркал только против флота, хотя они мог-ли повредить пехотинцам Аппия ничуть не меньше, чем морякам Марцелла, воспламеняя переносные укрытия, ослеп-ляя и обжигая воинов. Однако взглянем на карту Сиракуз. Оказывается, положение Солнца по отношению к сражаю-щимся исключало применение зеркал против пехоты. Пешее войско наступало со стороны Гексапил – ворот, располо-женных в центре северной стены города, и Солнце находилось за спиной их защитников, флот Марцелла, напротив, атаковал Ахрадину, район, обращенный на восток. Здесь Солнце светило со стороны моря, и условия для применения зеркал были наилучшими.Стоит вспомнить и о том, что было всего два штурма Сиракуз – дневной и после его неудачи ночной. Не было ли в ка-кой-то мере такое решение римлян вызвано желанием «обезвредить» зеркала?Наконец, легенда приписывает постройку зеркал Архимеду – человеку, который действительно был способен их созда-ть. Идея перехода от криволинейного зеркала к группе плоских кажется вполне естественной для Архимеда, часто при-менявшего в геометрических доказательствах замену кривых вписанными и описанными многоугольниками. У него было время для опытов и постройки самых разнообразных машин и сооружений, были средства, щедро отпускавшиеся Гиероном. Таким образом, признание за легендой реальных оснований не требует пересмотра известной из источников картины штурма Сиракуз, а явится в ней лишь неким дополнением.Вернемся снова к источникам легенды. Византийский историк Зонара, как уже говорилось, писал: «Этот геометр... вос-пламенил воздух и разжег большое пламя, которое он затем направил на корабли».Откуда могла взяться в легенде такая деталь, как «горящий воздух»? Следует сказать, что зрелище, напоминающее «горение» воздуха, можно видеть на гелиоустановках, если в фокус крупного зеркала попадает дым. Освещенный соб-ранными лучами Солнца, он выглядит как парящий в воздухе клубок огня.Во время штурма над местом схватки могли оказаться и дым, и пыль от разрушаемых стен. Тогда действие зеркала Ар-химеда внешне выглядело бы именно так, как описывает Зонара, и именно так оно могло быть воспринято очевидцем, видевшим, но не понимавшим сути происходящего.Основным возражением против реальности легенды остается отсутствие каких-либо упоминаний о зеркалах в трех до-шедших до нас описаниях осады – Полибия, Тита Ливия и Плутарха.Молчание Полибия, писавшего всего через полстолетия после падения Сиракуз, кажется очень веским доводом против реальности зеркал Архимеда. На первый взгляд представляется совершенно невероятным, чтобы этот историк, всегда скрупулезно описывающий применявшуюся в той или иной битве военную технику, прошел бы мимо сообщений о применении зажигательных зеркал, если бы такие сообщения ему были известны.Однако нельзя упускать из виду и другие особенности этого автора – его крайнюю недоверчивость. Представляется со-мнительным, чтобы Полибий, например, принял всерьез рассказ, подобный сообщению Зонары.Авторитет Полибия и его популярность были значительными. Его мнение для многих последующих историков несом-ненно имело большой вес, и поэтому можно не удивляться отсутствию упоминаний о зеркалах у Тита Ливия и Плута-рха.Таким образом, отсутствие упоминаний о зеркалах в источниках, посвященных осаде Сиракуз, не может считаться достаточно веской причиной для полного отрицания реальной основы легенды.Итак, было или не было? Вопрос этот, разумеется, однозначно решить нельзя. Но во всяком случае поджог Архимедом кораблей с помощью жгущих зеркал из разряда событий, совершенно невероятных, следует перевести в категорию вполне возможных.Архимед-астрономТит Ливий, как уже говорилось, назвал Архимеда «единственным в своем роде наблюдателем неба и звезд». И хотя ас-трономические сочинения ученого до нас не дошли, можно не сомневаться, что эта характеристика не случайна. Через четыре столетия после Архимеда на него ссылается наряду с Гиппархом великий астроном античности Клавдий Пто-лемей (70...147) в связи с определением длины года. Значит, полученные Архимедом результаты были известны и ос-тавались ценными для астрономов последующей эпохи. То, что осталось от астрономических сочинений Архимеда, ра-зумеется, характеризует его вклад в астрономию далеко не полностью.Мы знаем всего о трех астрономических работах ученого.Во-первых, сам Архимед вскользь рассказал о своих измерениях углового диаметра Солнца и коснулся других астро-номических вопросов в арифметическом сочинении «Псаммит». Во-вторых, христианский автор III в. Ипполит привел в своей книге «Опровержение всех ересей» значения расстояний между орбитами некоторых планет, взятых из какой-то утерянной позже работы Архимеда.Наконец, в-третьих, сохранилось четыре разделенных столетиями упоминания о «небесном глобусе» Архимеда – свое-образном планетарии, который был одним из замечательных произведений античной механики.«Псаммит» и античная астрономияСлово «псаммит» обычно переводят как «исчисление песчинок». Оно имеет астрономическое содержание и арифмети-ческий характер, причем основной решаемой здесь задачей является описание изобретенного Архимедом способа за-писи очень больших, мы бы сказали, астрономических чисел и демонстрация действий с ними. Мы остановимся в ос-новном на астрономических сторонах этой работы Архимеда.«Псаммит» – одно из поздних произведений ученого, в котором он по существу пытался определить размеры солнеч-ной системы (или, по представлениям того времени, размеры вселенной). Оно посвящено Гелону, сыну и соправителю Гиерона.

«Как ты знаешь, – обращается Архимед к Гелону, – большинство астрономов называют миром шар, центр которого со-впадает с центром Земли, а радиус равен прямой, заключенной между центрами Солнца и Земли... Но Аристарх Самос-ский выпустил в свет книгу о некоторых гипотезах, из которых следует, что мир гораздо больше, чем понимают обыч-но. Действительно, он предполагает, что неподвижные звезды и Солнце находятся в покое, а Земля обращается по окружности круга... между Солнцем и неподвижными звездами, а сфера звезд... так велика, что круг, по которому... обращается Земля, так же относится к расстоянию до неподвижных звезд, как центр сферы к ее поверхности».О каких системах мира говорит здесь Архимед?Античные ученые достигли поразительных результатов в геометрическом истолковании видимых движений небесных тел, оказав огромное влияние на последующее развитие астрономии и смежных наук.Представления о шарообразности Земли и окружающей ее вселенной возникли в Греции в VII...VI вв. до н.э. При этом считалось, что шарообразный мир находился в непрерывном вращении.Такая модель мира хорошо отражает суточное вращение неба. Ведь звезды находятся так далеко, что их взаимные пе-ремещения научились улавливать только в середине прошлого века. Небесный свод ведет себя как цельная сфера, ко-торая вращается вокруг «оси мира», проходящей через центр Земли.Первая научная гипотеза о строении вселенной принадлежала школе Пифагора, возникшей в V в. до н.э. Она хорошо объясняла движение Солнца и изменение длительности дня в зависимости от времени года. Об этой гипотезе мы знаем только из более поздних упоминаний, и неизвестно, насколько детально она была разработана. Самым замечательным с современной точки зрения в ней было утверждение, согласно которому Земля вращается вокруг своей оси и движе-ние Небес есть не что иное, как обман чувств. От этого утверждения потом отказались многие астрономы и философы.Вообще же представления пифагорейцев сильно отличались от наших. В середине вселенной он поместил «централь-ный огонь», который назвал в честь богини священного огня Гестией. Солнце было лишь зеркалом, отражавшим свет Гестии. Но центр Земли по необходимости должен был тоже находиться в центре мира. Как совместить эти, казалось бы, несовместимые условия? И было предположено, что Земля не представляет собой единого тела, а состоит из двух независимых полушарий – Земли и Антиземли (Антихтона), разделенных по экватору неким просветом, через который жар священного пламени распространялся на небосвод. Античных географов такое предположение не смущало, так как считалось, что в районе экватора расположен необитаемый выжженный пояс. Наличие огня внутри Земли подтвер-ждали вулканы. Так что гипотеза была по-своему стройной и логичной. Интересно, что во времена Архимеда у нее еще были приверженцы.В V в. до н.э. в астрономических представлениях греков произошли существенные изменения. Во-первых, афинские астрономы Метон и Евктемон открыли, что дни весеннего и осеннего равноденствия делят год не на равные части. Это значит, что Солнце движется по небесному своду с непостоянной скоростью. Во-вторых, в Греции стали более широко известны результаты изучения движения планет, которое вели вавилонские астрономы. Вавилоняне открыли, что пла-неты движутся среди звезд неравномерно, иногда останавливаются, делают попятные движения. Астрономы Вавилона знали и отклонения Луны и планет от эклиптики по широте.Эта запутанная картина наблюдаемых движений светил требовала осмысления. Платон, считавший небо средоточием совершенства, а равномерное вращение совершеннейшим из всех видов движений, поставил задачу объяснения движе-ния светил, исходя из равномерных вращений.Первым эту задачу решил ученик Платона – знаменитый геометр Евдокс Книдский (408...355 гг. до н.э.).По Евдоксу, Земля висела в центре мира, окруженная серией вложенных друг в друга концентрических сфер. Последователи Ари-стотеля считали сферы хрустальными, но для самого Евдокса они, скорее всего, были лишь математическими абстрак-циями. Светило располагалось на поверхности сферы, ось вращения которой наклонно закреплялась на следующей сфере и т.д. Сложение ряда вращений, происходящих в разных плоскостях, давало качественно верную картину не-бесных движений.Но поскольку центры всех сфер совпадали с центром Земли, расстояние от нее до любого из светил считалось постоян-ным. Поэтому увеличение яркости Марса во время противостояний, свидетельствовавшее как будто о приближении планеты к Земле, в системе Евдокса не находило объяснения.Младший современник Евдокса – Гераклид Понтийский (388...315 гг. до н.э.) объяснил это явление, построив систему, которая более правильно описывала мир. Его модель содержала элементы гелиоцентрической системы. Исходя из того что Меркурий и Венера никогда не отходят от Солнца дальше, чем на дугу определенного значения (Меркурий не пе-реходит рубежа в 22°, а Венера – в 46°), Гераклид предположил, что они обращаются вокруг Солнца. Так, Гераклид ввел в астрономию понятие эпициклического движения, т.е. кругового обращения небесного тела относительно цент-ра, который в свою очередь обращается вокруг Земли. По-видимому, по этим представлениям, вокруг Солнца обраща-лся также Марс, а возможно, и остальные планеты. Их орбиты по отношению к Земле получались эксцентричными, причем равномерное движение по эксцентричной окружности хорошо объясняло непостоянство наблюдаемой с Земли скорости и попятные движения планет. Подобно Филолаю, Гераклид считал, что Земля вращается вокруг оси.С точки зрения кинематики совершенно безразлично, обращается ли Земля вокруг Солнца или Солнце вокруг Земли, – расстояние между ними остается неизменным. Вопрос, находится ли Земля в центре мира, всегда упирался в поведе-ние «сферы неподвижных звезд». Она ведет себя так, словно ее центр совпадает с центром Земли (звезды неизменно сохраняют свое взаимное расположение). Простые законы перспективы указывают на то, что если бы Земля перемеща-лась внутри этой сферы, то созвездия, к которым она приближается, казались крупнее, в то время как на противопо-ложной стороне неба созвездия выглядели бы «сжимающимися». Отсутствие таких явлений объяснялось расположе-нием Земли в центре мира. Как потом стало ясно, это в действительности объясняется тем, что расстояния до звезд очень велики.

Такое предположение из всех астрономов древности высказал только старший современник Архимеда – Аристарх Самосский (310...250 гг. до н.э.).Переданные Архимедом слова Аристарха о том, что орбита Земли так относится к расстоянию до звезд, как центр сфе-ры к ее поверхности, отражают представление Аристарха об очень далеком расположении звезд.Однако эта гениальная догадка в античной астрономии не получила поддержки. Вероятно, некоторых испугала нарисованная Аристархом без-дна, другим казалось необоснованным утверждение, что звезды, так похожие по виду на планеты, должны быть приз-наны телами совсем другой природы, гораздо более яркими.Эти же доводы полторы тысячи лет спустя явились основными научными возражениями против системы Коперника и побудили Тихо Браге предложить систему, кинематически равноценную гелиоцентрической, но свободную от этого «недостатка». В системе Тихо Браге, как и у Гераклида, планеты обращались вокруг Солнца, а само оно и сфера звезд – вокруг Земли.Наконец, современник Архимеда – математик Апполоний Пергский (262...200 г. до н.э.), доказал, что движение по экс-центричной орбите равноценно движению по эпициклической, если радиус эпициклической орбиты равен расстоянию до центра эпицикла (деференту), а радиус эпицикла – эксцентриситету (рис. 3).

Рис. 3. Изображение перемещений «верхней» планеты с помощью движений по эксцентру и эпициклу.Рис. 4. Эпициклическая система мираПланета М обращается вокруг Солнца С по окружности, которая по отношению к Земле О является эксцентром. То же движение можно представить в виде движения планеты М по эпициклу с центром А, который обращается по окружно-сти с центром О (деференту)Согласно этой гипотезе движение «верхних» планет можно описать, закрепив их на вращающихся сферах, центры ко-торых обращаются вокруг Земли. Но в отличие от эпициклов Меркурия и Венеры, центром которых было Солнце, цен-тры эпициклов остальных планет оказывались лишь математическими точками (рис. 4).Этой схеме суждено было сыграть в истории астрономии огромную роль, так как именно ее положил в основу своей системы мира Клавдий Птолемей.Создание основных моделей мира в эпоху Архимеда было закончено. Настало время наблюдений, уточнений схем, пе-рехода от качественных оценок к получению количественных результатов. Через полстолетия после Архимеда Гиппа-рх сумел описать неравномерность скорости движения Солнца, предположив, что это движение совершается по эксце-нтрической орбите. Его работу использовал Птолемей, построивший удивительно точную и удобную для вычислений систему, в которой комбинация эпициклических и эксцентрических равномерных вращений описывала изменение ско-рости небесных тел на разных участках траектории не только качественно, но и количественно.Система Птолемея была венцом античной астрономии. Прекрасное совпадение этой расчетной модели с данными наб-людений и большие возможности для уточнения объясняют ее долгую жизнь. Окончательно вытеснила ее только сов-ременная система, предложенная в XVII в. Иоганном Кеплером.Но вернемся к работе Архимеда «Псаммит».Для расчета расстояния до Солнца Архимеду надо было знать видимый угловой диаметр Солнца, и он описывает ме-тодику своих измерений. Это описание – очень редкий в сохранившейся античной литературе пример измерения с на-хождением поправки на неточность наблюдений. Архимед пишет: «Аристарх нашел, что диаметр видимого диска Солнца составляет приблизительно семьсот двадцатую часть круга зодиака; в моих исследованиях я также пытал-ся способом, изложенным ниже, при помощи инструментов найти угол, в который может вместиться Солнце, если взять вершину в глазу. Получить точное значение этого угла – дело нелегкое, потому что ни глаз, ни руки, ни прибо-ры, при помощи которых производится отсчет, не обеспечивают достаточной точности».

Это очень важное замечание. Греческие астрономы и математики той эпохи при замечательном остроумии пост-роений и расчетов не придавали должного значения точности наблюдений. Методику своих измерений Архимед опи-сывает так: «Поместив длинную линейку на отвесную подставку, расположенную в месте, откуда я предполагал на-блюдать восходящее Солнце, обточив на токарном станке небольшой цилиндр и поставив его отвесно на линейку, я сейчас же после восхода направлял линейку на Солнце, когда оно находится близ горизонта и на него еще можно пря-мо смотреть, и помещал глаз у конца линейки; при этом помещенный между Солнцем и глазом цилиндр затенял Сол-нце. Отодвигая цилиндр от глаза, я устанавливал его в положение, когда Солнце начинало чуть-чуть появляться с обеих сторон цилиндра, Теперь если смотрящий глаз был как бы точкой и из места на конце линейки, где помещался глаз, были проведены касательные к цилиндру, то угол, заключенный между касательными прямыми, был бы меньше имеющего вершину в глазу угла, в который может вместиться Солнце, так как кое-что от Солнца усматривалось по обе стороны цилиндра; поскольку же глаз нельзя считать смотрящим как бы из одной точки, но из некоторой площа-дки, то я взял круглую площадку, по величине не меньшую зрачка, и поместил ее на конец линейки». В этом отрывке поражает недоверие ученого к органам чувств и его попытка учесть при измерении размеры зрачка. Архимед уже в то время сознавал, что абсолютной точности при измерении добиться нельзя.Описав получение значения угла «не большего», чем диск Солнца, он рассказывает о нахождении значения угла «не меньшего»: «Если на линейке отодвинуть цилиндр настолько, чтобы он полностью заслонял Солнце, и от конца линей-ки, где помещался глаз, провести прямые касательные к цилиндру, то угол... будет не меньше угла, в который могло бы вместиться Солнце».Таким образом, Архимед получил два значения угла – 1/164 и 1/200 доли прямого угла, между которыми находится искомый видимый поперечник Солнца. Если перевести эти значения в наши меры, то получатся углы 35'55" и 27'. Дей-ствительный видимый поперечник Солнца (32') лежит в найденных Архимедом пределах, причем ближе к большему значению.Приведенный отрывок дает представление об Архимеде как наблюдателе неба и о приборах, которыми пользовались астрономы того времени. Мы видим, что «угломер» Архимеда был очень примитивным, но методика измерений была безупречной. Увеличивая размеры цилиндра и линейки, можно было значительно сблизить границы, между которыми заключалась измеряемая величина. Интересно применение Архимедом «маски», заслоняющей Солнце, в форме цилин-дра, а не в виде прямоугольной планки. Очевидно, ученый хотел таким образом исключить ошибки, которые могли бы возникнуть при неперпендикулярности планки лучу зрения. Указание о том, что цилиндр должен быть выточен на ста-нке, тоже имеет смысл: токарная обработка обеспечивает правильность его формы.В «Псаммите» есть еще одно важное для истории астрономии место: получив видимый угловой диаметр Солнца, Ар-химед учитывает, что проводил наблюдения с поверхности Земли, а не из ее центра. При расчете расстояния между центрами Солнца и Земли он вносит соответствующую поправку. Это нововведение является важным вкладом в астро-номическую науку.«Числа Ипполита» и система мира АрхимедаПожалуй, самым интересным в сохранившемся астрономическом наследии ученого являются приведенные в сочине-нии Ипполита двенадцать величин расстояний между планетами. Проделанный анализ этих чисел позволил частично восстановить примененную Архимедом методику определения размеров планетных орбит и воссоздать систему мира, которой он придерживался.Ипполит был римским епископом и вел активную литературную полемику с различными «ересями», причем часто и подробно цитировал своих противников. Разбирая мнения разных астрономов о размерах мира, он привел величины межпланетных расстояний, вычисленных Архимедом.Текст Ипполита, относящийся к Архимеду, можно условно разбить на три части. В первой приводятся восемь расстоя-ний между орбитами небесных тел, причем не всегда ясно, от какой орбиты ведется отсчет: «Расстояние от поверхнос-ти Земли до лунной орбитам,.. Архимед (оценивает) в 554 мириады 4130 единиц стадий (1 стадий = 150...190 м. – Прим. ред.); от лунной до солнечной орбиты – стадий 5026 мириад 2065 единиц; от нее до орбиты Венеры – стадий 2027 мириад 2065 единиц, от нее до орбиты Меркурия...» (см. табл.).Во второй части Ипполит говорит об архимедовых размерах «сферы неподвижных звезд». «Периметр же зодиака он принял четыре вторых числа 4731 мириада, таким образом получается, что расстояние от центра Земли до самой край-ней поверхности будет шестой частью этого числа»... (Число я принимается равным трем.)Числа Ипполита

Наименование расстояний (согласно тексту Ипполита)

Значения расстоянийВведенные обозначениямириады (десятки тысяч)

стадий единицы стадий

1 От поверхности Земли до Луны 554 4130 a

2 От лунной до солнечной орбиты 5026 2069 b

3 От нее до орбиты Венеры 2027 2065 c

4 От нее до орбиты Меркурия 5081 7165 d

5 От нее до орбиты Марса 4054 1108 e

6 От нее до орбиты Юпитера 2027 5065 f

7 От нее до орбиты Сатурна 4037 2065 g

8 От нее до зодиака 2008 4009 h

9 Периметр зодиака 44731 i

10 От орбиты Сатурна до Земли 12160 4454 k

11 От Меркурия до Земли 5269 8259 l

12 От Венеры до Земли 5081 5160 m

13 Радиус Земли (дан без ссылки на Архимеда) 4 n

«Вторыми числами» в «Псаммите» Архимед называл мириады мириад, т.е. сотни миллионов. Это введенное им обоз-начение не прижилось, и поэтому упоминание «вторых чисел» подтверждает, что Ипполит привел данные, действите-льно принадлежащие Архимеду.Наконец, в последней части отрывка приводятся архимедовы расстояния от трех планет до Земли: «От орбиты Сатурна до Земли, – как он говорит, – будет вторых чисел одна единица 2160 мириад 4454 единицы стадий; от Меркурия до Зе-мли 5268 мириад 8259 единиц; от Венеры до Земли 5081 мириада 5160 единиц».Эти числа представляются как бы «лишними», так как их, казалось бы, можно вычислить из предыдущих. Но именно «избыточность» информации, заключенная в них, является, как мы увидим, решающей при анализе всей группы чисел.Эти двенадцать чудом сохранившихся архимедовых чисел позволяют воссоздать хотя бы приблизительно облик «все-ленной Архимеда».В группе чисел, сохраненных Ипполитом, действительно удалось найти ряд математических соотношений.Во-первых, некоторые из вычисленных Архимедом межпланетных расстояний кратны какому-то «модулю», равному 2027 мириадам стадий, который, по-видимому, является радиусом орбиты Меркурия. Так, расстояние «до орбиты Марса» (е = 4054) вдвое больше «модуля», а расстояние «от орбиты Сатурна до Земли» (k = 12160) равно «модулю», взятому 6 раз (с точностью до двух мириад стадий).Во-вторых, совершенно определенно очерчивается граница мира – небо недвижных звезд. Расчеты радиуса этой сферы двумя разными путями дают один и тот же результат. Действительно, если к радиусу орбиты Сатурна (числу k = 12160) прибавить расстояние до зодиака (h = 2008), то получится 14168. Если же поделить на π число i = 44731, считая его полупериметром зодиака, получится для радиуса сферы неподвижных звезд 14 180 мириад стадий, т.е. значение, близкое к первому.Наконец, в-третьих, «модуль» (число с = 2027), расстояние от Земли до Солнца А и не совсем понятное расстояние от Меркурия до Земли (число l) подчиняются теореме Пифагора.Расстояние от Земли до Солнца состоит из радиуса Земли (числа n = 4), расстояния от ее поверхности до орбиты Луны (числа a = 554) и расстояния от лунной до солнечной орбиты, которым, видимо, является число d = 5081. Сумма этих чисел составляет А = 5640 мириад стадий.Легко видеть, что

Действительно,

Для числа l в тексте приведено значение 5269. Таким образом, несовпадение составляет всего 5 мириад стадий.Итак, если из отрезков А, с и l сложить треугольник, то он окажется прямоугольным, а угол между сторонами А и l будет равен 21°, что близко к углу наибольшего видимого отклонения Меркурия от Солнца. Найденное соотношение несомненно представляет собой след вычисления Архимедом радиуса орбиты Меркурия.Если считать планету обращающейся вокруг Солнца, то размер ее орбиты легко вычислить, воспользовавшись перпен-дикулярностью касательной и радиуса, проведенного из центра в точку касания (рис. 5). Действительно, луч зрения земного астронома, наблюдающего планету в момент ее наибольшего видимого удаления от Солнца, будет касатель-ным к орбите. Зная расстояние от Земли до Солнца (катет) и угол между этим катетом и гипотенузой (его можно изме-рить), легко вычислить длину второго катета, который и будет искомым радиусом орбиты. Этот способ годится для определения радиусов орбит так называемых «нижних планет» – Меркурия и Венеры.Числа Ипполита дают возможность воссоздать облик «вселенной Архимеда» (рис. 6).В ее середине находится Земля, вокруг нее обращаются Луна и Солнце. Орбиты трех ближайших планет – Меркурия, Венеры и Марса – очерчены вокруг него. Радиусы планетных орбит кратны между собой и относятся как 1:2:4. Инте-ресно, что эти соотношения близко отражают действительность. По данным Архимеда, относительное (по сравнению с расстоянием от Земли до Солнца) значение радиуса орбиты Меркурия составляет 0,36 (в действительности 0,39, ошиб-ка 8%), орбиты Венеры 0,72 (совпадает с действительным), Марса 1,44 (в действительности 1,52, ошибка 5%). Такое совпадение не может быть случайным, ясно, что радиусы орбит этих планет получены на основе наблюдений с высо-кой по тем временам точностью. (Правда, расчеты Архимеда, относящиеся к другим планетам, оказались неверными.) Таким образом, числа Ипполита свидетельствуют о наиболее раннем из известных науке определении межпланетных

расстояний. Оно удалось Архимеду потому, что он исходил из удачной модели, считая орбиты этих планет гелиоцент-рическими.Интересной особенностью системы мира Архимеда является пересечение орбит Сатурна и Юпитера с орбитой Марса. Это построение, хотя и является неверным, помогает нам судить о физических представлениях ученого. Такое пересе-чение орбит совершенно исключает гипотезу цельных сфер, несущих небесные тела, и определенно говорит о том, что Архимед представлял себе планеты как отдельные тела, летящие в пространстве.

Рис. 5. Схема определения относительного радиуса орбиты планетыРис. 6. Система мира Архимеда (указаны межпланетные расстояния в мириадах стадий). a = 554, d = 5081, A = 5640, c = 2027, h = 2007, n = 4Небесный глобус АрхимедаВидевшие глобус отзывались о нем с восхищением. Сам Архимед, вероятно, высоко ценил это свое детище, так как на-писал об устройстве глобуса специальную книгу, которая, к сожалению, до нас не дошла. О небесном глобусе Архиме-да мы можем судить только по сохранившимся упоминаниям.Самое раннее упоминание о глобусе Архимеда относится к I в. до н.э. В диалоге знаменитого римского оратора Цице-рона «О государстве» разговор между участниками беседы заходит о солнечных затмениях, и один из них рассказы-вает: «Я вспоминаю, как я однажды вместе с Гаем Сульпицием Галлом, одним из самых ученых людей нашего отечес-тва... был в гостях у Марка Марцелла... и Галл попросил его принести знаменитую «сферу», единственный трофей, ко-торым прадед Марцелла пожелал украсить свой дом после взятия Сиракуз, города, полного сокровищ и чудес. Я часто слышал, как рассказывали об этой «сфере», которую считали шедевром Архимеда, и должен признаться, что на пер-вый взгляд я не нашел в ней ничего особенного. Более красива и более известна в народе была другая сфера, созданная тем же Архимедом, которую тот же Марцелл отдал в храм Доблести. Но когда Галл начал с большим знанием дела объяснять нам устройство этого прибора, я пришел к заключению, что сицилиец обладал дарованием большим, чем то, каким может обладать человек. Ибо Галл сказал, что... сплошная сфера без пустот была изобретена давно... но, – сказал Галл, – такая сфера, на которой были бы представлены движения Солнца, Луны и пяти звезд, называемых... блуждаю-щими, не могла быть создана в виде сплошного тела; изобретение Архимеда изумительно именно тем, что он приду-мал, каким образом при несходных движениях во время одного оборота сохранить неодинаковые и различные пути. Когда Галл приводил эту сферу в движение, происходило так, что на этом шаре из бронзы Луна сменяла Солнце в те-чение стольких же оборотов, во сколько дней она сменяла его на самом небе...».В III в. н.э. о глобусе упоминает римский христианский писатель – Лактанций. Воспользовавшись глобусом как мате-риалом для риторического украшения, Лактанций достаточно много говорит о возможностях прибора: «Я вас спраши-ваю, ведь мог же сицилиец Архимед воспроизвести облик и подобие мира в выпуклой округлости меди, где он так раз-местил и поставил Солнце и Луну, что они как будто совершали каждодневные неравные движения и воспроизводили небесные вращения; он мог не только показать восход и заход Солнца, рост и убывание Луны, но сделать так, чтобы при вращении этой сферической поверхности можно было видеть различные течения планет...»Последнее упоминание о глобусе принадлежит римскому поэту V в. Клавдиану. Клавдиан воспел архимедов глобус в стихах незадолго до захвата Рима готами. Само появление такого стихотворения показывает, что в эпоху крушения империи, упадка наук и распространения мистицизма глобус Архимеда был для людей символом могущества челове-ческого разума. Тон стихотворения не оставляет сомнений в том, что Клавдиан видел архимедов глобус в действии (больше чем через 600 лет после его создания!):Неба устав, законы богов, гармонию мира –Все Сиракузский старик мудро на землю принес.Воздух, скрытый внутри, различные движет светила

Точно по дивным путям, сделав творенье живым.Ложный бежит зодиак, назначенный ход выполняя,Лик поддельный Луны вновь каждый месяц идет.Смелым искусством гордясь, свой мир приводя во вращенье,Звездами вышних небес правит умом человек.В приведенных отрывках бросается в глаза изумление перед этим творением Архимеда. Для Цицерона создание подо-бного глобуса доступно лишь ученому, обладающему «дарованием большим, чем то, каким может обладать человек». Клавдиан восхищается мудростью ученого, как бы укравшего у богов тайны «гармонии мира». Причем «чудесность» глобуса связывается не с его внешним видом, а с внутренним устройством. Об этом говорит и Цицерон.Основой механического глобуса Архимеда был обычный звездный глобус, на поверхность которого наносятся звезды, фигуры созвездий, небесный экватор и эклиптика – линия пересечения плоскости земной орбиты с небесной сферой. Вдоль эклиптики расположены 12 зодиакальных созвездий, через которые движется Солнце, проходя одно созвездие в месяц. Не выходят за пределы зодиака и другие «блуждающие» небесные тела – Луна и планеты (их орбиты лежат примерно в той же плоскости, что и земная). Глобус закрепляется на оси, направленной на полюс мира (полярную зве-зду), и погружается до половины в кольцо, изображающее горизонт. Созвездия показаны на нем зеркально. И для того чтобы представить себе, как они выглядят на небе, надо мысленно перенестись в центр шара. Звездный глобус исполь-зовали как подвижную карту звездного неба. Зная, в каком созвездии будет находиться в момент наблюдения Солнце (например, июль оно проводит в созвездии Рака, август – в созвездии Льва, сентябрь – в созвездии Девы и т.д.), глобус вращали до тех пор, пока это созвездие не заходило за круг горизонта. Такому положению глобуса соответствовал вид звездного неба вечером. Поворачивая шар на нужные углы, можно было легко узнать вид неба в любое время. Естест-венно, что какая-то часть шара никогда не оказывалась выше горизонта; в этой части находились созвездия южного полушария, неизвестные ученым того времени.Солнце, Луна и звезды на обычном звездном глобусе отсутствуют, их невозможно изобразить, так как они непрерывно меняют свое положение по отношению к звездам. Архимеду как раз и удалось решить эту задачу. Заставив с помощью специальных механизмов перемещаться макеты светил, он создал своеобразный планетарий, демонстрировавший все видимые движения небесных тел и даже фазы Луны.Зная возможности архимедова глобуса, можно в какой-то мере судить о его конструкции. Такая попытка реконструк-ции была сделана, и сейчас мы с большой долей вероятности можем представить себе, как он был устроен.По-видимому, вдоль круга зодиакальных созвездий в медной обшивке сферы были прорезаны продолговатые окна, за которыми перемещались макеты светил. «Светила» приходили в движение, когда глобус начинали вращать. При этом «... «Луна» сменяла «Солнце» в течение стольких же оборотов, во сколько дней она сменяла его на самом небе...» (Ци-церон), т.е. движения глобуса и светил были кинематически связаны между собой в соответствии с действительными соотношениями скоростей небесных тел. Так, за один оборот глобуса «Луна» должна была перемещаться на 1/27 долю окружности в направлении, противоположном направлению его вращения, в то же время «Солнце» должно было про-ходить за «Луной» путь, примерно в 12,5 раза меньший. Такого эффекта можно добиться, поместив внутри глобуса ось, перпендикулярную эклиптике, и закрепив на ней держатели с макетами светил. Держатели должны были быть связаны между собой с помощью многоступенчатых зубчатых передач, разработанных Архимедом.Для того чтобы представить себе, как мог Архимед показать на своем глобусе фазы Луны, можно обратиться к старин-ным часам. Многие стенные и настольные часы XIX в. имели механизмы, изображавшие лунные фазы. При этом при-менялись два способа их изображения: с помощью наполовину зачерненного шара, который поворачивался на оси, или с помощью шторки, прикрывавшей изображение лунного диска. Первый способ дает более точное изображение фаз Луны. Любопытно, что в древности существовала гипотеза именно такой природы лунных фаз. Витрувий сообщает, что вавилонский астроном Берос учил, что «Луна есть шар наполовину блестяще-белый, наполовину лазоревого цве-та». Фазы, как он считал, происходили из-за вращения Луны. При этом Витрувий тут же излагает и правильное объяс-нение лунных фаз, данное Аристархом Самосским. При использовании шторки точное изображение фаз невозможно; в ряде случаев вместо «вогнутого» серпа получается выпуклость, что, впрочем, нисколько не смущало часовщиков. Оба способа мог применить и Архимед, связав зубчатой передачей шарик или шторку с держателем «Солнца».Сложнее должно было обстоять дело с планетами. Их движение неравномерно: иногда планеты останавливаются, идут назад, потом снова устремляются в прежнем направлении, чертя среди звезд характерные петли.Для воспроизведения планетных движений Архимед мог воспользоваться астрономическими построениями Евдокса. Знаменитый геометр показал, что сложное движение планеты можно разложить на равномерное движение вдоль экли-птики некоего центра и колебательное движение небесного тела относительно этого центра. Такое движение могло осуществляться с помощью особого планетарного механизма. По-видимому, в глобусе использовался и пневматичес-кий привод в виде сопел и воздушных турбинок, причем, скорее всего, он применялся для вращения механизмов коле-бательного движения «планет». Воздух, вероятно, должен был нагнетаться насосом или воздушными мехами, когда глобус начинали вращать.Разумеется, описанная конструкция не претендует на полную достоверность; это одно из возможных решений задачи создания механического «планетария», позволяющее оценить сложность проблем, с которыми должен был столкнуть-ся Архимед.В античную эпоху не существовало механизмов, по сложности хоть сколько-нибудь близких к «архимедовой сфере». Этим и объясняется восхищение писавших о ней авторов, которые, вероятно, несколько переоценивали ее сложность.О том, что у Архимеда были продолжатели, свидетельствуют найденные остатки астрономических часов (или подвиж-ного астрономического календаря), относящихся к I в. до н.э. Части этого прибора были найдены в 1900 г. на поднятом

со дна моря недалеко от острова Антикитира античном корабле. Эти части были покрыты толстым слоем отложений. Началась кропотливая работа по расчистке и реконструкции прибора, которая продолжалась не одно десятилетие и полностью не закончена до сих пор. Прибор представлял собой бронзовую коробку, в которой помещалось несколько дисков, соединенных сложной системой зубчатых колес. На дисках сохранились следы обозначений знаков зодиака, месяцев, градуировок. Антикитирский прибор может представлять собой «плоский» вариант архимедова глобуса.Книга Архимеда об устройстве небесного глобуса, содержавшая описание его механизмов, была известна долгое вре-мя. Поэтому вполне вероятно, что многое в конструкции механических часов, родиной которых является Византия, было подсказано Архимедом – создателем механического небесного глобуса.Таким образом, Архимед предстает перед нами и как астроном-наблюдатель, и как теоретик, и как конструктор астро-номических приборов.Мы видим, что и в астрономии Архимед проявил замечательную широту интересов и стремление соединить абстрак-цию и конкретность, теорию и практику. Он наблюдал небо, занимался сложными теоретическими построениями, провел громоздкие расчеты для определения размеров вселенной.В книге «Измерение круга» Архимед с высокой точностью вычислил число π, определив, что оно больше, чем 3,1408, но меньше, чем 3,1428.Знание этого числа было прежде всего необходимо для нужд астрономии (для других целей в то время было вполне достаточным считать это число равным 3).Но кроме занятий астрономией, Архимед заботился и о распространении астрономических знаний, для чего им и был создан первый в истории планетарий, много столетий бывший непревзойденным творением практической механики.Последние годыБиографии Архимеда нет. Но сохранился рассказ римского писателя Тита Ливия о событиях в Сиракузах накануне оса-ды города римлянами, его штурме и падении. Архимед упоминается в этом рассказе как один из руководителей обо-роны города. Многие драматические события, описанные Ливием, возможно, произошли на его глазах, и, конечно, все происходившее должно было глубоко волновать великого ученого и главного военного инженера сиракузской крепос-ти.Мы приведем здесь отрывки из XXIV книги «Истории» Тита Ливия и постараемся разобраться в перипетиях внутрен-ней борьбы в Сиракузах, которая непосредственно касалась Архимеда и, вероятно, была главным содержанием послед-них лет его жизни.Рассказ Ливия о сиракузских событиях начинается со смерти Гиерона, случившейся в 215 г. до н.э., т.е. на четвертом году 2-й Пунической войны. Ливий пишет: «В том же году умер Сиракузский царь Гиерон, верный союзник римского народа, и положение римлян в Сицилии резко переменилось. Царство перешло к внуку Гиерона Гиерониму, еще сов-сем мальчику ! и вдобавок безнадежно испорченному дурными друзьями, а потому неспособному распорядиться не только ничем неограниченной властью, но даже самим собою. Гиерон предвидел, что в руках внука Сиракузское госу-дарство может погибнуть. Но лучшего наследника у него не было, и уже незадолго до смерти он решил дать Сираку-зам свободу. Этому, однако же, изо всех сил воспротивились его дочери, которые рассчитывали, что Гиероним будет правителем только по имени, а на деле править станут они и их мужья – Адранодор и Зоипп. Нелегко было девяносто-летнему старцу спорить с любимыми дочерьми, не покидавшими его ни днем ни ночью. Кончилось тем, что он назна-чил внуку пятнадцать опекунов...Нрав нового правителя обнаружил себя не только во внешнем его обличий, но и в том, как презрительно и грубо он со всеми обходился, как надменно выслушивал просьбы, как редко допускал к себе не только чужих, но даже опекунов, в неслыханной его распущенности и жестокости. Очень скоро всеми овладел такой страх, что иные из опекунов, опасая-сь мучительной казни, покончили с собой, иные бежали. Доступ к царю сохранили только трое – Адранодор, Зоипп и некий Трасон. Андранодор и Зоипп держали сторону Карфагена, Трасон стоял за дружбу с Римом, и они часто ссори-лись между собой, а Гиеронима их споры и столкновения развлекали.Но случилось так, что друг и сверстник царя узнал о заговоре, который составился против Гиеронима. Известен был только один из заговорщиков. Его арестовали и начали пытать, чтобы он выдал соучастников. Человек этот отличался и мужеством, и преданностью товарищам и потому, когда муки сделались нестерпимыми, решил солгать и вместо ви-новных назвал людей, совершенно к заговору непричастных, и первого – Трасона. Гиероним поверил и немедленно ка-знил Трасона. Таким образом, единственная дружеская связь между Сиракузами и Римом распалась и уже никто не по-мешал друзьям карфагенян отправить посольство к Ганнибалу».Здесь Ливий старается показать непричастность римской партии к первому заговору против Гиеронима, но его версия выглядит неубедительно. В византийской хрестоматии в разделе «О посольствах» сохранился отрывок из «Истории» Полибия о посольстве сиракузян к Ганнибалу. Он начинается словами: «После покушения на Гиеронима и смерти Тра-сона...» Между тем Ливий о покушении ничего не говорит. Видимо, он старался смягчить этот компрометирующий Рим эпизод.Что же двигало сторонниками карфагенской и римской партий? Победы Ганнибала при Тразиментском озере и Каннах ослабили Рим, и Сиракузы, подобно многим другим греческим городам, получили возможность завоевать самостояте-льность. Союз Сиракуз с Римом был союзом побежденного с победителем. Он был основан на военной победе римлян в начале 1-й Пунической войны; его приходилось «подтверждать» щедрыми подарками, что унижало достоинство не-когда великого города. Кроме того, наступил момент, когда война между Карфагеном и Римом должна была перекину-ться на Сицилию. В этой борьбе Сиракузы также имели шанс расширить свои владения, но это было возможно сделать только в союзе с Карфагеном: ведь большая часть Сицилии находилась под властью Рима.Такие патриотические наст-

роения вдохновляли руководимую членами «дома» Гиерона карфагенскую партию, которой, видимо, должен был со-чувствовать Архимед.Римскую партию возглавляла старая аристократия, оттесненная не принадлежавшим к ней Гиероном. Для нее союз с Римом был главной опорой в борьбе за власть. Но конечно, немалую роль играл и страх перед могущественным, жес-токим и мстительным «союзником».На первом этапе карфагенская партия взяла верх, открыто порвав с Римом. Но миссия дружбы была послана не в Кар-фаген, а в Италию» в лагерь Ганнибала.О дальнейших событиях Ливий повествует так: «Пуниец (Ганнибал) прислал ответное посольство, и договор был зак-лючен. Двое послов, к большому удовольствию Ганнибала, остались при Гиерониме. Они родились в Карфагене, но происходили от грека, сиракузского изгнанника. Звали их Гиппократ и Эпикид.Прибыли послы и от римского правителя Сицилии – претора Аппия Клавдия. Они заявили, что хотят возобновить со-юз, который был у Рима с Гиероном. Гиероним не дал им никакого ответа и только спросил насмешливо: «Чем там у вас кончилась битва при Каннах?..».Римляне предупредили сиракузского царя, чтобы он не торопился с изменою. Приближенные Гиеронима выехали в Карфаген, где договорились о том, что пунийцы высадятся в Сицилии и вместе с сиракузянами прогонят римлян, а затем новые друзья и союзники поделят остров пополам, так что границею между их владениями будет река Гимера».С этого времени в Сиракузах появляется наемное войско, которое сыграло в последующих событиях немалую роль. В сиракузском войске оказалось много «римских перебежчиков», что вызвало особую ярость римлян. Вероятно, это бы-ли воины, сосланные в Сицилию после битвы при Каннах в 216 г. до н.э. История их такова. Остатки разбитого Ганни-балом войска скопились в двух укрепленных лагерях, и перешедшие в лагерь на левом берегу реки Ауфиды обвинили воинов, оставшихся на правом берегу, где был и лагерь Ганнибала, в измене и желании сдаться врагу. По этому, скорее всего несправедливому, обвинению несколько тысяч человек были разжалованы и отправлены в Сицилию до конца во-йны без права производства в офицеры. Часть этих обиженных и желавших отомстить правителям Рима людей и при-шла под знамена Сиракуз.«Впрочем, все внезапно расстроились, – продолжает Ливий, – царь с войском явился в город Леонтины, и там возник новый заговор – среди солдат и младших начальников. Заговорщики заняли под постой свободный дом на узкой уло-чке, по которой Гиероним каждый день ходил на городскую площадь. Все засели там, держа оружие наготове, а одно-му (по имени Диномен) велели стать у дверей и, как только царь пройдет мимо, загородить под каким-нибудь предло-гом дорогу свите: Диномен и сам принадлежал к царским телохранителям, а потому мог вызвать меньше подозрений, чем любой другой. Диномен сделал вид, будто хочет ослабить слишком туго затянутый узел на сандалии... Свита заме-шкалась, и Гиероним оказался в одиночестве, без провожатых. Сразу несколько мечей вонзилось в него, и он упал. Тут же притворство Диномена открылось, телохранители метнули копья, и он получил две раны, но все-таки ушел живым. А царь был мертв, и, убедившись в этом, телохранители мигом разбежались.Часть убийц бросилась на площадь к народу, который ликовал, узнав о случившемся, часть поспешила в Сиракузы, чтобы застать врасплох царских приверженцев...В Леонтинах сразу после смерти Гиеронима едва не вспыхнул мятеж среди солдат, которые грозились омыть тело уби-того в крови убийц. Но сладкое для слуха слово «свобода», а еще более надежда на щедрые раздачи из царской казны и, наконец, перечень гнусных злодеяний тирана изменили настроение умов до такой степени, что царя, которого еще минуту назад горько оплакивали, теперь бросили без погребения.Пока большая часть заговорщиков успокаивала солдат, двое взяли коней из царской конюшни и помчались в Сираку-зы. Однако же они опоздали: их опередила не только молва, с которой никому не сравниться в быстроте – кто-то из царских слуг успел обо всем предупредить Адранодора, и тот занял Остров и Крепость. Заговорщики добрались до города уже в сумерках. Потрясая окровавленным платьем царя и его короной, они проехали через Тиху и всех встреч-ных призывали к оружию и к свободе. Люди высыпали на улицы, толпились в дверях домов, смотрели с крыш, выгля-дывали из окон, расспрашивали, что случилось. Повсюду загораются огни, все шумит и гудит. Вооруженные собираю-тся на площадях и пустырях... Присоединяются к караулам, которые уже успели расставить старейшины кварталов...Едва рассвело, весь народ сошелся в Ахрадину, к зданию Совета. Один из первых и самых влиятельных граждан, по имени Полиен, сказал речь разом и откровенную, и сдержанную. «Мерзость рабства, – сказал он, – хорошо известна и ненавистна сиракузянам, но существуют еще гражданские раздоры, и они тоже ужасны, хотя знакомы нам только по-наслышке. Хорошо, что мы так проворно взялись за оружие, но будет еще лучше, если мы воспользуемся им лишь в крайней необходимости. Адранодор должен подчиниться Совету и народу, и только, если он замыслил сам сделаться царем, только тогда надо начать с ним борьбу всеми силами и всеми средствами».К Адранодору тут же отряжают послов. Сам он был испуган единодушием народа, но супруга его недаром была доче-рью царя и всю жизнь провела в царском дворце. Она отвела мужа в сторону и напомнила ему знаменитые слова древ-него тирана Диониссия, что с властью нужно расставаться только тогда, когда тебя поволокут за ноги, а не когда си-дишь верхом на коне.– Возьми у них сроку на размышление, – шептала она, – а тем временем прибудут солдаты из Леонтин, ты посулишь им денег, и все будет тебе покорно.Адранодор, однако ж, не принял совета жены... На другой день... он положил к ногам заговорщиков ключи от ворот и ключи от царской сокровищницы. Все разошлись довольные и счастливые, а назавтра собрались снова, чтобы выбрать правителей города.В числе первых избранными оказался Адранодор, а также убийцы Гиеронима, некоторые из них – те, что оставались в Леонтинах, – заочно.

Гиппократ и Эпикид, посланцы Ганнибала... сами пришли к новым правителям, а те представили их Совету. Здесь кар-фагеняне объяснили, что они повиновались Гиерониму, исполняя приказ своего командующего, который за тем их и прислал. Теперь они хотят вернуться к Ганнибалу, но Сицилия полна римлян, и они опасаются за свою жизнь. Пусть им дадут охрану и проводят – малой этой услугой Сиракузы заслужат большую благодарность Ганнибала.Совет без спора согласился... Но необходимой в таком деле расторопности сиракузяне не обнаружили, а между тем Гиппократ и Эпикид исподволь сеяли обвинения против Совета и лучших граждан.Знатные – так они утверждали повсюду, где только могли, – мечтают подавить простой народ и ради этого задумали привести в Сиракузы римлян».Итак, римская партия совершила переворот, но к власти ей прийти не удалось, так как симпатии большинства были на стороне карфагенян. Ливий обвиняет карфагенских послов в клевете против проримской аристократии, но последую-щие события покажут, что убийцы Гиеронима не сложили оружия. И хотя учиненную ими резню они оправдывали раскрытием заговора, более чем вероятно, что все это, включая «свидетельские показания Аристона», было заранее подстроенным обманом.После сообщения о росте популярности Гиппократа и Эпикида Ливий рассказывает о доносе актера Аристона, кото-рый сообщил о намерении Андранодора и Фемиста (мужа внучки Гиерона) захватить власть.«...С одобрения старейшин, – продолжает Ливий, – правители поставили стражу у дверей Совета, и как только Фемист и Адранодор вошли, их тотчас умертвили. Все прочие советники, кроме старейшин, понятия ни о чем не имели, и в Со-вете началось отчаянное смятение, но правители, водворив кое-как тишину, вывели вперед Аристона, и он рассказал все по порядку и очень подробно...Тут Совет успокоился окончательно, но на площади бушевала толпа, которая еще не знала, что произошло, и только чувствовала перемены. Звучали уже и проклятия, и угрозы, однако, когда двери распахнулись, и все увидели трупы заговорщиков, народ онемел от ужаса и молча выслушал речь, которую произнес один из правителей. Он обвинил уби-тых во всех злодеяниях, совершавшихся в Сиракузах после смерти Гиерона... Правители предложили закон: весь царс-кий дом предать смерти. И он был немедленно принят народом. Толпа грозно ревела и разошлась не прежде чем был назначен день для выборов новых правителей взамен Адранодора и Фемиста».Казалось бы, римская партия одержала верх. Но если ей удалось это в Совете, то народное собрание решило по-свое-му.«Когда день этот настал, – продолжает Ливий, – кто-то из задних рядов неожиданно для всех выкрикнул имя Гиппо-крата, кто-то еще Эпикида, и скоро вся площадь дружно повторяла эти имена. Остальные правители сперва пытались делать вид, будто не слышат этих криков, но в конце концов были вынуждены признать и утвердить выбор народа...И, однако, к Марцеллу – он уже прибыл в Сицилию – выехали послы с предложением возобновить прежний договор: Гиппократ с Эпикидом не смогли этому воспрепятствовать. Марцелл выслушал сиракузян и отправил ответное посо-льство, но положение тем временем переменилось. Карфагенский флот подошел к Пахину (южная оконечность Сици-лии), Гиппократ и Эпикид набрались прежней самоуверенности и, не таясь, заявляли, что знать предает Сиракузы Риму. А тут еще, совсем некстати, у входа в гавань бросили якорь римские суда – это римляне хотели ободрить своих приверженцев, – и толпа кинулась к берегу моря, чтобы помешать высадке незваных гостей».Марцелл начал с военной демонстрации или с попытки захватить город. В городе продолжаются раздоры между кар-фагенской и римской партиями. Призывая подчиниться римлянам, один из граждан говорил на народном собрании: «Не забывайте, что расторгнуть дружбу с ними безнаказанно невозможно. А если мы отклоним дружбу карфагенян, это нам немедленно войною не грозит». Осторожность взяла свое, и Марцеллу опять заявили о желании сохранить мир. Но Марцелл был склонен к решительным действиям: «Немного дней спустя, – пишет Ливий, – прибыли послы леонтинцев просить военной силы для защиты своих границ. В Леонтины выступил Гиппократ с отрядом римских перебежчиков, к которым... присоединились наемники».Область Леонтин, входивших в Сиракузское государство, граничила только с римскими владениями, и защита леон-тинцам могла требоваться только от римлян.Ливий продолжает: «Гиппократ несколько раз делал набеги на римские владения, – правда украдкою, – а когда Аппий Клавдий, легат Марцелла, выставил вооруженный караул, карфагенянин напал открыто и многих поубивал. Марцелл тут же посылает в Сиракузы заявить, что мир нарушен и не будет восстановлен до тех пор, пока Гиппократ и Эпикид не оставят пределы Сицилии». Это был первый ультиматум Марцелла. Правители Сиракуз немедленно приняли требо-вания римлян. Их представители потребовали у Леонтин изгнания Гиппократа и Эпикида. Но тут снова выяснилось, что власть римской партии была фиктивной – леонтинцы отказались выполнить приказ. Очевидно, зачинщиками нача-вшихся у Леонтин столкновений были римляне – иначе зачем леонтинцам было просить военной помощи. В офицерах Ганнибала и их войске они видели своих защитников.Тогда сиракузские правители объявили Марцеллу, что Леонтины вышли из повиновения, и направили против них ка-рательный отряд. Но Марцелл опередил сиракузян. «Марцелл и Аппий, – рассказывает Ливий, – подступили к Леонти-нам с двух сторон, и воины, которых вело желание отомстить за убитых товарищей, захватили город с первого же на-тиска. Гиппократ и Эпикид заперлись в крепости, а ночью тайно бежали в ближний городок Гербес. Сиракузяне вось-митысячным отрядом двинулись к Гербесу и дорогою повстречали гонца из Леонтин, который... рассказал им, что ри-мляне истребили без разбора и воинов и взрослых граждан... а город разграбили... Отряд остановился и никакими силами его нельзя было заставить ни двинуться дальше, ни подождать более достоверных известий. Воины обвиняли римлян в вероломстве, а своих начальников – в предательстве, и те, опасаясь прямого бунта, почли за лучшее располо-житься на ночлег в соседней Мегаре.

Поутру войско снова двинулось к Гербесу. Гиппократ и Эпикид, понимая, что положение их безнадежно, отважились на крайнее средство – отдаться на милость сиракузских воинов, которые хорошо их знали и вдобавок были потрясены вестью о гибели товарищей. И вот, они вышли навстречу отряду. А в голове колонны по случайности оказались шесть-сот критских лучников, прежде служивших у римлян и обязанных своей жизнью Ганнибалу: они попали в плен при Тразиментском озере, и Ганнибал их отпустил. Простирая вперед руки и размахивая ветвями оливы, как подобает молящим о помощи, Гиппократ и Эпикид кричали, чтобы те приняли их под защиту...Критяне в один голос отвечали: – Мужайтесь! Ваша судьба – это наша судьба.Знаменосцы, а за ними и весь передовой отряд остановились. Начальники пришпорили коней и поскакали вперед. Они обрушились на критян с упреками... и приказали арестовать братьев... Критяне встретили приказ насмешками и угро-зами, их поддержало все войско...»Войско, посланное против вождей карфагенской партии, перешло на их сторону. Разгром Леонтин не запугал сираку-зян, как надеялся Марцелл, а ожесточил их. Власть римской партии была свергнута, а вернувшиеся с войском в город Гиппократ и Эпикид были объявлены правителями Сиракуз. Ливий пишет, что «...римляне, не теряя времени, выступи-ли из Леонтин к Сиракузам и разбили лагерь у храма Зевса Олимпийского...». Стараясь придать своему нападению вид законной акции, они действовали как бы от имени бежавших свергнутых правителей города. С другой стороны, Гиппо-крат и Эпикид были, так же, как и беглецы, законно избранными членами Совета, а по праву происхождения могли считаться гражданами Сиракуз. Они пользовались доверием и поддержкой большинства. Все понимали, что Сиракузы для Марцелла прежде всего опора Карфагена в Сицилии и, кроме этого, лакомый кусок. Недаром Ливий написал, что «...в этом городе римляне взяли столько добычи, сколько не нашли бы и в самом Карфагене, будь он тогда завоеван».Алчный, сильный и жестокий враг подступил к городу, только что пережившему смуту и в силу этого лишенному бо-льшей части старого офицерского состава. До штурма оставалось пять дней. Город был хорошо укреплен, имел неви-данную оборонительную технику, в нем были войска и множество готовых сражаться добровольцев. Но все это ничего не стоило само по себе, силы нужно было собрать, организовать, расставить. И тогда, по-видимому, все взоры обрати-лись к Архимеду.Новые правители – Гиппократ и Эпикид – были опытными военачальниками, но не могли в совершенстве знать систе-му обороны города, длина стен которого превышала 18 км. И если формально обороной руководили они, то фактичес-ки вождем ее стал Архимед, а они являлись лишь исполнителями его советов.Возможно, пять дней до штурма, а потом день приступа и бессонная ночь (отражение второй атаки) оказались самым напряженным временем в жизни ученого. Это было великим испытанием, которое Архимед выдержал с честью.После отражения атаки римлян Сиракузы почувствовали себя в безопасности. Гиппократ с крупным отрядом вышел из города на соединение с карфагенским полководцем Гимильконом. По дороге он столкнулся с Марцеллом, потерпел поражение, но большая часть его отряда влилась в войско карфагенян. Римляне оставались под Сиракузами, но им не удалось блокировать город – продовольствие беспрепятственно поступало морем из Карфагена.Не решаясь больше идти на приступ, римляне начали действовать хитростью. Выбрав ночь после праздника, когда по-терявшие бдительность защитники Заснули, отборный отряд римлян бесшумно поднялся на стену, перебил стражу и открыл ворота Гексапилы, Тиха и Эвриал были захвачены. Римляне разграбили два крупнейших квартала города и перенесли лагерь внутрь Сиракуз. В руках у защитников остались лишь Ахрадина и Остров. Гиппократ и Гимилькон поспешили на помощь, но начавшаяся эпидемия чумы погубила войско и обоих вождей. Защитники города упали ду-хом, а среди наемников нашлись предатели, открывшие римлянам ворота.«Немало примеров гнусной злобы и гнусной алчности можно было бы припомнить, – пишет Ливий о разграблении го-рода, – но самый знаменитый между, ними – убийство Архимеда. Среди дикого смятения, под крики и топот озверев-ших солдат, Архимед спокойно размышлял, рассматривая начерченные на песке фигуры, и какой-то грабитель заколол его мечом, даже не подозревая, кто это».ЗаключениеЕсли окинуть взглядом разнообразную и плодотворную работу Архимеда, может показаться, что в своей деятельности ученый «разбрасывался», увлекаясь различными, не связанными между собой проблемами. Но несмотря на разнообра-зие задач, за которые брался Архимед, можно заметить между ними определенную связь. Например, занимаясь пробле-мами равновесия, Архимед выполнил целую серию работ, связанных с применением открытых им закономерностей. Придя к понятию центра тяжести при разработке методов строительных расчетов, он построил геометрическую тео-рию нахождения центров тяжести фигур и дал строгую формулировку законов равновесия. Разработанную теорию он применил на практике, создав многоступенчатые механические передачи и «железные лапы». Но эту же теорию он применил и в геометрии, решив с помощью «мысленного взвешивания» задачу об определении площади сложных фи-гур.Геометрическое сочинение Архимеда «О спиралях» (в котором, кстати, впервые вводится кинематическое описание кривой) связано с созданием водоподъемной «улитки» (гидравлика) и червячной передачи (механика). Таким образом, главным в творчестве Архимеда было стремление максимально раздвинуть рамки задачи вширь, одновременно доведя ее решение до геометрической строгости.В астрономии Архимед предстает перед нами и как наблюдатель (определение видимого поперечника Солнца), и как теоретик (приведение результатов измерений к центру Земли), и как вычислитель (расчет межпланетных расстояний), и как механик (создание небесного глобуса). Теоретические занятия законами отражения света, возможно, привели к изобретению и постройке гелиоконцентратора, причем сама идея расчленения вогнутого зеркала на множество плос-ких элементов связана с заменой кривой вписанными и описанными многоугольниками, часто применявшейся Архи-медом в геометрических доказательствах.

Такое сочетание математического таланта с практическим мышлением и организаторскими способностями встречается не так уж часто. Архимед является в истории науки яркой фигурой исследователя, слившего воедино теорию и практи-ку, и он несомненно служил образцом и примером для многих поколений ученых.Интересной особенностью характера Архимеда было его пристрастие к большим масштабам.Архимед не был замкну-тым ученым. Он стремился сделать свои достижения общеизвестными. Его любовь к эффектным демонстрациям хоро-шо проявлялась в эпизоде с передвижением вытащенного на берег корабля «силой одного человека». Видимо, и шеде-вр античной механики – небесный глобус – не имел другого назначения, кроме демонстрационного. Среди научных работ Архимеда есть и популяризаторская – «Псаммит». Об этом говорит и сама постановка задачи, и то, что система записи крупных чисел к этому времени уже была описана Архимедом в другой не дошедшей до нас книге.Таким предстает перед нами Архимед – теоретик, исследователь, инженер, популяризатор науки.Исторические личности, упоминаемые в книгеАгафокл (361...289 до н.э.) – сиракузский военачальник, ставший в 317 г. правителем города.Андронадор – сиракузский политик, опекун юного царя Сиракуз Гиеронима в 215...214 г. до н.э.; после его убийства – член правительства Сиракуз; убит в 214 г. во время проримского переворота.Анфимий из Тралл – византийский ученый VI в.; занимался математикой и оптикой, был скульптором и архитектором; строитель Софийского собора в Константинополе.Аппий Клавдий – римский полководец, правитель римских владений на Сицилии в начале 2-й Пунической войны. Уча-стник осады Сиракуз 214...212 гг. до н.э.Аполлоний Пергский – крупный ученый, математик, живший в Пергаме, младший современник Архимеда.Апулей Люций – римский писатель II в., автор сатирического романа «Золотой осел». В одном из сочинений приводит содержание не дошедшей до нас «катоптрики» (оптики) Архимеда.Аристарх Самосский (ок. 320...250 до н.э.) – греческий астроном, создатель гелиоцентрической системы мира; решил задачу об определении расстояний до Луны и Солнца.Аристотель (384...322 до н.э.) – великий греческий философ и ученый, живший преимущественно в Афинах и основав-ший там школу (Ликей).Архит Тарентский (428...365 до н.э.) – математик школы Пифагора, конструктор приборов для решения геометричес-ких задач.Бенедетти Джовани Батиста (1530...1590) – итальянский ученый; внес вклад в статику, основываясь на трудах Архиме-да.Ал-Бируни (973 – ок. 1050) – великий среднеазиатский ученый-энциклопедист, астроном, географ, математик; опреде-лил плотность многих веществ.Бюффон Жорж Луи Леклер (1707...1788) – французский инженер и натуралист; в 1747 г. построил составное зеркало, зажигавшее дерево на большом расстоянии, для доказательства правдивости легенды о сжигающих зеркалах Архи-меда.Витрувий Марк Поллион – римский архитектор I в. до н.э.; в сочинении «Об архитектуре» несколько раз упоминает Архимеда, излагает легенду об определении Архимедом чистоты золота царской короны.Галек Клавдий (ок. 131...200) – крупнейший римский врач, анатом, физиолог; упоминает о поджоге Архимедом кораб-лей с помощью зеркал.Галилей Галилео (1564...1642) – великий итальянский физик и астроном; продолжил начатую Архимедом работу по созданию математической физики.Ганнибал Барка (246...183 до н.э.) – карфагенский политик и полководец периода 2-й Пунической войны; одержал ряд побед над Римом, но в конце концов был побежден.Гелон сын Гиерона – современник Архимеда, сын и соправитель Гиерона; умер раньше отца. Архимед посвятил Гело-ну сочинение «Псаммит» (об исчислении песчинок).Гераклид Понтийский (ок. 390...315 до н.э.) – греческий философ, физик и астроном школы Аристотеля; предложил систему мира с обращением части планет вокруг Солнца, на основании которой Архимед нашел радиусы планетных орбит.Герон Александрийский – греческий механик I в., привел в своей «Механике» отрывки из ранних работ Архимеда.Гиерон II (ок. 305...215 до н.э.) – правитель Сиракуз с 270 по 215 г. до н.э., родственник и покровитель Архимеда.Гиероним (230...214 до н.э.) – внук Гиерона II, вероятно, сын Гелона; с 215 по 214 г. правил Сиракузами под опекой Совета во главе с Андронадором; убит заговорщиками в Леонтинах в 214 г. до н.э.Гимилькон – карфагенский полководец периода 2-й Пунической войны; высадился с войском в Сицилии в 214 г. до н.э.; погиб от чумы в 212 г. до н.э. под стенами Сиракуз.Гиппократ – офицер армии Ганнибала, родившийся в Карфагене, потомок сиракузского изгнанника; с 215 г. до н.э. – посол Ганнибала в Сиракузах; в 214 г. до н.э. стал правителем Сиракуз. Ушел из осажденного города на помощь Ги-милькону; после захвата части Сиракуз Марцеллом пришел на выручку городу, но погиб во время чумы в 212 г. до н.э.Гиппарх (180...125 до н. э.) – великий греческий астроном; занимался теорией движения Солнца и Луны, составил звездный каталог, открыл явление прецессии (предварения равноденствия). Декарт Рене (1596...1650) – французский философ и математик; в своей «Диоптрике» отрицал возможность реальной подоплеки легенды о жгущих зеркалах Ар-химеда. Демокрит (ок. 460...370 до н.э.) – греческий философ и математик; создатель атомистического учения. Диони-ссий I Старший (ок. 432...362 до н.э.) – сиракузский политик и полководец; с 406 г. до н.э. – правитель Сиракуз.Диодор Сицилийский – греческий историк I в. до н.э.; упоминает об Архимеде как об изобретателе водоподъемного винта, сообщает, что ученый сделал много других изобретений.

Досифей – александрийский математик, современник Архимеда, которому тот направил ряд математических сочине-ний. Евклид (ок. 330...375) – греческий математик, автор первого систематического изложения геометрии. Евдокс Книдский (408...355 до н.э.) – великий греческий математик, астроном, философ, географ. Зонара – византийский исто-рик XII в. Упоминает о жгущих зеркалах Архимеда.Ипполит – римский христианский писатель II в.; в своих религиозных сочинениях подробно излагает мнения различ-ных философов, сохранив таким образом сведения о них; привел значения межпланетных расстояний, найденные Архимедом. Кардана Джеронимо (1501...1576) – итальянский инженер ; описал несколько конструкций водоподъем-ных винтов, разработанных по типу архимедовых. Клавдиан – римский поэт V в.; написал стихотворение, посвящен-ное механическому небесному глобусу Архимеда.Конон – александрийский математик, старший современник и учитель Архимеда; заведовал Александрийской библио-текой.Ливий Тит (59 г. до н.э. – 17 г. н.э.) – римский писатель, автор «Римской истории», в которой описаны события в Сира-кузах перед нападением римлян и обстоятельства осады города.Лукиан из Самосаты (ок. 120...180) – греческий писатель-сатирик; упоминает о поджоге Архимедом римских кораблей.Марцелл Марк – римский политик и полководец периода 2-й Пунической войны; в 214 г. до н.э., будучи консулом, за-хватил Леонтины и осадил Сиракузы, которые взял в 212 г. до н.э.Папп Александрийский (III...IV вв.) – греческий математик, автор «Математической библиотеки», в которой касается и вопросов механики; описывает систему механических передач, вероятно, восходящую к Архимеду.Пифагор Самосский – греческий философ и математик VI в. до н.э., основоположник математики как теоретической науки.Полибий (202...122 до н.э.) – греческий политик, полководец и историк; в его «Всеобщей истории» содержится наибо-лее точное описание штурма Сиракуз римлянами.Платон (427...348 до н.э.) – великий греческий философ, ученик Сократа, жил преимущественно в Афинах и основал там философскую школу (Академию).Плутарх (50...120) – греческий писатель, автор серии биографий греческих и римских государственных деятелей; в би-ографии консула Марка Марцелла рассказывает об Архимеде.Птолемей Клавдий (70...147) – крупнейший астроном и географ античной эпохи, создатель геоцентрической системы мира.Птолемей III Эврегет (284...221 до н.э.) – царь Египта с 246 г.; содействовал развитию науки и культуры, поддерживая крупнейшее научное учреждение античного мира – Александрийский Муссейон с его огромной библиотекой, основан-ный Птолемеем II Филадельфом (308...246 до н.э.).Скопин Сиракузский – создатель солнечных часов в одном из цирков Рима, упоминается Витрувием.Стевин Симон (1548...1620) – фламандский ученый и инженер, автор сочинения «Начала статики»; развил работы Ар-химеда в области статики и гидростатики.Стратон Лампсакский (по прозвищу Физик) – греческий философ и ученый школы Аристотеля; руководил Ликеем с 288 г. до н.э., вероятный автор сочинения «Механические проблемы», в котором с точки зрения закона рычага расс-матриваются различные механизмы и явления.Фидий – отец Архимеда; упоминается Архимедом в качестве астронома, определившего отношения расстояний до Со-лнца и Луны.Хайам Омар (1048...1131) – знаменитый среднеазиатский поэт и ученый; занимался определением удельного веса ве-ществ, используя закон Архимеда.Цеци – византийский историк XII в.; упоминает о поджоге Архимедом кораблей с помощью зеркал.Цицерон Марк Туллий (106...43 до н.э.) – знаменитый римский оратор и политический деятель; преклонялся перед гением Архимеда; упоминает о посещении могилы ученого и о его механическом глобусе.Эпикид – офицер армии Ганнибала; в 214 г. до н.э. вместе с братом Гиппократом стал правителем Сиракуз.Эратосфен Киренский (256...194 до н.э.) – греческий математик, географ, астроном и поэт; заведовал Александрийской библиотекой, переписывался с Архимедом.Главным результатом научного труда Архимеда явилась формулировка закона плавучести - основного закона всех кораблестроителей:VI. Тела более легкие, чем жидкость, опущенные в эту жидкость насильственно, будут выталкиваться вверх с силой, равной тому весу, на который жидкость, имеющая равный объем с телом, будет тяжелее этого тела.VII. Тела более тяжелые, чем жидкость, опущенные в эту жидкость, будут погружаться, пока не дойдут до самого низа, и в жидкости станут легче на величину жидкости в объеме, равном объему погруженного тела”Если бы в те далекие времена ученые владели математическим моделированием, какое используется в настоящее вре-мя, эта формулировка завершилась бы уравнением плавучести, появившимся лишь в XVI веке. В соответствии с про-цитированными пунктами сочинения “О плавающих телах” кораблестроители впоследствии вес судна стали называть водоизмещением, а объем подводной его части - объемным водоизмещением.Анекдот о том, что Архимед открыл закон плавучести, сидя в ванной, принадлежит Плутарху (ок. 45-ок. 127 гг.) – древнегреческому писателю и историку, автору сочинения “Сравнительные жизнеописания” выдающихся греков и римлян.Для перевозки большого количества зерна из Египта Архимед совместно с архитектором Архием из Корианды пост-роил гигантский для того времени грузовой корабль “Сиракузия” (водоизмещение - 4200 т, грузоподъемность - 3300 т,

длина - 90 м, ширина - 15,5 м) и корабль-дворец аналогичных размеров по заказу тирана Сиракуз Гиерона II (268-215 г. до н.э.). *) Скорее всего открытие Архимедом закона плавучести было вызвано проблемой определения плотности материала, имеющего произвольную формуОднако сейчас трудно сказать, насколько тогда открытие Архимеда было вызвано именно потребностями судострое-ния, и были ли другие научные открытия, имеющие к нему отношение.*) Можно только констатировать, что оно явля-ется первым и единственным документально подтвержденным научным достижением в области корабельных наук в

рассматриваемом периоде.Рис. 1. Предполагаемый вид одного из ги-гантских кораблей древности, в строите-льстве которого принимал участие Архи-мед.События периода жизни АрхимедаИспользование примитивного компаса древ-ними китайцами при съемке местностей на карты. Высказывание Эратосфена (ок.276 - 194 гг. до н.э.): “Если бы обширность Атлантичес-кого моря не препятствовала нам, то мож-но было бы переплыть из Иберии в Индию по одному и тому же параллельному кругу”. Начало в 265 г. до н.э. первой Пунической во-йны и высадка на о. Сицилия римских войск с помощью греческого флота (за один год с помощью греческих союзников Рим строит

100 пентер и 30 триер). Морское сражение у м. Экном (о.Сицилия) между римским (Вулсон Регул, 330 кор.) и карфагенским (Гамилькар, 350 кор.) флотами, зако-нчившееся разгромом карфагенского флота и высадкой десанта в Сев. Африке. Липарское морское сражение (Тирренское море) в 260 г. до н.э. между римским (Гай Дуилий, 113 кор.) и карфагенским (140 кор.) флотами, закончившееся поражением карфагенян. После 12-летнего поражения Рима на море в 241 г. до н.э. состоялось морское сражение у Эгатских островов (р-он Сицилии) римского (Лутаций Катулл, 200 кор.) и карфагенского (120 кор.) флотов, которое закончилось разгромом карфагенян и привело к окончанию первой Пунической войны, в результате чего Карфаген потерял все свои владения на Сицилии. В 228 г. до н.э. погиб в бою (Иберия) выдающийся политический деятель и военачальник Карфагена Гамилькар Барка (отец Ганнибала). После длительной осады Сиракуз в 212 г. до н.э. римский полководец Марцелл взял город, в ходе боев в котором рим-ские солдаты убивают Архимеда в своем доме. Применение римлянами при осаде Сиракуз самбука - катамаранного осадного корабля с гигантской лестницей. Строительство в Александрии (Египет) кораблестроителем Калликсеном по заказу Птолемея IV Филопатора (221 - 204 гг. до н.э.) двухкорпусного судна-дворца - тессаконтеры длиной 62 м с четырьмя тыс. гребцов (ширина - 17 м, вы-сота над водой надстроек в носу и в корме - 22 м, водоизмещение - 3000 т, высота мачты - 40 м). Окончание строительства в 279 г. до н.э. одного из семи чудес света - Александрийского маяка на о. Фарос. Ввод в эксплуатацию в 277 г. до н.э. египетского канала от Нила к Красному морю, поддерживавшегося с тех пор в судоходном состоянии, по крайней мере, четыре-пять столетий (до этого канал функционировал только при фараоне Сенурсете III, 1888 - 1850 гг. до н.э.). Применение греками-родосцами (о.Родос) на своих кораблях установок для метания “вспыхивающих зарядов”, укреп-ленных на шестах, которые выстреливались из самострелов. Глава 2. Базисный период корабельной науки (с 400 по 1650 год)В первом этапе (400-1400 гг.) характеризуется гонением церкви на точные науки в Европе и расцветом их в Византии и арабском мире, где в трудах многих астрономов и математиков зарождается алгебра и основы математического моделирования, а во втором этапе (1400-1650 гг.), соответствующем эпохе Возрождения, - подъемом фундамента-льных наук, прежде всего высшей математики и физики, в европейских странах.Практическая ценность для судостроения фундаментальных наук пока еще мала, ввиду ее абстрактности и слож-ности даже для ведущих корабельных мастеров. Научные труды в области кораблестроения носят в основном обоб-щающий характер, однако в конце периода формируются требования к строящимся судам и созревают необходимые предпосылки выделения из фундаментальных наук специальной корабельной науки. Наибольшее развитие наука и судостроение получают сначала у арабов, затем в Китае и в конце периода - в Европе. В государственном судостроении широко используется труд казенных мастеровых, находящихся в крепостной за-висимости уже у государства и на его содержании, но владеющих своими средствами производства (главным обра-зом инструментом). В связи с расколом католической церкви и началом развала Священной Римской империи с конца XVI века в Голландии и Англии зарождаются капиталистические производственные отношения, основанные на эксп-луатации свободного труда. Судостроение по-прежнему развивается на интуитивно-эмпирической основе с переда-

чей опыта внутри кораблестроительных кланов, однако появление в XV веке технической документации резко повы-шает качество серийно строящихся судов и делает более совершенной организацию и технологию их производства.Основной судостроительный материал - дерево, ввиду резкого возрастания объемов производства крупных судов, особенно в эпоху Великих географических открытий (с 1450 г.), становится постепенно стратегическим материа-лом, переходящим прямо или косвенно во владение государству.Передовая продукция судостроения - для Средиземноморья и Балтики - по-прежнему парусно-гребные суда, а для океанских плаваний в торговых и военных целях - чисто парусные суда, средние размеры которых постепенно увели-чиваются. Использование в качестве гребцов, главным образом, пленных и каторжников, а в конце периода - казенных и вольнонаемных людей.Мореплавание, способное осуществляться как в дневное, так и ночное время с помощью изобретенных китайцами компаса и арабами - астролябии для определения широты, становится океанским при полном отсутствии видимос-ти берегов на значительное время.Колониальный раздел мира в XV и XVI веке между Португалией и Испанией, и начало его передела Голландией, Анг-лией и Францией сначала с помощью пиратов и каперов, а затем и государственных военно-морских сил. Войны на море восточных государств - Японии, Кореи и Китая. Основная тактика морского боя - поджег и разрушение судов противника с помощью огнестрельной артиллерии, пришедшей в XIV веке на смену самострелам и катапультам, а также свободный абордаж. В конце периода, в связи с появлением флажной сигнализации как средства управления и увеличением дальнобойности корабельной артиллерии, появляются предпосылки принятия на европейских флотах тактики линейного боя - организованной и строго регламентированной артиллерийской дуэли корабельных соедине-ний, завершающейся абордажем противников-дуэлянтов.

Рис.2. Типичная венецианская галера XV века (L= 35-40 м, B= 5,0-5,5 м, T= 1,5 м, D=150-180 т *), при строитель-стве которой впервые использованы схемы и простейшие чертежи.*) Здесь и далее использованы следующие обозначения характеристик судна: L-длина по корпусу; B-ширина корпуса; T-осадка; D-водоизмещение; v-скорость хода; N-мощность главных двигателей.В средние века интенсивное строительство большого количества галер в Венеции для противоборства с Османской империей привело к появлению первой технической документации, содержащей кроме всего прочего схемы и прос-тейшие чертежи. Уже в XIV веке в Венеции на морском арсенале (стапели и бассейны для достройки кораблей) рабо-тало до 16 тыс. рабочих различных цехов - плотников, кузнецов, парусников, конопатчиков, такелажников и др. под руководством мастеров и строителей.В 1410 г. венецианский кораблестроитель Теодоро де Николо создает "Наставление по конструированию галер" и "Руководство к конструированию галер и кораблей", считающихся первыми обстоятельными трудами, обобщаю-щими опыт строительства кораблей и ведения строительной документации той эпохи.При строительстве большого количества судов самыми разными мастерами, обладающими сугубо индивидуальным опытом, и к тому же еще, держащими его в строгом секрете, естественно возникала проблема обеспечения точности изготовления деталей корпуса и рангоута, хотя о точности в те времена можно было говорить весьма условно.Любая техническая проблема обычно вызывается требованиями и, в данном случае, ими стали идентичность или бли-зость строящихся судов по грузоподъемности, скорости хода и управляемости. Очевидно, что такая проблема могла быть решена только на основе разработки общих схем и простейших чертежей, а также обучения их чтению.События 1410 г.Расцвет китайского императорского флота при правлении Чжу Да (более 3 тыс. кораблей) и третья экспедиция вы-дающегося китайского военачальника и мореплавателя Чжэна Хэ до Индии и Малакки. В составе экспедиции находи-тся самая большая девятимачтовая китайская джонка длиной 164 м (водоизмещение - 3100 т), которая вплоть до появления гигантского парохода “Грейт Истерн” в середине XIX века оставалась самым длинным судном в истории судостроения (!). Значительному развитию технической мысли в области кораблестроения в XV веке способствовали труды великого Леонардо да Винчи (1452-1519 гг.). Написанное им в 1507 г. сочинение «О движении и измерении воды» можно

считать первой попыткой со времен Архимеда осмыслить физические процессы, связанные с водой, ее поведение в покоящемся состоянии и движении.

Рис.3. На рисунке изображен прообраз китай-ских океанских джонок начала XV века, ко-торые по тем временам были самыми боль-шими кораблями в мире и до сих пор поража-ют своими размерами и техническим совер-шенством. Поперечные переборки до верхней палубы, днищевые стрингеры и палубные карлингсы, румпельный руль в диаметраль-ной плоскости, косые паруса - вот неполный перечень технических решений, позволявших этому типу кораблей иметь удивительные про-чность и долговечность, ход против ветра, не-потопляемость и маневренность.Сверхъестественная острота восприятия Леонар-до и его знаменитый созерцательный метод поз-нания мира позволили ему поразительно досто-верно чувствовать поведение жидкости при ее течении (рис.4) и строительных материалов, на-ходящихся под нагрузкой. Только этим можно

было объяснить то, что, не имея на вооружении физических законов, он считался отменным мастером конструиро-вания каналов, шлюзов и плотин, проектировал соборы, пытался исследовать циркуляцию крови и аэродинамику полета, изучал волнообразование воды во время прибоя, изобрел гидравлический прибор для определения горизон-тального положения и даже делал серьезные предложения турецкому султану по строительству моста через Босфор (!), а правителям Венеции - по созданию подводной лодки для уничтожения турецких кораблей.Таким образом, труды Леонардо да Винчи, хотя и не обоснованные с физической точки зрения и изданные, как прави-ло, спустя много лет после смерти автора*), во многом предопределили развитие корабельных наук в XVI веке.*) Например, упомянутое сочинение "О движении и измерении воды" было опубликовано спустя почти 300 лет после смерти автора.Краткая биографическая справка:Леонардо да Винчи, итальянский живописец, скульптор, архитектор, ученый и инженер. Находясь на службе у гер-цога Милана, проявил себя как военный инженер и гидротехник. Заложил физические основы гидравлики, выявил при-нцип равновесия жидкости в сообщающихся сосудах, занимался вопросами картографии и распространения звука в воде (гидроакустика), создал первый проект подводной лодки, летательного аппарата и парашюта, предложил конструкцию шлюза, исследовал сопротивление материалов, изобрел водные лыжи и спасательный круг.

Рис. 4. Эскизы Леонардо да Винчи водных образований при обтекании преград и сливе, сделанные им в 1507 г., по всей видимости, для сочинения "О движении и измерении воды", просто поражают: современная замедлен-ная киносъемка обнаруживает завихрения, которые он уловил невооруженным глазом и детально зарисовал.События 1507 г.Испанские флотоводцы и капитаны предпринимают беспрецедентные меры безопасности плавания в Средиземном море после коварного захвата корабля короля Фердинанда V знаменитых пиратов Аруджа и Хайреддина. Появление на флоте мортир – большого диаметра пушки, которая стреляет ядрами, начиненными горючим вещест-вом или соединенными между собой цепью. Дальнейшее развитие технической документации связано с английским судостроением и, в частности, с именем кора-блестроителя Мэтью Бейкера (1533-1603 гг.), которому в 1571 г. впервые в Англии было присвоено звание корабе-льного мастера.

Соперничество на море с Испанией способствовало настолько сильно развитию судостроения в Англии, что весь XVI век она лидировала в судостроении среди европейских стран, значительно опередив Испанию с Португалией и сосед-нюю Францию, которая еще в начале века строила первоклассные корабли.Основным достижением строительной документации Бейкера явились первые теоретические эскизы и чертежи ко-рпусов кораблей, позволяющие производить гибку шпангоутов (флоров и тимберсов) для серийных кораблей единооб-разно с помощью лекал, изготовленных в соответствии с этими чертежами, и тем самым, значительно повысить точно-сть изготовления корпуса корабля как самой сложной его части.В манускрипте 1586 г."Фрагменты старого английского кораблестроения", приписываемом Бейкеру, представлены самые первые проектные чертежи корабля. По всей видимости это были серийные галеоны типа “Ревендж” водоизме-щением 976 т (рис.5), организацию постройки которых накануне разгрома “Непобедимой армады” осуществлял зна-менитый моряк и капер Джон Хоукинс (1532-1595 гг.), являвшийся с 1571 г. главным кораблестроителем Англии.Заложенные великим греком основы гидростатики были существенно развиты лишь через восемнадцать веков, когда в том же 1586 г. вышел классический труд "Принципы равновесия" голландского инженера и математика Симона Стевина (1543-1620 гг.), который ввел в Европе десятичные дроби. Стевин по сути вновь открывает закон плавучести, формулируя его как равенство равнодействующих сил - силы веса и силы плавучести (поддержания), действующих с условных центров - центра тяжести и центра величины, и описывает основное условие равновесия: центр тяжести должен находиться на одной вертикали с центром величины (рис.6), т.е.D = γV ; xc = xg , (1586 г.)где D - весовое водоизмещение судна, т; V - объемное водоизмещение судна, м 3; γ - удельный вес воды, т/м3; xc и xg – соответственно абсциссы центра величины и центра тяжести судна.Вместе с тем, тогда Стевин ошибался, утверждая, что для обеспечения остойчивости судна, понятие которой он впер-вые формулирует, центр тяжести должен быть обязательно ниже центра величины.Еще одним существенным вкладом Стевина является описание основных свойств гидростатического давления (все-сторонность давления) и объяснение эффекта сообщающихся сосудов.p = P / S , где p - гидростатическое давление, направленное перпендикулярно к поверхности, кг/м2; P - сила давления жидкости, кг; S - площадь поверхности, м2.

Рис.5. Галеон “Ревендж” (а) и прообраз теоретического чертежа его корпуса (б), разработанный английским ко-раблестроителем Бейкером (L=30,0 м, B=8,7 м, T=4,55 м, D=976 т).

Рис. 6. Схема сил, действующих на плавающий корабль.События 1586 г.

Третья экспедиция английского мореплавателя, изобретателя секстана (квадранта), Джона Дэвиса (1550 - 1605 гг.) по отысканию Северо-Западного прохода в Индию. Начало издания голландским картографом И.Хондиусом капитального двухтомного Атласа Меркатора (латинизи-рованная фамилия фламандского ученого и картографа Герарда Кремера, 1512 - 1594 гг.), положившего начало сов-ременному атласному картографированию (равноугольная цилиндрическая проекция Меркатора). Возвращение в Плимут пиратской экспедиции знаменитого английского мореплавателя и капера Френсиса Дрейка (1540 - 1596 гг.), в которой участвовали 21 корабль и 2300 солдат и матросов. Нападению подверглись острова близ Испании, о-ва Зеленого мыса, города Эспаньола (центр испанских владений в Центральной Америке) и Картахена (Ко-лумбия). В Англии строится сравнительно большой для королевского флота галеон “Арк Ройал”, который в 1588 г. во время разгрома Непобедимой Армады при Гравелине будет головным кораблем главнокомандующего английским флотом лорда Говарда Эффингема. После возвращения с богатой добычей от берегов Индии в третье кругосветное плавание (после Ф. Магеллана и Ф. Дрейка) отправляется английский моряк и капер Томас Кавендиш (ок. 1555 - 1592 гг.), во время которого он потопил 19 испанских кораблей и захватил золото галеона “Великая Св. Анна”. Почти одновременно со Стевином и независимо от него (труды Стевина были написаны на малоизвестном в научных кругах голландском языке, а латинский перевод появился только в 1608 г.) вопросы гидростатики решал гениальный итальянский ученый Галилео Галилей (1564-1642 гг.), сочинение которого "Рассуждения о телах, пребывающих в воде, и о тех, которые в ней движутся" вышло в свет в 1612 г. В нем изложен оригинальный подход к обоснованию закона Архимеда и теории плавания тел. Галилей рассматривает поведение тела в жидкости в ограниченном объеме и

ставит вопрос о весе жидкости, способной удержать тело заданного веса..Краткая биографическая справка:Галилео Галилей, итальянский ученый, один из основателей точного естествознания. За-ложил основы современной механики: выдвинул идею об относительности движения, установил законы инерции, свободного падения и движения тел по наклонной плоскости, сложения движений; открыл изохронность колебаний маятника. Построил телескоп с 32-кратным увеличением и открыл горы на Луне, четыре спутника Юпитера, фазы у Ве-неры, пятна на Солнце.Обстоятельное изучение гидростатического давления Стевином и Галилеем было вызвано тогда не только потребностями в судостроении, но и техническими проблемами, которые возникали при строительстве самых различных гидротехнических сооружений, что в осо-бенности касалось Голландии, отвоевывавшей у моря каждый квадратный метр суши с по-

мощью дамб.В 1614 г. опубликовывается сочинение итальянца П.Пантеро "Боевые корабли"- первая научная работа, системати-зирующая всевозможные данные по средиземноморским галерам и, в частности, подробно описывающая конструкцию галер и их тактическое использование.События 1614 г.Подготовка к плаванию в Индонезию через Южную Америку второй голландской торговой экспедиции под командо-ванием Виллема Схаутена (1580-1625 гг.) и Якоба Лемера (1585-1616 гг.) после того, как первая экспедиция, отправи-вшаяся в 1598 г., оказалась неудачной и закончилась пленением одного из кораблей в Японии. В Англии строится корабль “Мэйфлауэр” (D=180 т,L=19,5 м), на котором в 1615 г. из Плимута выйдут в плавание к берегам Северной Америки первые европейские поселенцы - “отцы пилигримы”, гонимые католической церковью анг-лийские протестанты. Четвертый год в строю английского королевского флота несет боевую службу 64-пушечный флагманский корабль “Принс Ройал” (D=1400 т, L=35 м), построенный в Вулвиче выдающимся кораблестроителем Финеасом Петтом и считающийся родоначальником класса парусных линейных кораблей.

Краткая биографическая справка : Иоганн Кеплер, немецкий астроном, один из создателей астрономии нового времени. Окончил Тюбингенскую академию, преподавал математику в гимназии г. Грац. Открыл законы движе-ния планет, заложил основы теории затмений и интегрального исчисления. Автор планетных таблиц, теории астрономических рефракций, фантастического романа «Сон» и трудов по астрономии. Изобретатель и создатель телескопа с двояковыпуклыми линзами.1571 г. был знаменит не только тем, что он связан с именем Бейкера или с последним на Среди-земноморье сражением галерных флотов Венеции и Османской империи при Лепанто. В этом году родился Иоганн Кеплер (1571-1630 гг.) - знаменитый немецкий астроном, который отк-рыл законы движения планет и заложил основы интегрального исчисления. В 1615 г. он на-писал статью «Новая стереометрия винных бочек» о вычислении объема винных бочек, где

использовался принципиально новый подход к вычислению объемов, ограниченных криволинейными поверхностями, основанный на идее метода неделимых, принадлежащей Архимеду. Предложенный Кеплером способ замены произво-льных криволинейных отрезков прямыми линиями стал в основу, так называемого, приближенного интегрирования, которое развивалось впоследствии многими учеными и широко используется до настоящего времени.События 1615 г.

Нападение флотилии донских и запорожских казаков на турецкие крепости Азов, Кафу (Феодосия) и Трапезунд, в ко-тором участвовало до 70 стругов. Экспедиция французского моряка и географа, основателя города Квебек (1608 г.), С. Шамплена по поиску выхода к Ти-хому океану по внутренним водным путям на территории современной Канады. В 1629 г. немецкий ученый Йозеф Футтенбах опубликовывает в Ульме сочинение “Корабельная архитектура”, в ко-тором дается описание отдельных строительных элементов таких итальянских судов, как галера, галеас и галеот, бер-гантино, фелукка, фрегатта и т.д., что явилось дальнейшим обобщением судостроительного опыта Средиземноморья.

Рис. 7. Шведский 64-пушечный галеон “Ва-са” (L= 62 м, B=11,7 м, T= 4,7 м, D= 1300 т) был одним из крупных кораблей своего вре-мени. В 1628 г. на глазах у ликующей публи-ки Стокгольма он при подготовке торжестве-нного салюта опрокинулся от небольшого шквала ветра и затонул, унеся с собой более 400 человек. Катастрофы судов от потери остойчивости в те времена случались и рань-ше, однако эта трагедия, ввиду ее полной не-лепости, обострила проблему обеспечения остойчивости корабля при минимальном во-звышении вырезов под пушечные порты над ватерлинией.События 1629 г.Гибель у Дюнкерка в бою с испанскими корсара-ми голландского флотоводца Питера Хейна (1578-1629 гг), который вытеснял португальцев с Молуккских островов, возглавлял каперские

флотилии против испанцев в Карибском море и португальцев у берегов Бразилии, в 1628 г. атаковал и разгромил в бухте Матансас на Кубе испанский “Серебряный флот” с добычей в 4 млн. дукатов, боролся с пиратством в Север-ном море и проливе Ла-Манш. Французские моряки и корабельные мастера королевского флота третий год изучают и эксплуатируют пять галео-нов (в том числе один из лучших кораблей того времени “Сен Луи”), заказанных Ришелье в Голландии, которые впос-ледствии послужили моделями и прототипами для строившихся на французских верфях современных боевых кораб-лей. Захват англичанами столицы Новой Франции порта Квебек и пленение С. Шамплена. Трагедия голландского корабля “Батавия” у берегов Австралии, потрясшая в свое время всю передовую общественно-сть развитых стран: в результате кораблекрушения часть экипажа этого корабля подняла мятеж и убила множе-ство людей, в том числе женщин и детей.

Рис.8. Титульный лист знаменитых “Бесед...” Галилео Галилея.Дальнейшее развитие интегральное исчисление на основе метода неделимых получает в трудах итальянского математика Бонавентуры Кавальери (1598-1647 гг.), который в 1635 г. опубликовывает сочинение о вычислении площадей и объемов с помощью сово-купности довольно разнородных, но практически пригодных приемов для определения площадей и объемов как простых, так и сложных фигур и тел.И хотя первоначально появление интегрального исчисления было вызвано не потребно-стями судостроения, развитие этого раздела математики в дальнейшем позволит имен-но кораблестроению выйти на новый качественный уровень, где проблема точности определения объемного водоизмещения как нигде обострилась до крайности. Вслед за Кавальери интегральное исчисление получило дальнейшее развитие в трудах француз-ского математика Пьера Ферма (1601-1665 гг.) и итальянского физика и математика, ученика Галилея, Евангелисты Торричелли (1608-1647 гг.).В этом же году французский кардинал Ришелье высказывает идею и предпринимает пе-рвые действия по созданию в стране академии наук, призванной, в частности, решать многие научные проблемы кораблестроения и мореплавания.

События 1635 г.Во Франции корабельным мастером Ш.Морье строится 72-пушечный галеон ”Ля Корона” (D=2100 т, L=50,7 м.), долго являвшийся эталоном отличного парусного корабля на протяжении 200 лет. Строительство в Нижнем Новгороде немецкими корабельными мастерами большого парусно-гребного корабля “Фредерик” для транзитной торговли немецких купцов из Шлезвиг-Гольштейнского герцогства с Персией. Возвращаясь к Галилею, необходимо отметить, что в кораблестроении он прославился не исследованиями гидростати-ки, а как родоначальник новой науки о прочности. В 1638 г. незадолго до смерти Галилея в голландском городе Лей-дене вышла в свет на итальянском языке его знаменитая книга "Беседы и математические доказательства о двух новых науках, относящихся к механике и местному движению синьора Галилео Галилея, первого философа и

математика великого герцога Тосканы" (рис.8). Первой наукой является механика равноускоренного движения (падение тел), а второй - сопротивление материалов.Определенное представление о прочности и упругости материалов было еще в античной и средневековой науке (Фи-лон из Византии, Герон Александрийский, Иордан Неморадий - XIII в., Леонардо да Винчи - XV в.). Однако Галилей первым поставил вопрос о прочности тел и первым попытался его решить, так как в “Беседах” он рассматривает один

из фундаментальных вопросов: “сопротивление, оказываемое твердыми телами силе, стремящейся их сломать”.Рис.9. Обычная и параболическая конструк-ция балок.

Сам Галилей подчеркивал в своей книге прикладное значение своей работы и, в частности, для нужд кораблестроения. Так, например, анализируя изгиб призматической балки (например бимсов корабля), загруженной сосредоточенной силой в пролете, он заметил, что нагруженность сечений по мере удаления от точки приложения силы падает. Раз так, то нужно сечения делать переменными по площади и при постоянной ширине балки наиболее выгодно изменять ее высоту по параболе (рис.9): "Отсюда ясно, что можем уменьшить вес балок на 33%, нисколько не вредя их проч-ности; это обстоятельство может принести большую пользу при постройке крупных кораблей, в особенности при укреплении палуб и покрытий, так как в сооружениях подобного рода легкость имеет огромное значение".Таким образом, Галилея можно считать и основателем специального раздела прочности - строительной механики ко-рабля.События 1638 г.Подготовка в Батавии (о. Ява) Нидерландской Ост-Индийской компанией экспедиции Маттиаса Кваста на поиски легендарных островов Рика де Оро и Рика де Плата к востоку от Японии. В Якутске организовывается казачий отряд под командованием Ивана Москвитина для похода на восток к Тихому океану, который завершится в 1639 г. выходом отряда на побережье Охотского моря в районе устья р. Улья. Вошел в строй английского королевского флота один из выдающихся кораблей своего времени - 104-пушечный линей-ный корабль “Соверин оф Сиз”, построенный корабельным мастером Питером Петтом, сыном Ф.Петта, архитек-турные украшения которого выполнялись по эскизам знаменитого голландского художника Ван-Дейка. Прослужив почти 60 лет и пережив множество модернизаций, этот корабль в 1696 г. сгорел от обычной восковой свечки. В 1641 г. Торричелли получает формулу для определения скорости жидкости, вытекающей из отверстия в сосуде – од-ну из основных формул гидравлики

, (1641 г.) где v - скорость жидкости,м/c; g - ускорение свободного падения, м/c2; h - отстояние отверстия от поверхности жидкости, м.События 1641 г.Подготовка губернатором голландских владений в Азии Антоном Ван-Дименом крупной экспедиции под командова-нием Абеля Тасмана (1603-1659 гг.) на юг Индийского и Тихого океанов для исследования новых земель и торговых путей и, в частности, поиска Соломоновых островов, которая завершится в 1643 г. значительными географическими открытиями (Тасмания, Новая Зеландия, Тонга, Фиджи, Новая Гвинея). В Карибском море после выхода из Гаваны во время шторма затонули испанские галеоны “Нуэстра синьора де ля Ко-нсепсьон”- флагман знаменитого “золотого флота”, и “Сантиссимо Сакраменто”, на борту которых находилось более 60 тонн драгоценных металлов, оцениваемых более чем в 100 млн. долл. В 1650 г. в Англии впервые обнародовано сочинение, посвященное обзору достижений английского кораблестроения, одного из фаворитов английской королевы Елизаветы I, мореплавателя и организатора пиратских и первых колониаль-ных экспедиций в Америку Уолтера Рэли *) (1552-1618 гг.), написанное им в первом десятилетии XVII века во время заключения в Тауэре.*) По некоторым источникам - Рэйли, Рэлей.В результате сравнения английских кораблей XVI и начала XVII века Рэйли формулирует шесть главных требований к любому строящемуся кораблю: прочность корпуса, скорость, остойчивость, возможность действовать артиллери-ей во всякую погоду, плавность качки и возможность держаться против ветра. Особой ценностью является то, что в этом фундаментальном труде автор дает обстоятельные рекомендации по размерам основных деталей корпусно-

го набора, характеру обводов и назначению осадки, выбору соотношения длины и ширины корпуса судна.Краткая биографическая справка:Уолтер Рэли, английский мореплаватель, организатор каперских экспедиций, поэт, драматург, политик, историк и ученый. Получил образование в Оксфордском университете. Фаворит коро-левы Елизаветы I. Основатель первой английской колонии «Вирджиния» в Северной Америке. Уп-равляющий рудниками, лорд-наместник Девона и Корнуэлла, один из руководителей разгрома испанской «Непобедимой армады». Автор книг о Гвиане и Истории мира.События 1650 г.В Голландии строится один из самых крупных судов Ост-Индийской компании - пинасс “Принс Виллем”, копия которого была построена в 1984 г. для Голландской деревни в Нагасаки в честь 400-летия внешней торговли Японии.

В Чатаме П. Петт ведет строительство первых фрегатов английского флота: построенный им в 1646 г. 32-пушеч-ный корабль “Констант Уорвик” считается родоначальником этого типа боевого корабля, предназначенного для разведывательных действий и защиты торговых путей. Идет второй год зимовки Семена Дежнева (1605-1673 гг.) с оставшимися в живых казаками в устье р. Анадырь после величайшего географического открытия пролива между Евразией и Америкой: она продлится еще долгих 8 лет, после чего Дежнев начнет свой путь на запад, чтобы вернуться домой и доставить в Москву подробное донесение о своей поистине беспримерной экспедиции. Эскадра, снаряженная французским флотоводцем Авраамом Дюкеном (1610-1688 гг.), усмиряет восставший город Бордо, предварительно расправившись с английской и испанской эскадрами, поддерживающими мятежников. Эскадра Роберта Блейка (1599-1657 гг.) во время английской буржуазной революции 1642-1660 гг. в течение 8 месяцев блокирует флот роялистов под командованием принца Руперта в ирландском порту Кинсейл, а затем преследуя кора-бли до Лиссабона и Малаги, уничтожает их у испанского порта Картахена. В Голландии построен флагманский линейный корабль адмирала Мартина Тромпа (1597-1653 гг.) “Бредеро” (D=1112 т, L=39 м), на борту которого он и погиб в сражении с английским флотом при Шевенингене в 1653 г. во время 1-ой англо-голландской войны 1652-1654 гг. Глава 3. Период становления и революционного развития корабельной науки ( с 1650 по 1746 год)Характеризуется выделением из фундаментальных точных наук (математики, физики и механики) базисных корабел-ных наук - гидромеханики, теории корабля и строительной механики, изучающих на основе общей механики деформи-руемого твердого тела и сплошных сред основные мореходные и эксплуатационные свойства судов, в первую очередь такие, как плавучесть, остойчивость и качку, прочность и вибрацию, управляемость и ходкость, непотопляемость. Становление корабельной науки начинается с использования корабельными мастерами теоретического чертежа ко-рпуса судна для определения его основных характеристик и создания Парижской академии наук, основным техничес-ким направлением деятельности которой явилось кораблестроение. В научном мире корабельная наука занимает ли-дирующее и приоритетное положение, которое обеспечивается, начиная с начала XIX века, развитием металлове-дения и металлургии, а также теплотехники и затем термодинамики, что способствует ее революционизации в этот период.Корабельная наука из узкой области научных знаний кабинетных ученых на начальном этапе становится инструмен-том решения многих инженерных задач; в конце периода, она начинает превращаться в производительную силу, уско-ряющую постройку и повышающую качество судов как на стадии проектирования, так и на стадии строительства. Наибольшее развитие корабельные науки получают в Европе, главным образом, во Франции, Англии и Германии, а в конце периода - и в России. Интенсивному развитию судостроительного производства в этих странах способствует создание в XVIII и XIX веке специальных учебных заведений, а в конце периода - первых проектных и научно-исследова-тельских организаций.В государственном судостроении широко используется труд наемных рабочих, при этом все средства производства находятся во владении государства, а в конечном этапе рассматриваемого периода - и частных лиц. Судостроение развивается посредством анализа опыта эксплуатации судов и выработки учеными, корабельными мастерами и ин-женерами научно обоснованных рекомендаций по улучшению их качества. Это отражается в разработке национа-льных "Табелей корабельных пропорций" для боевых кораблей, а в конце периода - и в первых публичных Правилах клас-сификационных и страховых обществ для гражданских судов, а также в публикациях научных работ в периодических изданиях и проведении национальных и международных выставок и конференций.Истощение к началу XIX века во многих европейских морских державах запасов традиционного судостроительного материала - дерева заставляет кораблестроителей искать ему альтернативу, наряду с ужесточением мер по несан-кционированной вырубке строевого леса: во многих странах она начинает караться смертью. С учетом недолговеч-ности деревянных судов, ввиду сложности обеспечения качественной просушки леса в условиях интенсификации производства и слабой защиты его от древоточцев, и технических проблем обеспечения общей продольной и местной прочности их корпусов, в особенности оснащенных паровой машиной, в первой половине XIX века кораблестроители останавливаются на железе, а позднее - на стали в качестве основного конструкционного материала, предопределяя интенсивное развитие металлургической промышленности в тех странах, где обозначился наиболее острый дефицит строевого леса.Передовая продукция судостроения: в гражданском секторе с начала XIX века - железные и стальные пароходы кле-панной конструкции, работающие на угле и имеющие в качестве основного движителя сначала гребные колеса, а за-тем винты; в военном секторе с середины XIX века - металлические винтовые броненосцы. Строительство “восьмо-го чуда света” - гигантского парохода “Грейт Истерн”.Мореплавание с изобретением надежных секстанов и хронометров, позволяющих точно определять долготу, а так-же мер по частичному устранению магнитной девиации компаса, становится в навигационном отношении полнос-тью обеспеченным, что способствует формированию к середине XIX века современной картографии Мирового океа-на. К концу периода морская географическая карта перестает быть предметом тайны. Возрастание значения для торгового и военного мореплавания бункеровочных баз - угольных станций. Использование в экипажах парусных и па-ровых судов только вольнонаемного труда.Бесконечные войны на море и суше между европейскими державами за продолжение колониального передела мира в свою пользу, покорение и освоение русскими Сибири. Утверждение в начальном этапе для парусных линейных кораб-лей строго регламентированной тактики линейного боя и переход с середины XVIII века к тактике маневренного боя с разрушением колонны противника с ходу на пересеченных курсах и последующего уничтожения его с помощью

артиллерии и абордажа. В связи с резким повышением эффективности артиллерии бронирование с середины XIX века сначала деревянных, а затем и металлических кораблей и начало, тем самым, соревнования брони и артиллерии. Ис-пользование в конце периода новых тактических приемов паровых кораблей, сражения броненосных флотов Италии и Австрии, США и Испании, Японии и Китая, России. Появление новых видов оружия - мин и торпед, опасными носите-лями которых, наряду с надводными кораблями, становятся подводные лодки.Открытые в 1660 г. английским физиком Робертом Гуком (1637-1703 гг.) и вслед за ним в 1680 г. французским уче-ным Эдмом Мариоттом (1620-1684 гг.) законы пропорциональности между напряжениями и деформацией матери-алов позволили последнему перейти к решению задачи поперечного изгиба балок. При этом, правильно определив, исходя из гипотезы плоских сечений, положение нейтральной оси, Мариотт все же с ошибкой вывел формулу для нормальных напряжений, которая была затем повторена многими учеными, в том числе и Я.Бернулли.

, (1660 г.) где Δ l - удлинение (приращение длины) материала (см), под действием растягивающего усилия N, кг; Е - коэффициент пропорциональности, который впоследствии был назван модулем упругости мате-риала,*кг/см2; F - площадь поперечного сечения материала, см2.Е = σ/ε где σ - нормальные напряжения в материале, кг/см2; ε = Δl / l - относительное удлинение материала. *) В 1807 г. английским ученым Томасом Юнгом.Научные труды Гука и Мариотта позволили в те времена передовым корабельным мастерам количественно определять напряженное состояние элементов корпусных конструкций и рангоута, однако критерии такой оценки еще не были вы-работаны.C обытия 1660 г. Английские изобретатели Тугуд и Хайес работают над патентом водометного движителя с мехами в качестве насо-са, который так и не был реализован. Дальнейшее развитие интегрального исчисления можно обнаружить в трудах французского математика и физика Бле-за Паскаля (1623-1662 гг.). Однако наиболее знаменитым оказался его вклад в гидростатику: в 1663 г., уже после сме-рти Паскаля, был опубликован основной закон гидростатики, выраженный впоследствии формулойp = po + Δh , (1663 г.) где p - абсолютное гидростатическое давление в рассматриваемой точке жидкости; po – давле-ние на поверхность жидкости; Δ h - избыточное давление жидкости в точке, отстоящей от поверхности на расс-тоянии h.

Краткая биографическая справка:Блез Паскаль, французский математик, физик, философ и писатель. Сформулировал одну из основных теорем проективной геометрии, развил геометрические способы вычисления площа-дей плоских фигур и поверхностей объемных тел. Работы по арифметике, теории чисел и анализу бесконечно малых, алгебре, теории вероятностей и гидростатике. Конструктор сум-мирующей машины. Автор сатиры «Письма к провинциалу» и философского трактата «Мы-сли».На этом законе, разделяющем абсолютное давление в жидкости на поверхностное (атмосфер-ное) и избыточное, основана работа любых гидравлических машин, а также многих судовых систем. Несмотря на то, что простейшие гидравлические машины использовались в судоходс-тве еще с античных времен (например, корабельные водоотливные поршневые насосы, изобре-

тенные Архимедом), только во второй половине XVIII века появляется возможность приступить к их теоретическому исследованию, а позднее и проектированию.Сила плавучести: P = p LB = γLBT= γV

р=γ TРис.10. Схема понтона в виде прямоуголь-ного параллелепипеда, иллюстрирующая соответствие основного закона гидроста-тики и закона плавучести.События 1663 г.В Голландии заложен флагманский 80-пуше-чный линейный корабль знаменитого адми-рала Михаэля де Рейтера (1607-1676 гг.) “Де Зевен Провинсиен” (L=62 м). В Стокгольме шведский ученый Ганс Трайле-бен строит колокол для исследования зато-нувшего корабля “Васа”, с помощью кото-рого в 1664 г. он поднимет около 50 тяже-лых орудий с глубины более 30 м. 1638 г. оказался знаменит не только выходом в свет “Бесед” Галилея, но и тем, что в этом году родился известный всему миру английс-

кий кораблестроитель Антони Дин (1638-1721 гг.), который явился первым кораблестроителем, сумевшим на практи-ке использовать известные законы гидростатики и математического интегрирования при создании своих кораблей.Случилось это в 1664-1666 гг. во время постройки в родном городе Дина - Харидже 70-пушечного линейного корабля “Руперт”.Дело в том, что военные корабли того времени, в отличие от мирных грузовых судов, должны были иметь специаль-ные вырезы в бортах для орудий (пушечные порты). Необходимо отметить, что впервые бортовые пушечные порты были предложены известным французским кораблестроителем Дешаржем * из Бреста еще в начале XV века и применя-лись на крупных каракках с 1450 года.*) По некоторым источникам - Дешард.

Рис.11. Теоретический чертеж корпуса первого теоретически обоснованного судна - линейного корабля “Ру-перт”.Самый нижний ряд пушечных портов, соответствующий тяжелой артиллерии главного калибра, с целью обеспечения остойчивости судна располагался от поверхности воды на определенном минимально допустимом с точки зрения безопасности расстоянии (например, для английских кораблей того времени это расстояние составляло порядка 0,5-0,7 м).

Краткая биографическая справка:Антони Дин, кораблестроитель и ученый, внесший большой вклад в развитие английского ко-раблестроения. С юности работал на судостроительной верфи г. Хариджа. С 1664 г. строите-ль кораблей, с 1684 г. – главный сервейер королевского флота. Строитель серии фрегатов в 1673-75 гг., которые превзошли по скорости лучший корабль этого класса – французский «Сю-перб». Оказывал содействие становлению русского военного флота. Автор нескольких научных работ и один из основателей инженерной кораблестроительной школы.Насколько важно было обеспечивать допустимое значение этого расстояния говорят следующие факты гибели парусных боевых кораблей: в 1545 г. на выходе из Портсмута навстречу француз-ской эскадре затонула большая английская каракка «Мэри Роз» водоизмещением 700 т, опроки-нувшаяся в результате перегрузки артиллерией (на борту корабля было 92 пушки различного ка-

либра, в том числе и осадные орудия) и приема большого количества воды через пушечные порты (погибло 660 чел.); в 1628 г. - опрокидывание галеона "Васа" (рис.7); в 1676 г. в результате неправильного маневра в бою с датским флотом опрокинулся и затонул шведский линейный корабль "Крунан" (погибло 800 чел); в 1782 г. на рейде Спитхеда затонул английский линейный корабль “Ройал Джордж”, который будучи накрененным для ремонта подводного отверстия во-дяной трубы, опрокинулся от приема забортной воды через открытые пушечные порты (погибло 900 чел.).Ввиду невозможности в те времена более или менее точно предугадать водоизмещение судна и его посадку на стапеле (даже оценка водоизмещения плавающего судна была предметом “тайны” для каждого кораблестроителя), к моменту постройки “Руперта” сложилась следующая практика строительства военных кораблей. На наклонном стапеле формировался киль со штевнями, днище, а затем и борта судна по всей высоте со всем набором и обшивкой. После этого, когда корабль представлял собой водонепроницаемую скорлупу, его борта раскреплялись временными распорками и производился спуск на воду. Затем начиналась операция загрузки корабля всем снаряже-нием и запасами, которые должны быть на борту при заданной автономности (порядка 4-6 месяцев). От ватерлинии плавающего корабля откладывалось минимально допустимое расстояние до нижних пушечных портов и производи-лась их разметка вместе с палубными линиями, устанавливались бимсы и палубные настилы, и наконец, прорезались сами порты. Завершалась постройка корабля на воде установкой рангоута и такелажа, а также всего вооружения и снаряжения.Следует отметить, что для прогнозирования некоторых свойств и характеристик будущего корабля в XVI-XVII веках иногда использовалось физическое моделирование, основанное на стремлении достижения полного геометрического и, по возможности, физического подобия. Тогда было принято в обязательном порядке перед закладкой головного ко-рабля по разработанному проекту строить достаточно крупные модели этих кораблей (главным образом в масштабах 1:48 и 1:32). Иногда такие модели выполнялись настолько точными, что позволяли приблизительно определить путем взвешивания вес, т.е. водоизмещение корабля, положение его центра тяжести и посадку в воде, характер остойчивости.Теоретически условием обеспечения геометрического и физического подобия при изготовлении моделей является вы-держка геометрических размеров, массы и расположения переменных составляющих нагрузки (снабжения, вооруже-

ния и запасов) в соответствии с принятым масштабом модели, а также одинаковой плотности материалов корпуса ко-рабля и его элементов.Например, пусть масштаб модели принят 1:50. Тогда, если при постройке модели корабля обеспечить одинаковость плотности материалов и геометрических размеров всех элементов корпуса, рангоута, парусов и такелажа, можно путем взвешивания модели приближенно оценить и массу перечисленных составляющих нагрузки реального (натурного) корабля. Например, для корпуса с рангоутом его вес и положение центра тяжести определятся следующим образом (индекс “н” - натурное судно, индекс “м”- модель)( Рк )Н = ( Рк )М 50 3 ,(x к )Н = ( x к )М 50 .После этого, исходя из заданного веса вооружения, оборудования, снабжения и запасов натурного корабля, определя-ется вес соответствующих нагрузок модели( Р об )М = ( Роб )Н (1/50) 3,который распределяется в соответствии с проектом по ней. Оборудованная таким образом модель опускается в воду и исследуется, в результате чего определяется посадка корабля, оценивается его остойчивость и т.п.Однако если даже предположить всю тщательность и дороговизну изготовления некоторых моделей того времени, по-грешность определения искомых характеристик будущего судна оставалась все же очень высокой, поэтому судострои-тели ограничивались, как правило, весьма приближенным определением положения центра тяжести корабля по длине (путем подвешивания модели в средней части), а в большинстве случаев модели носили чисто демонстрационный ха-рактер.Видимо, хорошо знакомый с трудами Кеплера и Кавальери, а также Стевина, Галилея и других ученых, Дин начал ве-сти на верфи подсчет всех грузов, входящих в весовую нагрузку корабля (операции взвешивания и регистрации в “Ве-совом журнале” до сих пор являются важными и используются до настоящего времени, в частности, при строительст-ве подводных лодок и некоторых головных судов), с одновременным контролем формы корпуса корабля по разрабо-танному им самим теоретическому чертежу (по практическим шпангоутам). Таким образом, уже к концу формирования оконечностей и наружной обшивки корабля на стапеле Дин имел достаточ-но достоверное значение полного веса или водоизмещения корабля. Используя математические методы определения объемов тел, ограниченных криволинейными поверхностями, т.е. различные методы интегрирования, он по теорети-ческому чертежу корпуса получил зависимость объемного водоизмещения от осадки судна V=f(T), которая в настоя-щее время называется грузовым размером.Определив объемное водоизмещение “Руперта” как V=D/χ, Дин по графику без труда получил искомую осадку кора-бля Т (рис.12). После того, как он отдал указания прорезать пушечные порты и производить разметку палуб на стапеле, что вызвало, видимо, бурю самых различных эмоций у специалистов, а затем спустил корабль, самым удивительным оказалось то, что в условиях тогдашнего уровня технологии и математических вычислений он сел в воду именно на ту величину осадки, которую предсказал корабельный мастер.Т, м

Рис.12. Грузовой размер корпуса судна.События 1666 г.Во главе пиратской флотилии из 10 кораблей, промышлявшей разбойным про-мыслом в Карибском море, становится Генри Морган (1635-1688 гг.). Самое крупное морское сражение времен парусного флота - четырехдневное Дюнкеркское сражение между английским (80 кор.) и голландским (М. де Рей-тер, 90 кор.) флотами во время 2-й англо-голландской войны, закончившееся поражением англичан (потери: англ.- 17 кор, голл.- 4 кор).

Голландские корабельные мастера Гельт, Ван ден Стрек, Минстер и Бутлер, нанятые русским царем Алексеем Михайловичем, готовятся к строительству в с. Дединово Коломенского уезда первого русского боевого корабля “Орел”. Французский гидрограф Дени впервые замечает, что компас в разных местах корабля показывает по-разному. Норт-Форлендское сражение голландского (М. де Рейтер, 88 кор и 20 брандеров) и английского (Ж. Монк, 81 кор и 18 брандеров) флотов после неудачной попытки высадить десант и заблокировать устье Темзы, закончившееся пора-жением голландцев (потери - 20 кор) и окончательно закрепившее правила тактики линейного боя. Французский флибустьер-головорез Франсуа Олонне (Жан Давид, 1630-1671 гг.), командуя флотилией из 6 кораблей, базирующихся на о. Ля-Тортуга в Карибском море, захватил и разграбил города Маракамбо и Сан-Антонио де Гибра-лтар, откуда вывез огромную добычу. Вскоре Дином было написано несколько научных работ, и в частности, брошюра под названием “Доктрина корабель-ной архитектуры”, вышедшая в Кэмбридже в 1670 г. (в России эта работа была издана в 1711 г. под названием “Раз-меры корабля с измерениями для описания или черчения кораблестроительного корпуса”). В этом труде Дин дает подробное описание по составлению проекции “Корпус” теоретического чертежа по практическим шпангоутам, спо-соб вычисления водоизмещения корабля и определения марок углубления до его спуска на воду.В 1684 г. Антони Дин становится обер-сервейером (главным инспектором кораблестроения) английского флота. За время деятельности на этом посту он фактически основал инженерную кораблестроительную школу Англии, создав строгую систему расчета размеров всех частей корабельного набора и нагрузки корабля, четко определив взаимоза-висимость размеров корабля с водоизмещением, а также с количеством и весом пушек, людей и грузов на борту, раз-мещением мачт и парусностью.

V, м

Необходимо отметить, что фамилия Динов тесно связана с Петром I. В 1698 г. на верфи в Дептфорде близ Лондона ру-сский царь учился математике и черчению корабельных планов. Уже тогда он понял, что, в отличие от Голландии, где корабли часто строились без каких-либо теоретических обоснований и расчетов, исключительно по опыту и “на гла-зок”, в Англии корабельное искусство опиралось на строгие правила науки - в первую очередь математики и гидроста-тики. Именно поэтому Петр I уговорил Дина послать своего сына Джона вместе с другими иностранцами в Россию для оказания помощи в постройке кораблей в Воронеже. К сожалению, Джон Дин скоропостижно скончался в Москве в 1699 г., где и был похоронен.События 1670 г.Вступил в строй французского королевского флота первый трехдечный 70-пушечный линейный корабль “Солей Рой-аль” (D=1313 т, L=60,9 м), построенный в противовес английскому “Соверин оф Сиз” на основе первых технических правил, введенных французским Адмиралтейством. Окончательный развал Ганзейского союза: решения ганзтага 1669 г. в Любеке констатировали экономический крах в прошлом уникального и богатейшего объединения северо-германских городов.

Краткая биографическая справка:Исаак Ньютон, английский математик, механик, астроном и физик, создатель класси-ческой теоретической механики. Окончил Кембриджский университет, член Лондонс-кого королевского общества, Парижской академии наук, автор фундаментальных ра-бот по дифференциальному и интегральному исчислению. Открыл дисперсию света, хроматическую аберрацию, исследовал интерференцию и дифракцию, развил корпуску-лярную теорию света и высказал гипотезу о дуализме света. Построил зеркальный телескоп, открыл закон всемирного тяготения, разработал теорию движения небес-ных тел и создал основы небесной механики. Исследовал статический прилив и создал основы динамической теории приливов, высказал идею устройства секстана.Дальнейшее развитие интегрального исчисления площадей и объемов в трудах английс-кого математика Исаака Барроу (1630-1677 гг.) и его выдающегося ученика Исаака

Ньютона (1642-1727 гг.) привело вскоре к повсеместному использованию математических вычислений в английском кораблестроении. Видимо уже к концу XVII века многие английские корабли строились на стапелях с установленными палубами и мачтами, что значительно сокращало время их постройки (рис.13).

Рис.14. Так выглядел первый русский Табель о корабельных пропорциях 1723 г., о значении ко-торого для развития военно-морского флота сви-детельствует подпись Петра Михайлова – импера-тора Петра I, поставленная им наряду с главными корабельными мастерами и обер-сервейером ко-раблестроения.Продолжая тему английского судостроения, следует отметить, что во второй половине 17 века была пред-принята первая попытка основать эксперименталь-ную гидромеханику для выработки хоть каких-то рекомендаций по проектированию формы корпуса судна: исследователь С. Фортрей (1622-1681 гг.) провел первые буксировочные испытания деревян-ных моделей кораблей в гравитационном опыто-вом бассейне (пруде), однако сведений об их резу-льтатах не сохранилось.В знаменательном 1666 году произошло еще одно чрезвычайно важное для корабельной науки событие - создание первой Академии наук. По распоряже-нию королевского министра финансов Франции Жа-на Кольбера (1619-1683 гг.), уделявшего большое внимание развитию судостроения и военно-морского флота (один из создателей регулярного ВМФ Фран-ции), была официально организована Парижская академия наук, которая уже к концу века выведет Францию на передовые позиции в научном обосно-вании проектирования и строительства кораблей. За относительно короткое время в Парижскую АН было приглашено для работы множество талантливых уче-ных, которые уже к середине XVIII века заложили основы таких корабельных наук как гидромеханика, теория корабля и прочность (Якоб, Иоганн и Даниил

Бернулли, Леонард Эйлер, Жан Даламбер, Жан Кон-дорсе, Поль Гост, Пьер Бугер, Жозеф Лагранж, Жан Борда, Жорж Бюффон и др.).К середине XVII века на флотах и в кораблестроении Англии, Голландии и Франции начали формироваться, так называемые, “Табели о рангах”, а затем и “Табели о корабе-льных пропорциях”. “Табели о рангах” способствовали регулярности или однотипности военно-морского флота и их боевых соединений, что повышало боеготовность и боевую эффективность флота в целом.

Рис.13. Боевые корабли с вырезанными пушечными портами, строящиеся на голландской верфи в начале 18 века.К началу XVIII века было установлено 6 рангов кораблей, от которых зависели количество и вес орудий на борту корабля, количество палуб, распределение орудий различного калибра по палубам, количество мачт и парусное вооружение, численность экипажа. В зависимости от ранга корабля назначались суммы на его содержание, количес-твенный состав флота для кораблестроительных программ на плановый период времени. По рангу можно было предва-рительно оценить также полное водоизмещение корабля и его стоимость (табл. 1).Таблица 1. Табель о рангах английского флота 1727 г.

Ранги Число пушек 1-я палуба (гл.па-луба)2-я палуба 3-я палуба Полубак и полуютВес артиллерии Числ. команды

1 100 28 - 49 фунт. 28 - 24 фунт. 28 - 12 фунт. 16 - 6 фунт. 214 780

2 90 26 - 32 фунт. 26 - 18 фунт. 26 - 9 фунт. 12 - 6 фунт. 175 680

3 80 26 - 32 фунт. 26 - 12 фунт. 24 - 6 фунт. 4 - 6 фунт. 147,5 520

3 70 26 - 24 фунт. 26 - 12 фунт. _ 18 - 6 фунт. 126,5 480

4 60 24 - 24 фунт. 26 - 9 фунт. _ 10 - 6 фунт. 104 365

4 50 22 - 18 фунт. 22 - 9 фунт. _ 6 - 6 фунт. 85,5 280

5 40 20 - 12 фунт. 20 - 6 фунт. _ _ 57,5 190

5 30 8 - 9 фунт. 22 - 6 фунт. _ _ 34 135

6 20 20 - 6 фунт. _ _ _ 22,5 115

“Табели о корабельных пропорциях” представляют собой первые открытые рекомендации по проектированию бо-евых кораблей. До появления таких “Табелей...” “отыскание добрых пропорций” было делом целых поколений кора-блестроителей, которые, опираясь на передаваемый от деда к отцу и от отца к сыну опыт проектирования, держали его в строжайшей тайне. Кораблестроительные семьи и кланы никогда не делились опытом не только между собой, но и внутри себя, если люди их семейного круга не имели отношения к этому ремеслу. В качестве примера можно привести корейские кораблестроительные кланы в Японии, фамилию англичанина Петта, в течение почти 200 лет дававшую су-достроителей, или династию голландских кораблестроителей Ван-Цвийндрехт.“Табели пропорций”, являющиеся по тем временам весьма качественным обобщением опыта проектирования кораблей и судов, в корне изменили ситуацию в области проектирования судов, способствуя созданию национальных корабле-строительных школ во всех развитых морских державах, что привело позднее к появлению и первых высших кораб-лестроительных учебных заведений. Это не значит, что “Табели пропорций” были открыты для публикаций. Они в каждой стране держались под секретом, но были вполне доступны для кораблестроителей внутри страны, работающих на военно-морские ведомства. Типичный “Табель пропорций” можно рассмотреть на примере “Табеля о кораблестроительных пропорциях” в рамках кораблестроительного регламента русских корабельных мастеров Петровской эпохи, разработанного под руководст-вом и при личном участии самого Петра I.В зависимости от количества пушек регламентировались следующие параметры корпуса кораблей:

Длина по нижней или главной палубе (1-я батарейная палуба); Ширина палубы (внутренняя без обшивки); Высота борта до нижней палубы (без киля); Относительная ширина плоской части днища на миделе ( у1 : В/2 или у 1 , рис. 15); Завал борта на миделе ( у2 , рис. 15); Отстояние последнего кормового пушечного порта (по нижней палубе) от ахтерштевня; Шпация (практическая); Относительная ширина верхней части транца ( у3 , рис. 15); Погибь бимсов относительная (дюйм на фут длины); Расстояние от бака до носового дейдвуда ( x , рис. 16).

Рис.15. Поперечные сечения корпуса корабля на миделе и транцеРис.16. Продольный разрез корабля в носовой части. 1 - бак; 2 - фок - мачта; 3 - бушприт; 4 - форштевень; 5 – носовой дейдвуд.Не исключено, что для торговых судов существовали аналогичные военным кораблям “Табели пропорций”, регла-ментирующие основные элементы судов в зависимости, например, от грузоподъемности.В 1671 г. в Амстердаме опубликовывается сочинение “Sheeps bouw en bestier” известного голландского кораблестро-ителя Николая Витсена, посвященное описанию методов постройки кораблей и содержащее конкретные рекомен-дации по их совершенствованию. Эта книга, по сути обобщающая опыт голландского кораблестроения, явилась вто-рым по фундаментальности трудом после сочинений Пантеро, Футтенбаха и Рэли и вызвала настолько большой спрос в Европе, что Голландия, находясь в состоянии войны с Англией и не желая передавать другим свой опыт, запретила вывоз ее за границу.

Краткая биографическая справка:Николай Витсен, голландский кораблестроитель, ученый и государственный деятель. Бургомистр Амстердама, главный строитель голландских военных кораблей адмирала де-Рейтера. Оказывал техническое и организационное содействие строительству Азовской флотилии русского царя Петра I. Поставщик кораблей для русского военно-морского флота.События 1671 г.В Париже издано сочинение французского хирурга и путешественника Пьера Ламартинь-ера “Путешествие в северные страны”, который явился первым французом, побывавшем на севере России и пытавшимся пройти Северным морским путем. Поход пиратов Г. Моргана на Панаму, в результате которого испанским колониям и самой

метрополии был нанесен значительный материальный урон. Уже через 11 лет после своего учреждения Парижская академия наук в 1677 г. выпустила первый капитальный труд в области кораблестроения - сочинение Дасье “Архитектура судов, содержащая способы конструирования оных”, в которой даны описания боевых кораблей того времени и обобщался технологический опыт кораблестроения во Фран-ции. В дальнейшем научные исследования в области судостроения, проводимые под эгидой Парижской АН, оказались настолько важными, что французские корабельные инженеры конца XVII и XVIII веков были признаны лучшими для той эпохи.События 1677 г.Захват французской эскадрой адмирала Жана д` Эстре (1624-1707 гг.) голландских поселений на западном побережье Африки и в Вест-Индии (о. Тобаго). В 1681 г. в Париже по приказу Людовика XIV Академия наук созывает первую в истории кораблестроения научную конференцию, в которой участвовали ученые и знаменитые морские офицеры. На этой конференции, в частности, впервые была предпринята попытка узаконить правила постройки судов, однако многие решения вызвали заслужен-

ную критику специалистов, так как по выражению П. Госта "оные меры учреждены не на правилах, происходящих от знания о движении судна и упорности воды, происходящей от движения".Примерно в это время на заре появления технологий, использующих пар, предполагают, что Мариотту первому уда-лось вывести знаменитую котельную формулу для нормальных напряжений растяжения в цилиндрах, испытывающих давление изнутриσ= p r / δ , где σ - нормальные напряжения растяжения, кг/см2; р - внутреннее давление среды, кг/см2; r - радиус цилиндра, см; δ - толщина стенки цилиндра, см.Эта формула, несмотря на то, что она была затем использована, прежде всего, для расчета различных энергетических агрегатов (сосудов под давлением пара - корпусов котлов, ресиверов, котельных труб и т.д.), до сих пор широко испо-льзуется в расчетах многих судовых систем, где трубы и резервуары находятся под давлением.Кроме того, если приложить к цилиндрической оболочке не внутреннее, а наружное давление, то нормальные напря-жения поменяют знак, т.е. будут не растягивающими, а сжимающими. В случае появления даже небольшого момента в результате отклонения от круговой формы они могут вызвать изгиб и потерю устойчивости ее конструкции. Поэтому котельную формулу можно считать исходной и при расчете прочных корпусов подводных лодок и резервуаров, нахо-дящихся в воде, потребность в чем возникнет только к концу XIX века. События 1681 гАрхангельские купцы-судостроители братья Баженины используют при строительстве судов на р. Вавчуге станки для распиловки бревен, приводимые в действие от водяных мельниц. Первый успешный поход французской средиземноморской эскадры адмирала А. Дюкена на Триполи и Алжир для борь-бы с арабскими пиратами, приведший через четыре года к искоренению пиратства в западном Средиземноморье. Р.Гук предлагает установить на судно гребной винт собственной конструкции с лопастями как у ветряной мельни-цы. В конце XVII века совершенствованию кораблестроительных расчетов по теоретическому чертежу корпуса во многих странах в значительной мере способствовали научные труды немецкого математика Готфрида Лейбница (1646-1716 гг.), считающегося вместе с Ньютоном основоположником классического интегрального и дифференциального исчи-

сления, а также швейцарских ученых - братьев Якоба (1654-1705 гг.) и Иоганна Бернулли (1667-1748 гг.). Краткая биографическая справка:Иоганн Бернулли, швейцарский математик, профессор Гронингенского и Базельского универ-ситетов, член Парижской и Петербургской Академии наук. Автор научных трудов по тео-рии бесконечно малых величин и вариационному исчислению. Поставил и решил классическую задачу о геодезических линиях, развил теорию удара и учение о живой силе.Основоположником классической теоретической механики твердых тел, как известно, являет-ся Ньютон, однако ему принадлежат и первые научные труды по динамике жидкости, т.е. гидродинамике, являющейся частью гидромеханики. В 1687 г. вышла в свет его знаменитая книга “Математические начала натуральной философии” (рис.17), в которой наряду с ма-тематикой и теоретической механикой были представлены первые исследования по трению в

воде, и в частности, сформулирован закон трения для воды: “Сопротивление, происходящее от недостаточной скользкости жидкости, при прочих равных условиях предполагается пропорциональным скорости, с которой частицы жидкости разъединяются друг от друга”.

,Fтр = τS , (1687 г.) где τ - напряжение трения в слое жидкости, н/cм2; dv - приращение скорости в слое жидкости, см/с; dy - толщина слоя жидкости, см; m - коэффициент пропорциональности, который впоследствии получит название коэффициента динамической вязкости, кг/(cм·c); Fтр - сила трения между слоями жидкости, н; S – контак-тная площадь слоя жидкости, см2 (рис.18).

Рис.17. Титульный лист “Математических начал натуральной философии” - выдающегося фундаментального труда Исаака Ньютона.Рис. 18. Эпюра скорости жидкости около твердой поверхности.Ошибочно считая все же сопротивление, вызванное трением, пренебрежимо малым , Ньютон получает формулу для определения сопротивления пластин, установленных перпендикулярно потоку воды, полагая, что сопротивление дви-жущегося тела в различных жидкостях определяется ее плотностью*) Отсюда, видимо, идеальная жидкость без трения носит название ньютоновскойR = k ρv2 Ω ,которая и до сих пор используется как обобщенная формула гидродинамического сопротивления (сил)

,где R - гидродинамическое сопротивление тела, движущегося в жидкости или покоящегося под набегающим потоком жидкости, н; i - вид гидродинамического сопротивления; ρ - плотность жидкости, кг/м3; v - скорость тела или набегающего потока жидкости, м/с2;Ώ - характерная площадь поверхности, м2; ζ - коэффициент гидродинами-ческого сопротивления.События 1687 г.Обер-сервейер английского флота А. Дин после проведения инженерного обследования всех кораблей на предмет выяв-ления их весовых нагрузок окончательно сформировывает в целом "Табель о рангах" боевых кораблей в соответствии с установившейся тактикой линейного боя и создает типовые проекты кораблей разных рангов. В 1689 г. в Париже издаются книги члена Парижской академии наук Рено "Механика жидкости" и “Теория манев-рирования судов”. Последнюю по праву можно считать первым научным трудом в области ходкости и управляемос-ти парусных судов. Позднее в 1693 г. Рено опубликовывает новый труд по теории управляемости, который, как и пред-ыдущий, посвящался в основном задачам отработки теории и практики хождения под парусами.Необходимость исследований в области ходкости и управляемости судов в те времена была вызвана обострившимися проблемами как в достижении удовлетворительной скорости, так и хорошей управляемости для крупных боевых кора-блей, размеры которых постоянно росли. В частности, в соответствии с европейской концепцией формы корпуса судов (форма копировалась с морских рыб) ватерлиния имела более полные образования в носу, нежели в корме. Это приво-дило к повышенному сопротивлению корпусов в воде, на что и начали обращать английские и французские ученые. Решение же этой проблемы путем увеличения парусности входило в неминуемое противоречие с обеспечением попе-речной остойчивости корабля.Интересным событием этого же 1689 года во Франции явился королевский указ, в котором впервые четко определяет-ся понятие “инженер-кораблестроитель”. Согласно этому указу все строители кораблей его величества короля Фра-нции должны носить титул “инженер-конструктора флота”.События 1689 г.Заканчивается кругосветное плавание английского мореплавателя Вильяма Дампира (1652-1715 гг.), совершенное анг-личанами впервые с заходом в район Австралии и Индонезии. Побег знаменитых французских военных моряков Жана Бара (1651-1702 гг.) и Клода Форбена (1656-1733 гг.) с Порт-смутской тюрьмы, которым удалось добраться до Франции, переплыв на шлюпке Ла-Манш. Уже в 1681 г. французские кораблестроители на основании научных исследований Парижской АН начинают обсужда-ть вопрос применения математических методов при проектировании судов. В 1690 г. спускается на воду самый мощ-ный линейный корабль того времени - 112- пушечный линейный корабль 1-го ранга “Ройал Луи” (рис.19), длительное время считавшийся самым лучшим среди кораблей этого класса флотов ведущих морских держав. Примечательным было то, что водоизмещение этого корабля (2130 т) почти вдвое превышало водоизмещение вступившего в этом году в состав английского флота флагманского линейного корабля “Сент Джорж” (1296 т), а качество постройки его было настолько высоким, что корабль прослужил более 90 лет (!).

Рис.19. Выдающийся французский линейный корабль “Ройал Луи”. (L= 63,8 м; B= 17,2 м; T= 7,48 м; D=2130 т)Это было воплощением крепнущего союза науки и практики, секре-ты которого начинают изучаться во всех морских державах, и в пе-рвую очередь, - в Англии, которая весь XVIII и начало XIX века будет упорно отвоевывать упущенные позиции и бороться с фран-цузским флотом за первенство на морях и океанах. Достаточно от-метить, что взятые англичанами в плен французские корабли слу-жили им образцом для усовершенствования, а английские команди-ры напрашивались на командование французскими призами.В том же 1690 г. голландским ученым, изобретателем маятниковых часов и различных оптических приборов, Хейгенсом Гюйгенсом (1629-1695 гг.), а также в разное время Якобом и Иоганном Берну-лли, Лейбницем выведено знаменитое уравнение цепной линии, по которой раздуваются паруса и висят всевозможные морские ка-наты (в том числе якорные)

, (1690 г.) где а - отстояние от оси x экстремума цепной линии, симметричной относительно оси y.Данное уравнение для нужд кораблестроения было впервые применено в научных трудах И.Бернулли, посвященных ходкости и управляемости парусных кораблей, где оно использовалось для определения тяги, которая возникает в па-русах.В целом, работая с 1665 г. в Париже, Гюйгенс внес значительный вклад в развитие механики, решая задачи примените-

льно к кораблестроению.Краткая биографическая справка:Хейгенс Гюйгенс, голландский ученый, член Парижской академии наук, изобретатель и созда-тель маятниковых часов со спусковым механизмом, усовершенствовал конструкцию телеско-па. Заложил основы теории удара, сформировал волновую теорию света и установил совмес-тно с Гуком постоянные точки термометра. Открыл кольцо у Сатурна и его спутник Титан. Автор одного из первых трудов по теории вероятностей.События 1690 г.В Англии построен 86-пушечный линейный корабль “Сент Джорж” (D=1296 т, L=59,6 м), считавшийся самым великолепным английским кораблем со времен “Соверин оф Сиз”. Заложен самый крупный боевой корабль испанского королевского флота в XVII веке - 90-пуше-чный линейный корабль “Сан Филипе” (D=1890 т, L=62,8 м), судьба которого сложилась так,

что он никогда не участвовал в сражениях и был списан на слом в 1736 г. Французский физик Дени Папен (1647-1712 гг.), ученик английского ученого Р.Бойля, впервые излагает принцип дейст-вия пароатмосферной машины и устройство парового котла. Сражение испано-англо-голландского (А.Херберт, 59 кор) и французского (А. де Турвилль, 75 кор. и 18 брандеров) фло-тов во время войны Франции против Аугсбургской лиги 1688-1697 гг. у м. Бичи-Хэд, которое закончилось поражением союзников и считается одним из самых крупных военно-морских успехов в истории Франции. В 1697 г. в Лионе вышло в свет известное капитальное сочинение французского профессора математики, члена Париж-ской АН Поля Госта “Теория конструирования кораблей, содержащая математические примеры расчета” (рис.20), в котором рассматриваются вопросы остойчивости и качки корабля, а также сопротивления материалов, применяемых в судостроении того времени. Эта книга фактически заложила предпосылки для окончательного фор-мирования теории корабля как базисной корабельной науки, так как в ней впервые, не смотря на физичность подхода, вводится понятие метацентра, рассматриваются некоторые задачи остойчивости, в том числе с подвешенным на стре-ле грузом, и предлагается для ее оценки способ кренования, даются основы поведения судна на волнении (рис.21).В этом же году вышла книга голландца Корнелиуса ван Эйка “Нидерландское судостроительное искусство”, кото-рая явилась вторым после сочинения Витсена трудом, посвященным голландскому судостроению. Потомственный ко-раблестроитель, автор книги обобщил в ней все свои знания и опыт, накопленные в течение многих лет работы масте-ром на верфи Ост-Индийской компании в Делфсхавене.

Рис. 20. Титульный лист капитального сочинения П.Госта "Теория конструирования кораблей..."Рис.21. Схема вертикальной, бортовой и килевой качки из книги П.Госта «Теория конструирования кораблей»События 1697 гПосле взятия в 1696 г. Азова и постановления Боярской думы “Морским судам быть” русский царь Петр I организо-вывает “Великое посольство” в западные страны для создания коалиции против турецкого султана и обучения кад-ров кораблестроителей и мореходов в ведущих морских державах Европы. Английский капер Вильям Кидд (1645-1701 гг.) под угрозой бунта на своем корабле “Адвенчер Галлей” захватывает в Индийском океане торговый корабль правителя Индии Великого Моголу “Кведах Мерчант” с баснословными богат-ствами, за что под разными предлогами был в конце концов казнен в Англии по решению суда как пират. Карибскими флибустьерами взят и разграблен один из крупнейших городов Колумбии - порт Картахена. В 1711 г. в Англии издается книга Вильяма Сюзерленда, в которой он одним из первых дает научно обоснованные рекомендации по выбору формы корпуса кораблей, опираясь, в первую очередь, на теорию сопротивления Ньютона.События 1711 г Уничтожение по Прутскому мирному договору русской Азовской флотилии и сдача Азова Турции. В 1714 г. И. Бернулли в Базеле издает книгу “Очерки новой теории маневрирования судов”, в которой закладыва-ются фундаментальные теоретические основы ходкости и управляемости парусных кораблей. Впервые в этом труде И.Бернулли дает физическое объяснение возникновению тяги паруса при боковом ветре, позднее названному эффек-том крыла, а также рекомендации по эффективному использованию прямых парусов для хода и маневрирования мно-гомачтовых кораблей при различных курсовых углах ветра.События 1714 г.Гангутское сражение во время Северной войны русского галерного флота под командованием Федора Апраксина (1661-1728 гг.) и шведской эскадры Ватранга, закончившееся прорывом заблокированных русских галер вдоль полуос-трова Гангут, окружением и пленением шведской эскадры Н.Эреншельда, поджидавшей русских у основания полуост-рова с другой стороны. В устье р. Охотская основывается первый русский острог на Тихом океане - будущий порт Охотск, который явится первой военно-морской базой и судостроительным центром Дальнего Востока. В Англии объявлена большая денежная премия за метод определения долготы с точностью до половины градуса – ре-шение острой проблемы, стоящей перед мореплавателями со времен Х.Колумба. В Петербургском адмиралтействе английский корабельный мастер Ричард Козенц (1674-1735 гг.) ведет строительс-тво 64-пушечного линейного корабля “Ингерманланд”, который будет флагманским кораблем Петра I до конца Севе-рной войны в 1721 г. Россия имеет военный парусный флот, состоящий из 16 кораблей и 8 фрегатов и шняв, а также галерный флот из 99 полугалер и скампавей. Английский кузнечный мастер Томас Ньюкомен (1663-1729 гг.) второй год использует в горном деле сконструирован-ную им пароатмосферную машину. Находясь в русском плену с 1710 г., шведский губернатор финской губернии Або Ларс Эренмальм заканчивает работу над сочинением “Состояние России при Петре I” - ценнейшим источником по русской истории, в том числе морской, петровской эпохи. Командующим датским флотом во время Северной войны 1700-1721 гг. назначен Вессель Торденшельд (1691-1720 гг.), который вплоть до своей гибели на дуэли одержал ряд крупных побед над шведским флотом: среди них наиболее зна-чительной является сражение в 1716 г. при Дюнекилне, где датчанами была захвачена шведская эскадра в 40 вымпе-лов.

Заканчивается каперская деятельность во время войны за Испанское наследство 1701-1714 гг. французского военного моряка Рене Дюге-Труэна (1673-1736 гг.), в результате которой он захватил около 300 торговых и 20 военных кораб-лей Англии и Голландии. В 1738 г. член Парижской АН Даниил Бернулли (1700-1782 гг.), сын И. Бернулли, опубликовывает капитальный труд по гидромеханике*, в котором исследуется энергетический баланс установившегося (стационарного) потока идеаль-ной (невязкой) жидкости для точек, находящихся на одной линии тока (рис.22)

, (1738 г.) где Н - полный напор или удельная энергия жидкости как постоянная величи-на (метр столба жидкости); z – геометрический напор жидкости в рассматриваемой точке на линии тока как отс-тояние точки от базисного уровня, м; p/γ- гидростатический напор жидкости в рассматриваемой точке, м; v2/2g - скоростной напор жидкости в рассматриваемой точке, м.

Рис.22. Постоянство удельной энергии идеальной жидкости вдоль линии токаВпервые в своем труде Д. Бернулли также выдвигает идею использования для движения судов водомета, которая, однако, на практике была реализована впервые Дж. Рамси только в 1784 г. при испытании паровой лодки с водомет-ным движителем в виде поршневого насоса. Традиционный для судостроения реактивный движитель - весло не удов-летворяет уже никого из-за своего низкого КПД, в связи с чем передовые ученые ищут новые движители, наверняка не зная об экспериментах великого Архимеда со шнековым винтом.В 1743 г. французским математиком и механиком Жаном Даламбером (1717-1783 гг.) сформулирован один из осно-

вополагающих принципов теоретической механики, выраженный в правилах составления дифференциальных уравне-ний движения материальных систем: если к фактически действующим на точки механической системы силам и реакциям наложенных на нее механических связей присоединить силы инерции, то получится уравновешенная система сил. Таким образом, принцип Даламбера позволил применить к решению задач динамики более простые ме-тоды статики, что открывало совершенно новые возможности в решении сложных задач дина-мики корабля с помощью дифференциальных уравнений.Краткая биографическая справка:Даниил Бернулли, швейцарский математик, механик и физиолог, академик, член Парижской и Петербургской академии наук. Известен трудами в области математики, астрономии, гидро-механики, разработал кинетическое представление о газах. Работа "Теория вибраций

упругих полос" послужила основой для создания судовой акустики и теории распростра-нения колеба-ний в воде и воздухе.События 1738 гИз Охотска выходит в плавание экспедиция на трех кораблях под командованием сподвижни-ка В.Беринга Мартына Шпанберга в поисках Японии и для исследования Курильских остро-вов.

Краткая биографическая справка:Жан Даламбер, французский математик, философ и механик, член Парижской и Петербургской академии наук. Со-автор с Д.Дидро знаменитой «Энциклопедии наук, искусств и ремесел». Один из основателей математической фи-зики, автор теории воздушных приливов и возмущения планет, работ по теории дифференциальных уравнений и ря-дов, алгебре, физике и астрономии, теоретической механике, музыкальной теории и эстетики.

, (1743 г.) где F - активные силы; R - реакции; m - масса; x - перемещения; t - время.События 1743 г.Завершилась уникальная в мировой практике десятилетняя Великая Северная (2-я Камчатская) экспедиция под об-щим руководством Витуса Беринга, включавшая более 500 морских офицеров, матросов и ученых и направленная на исследование Северного морского пути, Дальнего Востока России, Японии и северо-западной. Америки. Заканчивается кругосветное плавание английского адмирала Джорджа Ансона (1697-1762 гг.) - автора новой класси-фикации военных кораблей, единой формы одежды для офицеров флота и нового морского устава, просуществова-вшего до 1865 г. В 1746 г. происходит не менее важное событие - издается капитальный труд французского ученого, одного из осно-вателей фотометрии, Пьера Бугера * (1698-1758 гг.) “Трактат о корабле, о его конструкции и о его движении” (рис.23), который принято считать первым учебником по теории корабля, поэтому эту книгу часто называют просто “Теорией корабля”. В сочинении разрабатываются основы строгого учения о плавучести и остойчивости корабля, его измерения, обосновывается понятие метацентра и его радиуса, плеча восстанавливающего момента, рассматриваю-тся многие другие вопросы мореходных качеств судна, проблемы обеспечения прочности корпуса. Самое интересное, что Бугер сознавал в целом недостаточную теоретическую подготовленность судостроителей того времени, поэтому его книга написана простым языком и не загромождена сложными математическими выкладками, что сделало ее на долгие годы учебником для кораблестроителей не только Франции, но и многих других стран.

;Метацентрическая формула остойчивости Мв=D·l в , где r - поперечный или малый метацентрический радиус как расстояние между метацентром и центром величины судна, м; Jx - центральный момент инерции ватерлинии относительно продольной оси x или диаметральной плоскости в случае симметрии ватерлинии, м4; V - объемное водоизмещение судна, м3; Мв - восстанавливающий момент, препятствующий опрокидыванию судна, т·м; D - весовое водоизмещение судна, т; lв - плечо восстанавливающего момента, м.

Рис.23. Титульный лист трактата по теории корабля французского ученого П. Бугера.Рис. 24. Графический способ определения эпюры нагрузки на корпус судна. 1 - эпюра веса; 2 - эпюра сил плаву-чести; 3 - эпюра результирующей нагрузки на корпус корабля.Бугер впервые сделал попытку определить действующие на судно усилия и возникающий от них изгибающий моме-нт. Для этого он вводит понятие о кривых сил веса и поддержания, которые в упрощенной форме позволяли произ-водить прямой математический расчет (без графического решения) эпюры нагрузки (рис.24). Согласно расчетам, Бу-гер полагал, что изгибающий момент пропорционален произведению водоизмещения судна на его длину и равен Мизг = 39/520 DL . При изучении общего изгиба корпуса он считал его как балку, к которой применимы положения работ Га-лилея и Ж. Бюффона (1707-1788 гг.). Таким образом Бугер внес значительный вклад и в науку об общей прочности судна.M изг = k·D·L , (1746 г.) где Мизг - изгибающий момент корпуса, т, м; k - коэффициент пропорциональности; D - весовое водоизмещение судна, т; L - длина судна,, м.Исследуя вопросы прочности кораблей, Бугер в своей книге поддерживает предложение французских инженеров Кле-рона и Гоберта о необходимости усиления общей продольной прочности корпуса корабля, ослабленного вырезами пу-шечных портов, специальными диагональными связями - ридерсами. Такое английское название эти балки корпусно-го набора получили только в начале XIX века, когда англичане освоили передовой судостроительный опыт французов по нескольким захваченным в плен французским кораблям (вероятнее всего это были корабли, уведенные английским адмиралом Худом из Тулона в 1793 г.) и английский кораблестроитель Р. Сеппингс в 1806 г. сумел внести существен-ные улучшения в конструкцию корпуса с диагональными связями (раскосины и палубные карлингсы).Использование кораблестроителями ридерсов хоть и позволило, в конце концов, увеличить длину корпусов деревян-ных кораблей с 60 м в XVIII веке до 100 м в начале XX века, однако не могло кардинально решить проблему их общей продольной прочности без замены самого конструкционного материала. Говоря о прочности деревянных корпусов, следует уточнить, что речь на самом деле шла об обеспечении их жесткости, ибо именно от нее зависела герметич-ность корпусов, испытывающих сильные деформации на волнении. С учетом проблемы плохого качества лесоматериа-лов (недосушка) многие корабли той эпохи, прослужив несколько лет, становились практически непригодными для да-льних плаваний.Тем не менее из истории судостроения известно, что еще в начале XV века китайские кораблестроители умудрялись создавать гигантские джонки, длина которых доходила до 160 м (рис.3). Обеспечение прочности и герметичности их деревянных корпусов может быть объяснено только спецификой конструкции, в которой китайцы, видимо первые, ис-пользовали в совокупности с поперечными переборками, доходящими до верхней палубы, мощные продольные балки по типу киля не только в днищевой части, но и по палубам и бортам корпуса (стрингеры и карлингсы), кото-рые не применялись в деревянном судостроении европейцев.События 1746 г.Морской академией России при участии сподвижника В.Беринга Алексея Чирикова (1703-1748 гг.) составлен итого-вый атлас русских открытий на Тихом океане, содержащий около 100 карт. Через три года в 1749 г. членом Петербургской и Берлинской академий наук математиком Леонардом Эйлером (1707-1783 гг.), приглашенным для работы в Россию в 1727 г. (в 1724 г. Петром I была основана Петербургская АН), издана книга “Корабельная наука или трактат о строении кораблей и управляемости ими” (рис.25), в которой он изло-жил основные законы теории корабля и оригинально применил математические методы к изучению мореходных каче-

ств судна, в частности, по параболической аппроксимации строевой по ватерлиниям и определению метацентрическо-го радиуса. Краткая биографическая справка:Леонард Эйлер, швейцарский математик, физик, астроном, механик. Окончил Базельский уни-верситет, член Петербургской, Парижской и Берлинской академии наук, Лондонского короле-вского общества, автор свыше 800 работ (!) в области математического анализа, дифферен-

циальной геометрии, теории чисел, приближенных вычислений, небесной механики, математи-ческой физики, оптики, баллистики, кораблестроения и гидромеханики, сопротивления мате-риалов, теории музыки и др. Разработал теорию движения Луны и морских приливов, предло-жил метод определения долготы по лунным расстояниям.Книга Эйлера стала вторым после труда Бугера учебником для кораблестроителей и была в раз-ное время издана во многих странах. Особенно полезной она оказалась ввиду того, что Эйлер изложил там основы аналитических приемов определения искомых характеристик проектируе-мого судна.

Рис.25. Титульный лист знаменитого учебника по теории корабля Л.Эйлера "Корабельная наука или трактат о строении кораблей и управляемости ими".Рис. 26. Схема сил, действующих на накрененный корабль.Уравнение остойчивости

;

;

;

h = zc + r - zg ;

, (1749) где ST - площадь ватерлинии, м2; zc - аппликата центра величины, м; r - поперечный метацентрический радиус, м; h – начальная метацентрическая высота как основная характеристика остойчивости судна, м; Т - осадка судна, м;δ коэффициент общей полноты корпуса судна; α - коэффициент полноты ватерлинии; В - ширина судна, м; zg - аппликата центра тяжести судна, м; kg - коэффициент аппликаты центра тяжести; Н - высота борта судна, м (рис.26).В своей работе Эйлер предлагает методы измерения остойчивости, развивает учение о сопротивлении воды движению судна, о действии ветра на паруса и управляемости корабля, решает задачу качки судна на тихой воде и выводит фор-мулу для расчета периода собственных колебаний судна.Дифференциальное уравнение незатухающей качки:

где Jx - момент инерции масс судна относительно продольной центральной оси, кг·м2; 2 /t 2 - угловое ускорение поперечных колебаний судна, рад/с2; Мвост= Dho - восстанавливающий момент, н·м; D - весовое водоизмещение суд-на, н; ho - начальная метацентрическая высота, м; с = 2спериод собственных поперечных колебаний или бор-товой качки судна на тихой воде, с; счастота поперечных колебаний, 1/c; = o сosc t - текущая амплитуда качки, рад. Таким образом, с появлением в середине XVIII века учебников по теории корабля Бугера и Эйлера искусство строить суда, передававшееся от отца к сыну, от мастера к ученику, стало развиваться в науку, не имеющую тайн.События 1749 гРусский корабельный мастер Гавриил Окунев на Адмиралтейской верфи спускает на воду 66-пушечный линейный корабль “Александр Невский”, построенный по французской технологической схеме, изученной им у француза М.Па-нгало, работавшего при Петре I на верфи, и во время учебы во Франции с 1725 по 1731 г. Во время шторма затонул голландский корабль Ост-Индийской компании “Амстердам” с грузом серебра и бургундс-кого вина. В 1752 г. в Париже издается первое сочинение Даламбера в области сопротивления воды “Очерки новой теории соп-ротивления жидкости”, которое внесло существенный вклад в развитие теоретической гидромеханики. Интересным и важным с точки зрения проектирования судов событием в этом же году явился выход в свет книги изве-стного французского кораблестроителя, инспектора французского флота, Дюамеля дю Монсо “Начала корабельной архитектуры”, в которой впервые высказываются соображения о значении для проектирования судна прототипов и математических методов в определении главных размерений. Монсо предлагает определять длину боевых кораблей из условия размещения пушечных портов, а ширину и высоту борта - по прототиповым значениям (L /B)o и (L /H)o . Та-ким образом, размерения корабля предлагалось находить исключительно из условий обеспечения вместимости и никакой связи между характеристиками задания и водоизмещением пока не устанавливалось. В работе обобщается установленная еще Дином практика определения водоизмещения судна и соответствующей ему осадки после изготов-ления теоретического чертежа и конструктивных чертежей корпуса судна.События 1752 г.На Соломбальской верфи русский корабельный мастер Потап Качалов (1709-1767гг.) строит первый бомбардирский прам русского флота “Дикий бык”. Гибель в Южно-Китайском море корабля голландской Ост-Индийской компании “Гельдермалсен” с грузом китайско-го фарфора. В 1753 г. Парижская АН объявляет конкурс на разработку ряда тем по теории корабля. Результатом конкурса явились известные работы Эйлера, братьев Бернулли, Бугера и других ученых, установившие методы вычисления элементов плавучести и остойчивости по теоретическому чертежу, расчет нагрузки корабля, основы учения о качке и напря-жениях, испытываемых связями плавающего в воде судна.Необходимо отметить также конкурсные работы, посвященные новым способам движения судов. Интересно, что, если Д. Бернулли, Эйлер и другие французские ученые наиболее перспективными считали бортовые гребные колеса, при-чем приводимые в движение мускульной силой при помощи специальной механической передачи, английские ученые и кораблестроители, как представители более развитой в промышленном отношении страны, предлагали наряду с гре-бными колесами и гребные винты, в том числе приводимые во вращение паровой машиной.В целом этот год фактически закрепил научные достижения того времени в области теории корабля и прочности и ли-шний раз подтвердил передовые позиции французской кораблестроительной школы в Европе.События 1753 г.Суд над русским вице-адмиралом Петром Бредалем, который в 1742 г. вернул эскадру из 10 кораблей назад в Арханге-льск по причине ветхости кораблей и полученных ими повреждений во время штормов на переходе из Белого моря на Балтику. В 1757 г. выходит новая книга Бугера “О маневрировании судов”, в которой ученый дает дальнейшее развитие своих исследований в области теории корабля по маневренным качествам судов.События 1757 г.Английский капитан Кампелл усовершенствует навигационный прибор типа секстана - октан Гадлея, что позволяет ему измерять углы светил до 120о. В 1759 г. в Берлине выходит книга Эйлера “Исследование усилий, которым подвергаются все части судна при бор-товой и килевой качке, и наилучший способ создания при их сборке прочности, необходимой для сопротивле-

ния этим усилиям, без вреда для положительных качеств судна”, которая может считаться первым сочинением ис-ключительно по прочности судна. В этом труде, в частности, рассмотрена критическая нагрузка сжатого стержня, при которой он теряет устойчивость и которая с тех пор носит имя ЭйлераРкр = E Jmin / l 2 , (1759 г.) где Ркр - критическая нагрузка, кг; Е - модуль упругости материала, кг/см2; J min – минимальный центральный момент инерции площади поперечного сечения стержня, см4; l - длина стержня, см.И хотя потеря устойчивости палубных и днищевых связей в результате изгиба корпуса для деревянных судов была ре-дкостью (ввиду значительных толщин связей и небольшой длины корпусов), формула эйлеровой силы хорошо послу-жила инженерам-кораблестроителям позднее при переходе от деревянных к металлическим конструкциям корпусов, для которых проблема потери устойчивости связей до сих пор остается актуальной.События 1759 г.Первый русский академик Петербургской АН Михаил Ломоносов (1711-1765 гг.) заканчивает работу над книгой “Рас-суждение о большой точности морского пути”, в которой предлагает ряд навигационных инструментов и методов астрономического определения судна в море. Английский часовой мастер Джон Гаррисон, после 45-летней упорной работы над созданием корабельных часов – хро-нометра, наконец создает вместе со своим сыном первый надежный хронометр, четвертый по счету, который впос-ледствии стал прототипом обычных карманных часов. Это означало практически решение многовековой проблемы определения долготы, однако только через 13 лет после этого Гаррисон получит наконец-то свою заслуженную пре-мию. Английская эскадра под командованием Джорджа Роднея (1717-1792 гг.) во время Семилетней войны 1756-1763 гг. блокирует французскую военно-морскую базу Гавр-де-Грас и уничтожает собранные там морские запасы. В 1763 г. и затем 1767 г. французский ученый Жан Борда (1733-1799 гг.) опубликовал сочинение “Опыты по сопро-тивлению жидкости”, впервые посвященное экспериментальным исследованиям по сопротивлению воды движе-нию судна. С 1756 по 1757 г. Борда проводил в Дюнкерке эксперименты по буксировке тел в воде (шары, пластины, конусы и клинья) и установил, что сопротивление тела, полностью погруженного в воду, пропорционально квадрату скорости, а сопротивление тела, частично погруженного в воду, растет пропорционально более высоким степеням ско-рости, ибо они при движении образуют систему волн. Необходимо отметить, что серьезные попытки экспериментального определения гидродинамического сопротивления тел в воде были вызваны, прежде всего, неудовлетворительной точностью теоретических методов, которые тогда дава-ла гидромеханика. И в дальнейшем, несмотря на совершенствование последних, экспериментальная гидромеханика продолжает развиваться параллельно, опираясь на теорию и одновременно дополняя ее, что характерно для развития технической мысли в целом.События 1763 г.Работа М.Ломоносова над научными трудами, посвященными океанографии и освоению Северного Ледовитого океа-на, предвосхитившими многие арктические исследования XIX и XX веков. Русский горный мастер Иван Ползунов (1728-1766 гг.) конструирует первую в России пароатмосферную промышлен-ную паровую машину. В 1766 г. в Париже выходит в свет новая книга Эйлера “Полная теория конструирования и вождения кораблей”, которая помимо обобщения научных исследований по остойчивости и ходкости судов содержала и некоторые теоре-тические основы управляемости парусных кораблей.К этому времени при исследовании движения тел в пространстве Эйлер впервые использует подвижную и неподвиж-ную системы координат, связанные между собой углами, которые впоследствии получат его имя (рис.27). Такой под-ход при изучении качки корабля оказался очень удобным и до настоящего времени используется с небольшими изме-нениями, которые были внесены в конце XIX века русским ученым-кораблестроителем А.Крыловым, предложившим использовать корабельные эйлеровы углы.

а) б)

X1OY1 - неподвижная система координат;XOY - подвижная система координат;ОК - линия узлов; - угол прецессии;- угол собственного вращения (относительно оси OZ); - угол нутации.

ОК, ОМ, ОN - линии узлов;XOY - подвижная система координат (связанная с корпусом судна); - угол дифферента; - угол рыскания (дрейфа); - угол крена.

x = cos cos x1 + (sin cos sin - cos sin ) y1 + (cos cos sin + sin sin ) z1.Рис.27. Эйлеровы (а) и корабельные (б) углы между подвижной и неподвижной системами координат и формула перехода по абсциссе.События 1766 г.Русский горный мастер И.Ползунов (1728-1766 гг.) готовит к испытаниям оригинальную пароатмосферную машину, которая, в отличие от всех предшествующих, позволяла осуществлять вращательное движение исполнительного механизма. Для защиты от древоточцев корпуса английских кораблей в подводной части оббиваются медными листами в соот-ветствии с приказом Совета Адмиралтейства от 1761 г. Повторная попытка русской полярной экспедиции Василия Чичагова (1726-1809 гг.) пройти Сев. морским путем, в ре-зультате которой было завершено исследование района Шпицбергена. Первая французская кругосветная экспедиция под командованием выдающегося мореплавателя и военачальника Луи Бугенвиля (1729-1811 гг.) отправляется в плавание, которое закончится в 1769 г. Вступил в строй флагманский корабль Горацио Нельсона (1758-1805 гг.) - 104-пушечный линейный корабль “Викто-ри”, построенный в 1765 г. в Чатаме корабельными мастерами Д. Локом и Э. Аллином и участвовавший в знамени-том Трафальгарском сражении с франко-испанским флотом в 1805 г., во время которого прославленный адмирал был смертельно ранен. Гибель русского купца и зверопромышленника, пионера промышленного освоения Ближних Алеутских островов, Анд-реяна Толстых на боте “Петр” у берегов Камчатки после вторичного поиска в Тихом океане таинственной “Земли Хуана да Гамы”.

Краткая биографическая справка:Фредерик - Хенрик Чапман, шведский корабельный инженер и ученый, основоположник теории проектирования судов, вице-адмирал. Образование получил в Швеции, изучал судостроение в Англии, член Королевской АН в Стокгольме, автор трудов по судостроению и проектированию судов. Изобретатель канонерских лодок и специального метода постройки судов, главный кораблестроитель Швеции, возглавлял работу королевской верфи, построившей по его методу 10 линейных кораблей, 11 фрегатов и множество небольших судов.В 1768 г. издается знаменитый “Атлас архитектуры корабля” известного в Европе шведского инженера-кораблест-роителя и ученого Фредерика Чапмана (1721-1808 гг.). В своей книге Чап-ман составил подробный атлас конструкций боевых кораблей разных рангов и предложил “пара-болический” способ проектирования теоретического чертежа, где основные линии – шпангоу-

ты и ватерлинии представляли из себя параболы, а также различные способы вычисления площадей сечений корабля, его водоизмещения, центра величины и метацентрического радиуса, указал влияние на остойчивость и качку корабля его ширины и метацентрической высоты, обусловливая величину последней не более 1,8 м для самых крупных линей-ных кораблей. При этом ограничение начальной метацентрической высоты представляет первую попытку нормирова-ния остойчивости крупных боевых кораблей. За этот капитальный труд, имеющий огромную практическую ценность для проектирования судов, Чапман был избран членом Стокгольмской академии наук.Впоследствии Чапман разработал также весьма сложный геометрический способ расчета сопротивления корпуса по теоретическому чертежу корпуса корабля на основании серии систематических испытаний моделей кораблей, прове-денных им на глубоком пруду неподалеку от Карлсруны. Однако главной заслугой Чапмана было то, что он явился ос-новоположником еще одной новой науки - теории проектирования судов.События 1768 г.Подготовка эскадры Балтийского флота под командованием Григория Спиридова (1713-1790 гг.) и Д. Эльфингстона к первому средиземноморскому походу для боевых действий в тылу у Турции во время русско-турецкой войны 1768-1774 гг. Завершено плавание в южной части Тихого океана через Магелланов пролив английского путешественника и морепла-вателя Самюэля Уоллиса (1728-1795 гг.), в результате которого открыты о. Таити, некоторые острова в Туамоту, Гилберта и Маршалловых островах. В 1771 г., развивая работы Эйлера по бортовой качке, член Петербургской академии наук Д. Бернулли опубликовал теорию боковой качки корабля на волнении, считавшуюся классической на протяжении почти 100 лет. Рассмотрев качку судна, расположенного лагом (бортом) к набегающей волне, Бернулли включает в дифференциальное уравнение качки помимо составляющих инерционных и восстанавливающих сил, так называемую, вынужденную составляю-щую, зависящую от параметров волны, и объясняет явление резонанса при совпадении периодов волныв и качки суд-на на тихой воде с.

, (1771 г.) где o - угол волнового склона, рад; в = 2 /в - частота волны (1/c); в - период волны (с).В этом же году испанский кораблестроитель Георг Хуан составляет правила, по которым можно было определить раз-меры деревянных деталей корпуса и рангоута, изготовленных из разных пород дерева, сравнивая их с наиболее широ-ко применявшимися дубовыми деталями. Способ Хуана был основан на гипотезе пропорциональности прочностных характеристик деревянного материала его весу или плотности. Например, если дубовый шпангоут следовало заменить новым, изготовленным из другой породы дерева, то удельный вес дуба надлежало умножить на площадь поперечного сечения детали и, полученный, таким образом, погонный вес детали поделить на удельный вес нового материала. В результате получалась площадь поперечного сечения шпангоута из нового деревянного материала, размеры которого определялись пропорционально старому.

Рис. 28. Гордость испанского деревянного судостроения - 144-пушечный линейный корабль “Сантиссима Тринидад” (L =62,4 м, водоизмещение ок. 5 тыс. т).Такой подход в назначении размеров деталей корпуса кораблей говорит о достаточно высоком уровне испанского су-достроения в те времена, о чем свидетельствует, например, постройка в 1769 г. на Гаванской верфи одного из самых крупных деревянных парусных боевых кораблей за всю историю судостроения - 144-пушечного линейного корабля “Сантиссима Тринидад” водоизмещением ок. 5 тыс. т (рис.28). Этот корабль находился в строю испанского флота вплоть до своей гибели в 1805 г. во время Трафальгарской битвы, где был затоплен англичанами уже после боя. Кроме того, в своей книге "Экзамен маритимо", изданной в 1771 г., Хуан впервые при оценке сопротивления воды исходит из явления поднятия воды перед форштевнем и опусканием за ахтерштевнем, а также указывает, что частицы воды в волне совершают в вертикальной плоскости круговые движения.События 1771 г.Закончилось первое кругосветное плавание выдающегося английского мореплавателя Джеймса Кука (1728-1779 гг.) на корабле “Индевор”, в результате которого им открыты о-ва Общества, Большой барьерный риф и доказано остров-ное положение Новой Зеландии. Строительство во Франции Жаном Доксироном (1728-1778 гг.) и Перье бота с пароатмосферной двухцилиндровой машиной, который через год затонул, не успев пройти ходовых испытаний. В 1773 г. французский инженер и физик Шарль Кулон (1736-1806 гг.) в своих трудах опубликовал правильное реше-ние задачи о нормальных напряжениях при изгибе балки, которая была развита до современного вида позднее францу-зским ученым А. Навье, автором первого учебника по сопротивлению материалов.z= Mизг z/ Jy o = Mизг / Wz , (1773 г.), (1773 г.) где z - нормальные напряжения в сечении балки на уровне z от нейтральной (центральной) оси, кг/см2; Мизг – изгибающий момент балки в рассматриваемом сечении по длине, кг·см; Wz - момент со-противления балки на уровне z , см3; Jy o - центральный момент инерции площади поперечного сечения балки, см4.События 1773 г.

Дж. Кук в поисках Южного материка (Терра Аустралис инкогнита) во время второго кругосветного плавания на корабле “Резолюшн” впервые в истории мореплавания пересек Южный полярный круг и дошел до 71°10'ю.ш. Французы Ж.Доксирон и Перье на р.Сена успешно испытывают два паровых бота. Английский механик Джеймс Уатт (1736-1819 гг.) патентует универсальную паровую машину двойного действия. Изобретатель Ч.Кольз разрабатывает в Филадельфии первый американский паровой катер. Успешные действия Дунайской флотилии под командованием голландского военачальника, создателя основ морской тактики, Иоганна Кинсбергена (1735-1819 гг.) против турецкого флота во время русско-турецкой войны 1768-1774 гг. Примерно в это же время Эйлер получает знаменитые дифференциальные уравнения движения невязкой жидкости, в основу которых заложен совершенно новый метод исследования теоретической механики, ориентированный на реше-ние задач динамики не твердого тела (когда задаваясь начальными значениями времени и координат, определяется траектория движения материальной точки, а затем ее скорость и ускорение), а жидкости. Он заключается в том, что внимание наблюдателя фиксируется не на самих частицах жидкости, как это делается в механике твердого тела, а на точках пространства с заданными координатами, где и определяются скорости потока в различные моменты времени. Этот метод до сих пор является основным в гидродинамике, так как позволяет использовать более эффективные спо-собы и приемы изучения движения различных сплошных сред.

,где v - скорость жидкости в рассматриваемой точке, м/c; t - время, с; F - массовая сила, например, вес или инерция, н; - плотность жидкости, кг/м3; p - давление жидкости в рассматриваемой точке, н/м2; x, y,z - направления по осям координат.Значительным вкладом Эйлера в развитие гидродинамики является также формулирование им первого критерия гид-родинамического подобия, который представляет собой, так называемое, число кавитации, используемое при мо-делировании явления кавитации. Необходимо отметить, что с проблемой кавитации кораблестроители серьезно столк-нутся только в начале XX века, когда после создания и эксплуатации в качестве судовых двигателей первых паровых турбин, гребные винты, рассчитанные под низкооборотные паровые машины и вращаясь с большими оборотами в во-де, начнут работать крайне неэффективно из за кавитации.

,где EU - число Эйлера; p - гидростатическое давление в зоне кавитации, н/м2; r v2/2 - скоростное давление в зоне кавитации, н/м2.В ходе разнообразных научных исследований, которые проводил Чапман в 70-х годах XVIII века, был поставлен и ре-шен основной вопрос теории проектирования судов - о зависимости водоизмещения и главных размерений судна от характеристик задания на его проектирование. В научной работе “Трактат о судостроении”, опубликованной в 1775 г., а затем и трудах 1806 г., Чапман впервые применил уравнение масс (нагрузки) в функции водоизмещения и предложил оригинальные способы построения теоретического чертежа корпуса корабля. При этом связь масс с водоиз-мещением была установлена им путем статистического анализа. Чапман попытался также связать вес полезного гру-за с водоизмещением судна и его главными размерениями, учитывая довольно примитивно, и требования остойчивос-ти.D = Pi(D) + PНЗ ; (1775 г.)D = g d LBT = Pгр / p,, где D - водоизмещение судна, т; Рi(D) - зависимые от водоизмещения составляющие нагрузки; РНЗ - независимые составляющие нагрузки; Ргр - полезная грузоподъемность судна, т; p - коэффициент утилизации водоизмещения по грузоподъемности.Интересной и важной также с точки зрения проектирования является трактовка Чапманом понятия вместимость судна на основе опыта английского судостроения и судоходства: “Вместимость наиболее распространенных в Англии видов судов определяется, собственно, не для того, чтобы можно было по ней узнать, какой груз может принять судно, а для того, чтобы составить понятие о величине или объеме судна, по которым и производятся все денежные начисления на судно.Эту величину находят так: длину киля умножают на ширину судна (по внешней кромке обшивки), а полученный резу-льтат - снова на половину ширины, деленную всегда на 94. Окончательный результат показывает вместимость судна в тоннах. Если судно приняло большее число тонн, чем получилось при расчете, то говорят, что оно загружено сверх вместимос-ти; если меньшее, - то говорят, что оно загружено меньше вместимости”.Так Чапман впервые разъяснил смысл, так называемой, регистровой вместимости судна как условной разновидности вместимости или объема судна, предназначенной для начисления портовых налогов.

На основе опытов в бассейне для определения положения шпангоута наибольшего сечения и отстояния центра вели-чины от миделя Чапман разработал пригодные для практического применения рекомендации, не противоречащие и со-временным исследованиям в этой области. Опираясь на описании обводов корпуса параболическими формулами, он впервые составил таблицы с указанием эле-ментов кораблей, спроектированных по его методу при закономерно изменяющихся полезной нагрузке и других об-щих проектных характеристиках. Такие таблицы сегодня рассматривались бы как попытка создания стандартной “се-тки” судов. Таким образом, научные исследования Чапмана оказали огромное влияние на практику проектирования судов во всем мире.События 1775 г.На венецианской верфи заложен последний “Буцентавр“ - галера для традиционной церемонии обручения с Адриати-ческим морем республики Венеция . Французский изобретатель Готье строит паровой бот мощностью 1 л.с. и осуществляет по Сене показательные плавания. Американский изобретатель Бенджамин Франклин испытывает первый водометный движитель. Возвращаясь к Эйлеру, нельзя не отметить один из последних его капитальных трудов в области кораблестроения – однотомное сочинение "Полное умозрение строения и вождения кораблей, сочиненное в пользу учащихся нави-гации", изданное в 1776 г. и сконцентрировавшее в себе все самое ценное в практическом отношении, что давала по тем временам теория корабля. В этом труде, пережившем большое количество изданий в разных странах, что подтвер-ждает его практическую ценность для кораблестроителей, рассматривался широкий круг вопросов теории корабля: статика, сопротивление и управляемость, бортовая и килевая качка судна.События 1776 гАмериканец Давид Бушнелл (1742-1826 гг.), изобретатель первых морских мин, на своей металлической подводной ло-дке с мускульным приводом “Тартл “ осуществляет атаку английского фрегата "Игл" во время Войны за независи-мость в Северной Америке (1775-1783 гг.). Дж.Кук на кораблях "Дискавери" и "Резолюшн" отправляется в свою третью и последнюю экспедицию на Дальний Восток. Во второй половине XVIII века большой вклад в экспериментальную гидродинамику вносит французский аббат Ша-рль Боссю (1730-1814 гг.), проводивший в 1775 г. обширные модельные испытания в г. Мезьере, где на территории инженерной школы был организован гравитационный бассейн (длина - 30 м, ширина - 16 м, глубина - 2 м, рис.29). Ис-следованию подверглись различные тела - параллелепипеды, призмы и цилиндры, имеющие примерную форму кора-бельного корпуса. В результате в 1777 г. в Париже выходит в свет совместный труд Даламбера, Жана Кондорсе (1743-1794 гг.) и Боссю “Новые эксперименты по сопротивлению в жидкостях”, в котором представлены результаты ис-пытаний этих моделей и впервые обнаружено влияние мелководья и узкостей на их сопротив-ление.

Краткая биографическая справка:Жан Кондорсе, французский философ-просветитель, математик, социолог, государственный и политический деятель, член и секретарь Парижской академии наук, член Конвента, рефор-матор народного образования.События 1777 г.Один из основателей американских военно-морских сил Поль Джонс (1747-1792 гг.) готовит дерзкое нападение своего корабля на порты Англии во время войны за независимость в Сев. Америке 1775-1783 гг., которое успешно завершится в 1778 г. уничтожением порта Уитхавен и захватом замка Селкирк. Русскими мореходами И.Антипиным, Шабалиным, М.Петушковым и И.Очерединым закончено исследование Южно-Курильских островов.

Большое значение в конце XVIII века имели научные работы французского инженера Поля (Пьера) Дюбуа (1734-1809 гг.), который первым попытался связать теоретическую гидродинамику и практическое судостроение. Во время рабо-ты над своим классическим трехтомным трудом “Принципы гидравлики”, изданным в 1779, 1786 и 1806 г., и прове-дения обширных гидравлических испытаний Дюбуа впервые разделил гидродинамическое сопротивление на сопроти-вление формы (вихревое) и сопротивление трения, а также фактически впервые ввел понятие присоединенной массы воды, отмечая роль кормовой оконечности судна в формировании сопротивления. Но все же он не смог тогда дать надежных количественных соотношений, которые позволяли бы вычислить сопротивление судов.

Рис.29. С такого опытового бассейна во французском го-родке Мезьере начиналась эк-спериментальная гидромеха-ника как жизненно важная со-ставляющая корабельной нау-ки.События 1779 г.Убит в стычке с гавайцами Дж.Кук. Корабли английского коммодора Джона Байрона (1723-1786 гг.) по прозвищу ”Джек - скверная погода” разгромили испанскую эскадру у берегов Гренады. На заводе Каррона в Шотлан-дии изготовлены новые пушки с небольшой длиной и очень боль-шим калибром ствола, назван-ные каронадами и поступившие

на вооружение английского флота. Франко-испанская эскадра под командованием адмирала Пьера Сюффрена (1726-1788 гг.) блокирует перевозки англи-чан во время войны за независимость Сев.-Американских колоний, в результате чего в 1780 г. она перехватила в море 12 купеческих кораблей с грузами. Гренадское морское сражение французской эскадры Ш.д' Эстена (17 кор) после захвата ей островов Сент-Винсент и Гренада с английской эскадрой Д. Байрона, закончившееся поражением англичан. Бой в Бискайском заливе корабля П.Джонса "Бонхом Ричард" с двумя английскими кораблями конвойного охранения, считающийся одним из самых ожесточенных сражений XVIII века: после сдачи одного из английских кораблей, поте-ряв 150 чел. убитыми, корабль Джонса, будучи в плачевном состоянии, был покинут командой и затоплен. В 1782 г. французский математик, астроном и физик Пьер Лаплас (1749-1827 гг.), создавший математическую теорию вероятностей и достигший больших успехов в области мореходной астрономии, при изучении движения жидкости и других материальных систем вводит понятие потенциала скорости - условной характеристики скорости, производная которой по любому направлению дает проекцию скорости на это направление, и получает уравнение неразрывности безвихревой (потенциальной) жидкости.

,

, где - потенциал скорости, м2/c; x,y,z - направления по осям координат; vx(y,z) - проекции скорости на оси координат, м/c;- оператор Лапласа.

Краткая биографическая справка:Пьер Лаплас, французский астроном, математик, физик и государственный деятель, член Парижской и Петербургской академии наук, профессор Парижской военной школы, предсе-датель Палаты мер и весов. Автор классических трудов по теории вероятностей и ошибок, небесной механики, работ по дифференциальному исчислению и математической физике, теории капиллярности, теплоте, акустике, геодезии, прочности и пр. Автор космогоничес-кой гипотезы и динамической теории приливов. В разное время занимал государственные посты министра внутренних дел, вице-председателя сената, руководителя Бюро долгот.Это уравнение оказалось настолько удачным в математическом моделировании гидродинами-ческих процессов, что является основным во всех современных гидродинамических теориях, исследующих многие мореходные свойства судна. В теории потенциального движения невяз-

кой жидкости, основоположником которой явился Лаплас, основной задачей становится определение потенциала ско-рости в рассматриваемой точке, зная который можно определить все кинематические и динамические параметры исс-ледуемой гидромеханической системы.События 1782 г.Русский механик-самоучка Иван Кулибин (1735-1818 гг.) демонстрирует на Неве “водоходное судно“, перемещающее-ся по якорному канату против течения за счет гребного колеса, вращаемого течением. Английская эскадра уничтожает при Алжезирасе испанские плавучие батареи французского инженера Д.Аркона, спроектированные им как несгораемые от английских “каленых“ ядер. В Херсонском адмиралтействе заложен первый со времен Азовской флотилии корабль для Черноморского флота - 66-пушечный линейный корабль “ Слава Екатерины”. Французский изобретатель Жоффуа Даббан (1751-1832 гг.) начинает оборудовать паровой машиной бот “ Пироскаф “, который в 1783 г. смог в течении 15 минут плыть против течения реки Соны.

Доминиканское (Гваделупское) морское сражение между английской ( Д. Родней, 36 кор) и французской (де Грасс, 30 кор) эскадрами, в ходе которого адмирал Д. Родней впервые отошел от классических канонов линейной тактики и применил, так называемую, маневренную тактику линейного боя, разработанную шотландцем Джоном Клерком (1728-1812 гг.) в научном труде “Движение флотов“. В Карлсруне Ф.Чапманом ведется строительство 64-пушечного линейного корабля “Ретвизан” (D=2200 т, L=49,6 м), который во время русско-шведской войны 1788-1790 гг. был пленен в результате боя с фрегатом “Венус” и линей-ным кораблем “Изяслав” и вошел в состав русского Балтийского флота. В 1784 г. в Дании выходит книга Стиболта “Воздействие на суда усилий относительно миделя”, которая явилась первой книгой по общей прочности судов. Стиболт, в отличие от Бугера и Эйлера, не представлял вес корпуса и силы поддержания в виде аналитических кривых, а использовал фактические данные по конкретному судну.События 1784 г.Основание русским зверопромышленником и купцом Григорием Шелиховым (1747-1795 гг.) первого поселения на берегу Русской Америки. Основана главная военно-морская база Черноморского флота Севастополь. * В Херсонском адмиралтействе корабельными мастерами Иваном Афанасьевым (1730-1793 гг.) и И. Соколовым строится флагманский корабль адмирала Ф.Ушакова “Святой Павел”. Английским инженером Генри Кортом запатентован процесс получения пудлингового железа и прокатки его на валь-цах. Дж.Уатт успешно испытывает усовершенствованную им в течение 9 лет универсальную паровую машину двойного действия, признанную с начала XIX века во всем мире как наиболее удачную и нашедшую применение в качестве наде-жного судового двигателя. Американский изобретатель Дж.Рамси испытывает в присутствии Джоржа Вашингтона паровую лодку, в качестве движителя в которой использован поршневой водомет. В 1787 г. во Франции издается книга корабельного инженера В. Клербуа “Элементарный трактат по конструкции кораблей”, в которой дается описание конструкций кораблей, их размеры, число и расположение пушек. На основа-нии работ Чапмана, переводом которых занимался Клербуа, он приводит метод проектирования судов по уравнению нагрузки, что позволяет еще перед постройкой корабля определить его водоизмещение, положение центра тяжести и центра величины, метацентрический радиус и высоту.События 1787 г. Севастопольская эскадра Черноморского флота, вышедшая под командованием М. Войновича после начала русско-турецкой войны 1787-1791 гг. к берегам Болгарии, на подходе к Варне переносит сильнейший пятидневный шторм, в результате чего ни в одном сражении она не получала столько и таких серьезных повреждений, как в этот драма-тический поход: “Святой Павел” Ф.Ушакова оказался у Кавказского побережья, фрегат “Крым” пропал без вести, полузатопленную “Марию Магдалину”, которую снесло к Босфору, захватили турки. Американский изобретатель Джон Фитч (1743-1798 гг.) построил второе паровое судно “Эксперимент“(L=18,3 м) с паровой машиной Уатта и кормовыми веслами, установленными по идее Бугера, которое показало на испытаниях в 1790 г. невиданную для пароходов скорость - 12,9 узла. Английский заводчик Дж.Уилкинсон строит из железных листов первые цельнометаллические надводные суда – бар-жи грузоподъемностью 20 т и длиной 20 м, открывшие эпоху железного судостроения. Значительным вкладом в развитие механики твердого тела, и в частности строительной механики корабля, явилось из-дание в 1788 г. фундаментального трактата французского математика Жозефа Лагранжа (1736-1813 гг.) “Аналитиче-ская механика”, в котором в основу статики он закладывает принцип возможных перемещений, а в основу динами-ки - этот же принцип в сочетании с принципом Даламбера. Впоследствии, развивая эту идею дальше, Лагранж предло-жил в гидродинамике использовать метод исследования течения жидкости, который заключается в том, что движение жидкости изучается с позиций классической теоретической механики: частицы жидкости отождествляют с материаль-ными точками и определяют траектории их движения, задаваясь в начальный момент времени начальными координа-тами. Метод Лагранжа, несмотря на свою значительную трудоемкость, используется для решения некоторых задач гидромеханики и в настоящее время.

;

, где q - обобщенное перемещение; F - обобщенная сила; П - работа или потенциаль-

ная энергия перемещения силы; = q/ t - обобщенная скорость; Т - кинетическая энергия системы.Краткая биографическая справка:Жозеф Лагранж, французский математик, механик и астроном, член Берлинской, Петербург-ской и Парижской академии наук. С 17 лет на преподавательской работе сначала в военной школе Турина, затем Политехнической школе в Париже. Создатель Туринской академии.

Президент Берлинской академии наук. Автор трудов по вариационному исчислению коорди-нат орбит небесных тел для навигации, математическому анализу, теории чисел, алгебре, теории дифференциальных уравнений и теории волн.C обытия 1788 г. Формирование в Средиземном море во время русско-турецкой войны 1787-1791 гг. каперской флотилии под командованием Ламброса Кацониса (1752-1805 гг.), состоящей из 9 кораблей и одержащей через год ряд побед над турками. В южной части Тихого океана пропала без вести вторая французская кругосветная экспеди-ция под командованием Жана Лаперуза (1741-1788 гг.), впоследствии обнаруженная в 20-х годах XIX века на рифах о. Ваникоро ( Санта-Крус ). Первое сражение молодого Черноморского флота под командованием М.Войновича (12 кор) с турецкой эскадрой (Эски-Гасан, 25 кор) у о. Фидониси, закончившееся поражением турок благодаря командиру линейного корабля “Свя-той Павел” Федору Ушакову (1744-1817 гг.). Через два года он будет назначен новым командующим Черноморским флотом. Сражение во время русско-шведской войны 1788-1790 гг. русского флота под командованием Самуила Грейга (1736-1788 гг.) с шведским флотом при попытке высадки крупного десанта в районе о.Гогланд, закончившееся полным раз-громом шведов. Успешные действия брига “Меркурий” под командованием Романа Кроуна (1753-1841 гг.), захватив-шего в крейсерствах 29 судов противника. Экспедиция за хлебным деревом английского брига “Баунти", вошедшего в историю мятежом команды в 1789 г. и бе-спримерным плаванием на баркасе в Тихом океане зарвавшегося капитана корабля Вильяма Блая (1754-1817 гг.) с 18 единомышленниками, который добрался до о.Тимор, преодолев расстояние более 4000 миль (!). Успешные действия во время русско-турецкой войны 1787-1791 гг. Днепровской флотилии под командованием П.Джо-нса против турецкого флота, закончившиеся взятием крепости Очаков. Испытание в Англии парового судна-катамарана, спроектированного и построенного шотландцем П.Миллером сов-местно с горным инженером Вильямом Саймингтоном (1763-1831 гг.). Во Франции закладывается самый большой в истории кораблестроения деревянный парусный боевой корабль - 120-пушечный линейный корабль “Коммерс де Марсель“ (D = 5,3 тыс.т, L=64 м.) В конце XVIII века Лагранж на базе уравнения Бернулли получает уравнение энергетического баланса для потока не-установившегося (нестационарного) потенциального или безвихревого движения жидкости

,где f(t) - функция полного давления жидкости, имеющая в данный момент времени одинаковое значение для всех то-чек потока, н/м2; - - потенциал скорости потока, м2/c.В 1795 г. английский исследователь Марк Бофуа (1764-1827 гг.) при содействии Лондонского общества по усовер-шенствованию кораблестроения, образованного как реакция на хроническое отставание английского кораблестроения от французского, с целью определения сопротивления трения проводит в Гринокском доке самые крупные в XVIII веке испытания моделей кораблей длиной 12 м (!), продолжавшиеся в общей сложности 7 лет с 1791 по 1798 г. (всего около 10 тыс. опытов). Эксперименты Бофуа завершаются изданием в 1834 г., уже после его смерти, капитального тру-да “Морские и гидравлические эксперименты”, в котором выявлено влияние на ходкость корабля обводов носовой, средней и кормовой части корпуса, оценивалась также парусность, поворотливость и качка исследуемых моделей. При этом он впервые экспериментально попытался определить величину сопротивления трения, которую все его предшест-венники, начиная с Ньютона, считали пренебрежимо малой.События 1795 г.В Бостоне началось строительство из очень твердого белого дуба 44-пушечного фрегата “Конститьюшн“ для защи-ты от пиратов американских коммуникаций, который в настоящее время является самым старым кораблем, посто-янно находящемся на плаву (с 1974 г. - плавучий музей). Француз Арман Мезьер разрабатывает проект паровой подводной лодки с весельным движителем. Находясь в Париже в конце XVIII века, американец Роберт Фултон (1765-1815 гг.) создал опытовый бассейн длиной 20 м и провел там эксперименты, исследуя на самоходных моделях эффективность различных типов движителей от гребков до винтов. В итоге ему удалось сделать то, чего не смогли предшественники: найти рациональную взаимоувяз-ку корпуса, паровой машины и гребных колес. В 1803 г. первая экспериментальная паровая лодка Фултона развила скорость 4,8 км/час, двигаясь против течения Сены.В 1804 г. издается четвертый и последний том капитального труда русского профессора второго в Европе (после Пари-жского) Петербургского Училища корабельной архитектуры Платона Гамалея (1766-1817 гг.) “Высшая теория мо-рского искусства”, в котором он развил и существенно дополнил учение Эйлера о теории корабля. И хотя междуна-

родного признания этот труд не получил, его следует считать первой капитальной научной работой, написанной русс-ким ученым-кораблестроителем.

Краткая биографическая справка:Роберт Фултон, американский изобретатель, художник и ювелир. Участник строительства морских каналов, шлюзов и водопроводов. Создатель различных машин, подводной лодки «Нау-

тиль», плавающей мины, первых коммерческих пароходов и военного парохода-катамарана – плавучей батареи «Демологос». События 1804 г.Американский изобретатель Джон Стевенс после испытаний первой в мире паровой винтовой лодки в 1803 г. патентует гребной винт собственной конструкции, который устанавливает на катере с паровой машиной Уатта “Литтл Юлиана”, развившим во время плавания между Нью-Йорком и Хобокеном скорость 5,4 км/ч. Успешные испытания на Волге второго “водохода” И.Кулибина, предназначенного для замены тяжелого бурлацкого труда. Американец О. Эванс сконструировал паровой катер для очистки доков Филадельфии. Третий год в Индийском океане свирепствует французская каперская эскадра под командованием Роберта Сюркуфа (1773-1827 гг.), которая только осенью 1806 г. захватила 14 английских кораблей. Второй год идет первое кругосветное плавание русских кораблей “Надежда” и “Нева” 1803 - 1806 гг. под командова-нием Ивана Крузенштерна (1770-1846 гг.), которое впервые в истории мореплавания завершится переходом шлюпа “Нева” под командованием Юрия Лисянского (1773-1837 гг.) из Кантона (Китай) до Британских островов без захо-дов в порты. Третий год в Шотландии в канале Ферт оф Клайд эксплуатируется наиболее удачный буксирный пароход своего вре-мени “Шарлотта Дандас” (L=17 м, N=12 л.с.), построенный инженером В. Саймингтоном. Побывав в свое время на этом судне, Р.Фултон использует все технические достижения англичан в этой области для создания пароходов но-вого поколения, признанных классическими. Год находится во французском плену на о.Маврикий английский мореплаватель Мэтью Флиндерс (1774-1814 гг.), возг-лавлявший третью английскую экспедицию к берегам Австралии, где он начинает исследования судового компаса, ко-торые приведут к открытию им явления девиации от корабельного железа и выработке рекомендаций по ее устране-нию. Дипломатическая миссия Николая Резанова(1764-1807 гг.) на шлюпе “Надежда” прибывает в японский порт Нагаса-ки для проведения переговоров, которые, однако, закончились безрезультатно. Английская армия и флот получают на вооружение гильзы Генри Шрапнеля, начиненные смертоносными зазубренны-ми осколками. Спуск на воду в 1804 г. на Архангельской верфи 74-пушечного линейного корабля “Сильный”, построенного русским ко-рабельным мастером Андреем Курочкиным (1770-1842 гг.) и признававшегося долгое время образцовым в отечествен-ном кораблестроении. Входя в состав Средиземноморской эскадры Дмитрия Сенявина, “Сильный” после Лиссабонс-кого пленения с 1807 по 1813 г. находился в Англии, где его чертежи неоднократно копировались английскими масте-рами, после чего на нем и на линейном корабле “Мощный” были доставлены в Кронштадт все орудия и снаряды сгнившей сенявинской эскадры. В начале XIX века Лаплас вносит свою лепту и в науку о прочности, создав общую безмоментную теорию тонких обо-лочек, имеющих форму любого тела вращения (от сферы до цилиндра) и испытывающих давление изнутри. Уравне-ние, носящее его имя, в частном случае дает котельную формулу Мариотта.

Уравнение Лапласа , где r1 и r2 - соответственно радиусы кривизны параллели и меридиана поверхности сосуда, м; 1 и 2 - нормальные напряжения растяжения вдоль параллели и меридиана, кг/м2.Таким образом, Лаплас в целом теоретически обосновывает расчеты прочности тонкостенных* трубопроводов и резер-вуаров энергетического оборудования и судовых систем, находящихся под давлением, что способствовало интенсив-ному развитию в начале XIX века судовой энергетики, а затем в конце этого века и различных сложных судовых сис-тем. В 1822 г. французский ученый Анри (Луи) Навье (1785-1836 гг.), а позднее, независимо от него, и английский физик и математик Д.Стокс получили на основе уравнения Эйлера дифференциальные уравнения движения вязкой жидкости и газа

, (1822) где / r - кинематический коэффициент вязкости жидкости, м2/с.События 1822 г.Английским мореплавателем и путешественником Вильямом Маринером (1790 - 1860 гг.) закончена работа над 3-х томным трудом “Рассказ о туземцах островов Тонга”. Первая попытка русских шлюпов “Открытие” и “Благонамеренный” пройти Сев. Западным проходом из Тихого в Атлантический океан. Первые рейсы первого морского железного парохода “Авраам Мэнби” (L=36 м, N=80 л.с.), построенного в Англии по проекту заводчика Роберта Нэпира.

Через 175 лет после открытия Семеном Дежневым пролива между Евразией и Америкой Колымский отряд экспеди-ции русского мореплавателя Фердинанда Врангеля (1796-1870 гг.) исследует Сев.-Восточную Сибирь для окончатель-ного решения вопроса о том, соединяется ли Азия и Америка. Французский артиллерист Пэксан конструирует бомбическую пушку бол большого калибра (220 мм), стреляющую 80-фунтовой разрывной гранатой. Английский пароход “Райсинг Стар” завершил плавание из Грейвсенда в Вальпараисо (Чили), впервые пройдя с помо- щью пара Магеллановым проливом. Вслед за русской экспедицией Ф. Беллинсгаузена и М.Лазарева 1819 - 1821 гг., открывшей в 1820 г. Антарктиду (Терра Аустралис инкогнита), английский капитан-китобой Джеймс Уэддел (1787-1834 гг.) на судах “Джейн” и “Буфой” в поисках новых районов промысла проникает до самой южной из достигнутых в то время широт в районе Западной Антарктиды. В 1827 г. английский ученый Традголд опубликовывает первую математическую теорию гребного винта, позволя-ющую, несмотря на свою примитивность, аналитически оценивать эффективность этого нового типа движителя, кото-рый уже в 30-х годах XIX века начнет постепенно вытеснять на морских судах гребные колеса. Однако, практически все изобретатели гребных винтов того времени все же более охотно шли на экспериментальные исследования этих движителей, ввиду малой достоверности расчетных способов определения их характеристик, а также и самого букси-ровочного сопротивления корпуса.События 1827 г.Наваринский бой объединенного русско-англо-французского флота (11 кор: русская вторая Архипелагская эскадра Л. Гейдена, английская Э. Кодрингтона и французская де Риньи) с турецко-египетским флотом под командованием Му-харрем-Бея (36 кор), закончившийся сокрушительным поражением турков. В этом бою прославился русский линейный корабль “Азов” под командованием М. Лазарева, который потопил 2 фрегата, 1 корвет, заставил выброситься на берег и затем взорвал 80-пушечный линейный корабль и уничтожил флагманский линейный корабль, за что ему впе-рвые в истории русского флота было присвоено звание георгиевского (гвардейского) корабля. Английский полярный исследователь Джон Франклин (1786-1847 гг.) на 4 шлюпах заканчивает обследование арктиче-ских берегов Аляски от устья р. Маккензи в западном направлении. Организация первых пароходных сообщений на Черном море из Одессы в Херсон на транспортном судне “Надежда” и между Одессой, Евпаторией и Ялтой - на пакетботе “Одесса”. В Охотске корабельным инженером Черногубовым построен бриг “Николай”. Испытания в Триесте чешским изобретателем Иозефом Ресселем первого в мире винтового парохода «Циветта» с винтом Архимеда. В 1832 г. вышел в свет научный труд английского инженера- кораблестроителя Мак Грегора Лэрда (1808-1861 гг.) по технологии постройки судов из железа и стали, который является первым научным исследованием, посвященным спе-цифике сборки металлических корпусов судов. Этот шотландский кораблестроитель известен также как строитель пер-вого морского стального колесного парохода "Олберка", совершившего в 1834 г. плавание из Ливерпуля в Гвинейский залив и обратно.События 1832 г.В Монреале идет достройка парохода "Ройал Вильям": среди 235 его акционеров-совладельцев были Самюэль Кунард, с именем которого связана вся последующая история трансатлантического судоходства, а также два его брата. Основание Шарлем Балем в Париже филиала классификационного общества “Бюро Веритас”. В 1833 г. английский физик и математик Джордж Грин (1793-1841 гг.) получает интегральное уравнение теории поте-нциала и особые функции, зависящие от времени и описывающие источники волнообразования единичной интенсив-ности, на основе которых впоследствии гидромеханики смогут вычислять волновое сопротивление тел, движущихся под свободной поверхностью жидкости, и в частности подводных лодок. В это же время он предпринимает первую попытку математически описать присоединенные массы воды. = v (v/vo)2dV, (1833 г.) где - присоединенная масса воды объемом V вокруг твердого тела, колеблющегося в жидкости, кг; v - cкорость частицы воды объемом dV, м/c2; vo - скорость центра массы твердого тела, м/c2.События 1833 г.Командующим Черноморским флотом и портами Черного моря назначен контр-адмирал Михаил Лазарев (1788-1851 гг.), прослуживший на этих должностях 18 лет и сделавший огромный вклад в развитие Военно-морского флота и судостроения на Черном море. Экспедиция русского Черноморского флота в Босфор по просьбе турецкого султана Махмуда II для высадки десанта у Стамбула, которая вынудила приостановить наступление на турецкую столицу египетской армии восставшего паши Мухаммеда Али. В 1834 г. Регистр английского Ллойда (в 1696 г. кофейня Эдварда Ллойда опубликовывает первый бюллетень “Новос-ти Ллойда” с информацией о судах, с 1734 г. “Списки Ллойда” печатаются периодически, в 1760 г. опубликована Реги-стровая книга Ллойда и сформировано первое классификационное и страховое общество “Регистр английского Ллой-да”) выпустил “Книгу правил, регламентирующую порядок классификации судов” (А1 - первый сорт, А2 - второй сорт и т. д.). С тех пор это общество регулярно выпускает Правила постройки и классификации судов, которые от-ражают весь опыт, накопленный английскими кораблестроителями. Для осуществления надзора за постройкой судов появились штатные специалисты (“сервейеры”), наблюдающие, чтобы суда строились без отклонений от правил, со-блюдение которых являлось условием регистрации и страховки будущего судна.

В том же 1834 г. английский ученый и кораблестроитель Джон Рассел (1808-1882 гг.) проводит опыты в канале с мо-делями, а затем осуществляет и опытные буксировки натурных кораблей: в 1840 г. - брига “Сфинкс” и в 1846 г. – кора-бля “Пингвин”. Обработав результаты этих экспериментов, он впервые установил, что сопротивление воды движу-щемуся судну зависит от характера создаваемых им волн (рис.30). В отличие от Дюбуа, Рассел впервые выделяет вол-новое сопротивление и обращает внимание своих современников на важность его учета при проектировании кораб-лей.События 1834 г.Начало арктической экспедиции русского мореплавателя и гидрографа Петра Пахтусова (1800-1835 гг.) на шхуне “Кротов” и карбасе “Казаков” для исследования района Новой Земли. Опытные стрельбы бомбических пушек во Франции, показавшие огромное разрушительное действие разрывных гра-нат. Русским военным инженером Карлом Шильдером (1786-1854 гг.) построена первая русская металлическая подводная лодка, вооруженная миной и ракетами. Англичанин С. Хэлл изобретает и патентует поверхностный конденсатор, позволяющий допускать непрерывную экс-плуатацию парового котла. Русский физик и электротехник Борис Якоби (1801-1874 гг.), изучая электромагнетизм, изобрел электродвигатель, который в 1838 г. будет установлен и испытан на небольшом судне в качестве главного двигателя. В Англии построен железный пароход “Гарри Оуэн”, впервые снабженный железными водонепроницаемыми перебо-рками, делящими корпус на множество отсеков. В одном из первых рейсов это судно было посажено на мель и не разрушилось, что показало все преимущества железных корпусов перед деревянными. Кораблестроитель Джон Лэрд (1805-1874 гг.), брат М. Лэрда, строит в США первый речной стальной колесный па-роход “Джон Рэндольф”.

Рис. 30. Виды корабельных волн, возникающих при движении судна в воде. 1 - носовые расходящиеся волны; 2 - кормовые расходящиеся волны; 3 - линии вершин и впадин расходящихся волн; 4 - поперечные волны.В 1835 г. в Англии впервые в мировой практике был принят закон, в соответствии с которым на каждый фут глубины трюма грузовому судну полагалось иметь 3 дюйма высоты надводного борта. Это была первая попытка регламентации минимального запаса плавучести судна для обеспечения его безопасности, являющегося одним из условий обеспе-чения такого важного эксплуатационного свойства любого судна как непотопляемость, хотя она и имела тогда чисто экономические корни. В те времена стремление судовладельцев взять на борт как можно большее количество груза и получить, тем самым, максимальный доход с рейса часто заканчивалось трагически для самого судна и его экипажа. Однако все суда, как правило, и страховались. Поэтому страховым обществам, наподобие Ллойда, пришлось законодательным образом ог-раничивать риск при эксплуатации судов и свои финансовые потери на выплату страховок.Fmin = k H , (1835 г.)где Fmin - высота минимального надводного борта; Н - высота борта судна; k - коэффициент пропорциональности между высотой борта (глубиной трюма) и надводным бортом.

Таким образом, при эксплуатации построенных или проектировании новых судов максимальная осадка с точки зрения безопасности могла быть определена как Tmax = H - Fmin= H (1 - k ) .При превышении этого значения осадки вследствие перегруза портовые власти Англии имели право не выпускать гру-зовое судно в море.В этом же году в России издан первый научный труд о сопротивлении материалов, применяемых в судостроении, - книга русского корабельного инженера Степана Бурачека (1800-1876 гг.) “Теория крепости лесов и металлов с приложением к строительству кораблей”, который можно считать первым учебником по судостроительным конст-рукционным материалам. До этого сравнительно молодой инженер уже проявил себя как талантливый ученый: он усо-вершенствовал и значительно развил параболический метод построения теоретического чертежа Чапмана и один из пе-рвых в отечественной практике ввел понятие коэффициентов теоретического чертежа.

Краткая биографическая справка:Степан Бурачек, русский инженер-кораблестроитель, ученый, изобретатель, генерал-лейтена-нт, внесший большой вклад в развитие русского кораблестроения. Окончил Петербургское учи-лище корабельной архитектуры, где был оставлен для преподавательской работы. В разное время возглавлял Астраханское адмиралтейство, проектировал и строил корабли Каспийской флотилии, осуществлял наблюдение за постройкой военных кораблей «Не тронь меня», «Авро-ра», «Кастор» и др., заведовал кафедрой в Офицерском классе Морского корпуса. Разработчик оригинальной системы набора корпуса, автор идеи использования твердого топлива методом газификации, одного из первых проектов подводной лодки и оригинального проекта водотруб-ного парового котла, занимался вопросом использования жидкого топлива в судовых котлах.События 1835 г.

Английский инженер-кораблестроитель Дж.Скотт построил первое металлическое судно с мощными продольными связями корпуса - стрингерами. На Александровском заводе в Петербурге по проекту К. Шильдера построен полуподводный пароход “Отважный”, способный погружаться несколько ниже уровня воды и оставлять над водой лишь дымовую трубу. Завершение 5-летнего плавания английского брига “Бигл” под командованием Р. Фицроя, которое считается первой в мире научно-исследовательской экспедицией, возглавляемой знаменитым Чарльзом Дарвином. В 1836 г. издается научный труд потомственного судостроителя, русского корабельного инженера Михаила Окунева (1810-1873 гг.) “Опыт сочинения чертежей военным судам”, в котором он один из первых рассматривает вопросы проектирования теоретического чертежа корпуса судна, а также предлагает приближенные формулы для расчета осто-йчивости по главным размерениям и коэффициентам полноты, аналогичные формулам Эйлера. Эта работа явилась значительным вкладом в развитие теории проектирования судна.События 1836 г.Шведский инженер-кораблестроитель Джон Эриксон (1803-1889 гг.) создает эффективный гребной винт, который впоследствии стал использоваться на многих американских винтовых судах. Английский фермер Ф. Смит патентует и испытывает на боте винт, который в 1838 г. будет установлен на экспе-риментальном пароходе “Архимед”, а затем принят Адмиралтейством как базовый для всех винтовых кораблей. В зимнюю Атлантику из Ливерпуля уходит парусник “Даймонд”, который доберется до Нью-Йорка только через 100 дней (!), в результате чего 17 из 180 пассажиров умрут от истощения. Английский изобретатель Август Зибе работает над совершенствованием водолазного костюма, оснастив шлем вы-пускным дыхательным клапаном и приведя его к виду, в принципе не отличающему это оборудование от современно-го. В 1841 г. было произведено первое практическое изучение прочности железных судов в результате аварии английско-го судна “Айрон Дюк” (рис.31), севшего на мель в районе Ярмута. Сервейер Регистра Ллойда Байли показал расчетным путем, что верхние листы обшивки судна были слишком тонки для тех усилий, которые там действовали, и что они должны были на волнении терять свою прямолинейную форму, т.е. устойчивость; это со временем и привело к появлению в них трещин. Возможно, что именно с “Айрон Дюка” и на-чалось определение прочных размеров связей металлических судов на основе опыта эксплуатации.События 1841 г.На первую регулярную трансатлантическую линию выходит последний однотипный с «Британией» четвертый паро-ход Кунарда – «Колумбия» (ВRT=1150 рег.т, v=10 уз), который окажется и самым невезучим: в 1843 г. в тумане он налетит на скалы Галифакса и погибнет.

Рис. 31. Эскиз железного корпуса судна “Ай-рон Дюк”, зарисованный сервейером Регистра Ллойда Байли при освидетельствовании при-чин его разрушения.*) По некоторым источникам - Изамбарда.Во всяком случае, в отличие от деревянной куна-рдовской «Колумбии», севшей на мель в 1846 г. у берегов Ирландии и пролежавшая там целый год (!), винтовой пароход выдающегося английского

инженера Исидора* Брунеля (1805-1858 гг.) “Грейт Бритн”, практически не получил повреж-дений корпуса в результате его изгиба.При создании в 50-х годах совместно с Расселом “чуда света XIX века” - гигантского парохода “Грейт Истерн” ( дли-на 207,2 м, водоизмещение 32 тыс.т, рис.32) Брунель, как талантливый инженер и математик, уже применял расчеты элементов конструкции этого монстра на прочность при общем изгибе корпуса, причем для ее обеспечения он впервые предлагает стрингерную продольную систему набора корпуса с двойными дном и бортами, полностью исключаю-щую шпангоуты (!). Эксплуатация этого несчастного судна (помимо человеческих жертв, которые этот пароход взял при постройке и спуске, “Грейт Истерн” стал причиной смерти и своего создателя) в течение 30 лет с 1858 по 1888 г. подтвердила правильность выбора конструкции корпуса и не выявила сколько-нибудь серьезных его повреждений. Да-же посадка этого гиганта на скалы, в результате которой он получил пробоину в днище длиной около 25 м, не выз-вала у аварийного судна существенного снижения мореходных качеств.В 1852 г. немецкий физик Генрих Магнус (1802-1870 гг.), проводя аэродинамические эксперименты на cнарядах с це-лью определения влияния их вращения на траекторию полета, установил эффект, который заключался в том, что при вращении цилиндра под набегающим потоком на нем образуется боковая сила, направленная в сторону вращения на-ветренной части цилиндра (рис.33). Этот эффект, не имеющий на первый взгляд прямого отношения к судостроению, был позднее успешно реализован при создании новых парусных судов. В качестве роторного движителя на парусных судах вращающиеся цилиндры были впервые использованы немецким инженером А.Флеттнером только в середине 20-х годов XX века.

Рис.32. Внешний вид гигантского для своего времени парохода “Грейт Истерн” (L= 207,2 м; B= 25,2 м; T= 9,1 м; v= 13,0 уз; N= 8300 л.с.) и его уникальная конструкция корпуса.События 1852 г.Дж. Эриксон строит первое судно с двигателями Стирлинга, дальнейшее распространение которые однако не полу-чили. Введен в строй французского флота первый в мире парусно-винтовой 90-пушечный линейный корабль “Наполеон” (D=5047 т), построенный по проекту известного кораблестроителя Станислава Дюпюи де Лома (1816-1885 гг.) и показавший на ходовых испытаниях небывалую скорость - 13,5 уз. В Бостоне знаменитым американским кораблестроителем Дональдом Мак-Кеем (1810-1880 гг.) завершается постро-йка самого большого в мире клипера “Грейт Рипаблик” (D=5400 т, L=98,8 м) и не менее знаменитого клипера “Сове-рин оф Сиз” (L=80,5 м, B=13,4 м). Первый трансатлантический рейс немецкого винтового парохода “Эрцгроссгерцог Фридрих Франц”, построенного в 1851 г. на верфи Тишбайн в Ростоке. В Николаеве инженером-кораблестроителем Иваном Дмитриевым (1797-1881 гг.) строится 84-пушечный линейный корабль “Империатрица Мария”, который, будучи флагманским кораблем эскадры адмирала Павла Нахимова (1802-1855 гг.), примет участие в последнем за всю военно-морскую историю сражении парусных флотов в Синопской бух-те в 1853 г., где за 20 минут с помощью бомбических орудий было уничтожено 15 турецких кораблей и береговые батареи. Катастрофа английского пароходо-фрегата “Биркенхед”, которая знаменита неписанным морским кодексом чести: “Женщины и дети - вперед”. Эта команда капитана Сальмонда позволила за 20 минут гибели корабля в результате посадки его на камни спасти всех женщин и детей в составе 184 спасенных из 638 человек, находящихся на борту судна.

Рис. 33. Схема эффекта Магнуса. 1 - поток по-граничного слоя воздуха при вращении цилин-дра; 2 - набегающий поток воздуха; 3 - зона по-вышенного давления; 4 - зона пониженного да-вления.С 1854 г. в Англии и других странах проводятся исследования по созданию правил расположения поперечных переборок для обеспечения непотоп-ляемости судов. В результате к концу XIX века были сформулированы основные требования к разделению судов на водонепроницаемые отсеки, которые были положены в основу рекомендаций Первой международной конференции по охра-не человеческой жизни на море (впоследствии конвенция SOLAS), организованной после гибели “Титаника” (рис.49) в 1914 г.События 1854 г.Применение французами паровых винтовых бро-нированных плавучих батарей “Девастасьон”. “Лав” и “Тоннан” при взятии дунайской крепос-

ти Кинбурн. Первенец Д.Мак-Кея английский клипер “Молния” на линии Англия - Австралия показывает среднюю скорость 18 уз, дважды проходя за сутки более 430 миль. Для английской судоходной компании Блек Болл лайн Д. Мак-Кей завершает строительство еще трех великолепных клиперов - “Чемпион морей”, “Джеймс Бэнс” и “Дональд Мак-Кей”, среди ко-торых самым быстроходным оказался “Джеймс Бэнс”: в 1855 г. он дошел до Австралии за 63 суток и 18 часов, побив все существующие рекорды. В канцелярии главного управляющего путями сообщения и публичными заведениями России графа П. Клейнмихеля пы-лится рапорт коллежского асессора Иванова с предложением проекта “трехкильного духоплава” - прообраза судна на воздушной подушке. Француз Проспер Пайерн построил подводную лодку “Пиргидростат”, впервые оснащенную механическим двигате-лем - паровой машиной. Английским путешественником Робертом Мак-Клуром (1807 - 1873 гг.) обследован последний участок Сев.-Западного прохода из Атлантического в Тихий океан (пролив Принца Уэльского - пролив Мэлвилла). Оставленное им судно “Ин-вестигейтор” только после 57 лет (!) дрейфа вышло на чистую воду. Гибель многих кораблей англо-французской эскадры под Балаклавой во время знаменитого ноябрьского урагана. Среди погибших оказался и английский винтовой пароход “Принс”, история которого породила легенду о золоте “Черного принца”. Героическая оборона под руководством Василия Завойко (1810-1898 гг.) главной тихоокеанской военно-морской базы Петропавловска-Камчатского от нападения английского флота и десанта. Осада Севастополя англо-французской эскадрой, в результате которой практически все парусные корабли Черномор-ского флота были разоружены и затоплены в одной из его бухт. Создан, так называемый, Ливерпульский комитет, который до 1861 г. исследовал теории и противоположные пред-ложения английских ученых Арчибальда Смита и Джорджа Эри (1801-1892 гг.) по устранению магнитной девиации компаса. Гибель в Северной Атлантике в результате столкновения с французским пароходом “Веста” одного из четырех ши-карных американских трансатлантических лайнеров компании Драматик лайн, обладателя приза “Голубая лента Атлантики”, парохода “Арктик”(BRT=2860 рег.т), в результате чего из 365 пассажиров спаслось только 86, причем погибли жена и двое детей самого владельца компании Эдварда Коллинза. Пропажа без вести с 480 пассажирами первенца эмигрантской трансатлантической судоходной компании Инман лайн - одного из первых винтовых лайнеров “Сити оф Глазго”(BRT=1600 рег.т). В середине XIX века своеобразной революцией в гидромеханике явился переход от абстрактного безвихревого или по-тенциального движения жидкости к более реальному вихревому. В 40-50-х годах сначала французский математик Огюстен Коши (1789-1857 гг.), а затем и в 1856 г. немецкий математик и физик Герман Гельмгольц (1821-1894 гг.) при аналитическом и физическом исследовании вихрей в сплошной среде разрабатывают основы вихревой теории жидкости, в соответствии с которой скорость v в любой точке завихренной жидкости может быть разложена на следу-ющие составляющиеv = v0 + v1 + v2 , (1856 г.)где v0 - вектор скорости поступательного движения произвольной точки частицы жидкости, выбранной в качестве полюса; v1 - вектор скорости деформационного движения; v2 = r - вектор скорости вращательного движения частицы вокруг полюса с мгновенной угловой скоростью ; r = i x + j y + k z - элементарный вектор, харак-теризующий положение рассматриваемой точки относительно полюса.При этом Гельмгольцем было введено понятие вихря скорости rot v = 2 .

Краткая биографическая справка:Огюстен Коши, французский математик, член Парижской академии наук. Окончил Полите-хническую школу и Школу мостов и дорог в Париже, работал инженером в Шербуре, препо-давал в Политехнической школе и Коллеж де Франс. Основоположник теории аналитических функций комплексного переменного, автор трудов по теории дифференциальных уравнений, математической физике, теории чисел и вычетов, геометрии, классических курсов по мате-матическому анализу, работ по алгебре, теории упругости, гидромеханике и оптике.Краткая биографическая справка:Герман Гельмгольц, немецкий физик, гидромеханик, математик, физиолог и психолог, про-фессор, член-корреспондент Петербургской академии наук. Окончил Военно-медицинский институт в Берлине, преподавал в берлинском Физико-техническом институте. Впервые дал математическое обоснование закона сохранения энергии, распространил принцип механиче-ского подобия на природные явления. Автор термодинамической теории химических процес-сов и аномальной дисперсии. Труды по вихревой теории, аэродинамике и воздухоплаванию, физиологии слуха и зрения, биофизике.События 1856 г.На озере Мьеса в Норвегии начались рейсы колесного парохода “Скибландер”, который за 129 последующих лет эксплуатации прошел всего два капитальных ремонта (!). В Англии заложен самый большой за всю историю деревянный парусно-винтовой боевой ко-рабль - 131-пушечный линейный корабль “Мальборо” (D=6100 т, L=74,7 м). Трансатлантический лайнер “Персия”(BRT=3300 рег.т) - первый кунардовский железный пароход, - выдерживает сильное лобовое столкновение с айсбергом благодаря своему мета-ллическому корпусу. После ремонта через год он вновь завоевывает Голубую ленту, впервые

преодолев дистанцию менее чем за 10 суток. Английский механик Рутвен вместе с кораблестроителем Сейделем устанавливает роторный водометный движите-ль на небольшом паровом судне “Алерт”, который им был испытан на небольшой шлюпке еще в 1839 г. Американский изобретатель Филипс создает жесткий скафандр с клещами-захватами, защищающий от давления все конечности водолаза и перемещаемый в воде гребным винтом с ручным приводом. В Петербурге на Васильевском острове основан Балтийский завод - крупнейшее судостроительное предприятие Рос-сии. Испытания в России подводной лодки немецкого артиллериста Бауэра, признанной несовершенной и бесполезной. Безуспешные поиски трансатлантического лайнера Э.Коллинза “Пасифик”(BRT=2860 рег.т), пропавшего без вести вместе с 200 пассажирами в Сев.Атлантике вероятнее всего в результате столкновения с айсбергом. Английский капитан Вильям Скорсби (1789-1857 г.) на корабле “Ройал Чартер” отправляется в последнее плавание к берегам Австралии для изучения магнитной девиации, на основании исследований которого Ливерпульский комитет устанавливает зависимость наиболее сильной полукруговой девиации от постоянного и возбужденного магнетизма корабля. Гибель во время шторма в Балтийском море русского 84-пушечного линейного корабля “Лефорт” от потери остой-чивости, в результате чего погибли 827 человек, в том числе 53 женщины и 17 детей. Передана в дар Японии шхуна “Хеда” (D=106 т, L=21,3 м), построенная экипажем фрегата “Диана”, прибывшего с дипломатической миссией Ефима Путятина (1804-1883 гг.) в Японию и погибшего там в результате землетрясения. Принимая участие в постройке этой шхуны, японцы после ее отплытия в Петропавловск заложили по чертежам “Хеды” сразу три таких же корабля, впервые освоив, таким образом, европейскую технологию судостроения. В 1860 г. английский ученый Файбери предложил обеспечивать общую продольную прочность кораблей условной по-становкой его корпуса на скалу при обеспечении равновесия носовой и кормовой частей, что позволило внести едино-образие в определении расчетного изгибающего момента на корпусе.В этом же году Бурачек, посвятивший многие годы проектированию и совершенствованию водометных движителей, опубликовывает научную работу, в которой даются основы теории и различные конструкции этого типа движителя. Однако реализовывать предложения Бурачека так никто и не стал, в том числе проект водометного движителя под строящийся в США крейсер “Генерал-Адмирал”.Говоря о научной деятельности Бурачека, которая к сожалению не получила в свое время мирового признания, необ-ходимо отметить, что к этому времени он впервые в отечественной практике разрабатывает также и теорию сопротив-ления воды движущимся телам и кораблю в частности, основанную на идее использования модельных испытаний, в каких-то моментах опередив на 10 лет общеизвестную методику Фруда. Более того, на основании этой теории он соз-дает и оригинальный метод вычисления потребной мощности главных судовых двигателей. Примечательно также то, что по предложению Бурачека науку о корабле с методической точки зрения стали делить на три взаимосвязанных, но самостоятельных дисциплины: теорию корабля, корабельную архитектуру (проектирование) и науку о прочности корпуса. Эти три базовых компонента корабельная наука содержит до сих пор.События 1860 г.Год на французском флоте несет боевую службу первый мореходный броненосец - деревянный паровой винтовой ко-рабль “Ля Глоар”, построенный по проекту Дюпюи де Лома и вооруженный пушками, заряжающимися, в отличие от английских, с казенной части.

В Англии спущен на воду первый в мире железный винтовой броненосец “Уорриор”, который до сих пор сохранился в качестве плавучего музея в Портсмуте. Итальянский электротехник Антонио Пачинотти (1841-1912 гг.) создает электродвигатель с вращающимся кольце-вым якорем, нашедший впоследствии повсеместное применение в качестве главного двигателя на подводных лодках и привода многих судовых механизмов. Французский изобретатель Этьен Ленуар (1822-1900 гг.) создает первый в мире двигатель внутреннего сгорания, работающий на светильном газе без предварительного сжатия горючей смеси. Английский кораблестроитель Купер Кольз (1819-1870 гг.) патентует орудийную башню. Французский электротехник Планте создает первый свинцово-кислотный аккумулятор, нашедший быстрое примене-ние на подводных лодках. Экспедиция англо-американской эскадры в Никарагуа для захвата последнего из флибустьеров - Вильяма Уокера. С 1861 по 1875 г. английский ученый Вильям Фруд (1810-1879 гг.) разрабатывает линейную гидродинамическую теорию бортовой качки судна на регулярном волнении (для идеальной жидкости), которая впервые была опублико-вана в 1865 г. и была основана на гипотезе о малости размеров судна по сравнению с размерами волн. Таким образом, на смену упрощенной теории бортовой качки Д.Бернулли приходит более совершенная теория, которая впоследствии будет учеными неоднократно совершенствоваться, пока не примет современный вид как основной инструмент кораб-лестроителей в исследовании качки судов.

Краткая биографическая справка:Вильям Фруд, английский корабельный инженер и ученый. Окончил колледж в Оксфорде, член Английского королевского общества. Участвовал в постройке “Грейт Истерна”, по предложе-нию Брунеля занялся изучением качки и сопротивления движению судна, автор трудов в облас-ти теории корабля, теоретической и экспериментальной гидродинамики, создатель первого в мире современного опытового бассейна. Разработал методику проведения модельных и натур-ных испытаний судов, изобретатель фрикционного маятника. Суть линейного подхода в задачах гидродинамики состоит в использовании при решении урав-нения Лапласа граничных условий только с линейными членами, предполагая скорости переме-щения судна и жидкости в каждый момент времени пренебрежимо малыми. С учетом малости также и амплитуд колебаний судна и жидкости это в итоге приводит к тому, что характеристики

качки судна - перемещения, скорости и ускорения, - оказываются линейно связанными с соответствующими характер-истиками волнения.Система линеаризованных граничных условий для судна без хода по поверхности воды по корпусу судна

;

(уравнение Лагранжа); (1865 г.)

,где - потенциал скорости абсолютного движения жидкости, м2/с; t - время, с; g - ускорение свободного падения, м/с2; - ордината точки в жидкости, м; pа - атмосферное давление, н/м2; - удельный вес воды, н/м3; - плотность воды, кг/м3; n - нормаль к смоченной поверхности судна; vn - нормальная составляющая скорости тела (смоченной поверхности корпуса), м/с.Интересно отметить, что теория бортовой качки Д.Бернулли во времена парусного судостроения использовалась кора-блестроителями не так часто. Это объяснялось не столько невысокой ее точностью, сколько тем, что парусники имели в целом слабую качку из-за демпфирующего действия парусов и рангоута, и чем была выше скорость ветра, тем качка становилась незаметнее. Правда, при этом, судну приходилось двигаться, как правило, под каким-то постоянным уг-лом крена.Ко времени завершения создания Фрудом новой теории бортовой качки практическая потребность в ней коренным об-разом изменилась. В это время боевые корабли начали интенсивно избавляться от своего парусного вооружения, что сразу обострило и проблему их качки. Еще во времена Д.Бернулли была известна связь параметров качки и остойчиво-сти, однако теперь учет характеристик волнения позволял более точно прогнозировать поведение корабля в море.Как и всякий колебательный процесс качка не только дурно влияет на механизмы и грузы, но, в первую очередь, - и на человека: морская болезнь при резкой и порывистой качке делает затруднительным не только выполнение экипажем элементарных боевых операций, но и способна полностью вывести корабль из строя, даже эффективнее, чем это сдела-ет противник другими средствами.В том же 1865 г. английский ученый Вильям Рэнкин (1820-1872 гг.), который явился основоположником технической термодинамики, разрабатывает дисковую теорию движителя (теорию идеального движителя), усовершенствованную затем в 1883 г. Фрудом и в 1910 г. русскими инженерами Г. Сабининым и Б. Юрьевым. Эта теория идеального движи-теля на долгое время станет единственной работоспособной для кораблестроителей со времен Традголда (рис.34).

vo + wa vo + wa/2 vo

Рис.34. Схема дисковой теории винта: 1 - диск винта площадью SД; 2 - эпюра гидростатического давления.Р = m wa , где Р - упор движителя, н; m = SД vc - масса воды, проходящая через диск винта в единицу времени, кг/c; wa - аксиальная скорость потока, вызванная движителем, м/c; - плотность воды, кг/м3; SД - площадь диска движителя, м2; vс = v0 + wa/2 - скорость в диске движителя, м/c; v0 - cкорость набегающего на движитель потока воды или скорость судна, м/с.В 1865 г. издается и фундаментальный труд Окунева “Теория и практика судостроения”, в котором, в частности, впервые представлено уравнение весов в более общем виде, учитывающее наличие на судне машинной установки и запасов топлива для нее. Эта работа Окунева явилась значительным вкладом в теорию проектирования новых для того времени паровых судов и намного опередила свое время, так как позволила связать требования к ходкости с искомым водоизмещением судна.Можно сказать, что научные работы Окунева, получившие мировое признание, официально открыли “русский” вклад в развитие корабельных наук.События 1865 г.В Англии спущен на воду первый казематный броненосец “Беллерофон”, спроектированный главным кораблестроите-лем Э. Ридом. Успешная эксплуатация переоборудованного буксирного парохода кронштадтского купца Михаила Бритнева (1822-1889 гг.) “Пайлот” по продлению навигации между Кронштадтом и Ориенбаумом, на котором форштевень был срезан под углом 20 о. Начало перевода во многих развитых странах котельных установок на жидкое топливо. Русский инженер и изобретатель Иван Александровский (1817-1894 гг.) разрабатывает проект первой самодвижу-щейся мины, которые в начале 20 века стали называть торпедами. Начальником Кронштадтской компасной обсерватории назначен Иван Белавенец (1829-1878 гг.) - русский ученый-де-виатор, первый размагничивший в 1863 г. корабль - броненосную батарею “Первенец”. Удачные испытания на переоборудованном деревянном линейном корабле “Ройал Соверин” орудийных башен К.Коль-за, которые им были разработаны после применения в 1862 г. Дж.Эриксоном на броненосце “Монитор” первых ору-дийных башен. Год эксплуатации английских гражданских судов с корпусами из мартеновской стали - винтового парохода “Энни” и двух парусников: “Формбай” и “Альтеа”, на которых корпуса оказались легче на 20 -25% по сравнению с железными. В Гельсингфорсе основана финская судостроительная компания “Вяртсиля”. В 1866 г. Рэнкин вносит свой вклад и в общую прочность корабля - предлагает разделять общий изгибающий момент, действующий на корпус, на две составляющие: волновую (на волне трохоидального профиля) и на тихой воде. Этот подход в оценке общей продольной прочности корабля используется кораблестроителями и до настоящего времени.События 1866 гОбладателем Голубой ленты Атлантики становится впервые лайнер английской компании Инман лайн – двухвин-товой пароход “Сити оф Пэрис”(BRT=2651 рег.т, v=13,5 уз). После выхода из строя первого подводного кабеля брунелевским пароходом “Грейт Истерн” проложен третий и вос-становлен второй трансатлантические подводные телеграфные кабели. В России построена первая в мире подводная лодка с единым пневматическим двигателем (D=363 т) по проекту И. Александровского, разработанному в 1862 г. Знаменитая гонка 16 чайных клиперов, среди которых в упорной борьбе английские клиперы кораблестроителя Робер-та Стила “Ариэль” и “Тайпин” пришли из Китая в Англию за 99 суток с разницей в 10 минут (!). Английский заводчик Уайтхэд на своем заводе в Фиуме (Австрия) изготавливает первую запатентованную торпеду, которая в начале 70-х годов стала выпускаться серийно.

В США строится казематный деревянный броненосец “Данденбург” (D=7100 т), оказавшийся в истории судострое-ния самым длинным деревянным боевым кораблем (L=115 м). Сравнительные испытания одинаковых по водоизмещению английских пароходов - винтового “Волонтер” и водомет-ного “Наутилус” с движителем Рутвена, показавшие преимущества водометного движителя. Однако через год со-ревнование канонерских лодок - водометной “Уотер Уич” и винтовой “Вайпер” (D=1280 т) с более совершенным вин-том оказалось не в пользу водометных движителей. Английские электротехники Кромвель и Варли создают первый электрогенератор. В США построена первая подводная лодка с мускульным приводом “Интеллижент уэйл”, имеющая специальное уст-ройство, позволяющее покидать лодку и возвращаться в нее. Первое сражение паровых деревянных броненосцев у о. Лисса в Адриатическом море между австрийской (В. Тегет-гоф, 21 кор) и итальянской (К. Персано, 19 кор) эскадрами, закончившееся потоплением флагманского итальянского броненосца “Ре ДI Италия”, протараненного австрийским броненосцем “Фердинанд Макс”, и пожаром с последую-щим взрывом на другом итальянском броненосце. В гроте о. Разочарований в Новой Зеландии разбивается английский парусник “Генерал Грант”, золото которого до сих пор не дает покоя морским золотоискателям. В Тихом океане между Гавайскими островами и Мексикой сгорел американский клипер “Хорнет”, в результате чего из трех шлюпок удалось дойти до Гавайских островов, преодолев 4000 миль, только одной. Трагедию этой катастро-фы впервые описал, будучи журналистом, Марк Твен. В 1869 г., когда Рассел опубликовал свою теорию сопротивления воды, которая для кораблестроителей давала не мно-го практических рекомендаций, Вильям Фруд формулирует закон гидродинамического подобия, который до настояще-го времени является одним из главных инструментов при проектировании судов: “Сопротивления формы двух гео-метрически подобных судов соотносятся между собой как кубы линейных измерений, в то время как их скорос-ти будут находиться в отношении корня квадратного из их измерений” Открытие этого закона было вызвано крайней необходимостью определения в процессе проектирования судна досто-верного значения мощности, требующейся для движения корабля с заданной скоростью в зависимости от его размеров и формы. К тому времени кораблестроителям при создании мощных броненосцев и крейсеров все чаще и чаще прихо-дилось расплачиваться за ошибки в определении мощности энергетической установки ценой невыполнения контракт-ных скоростей хода. Этим, отчасти, объяснялось и то, что кораблестроители тогда не торопились избавить свои кораб-ли от парусного вооружения, подстраховывавшего их от подобных неприятностей.В соответствии с открытым законом второй после числа Эйлера критерий гидродинамического подобия - число Фру-да будет представлять из себя отношение сил инерции к силам веса.

;

; (1869 г.)RH = RM (LH/LM)3,где Fr - число Фруда; g - ускорение свободного падения, м/с2; L - длина судна, м; v - скорость судна, м/c; R – сопроти-вление судна, н; М - индекс модели; Н - индекс натурного судна.Для проверки своей методики Фруд впервые проводит буксировку натурного парового судна - корвета “Грейхаунд”.События 1869 г.В Египте завершилось строительство Суэцкого канала, осуществляемое по проектам инженеров Линана, Мужеля и Негрелли в течение 10 лет. В Глазго построен клипер “Катти Сарк”, который является единственным судном этого типа, сохранившимся до наших дней (с 1957 г. - плавучий музей в Гринвиче). Установление английским чайным клипером “Сэр Ланселот” на маршруте Китай - Англия абсолютного рекорда про-должительности плавания для кораблей своего типа - 90 суток. В Англии проходит испытания первый железный винтовой крейсер “Инкостант” (D=5800 т, v=16,5 уз) с полным па-русным вооружением. Научные исследования английского физика и математика Джорджа Стокса (1819-1903 гг.) в 60-х годах XIX века позволили значительно развить вихревую теорию жидкости - им была выведена теорема, позволяющая связать цирку-ляцию и вихрь скорости: циркуляция скорости по замкнутому контуру, ограничивающему односвязную область жидкости, равна потоку вектора вихря сквозь произвольную поверхность S , опирающуюся на этот контур

где - циркуляция скорости, м2/c; L - контур циркуляции; dr/ = dL направленный элемент контура; n - направление нормали к поверхности S; v - скорость, м/с.В 1870 г. французский кораблестроитель Жак Норман (1839-1906 гг.) поставил вопрос о создании таких приближен-ных формул при проектировании судна, которые “позволят привести целый вопрос, иногда очень сложный, к од-ной или двум формулам, где легко можно будет увидеть влияние каждого элемента, например, веса корпуса или механизмов, расхода топлива или района плавания, толщины брони у бронированных кораблей”, что означало необходимость применения дифференциального исчисления в теории проектирования судов. В этом же году Норман опубликовал свои, получившие всемирную известность, приближенные формулы элементов теоретического чертежа. / 1,15 , (1870 г.)где - коэффициент полноты ватерлинии; - коэффициент полноты мидель-шпангоута; - коэффициент общей по-лноты. В 1870 году опубликовывается и первая научная статья Степана Макарова (1848-1904 гг.), посвященная исследова-нию непотопляемости корабля на примере аварии канонерской лодки “Русалка”. Этот русский военный моряк и уче-ный считается основоположником теории непотопляемости корабля. В целом ряде научных работ 1870-1898 гг. Ма-каров проводит анализ непотопляемости отдельных кораблей, рекомендует метод модельного эксперимента для иссле-дования непотопляемости, предлагает принцип контрзатопления отсеков для устранения аварийных крена и диф-ферента, составляет первые таблицы непотопляемости. Ему принадлежит идея спрямления поврежденного кораб-ля, основанная на равенстве кренящего и спрямляющего моментов.

Краткая биографическая справка:Степан Макаров, русский флотоводец и ученый, вице-адмирал, внесший значительный вк-лад в развитие океанологии, метеорологии, кораблестроения и военно-морской тактики, освоение Северного ледовитого океана. Окончил Морское училище в Николаевске-на-Амуре. С 1861 по 1872 гг. плавал на кораблях Сибирской флотилии и Тихоокеанской эскадры, рабо-тал над проблемами непотопляемости и живучести корабля. Будучи командиром воору-женного парохода «Великий князь Константин» во время русско-турецкой войны 1877-78 гг. организовал и совершил первую в мировой практике успешную торпедную атаку. С 1881 по 1904 гг. командовал различными кораблями и соединениями, Кронштадским портом и Пер-вой Тихоокеанской эскадрой, внес большой вклад в становление русского Тихоокеанского флота. Участвовал в разработке кораблестроительных программ и совместно с Менделее-

вым технического задания на проектирование ледокола «Ермак». Погиб на броненосце «Петропавловск» во время Русско-Японской войны.Время показало, что научные работы Макарова предопределили лидирующее положение русской корабельной науки в области теории непотопляемости судна. Острая необходимость разработки теории непотопляемости к концу XIX века объяснялась участившимися случаями гибели судов от разгерметизации корпуса и попадания в него большого количе-ства воды не только в боевых условиях в результате поража-ющего воздействия мин и снарядов, но и в мирное время - чаще всего в результате столкновений. Это в особенности касалось военных кораблей, боевая эффективность которых должна сохраняться в течение всего боя.В связи с этим можно привести в качестве примера целую серию крупнейших катастроф с боевыми кораблями, начи-ная с 60-годов XIX века. Гибель нескольких низкобортных казематных броненосцев конфедератов и башенных мони-торов федералов в ходе гражданской войны в США 1861-65 гг.; в 1866 г. во время Лисского боя броненосных эскадр Австрии и Италии за 3 минуты исчезает с поверхности воды итальянский флагман "Ре д , Италия", протараненный австрийским броненосцем "Фердинанд Макс"; в 1875 г. погибает английский броненосец "Вэнгард", также протаране-нный в тумане броненосцем "Айрон Дюк"; 1893 г. - гибель новейшего английского флагманского броненосца "Викто-рия" от тарана броненосца "Кампердаун" и невезучей русской канонерки "Русалка"; в 1897 г. в результате столкнове-ния с необозначенным на картах подводным препятствием, несмотря на героические усилия экипажа, тонет новый ру-сский броненосец "Гангут"; боевые итоги японо-китайской и американо-испанской колониальных войн на море 1894 и 1898 гг., в результате которых было потоплено значительное количество броненосных кораблей, главным образом, китайских и испанских.События 1870 г.Английский клипер “Патриарх” устанавливает рекорд скорости для парусных кораблей на линии Лондон - Сидней (через юг Африки), пройдя маршрут за 69 суток, который удалось улучшить только в 1975 г. английской яхте “Грейт Бритн II”. Английский изобретатель Чарльз Рамус создает проект глиссирующего миноносца. Лобовое столкновение парохода компании Инман лайн “Сити оф Бостон” с айсбергом, которое хоть и спасает суд-но, но приводит к многочисленным жертвам среди пассажиров и экипажа (191 человек погибшими).

Рис. 35. Флагманский английский броненосец “Кептен” (L= 97,5 м; B= 16,2 м; T= 7,8 м; D= 7891 т; v= 14,2 уз; N= 5400 л.с.) кораблестроителя К. Ко-льза. Опрокидывание этого корабля от резкого шквала ветра в 1870 г., в результате чего вместе с 473 членами экипажа погибает и его конструктор, выявило необходимость обеспечения не только начальной остойчивости, но и остойчивости на бо-льших углах крена.В 1872 г. Фруд выдвигает гипотезу независимости составляющих гидродинамического сопротивле-ния, которая позволяет ему вскоре разработать мето-дику определения сопротивления проектируемого судна с использованием модельных испытаний для получения волнового и вихревого сопротивления (сопротивления формы) как остаточного. Проведя в 1874 г. натурную буксировку фрегата для проверки своей методики, Фруд окончательно отрабатывает и методику проведения натурных буксировочных ис-

пытаний судов. События 1872 г.В России спущен на воду первый в мире брустверный броненосец-монитор “Петр Великий”, спроектированный выда-ющимся кораблестроителем Андреем Поповым (1821-1898 гг.). Во Франции спущен на воду первый барбетный броненосец “Адмирал Дюпре”. В России завершено проектирование первого в мире минного заградителя “Гальванер”, рассчитанного на 30 мин. В Николаеве ведется постройка первой круглой броненосной батареи А.Попова (“поповки”) “Новгород”, имеющей ре-кордное число гребных валов (6 гребных винтов). Впервые обладателем Голубой ленты Атлантики становится трансатлантический лайнер известной судоходной ко-мпании Уайт Стар лайн - пароход “Балтик” (BRT=3850 рег.т, v=14,8 уз), оснащенный впервые компаунд-машинами - паровыми машинами двойного действия. В Петербурге заканчивается строительство первого в мире броненосного крейсера (с парусным вооружением фрега-та) “Генерал -Адмирал” (D=4600 т, v=13,2 уз) по проекту, разработанному кораблестроителями А.Поповым, И.Дми-триевым и Н. Кутейниковым. Вступил в строй роковой трансатлантический лайнер компании Уайт Стар лайн “Адриатик”(BRT=3850 рег.т, v=14,4 уз), обладатель Голубой ленты Атлантики: за всю 24-летнюю жизнь это судно перенесло четыре столкнове-ния с другими судами. Переоборудование английского военного корвета “Челленджер” (D=2300 т, L=62,5 м, N=885 квт) в первое специаль-ное научно-исследовательское судно и начало первой комплексной океанографической кругосветной экспедиции под руководством профессора Чарльза Томсона (1830-1882 гг.). За четыре года плавания судном было пройдено 68900 миль, организовано 362 океанографические станции, проведено большое количество промеров глубин и проб донных осадков. Австрийская арктическая экспедиция под руководством Карла Вайпрехта (1838-1881 гг.) на судне “Тегетгоф” отк-рывает архипелаг Франца-Иосифа. В соответствии с решением арбитражного суда в Женеве Англия выплатила США 15,5 млн. долларов за возмещение убытков, нанесенных американскому торговому судоходству во время Гражданской войны в США 1861 - 1864 гг. крейсером конфедератов “Алабама”, который сумел потопить 68 торговых судов северян. Корвету федералов “Кир-сардж” удалось потопить этот корабль у французского порта Шербур только в 1864 г. Загадка американского парусника “Мария Целеста”, обнаруженного в 600 милях к западу от Гибралтара английским бригом “Дея Грация”, на котором не было обнаружено ни одного члена экипажа при полных судовых запасах. Гибель со всем экипажем в результате внезапного опрокидывания от налетевшего шквала английского фрегата “Эвридик”, произошедшая на глазах у встречающей публики. В 1873 г. французский инженер-кораблестроитель Жоссель исследует давно известный эффект подъемной или боко-вой силы пластины (позднее крыла), ориентированной под некоторым углом к набегающему потоку. Имитируя плас-тиной судовой руль, он впервые получает ее гидродинамические характеристики в зависимости от, так называемого, угла атаки - угла между пластиной и набегающим потоком (рис.36). Через десять лет знаменитый французский инже-нер А. Эйфель, создатель радиобашни в Париже, проводя опыты с такими же пластинами, обнаружил, что подъемная сила формируется не столько давлением на нагнетающей поверхности, сколько разрежением на засасывающей и превышает первую в 2 - 3 раза. Таким образом были созданы все теоретические предпосылки для последующих иссле-дований сначала крыла в аэродинамике, а затем и судна на подводных крыльях (СПК).События 1873 г.Катастрофа налетевшего на скалы Галифакса английского пассажирского лайнера “Атлантик” (BRT=3850 рег.т) компании Уайт Стар, которая оставалась самой крупной в пассажирском судоходстве вплоть до гибели в 1912 г.

печально известного “Титаника” этого же судовладельца: тогда из 952 пассажиров, находящихся на борту, погибло 585 человек. В связи с гибелью в 1874 г. английского железного парохода “Мэри” длиной 64 м, разломившегося пополам во время перехода через Атлантический океан из-за потери устойчивости палубного настила, в Англии был разработан способ подсчета элементов продольных связей корпуса в так называемом втором приближении. По предложению инженера Джона критическое напряжение определялось по Рэнкину как для балки-полоски с заделанными концами и произво-дилось редуцирование (условное уменьшение) площади сечения сжатых пластин. Однако это ценное предложение Джона почему- то не привлекло к себе в свое время внимание.

Рис. 36. Эффект подъемной силы и ее гидродинамическая характеристика. 1 - зона разряжения; 2 - зона повы-шенного давления; a - угол атаки; Ру - подъемная сила; Су - коэффициент подъемной силы; S - площадь пласти-ны.В 1876 г. после упорной восьмилетней борьбы в английском парламенте крупным судовладельцем Самюэлем Плим-солем проводится, так называемый, “Билль о надводном борте”, регламентирующий минимальный надводный борт и грузовую марку (круг Плимсоля). Этот закон, являющийся прообразом современных “Правил о грузовой марке”, стал еще одним вкладом в повышение безопасности эксплуатации гражданских судов за счет обеспечения минималь-ного запаса плавучести.Fmin = f(L, lн , sп) , (1876 г.)

где L - длина судна; lн - длина надстроек; sп - седловатость палубы.Краткая биографическая справка:Степан Джевецкий, русский инженер и изобретатель, лауреат Международного конкурса в Париже 1898 г., руководитель воздухоплавательного отделения Русского технического общес-тва, внесший большой вклад в развитие кораблестроения и воздухоплавания. Автор множества проектов подводных лодок, в том числе первой серийной подводной лодки и подводной лодки «Почтовый» с единым бензиновым двигателем для русского военно-морского флота. Разработ-чик проектов «водобронного» миноносца и различных вооружений для подводных лодок, механи-ческого прибора для автоматической прокладки курса корабля на карте.События 1876 г.Немецкий инженер Николаус Отто (1832-1891 гг.) создает первый двигатель внутреннего сго-рания с предварительным сжатием топлива - бензиновый мотор.

Во Франции спущен на воду первый стальной броненосец “Редутабль” (D=9500 т). Во Франции построен самый большой за всю историю судостроения деревянный броненосец “Ришелье” водоизмеще-нием 9100 т (L=101,7 м). Датчанин А. Энсен первым в одиночку пересек Атлантический океан на рыбацком боте “Сентенниэл” длиной всего 6 метров. Третий год идут Карские экспедиции русских пароходов по Сев. морскому пути до устьев Оби и Енисея, финансируе-мые русским предпринимателем, золотопромышленником и исследователем Сибири Александром Сибиряковым (1849-1933 гг.), за всю историю которых было осуществлено 122 рейса и 75 из них завершились благополучно. Русский военный моряк Александр Можайский (1825-1890 гг.) создает проект воздухоплавательного аппарата, кото-рый был по-корабельному настолько тяжел, что так и не поднялся в воздух во время испытаний в 1882 г. Русский ученый, один из основоположников современной теории девиации магнитного компаса, Иван де Колонг (1839-1901 гг.) испытывает первый в мире дефлектор - прибор для измерения и компенсации полукруговой и креновой деви-ации, и разрабатывает методы расчета и компенсации четвертной девиации, которые вскоре были приняты на воо-ружение во всех флотах мира.

В 1878 г. Фруд предлагает первую лопастную теорию гребного винта, которая затем в 1892-1900 гг. была развита выдающимся русским инженером Степаном Джевецким (1843-1938 гг.) - автором проекта первой серийной подводной лодки в России. Эта теория была основана на исследованиях подъемной силы пластины или крыла и явилась значительным шагом вперед по сравнению с используемой до этого схемой идеального движителя (рис.37).

, (1878 г.)где Т - тяга винта, н; z - число лопастей винта; RC и RB - cоответственно, радиусы ступицы и винта, м; C(r)- коэффи-циент подъемной силы на элементе лопасти с углом атаки и текущим радиусом r ; r - плотность воды, кг/м3; - частота вращения гребного винта, рад/c; r - текущий радиус винта, м; b(r) - ширина лопасти винта, м.

Рис.37. Схема лопастной теории гребного винта.События 1878 г.В Швеции по проекту инженера Людвига Нобиля (1831-1888 гг.) для каспийс-ких нефтепромыслов построен первый в мире самоходный танкер “Зороастр” (D=400 т, L=56 м, v=10 уз). В Англии построены первые в мире военные корабли из мягкой судостроитель-ной стали: двухвинтовой крейсер “Айрис” с ограниченным парусным воору-жением (D=3700 т, v=18,5 уз) и бронепалубный крейсер “Комус” (D=2380 т, v=13 уз). В России на заводе Берда спущен на воду первый в мире миноносец “Взрыв” во-доизмещением 134 т и скоростью 15 уз. В Англии проходит испытания первая быстроходная миноноска с носовым то-рпедным аппаратом под торпеды Уайтхэда. Дж.Эриксон строит за свой счет водобронный миноносец “Дистройер” (L=40 м), испытания которого не оправдали возлагавшихся на этот тип корабля на-дежд. Шведский полярный исследователь Нильс Норденшельд (1832-1901 гг.) на судне “Вега” начал плавание в восточном направлении по Сев. морскому пути и про-шел его с одной зимовкой на Чукотке, вернувшись в Швецию через Суэцкий ка-нал. В Глазго построен танкер-парусник “Фоллс оф Клайд” (L=81 м),

сохранившийся до наших дней (Гонолулу). Первая в мире боевая торпедная атака во время русско-турецкой войны 1877-1878 гг. турецкого парохода “Интибах” минными катерами “Чесма” и “Синоп” под командованием С. Макарова, закончившаяся потоплением парохода на Батумском рейде и открывшая эпоху применения торпед в военно-морском деле. По международному соглашению за меридиан отсчета времени по широте принят меридиан астрономической обсер-ватории в английском городе Гринвич вблизи Лондона.

Рис.38. Английский стальной быстроходный двухвинтовой крейсер “Айрис” (L= 101,5 м; B= 14 м; T= 6,7 м; D= 3750 т; v= 18,6 уз; N=7500 л.с.), при испытаниях которого в 1878 г. выявилась необходимость проектирования оптимального винта. После невыполнения на сдаточных ходовых испытаниях контрактной скорости на один узел и замены четырехлопастных винтов двухлопастными сдаточная комиссия была буквально ошеломлена: если с четырехлопастными винтами при мощности машин 5250 л.с. корабль показывал 15,1 уз, то с двухлопаст-ными - уже при мощности 4370 л.с. он развил скорость 15,5 уз.В 1880 г. издается научный труд выдающегося русского ученого Дмитрия Менделеева (1834-1907 гг.) “О сопротив-лении жидкости и о воздухоплавании”, в котором, в частности, обобщаются все научные достижения того времени в области гидродинамики судна и дается понятие пограничного слоя жидкости. Исследуя критически опыты Фруда, Менделеев предлагает учитывать шероховатость поверхности при определении сопротивления трения. Впоследствии многие ученые - гидродинамики будут уделять этому вопросу большое внимание, так как от шероховатости обтекае-

мой поверхности зависят толщина пограничного слоя и его характер, определяющие, наряду с формой корпуса, вязко-стное сопротивление судна в целом.Fтр = Fтр.o + Fтр.ш , (1880 г.)где Fтр - полное сопротивление трения воды о поверхность корпуса судна; Fтр.o - сопротивление трения технически гладкой поверхности; Fтр.ш - надбавка к сопротивлению трения, учитывающая шероховатость поверхности.

Краткая биографическая справка:Дмитрий Менделеев, русский ученый, открыватель периодического закона химических элемен-тов. Окончил Главный педагогический институт в Петербурге, член Петербургской АН, автор свыше 500 работ в области химии и химической технологии, физики, метрологии, воздухоплавания и гидроаэродинамики, метеорологии, сельского хозяйства, экономики, народного просвещения, кораблестроения и мореплавания. Заложил основы теории растворов, предложил промышленный способ перегонки нефти, изобрел вид бездымного пороха, один из инициаторов создания Русского химического общества, организатор и первый директор Главной палаты мер и весов. Один из пер-вых в России предложил строить нефтеналивные суда, руководил проводившимися на флоте экс-периментами по исследованию сопротивления воды и ходкости кораблей, обосновал необходи-мость создания в России опытового бассейна, предложил широкую программу государственных мероприятий по развитию технической базы отечественного судостроения, занимался вопро-

сами перевода судов на жидкое топливо. Обосновал народно-хозяйственное и оборонное значение Северного морско-го пути и постройку первого в мире арктического ледокола, совместно с Макаровым разработал техническое зада-ние на проектирование ледокола “Ермак”.События 1880 г.К Северному полюсу дрейфует американская яхта “Жанетта” полярного исследователя Джорджа де Лонга (1844-1881 гг.), которая в 1881 г. будет раздавлена льдами и затонет. Русский инженер С. Джевецкий разработал проект первой в мире подводной лодки с электрическим двигателем, ра-ботающим от аккумулятора. В Англии строится первый цитадельный броненосец “Инфлексибл”, имеющий броневую палубу в средней части и спроектированный пришедшим на смену Э.Риду главным кораблестроителем Натаниелем Барнаби (1829-1915 гг.), основателем Английского общества корабельных инженеров. В Италии спущен на воду самый большой железный боевой корабль - крейсер-броненосец “Италия” (D=15200 т, v=18 уз), который явился и первым шеститрубным кораблем. В США постройкой первой четырехмачтовой шхуны “Вильям Уайт” начинается строительство гигантских много-мачтовых гафельных шхун, которое завершится появлением в 1900 г. шестимачтовой “Джорж Уэллс” и в 1902 г. - семимачтовой шхуны “Томас Лаусон”. Последняя стала знаменитой не столько как единственный в истории судост-роения семимачтовый парусник, сколько своей поразительной гибелью: по иронии судьбы эта шхуна разбилась о кам-ни в пятницу 13 ноября 1907 г. - в полном соответствии с названием романа американского писателя (“Пятница - 13 число”), имя которого носил корабль.

Рис.39. Линии тока и эпюры скоростей в ламинарном и турбулентном пограничном слое. 1 - ламинарный пограничный слой; 2 - турбулентный пограничный слой; 3 - толщина пограничного слоя; 4 - эпюра скорости линий тока; 5 - линии тока ламинарного пограничного слоя; 6 – эпюра средней скорости турбулентного потока; 7 – вихри турбулентного пограничного слоя.В 1883 г. английский ученый Осборн Рейнольдс (1842-1912 гг.) экспериментально получил еще один важный крите-рий гидродинамического подобия, представляющий собой отношение сил инерции к силам вязкости и широко исполь-зуемый в практике судостроения.Re = v L / , (1883 г.)где Re - число Рейнольдса; v - скорость потока жидкости или движения тела в ней, м/c; L - длина или прочий характер-ный геометрический размер тела, м; - кинематический коэффициент вязкости, м2/c.Исследуя пограничный слой жидкости, он пришел к выводу, что сопротивление трения ее о стенки твердого тела зави-сит от характера течения жидкости. В зависимости от него он предлагает разделять пограничный слой на ламинар-ный и турбулентный (рис.39).

В том же году английский корабельный инженер А. Денни на основании исследований Э. Рида впервые предлагает критерии нормирования остойчивости для небольших грузовых судов. Это явилось важным событием в развитии гра-жданского судостроения, так как такие суда, в общем, любого назначения, также зачастую гибли от потери остойчиво-сти. Позднее ученые выяснят, что вероятность опрокидывания небольшого судна гораздо больше, чем большого, и обеспечение остойчивости малых судов носит в целом более сложный характер.События 1883 г.Шведскому инженеру-механику Карлу Лавалю (1845-1913 гг.) выдан первый патент на паровую турбину, которую он смог построить и испытать на лодке только в 1893 г. Английский инженер-кораблестроитель Торникрофт заканчивает строительство и испытывает винтовую и водоме-тную миноноски водоизмещением по 14,5 т, которые окончательно показали преимущества гребного винта: скорос-ть водометной миноноски оказалась аж на 30% меньше, чем у винтовой, в результате чего водомет надолго выбыл из арсенала средств борьбы за скорость. Трансатлантический лайнер компании Гийон лайн “Орегон” (BRT=7400 рег.т), на котором впервые оборудовано элек-трическое освещение, на испытаниях показывает небывалую скорость 20 уз и становится в первом же рейсе обладателем Голубой ленты, пройдя дистанцию со средней скоростью 18,4 уз. В 1884 г. по результатам трагической гибели в 1870 г. у м. Финистерре новейшего английского броненосца “Кептен”, имевшего низкий надводный борт монитора и полное парусное вооружение корабля, главный конструктор ВМС Анг-лии Эдвард Рид (1830-1906 гг.) опубликовывает свой фундаментальный научный труд “Стабильность (остойчиво-сть) кораблей”, где представлена диаграмма остойчивости судна на больших углах крена, которая с тех пор носит название диаграммы Рида. В этой книге показано, что “Кэптен” (рис.35), построенный кораблестроителем Купером Кользом, при динамическом действии шквала опрокидывается уже при 12-130 крена, тогда как для броненосца Рида

“Монарх” эта опасность начинается только с 23 0

(рис.40).Рис.40. Определение опрокидывающего момен-та и соответствующего ему угла крена по диаг-рамме Рида.Значение исследований Рида по остойчивости су-дов было огромно, ибо они уже в ближайшее время дадут свои плоды, сохранив жизнь многим поколе-ниям моряков во всем мире. Казалось бы, что проб-лема обеспечения остойчивости, сопутствующая развитию кораблестроения с самого его зарожде-ния, наконец может быть снята. Тем не менее опро-кидывание судов от потери остойчивости до сих пор является основной причиной их гибели, что

требует от корабельной науки дальнейших усилий в этом направлении.В этом же году французский ученый Морис Леви (1838-1910 гг.), ученик основоположника теории пластичности Сен-Венана, впервые решает задачу устойчивости цилиндрической оболочки на примере кольца, определив ее критическ-ую нагрузку на разных стадиях потери устойчивости от наружного равномерного давления

,где qкр - критическая погонная нагрузка, т/м; r - радиус кольца, м; n - число волн кольца, потерявшего устойчивость (рис.41).*) По многим источникам - "Наутилус".В отличие от котельной формулы, формула Леви имела чисто корабельную природу, отвечая запросам развивающе-гося подводного кораблестроения. К этому времени среди конструкторов подводных лодок окончательно укореняется мнение о круговой форме ее прочного корпуса как оптимальной по материалоемкости. Несмотря на то, что попытки использования формы прочного корпуса в виде тел вращения предпринимались еще с начала XIX века ("Наутиль 2"*

Фултона, 1801 г.; подводная лодка К. Чарновского, 1825 г.), поиски оптимальной формы велись вплоть до 1860 г., так как в соответствии с тогдашней концепцией "ныряющей лодки" считалось, что ее корпус должен быть подобен кора-бельному.С увеличением в этот период глубины погружения подводных лодок с 2 до 15 м к концу XIX века участились и их ава-рии из-за разрушения прочного корпуса. Наиболее трагичными считаются случаи гибели в 1851 г. сразу двух подвод-ных лодок - "Брандтаухера" В. Бауэра водоизмещением 38,5 т, которая была раздавлена давлением на глубине 18 м, и паромашинной лодки американца Лоднера Филиппса во время погружения на о. Эри. В последнем случае подводная лодка, превысив расчетную глубину, похоронила на дне озера экипаж вместе с ее изобретателем. Не исключено, что и "Умный кит" ("Интеллижент уэйл") американца О. Халстеда за время беспрецедентных десятилетних испытаний с 1862 по 1872 год неоднократно затапливался из за разрушения корпуса под действием давления, так как за этот период с его помощью было отправлено на тот свет 39 человек.

Рис. 41. Расчетная схема сжатого снаружи кольца и формы потери его устойчивости.Не случайно, что именно во Франции, имеющей лучшую в Европе научную школу строительной механики, в 80-годах XIX века ведутся интенсивные поиски не только надежного двигателя для подводной лодки, но и оптимальной формы ее прочного корпуса, в результате чего к началу XX века она занимает лидирующее положение в подводном корабле-строении. События 1884 г.Английский инженер-механик Чарльз Парсонс (1854-1931 гг.) патентует многоступенчатую реактивную паровую ту-рбину, которая уже к концу 20 века начнет повсеместно применяться в качестве главного двигателя на боевых кора-блях развитых морских держав. На верфи “Томсон” в Глазго для компании Нэшнл лайн построен первый стальной трансатлантический лайнер “Аме-рика”, дважды завоевавший Голубую ленту Атлантики со средней скоростью 17,5 уз. В Глазго открыт Департамент судостроения - главное кораблестроительное учебное заведение Шотландии. В 1885 г. Норман опубликовывает научный труд, в котором, используя дифференциальный метод, показывает, что во-доизмещение проектируемого судна растет значительно быстрее веса, который в силу изменения задания на проекти-рование судна добавляется к весам по отдельным разделам нагрузки судна-прототипа. Отношение приращения водоиз-мещения к приращению веса по статьям нагрузки отныне получило название коэффициента Нормана.

, (1885 г.)где н - коэффициент Нормана; D - приращение водоизмещения; P - приращение весов; P(D)/ D - частная производная уравнения нагрузки по водоизмещению.Дифференциальная форма уравнения весов Нормана имела в свое время большое практическое значение для проекти-рования судов, так как позволяла при любом изменении в нагрузке проектируемого корабля быстро получить новое значение водоизмещения, не пересчитывая каждый раз уравнения весов в алгебраической форме. Постоянно меняю-щиеся в те времена интенсивного строительства боевых кораблей (во Франции Норман специализировался на проек-тировании и строительстве миноносцев) условия поставки материалов и оборудования, машинной установки и боевых вооружений для проектируемых кораблей предопределили научные изыскания этого талантливого кораблестроителя по совершенствованию уравнения нагрузки.События 1885 гВ Англии ведется подготовка к строительству первых океанских бронепалубных броненосцев “Трафальгар” и “Нил”, которые послужили прототипами для целого поколения броненосцев во всем мире на протяжении 15 - 20 лет. В Швеции идет строительство первой стальной подводной лодки водоизмещением 160 т по проекту инженера Нор-денфельда, вооруженной двумя торпедами Уайтхэда и приводимой в движение паровой машиной. На заводе Ярроу (Великобритания) по заказу Японии идет строительство первого бронированного миноносца “Кота-ка” (D=190 т, v=19 уз). В Англии ведется строительство первого океанского танкера “Глюкауф” дедвейтом 3 тыс.т. С. Джевецкий на своей подводной лодке впервые испытывает водометный движитель с электроприводом. Французский инженер Клод Губе проектирует и строит свою первую подводную лодку, которая была признана неуда-чной и не принята морским министерством. В 1889 г. в результате многолетних исследований ходовых испытаний кораблей, выдающийся русский инженер-ме-ханик флота Василий Афанасьев (1843-1913 гг.) предлагает метод, так называемых, адмиралтейских коэффициен-тов, позволяющий достаточно точно прогнозировать ходовые качества корабля, не прибегая к испытаниям в опытовом бассейне, и выраженный простой эмпирической формулой, ставшей поистине знаменитойN = D 2/3 v3 / CА о

или в общем видеN = D m v

n / Co , (1889 г.) где N - мощность главных двигателей, л.с. или квт; D - весовое водоизмещение судна, т; v - скорость хода, уз; САо - адмиралтейский коэффициент.Краткая биографическая справка:Василий Афанасьев, русский инженер-механик флота, ученый, генерал-лейтенант. Окончил Ин-женерное и артиллерийское училище в Кронштадте и Академический курс морских наук по ме-ханическому отделу, преподавал в Штурманском и артиллерийском училище Кронштадта, ра-

ботал на Кронштадском пароходном заводе, старшим помощником главного инспектора меха-нической части Морского технического комитета. Автор научных работ по прочности, элект-ромагнетизму, проектированию судов и судовым энергетическим установкам. Инициатор исс-следований ходкости и создания ледоколов в России.Значение метода Афанасьева действительно трудно переоценить, особенно с точки зрения проек-тирования судов. Со времен обобщенного уравнения весов Окунева, куда вошли составляющие нагрузки в функции водоизмещения, связанные с мощностью главных двигателей, никому еще не удавалось такой простейшей и достаточно точной для первого приближения формулой связать потребную мощность главных двигателей с водоизмещением и скоростью хода. Можно сказать, что эта формула завершила формирование современного уравнения нагрузки в теории проектирования судов с механическими двигателями и сразу же нашла повсеместное применение в мировой практике судостроения. Достаточно привести высказывание А. Крылова: “Эта формула, замечательная по своей простоте и точности, вскоре вошла во всеобщее употребление, сводя вычисления, требующие затраты многих часов, к нескольким минутам”.Исследования Афанасьева по ходкости кораблей были опубликованы в научной работе “Материалы к изучению дви-жения судна”, изданной в 1899 г. В ней, в частности, он впервые использует понятие “боевой скорости судна”, иссле-дует условия совместной работы винта с корпусом корабля, предлагает не менее замечательную эмпирическую зави-симость между скоростью корабля и числом оборотов движителя.События 1889 г.С. Макаров выдвигает идею применения на боевых кораблях комбинированной энергетической установки, включаю-щей главные двигатели форсированного и экономичного хода, реализованную только в 1897 г. на крейсере “Россия”. Русский горный инженер Николай Славянов (1854-1897 гг.) демонстрирует “плавильник” - первый в мире полуавто-мат дуговой сварки металлическим электродом, - и использует его впервые в мировой практике при постройке в Пер-ми буксирного парохода “Редедя, князь Косогорский”. Английский военно-морской теоретик и историк Филип Коломб (1831-1899 гг.) разрабатывает рекомендации по пре-дупреждению столкновений судов в море, которые были приняты во всем мире как первые обязательные правила. В порту Апиа в Зап. Самоа в результате тайфуна погибли шесть боевых кораблей США и Германии, а также мно-жество местных судов прибрежного плавания. Французский инженер Густав Зеде (1825-1891 гг.) заканчивает комплексные испытания подводной лодки “Жимнот” (D=31 т) с единым электрическим двигателем на аккумуляторной батарее, которая была построена по проекту Дюпюи де Лома. Русский военный моряк Владимир Степанов (1858-1904 гг.) работает над проектом мореходного минного заградите-ля, на основании которого по инициативе С.Макарова в России в 1892 г. будут построены первые корабли этго класса “Буг” и “Дунай”.

Рис. 42. Первая боевая электрическая подводная лодка французского инженера Густава Зеде "Сирена" * (L= 45,1 м; D= 266/272 т; v= 12/10 уз; N= 360 л.с.), построенная в 1893 г., вероятно является и первой лодкой, при проектировании которой предпринимались попытки проверки прочного корпуса на устойчивость (рабочая глубина 17 м). В 1894 г. Рид, который еще в 1870 г. предложил рабочую методику расчета общей продольной прочности корабля, и английский ученый Стенбюри математически обосновано установили, что корпус судна при общем изгибе ведет себя подобно простой балке. С этого момента повсеместно при проверке корпуса судна на общую продольную прочность используется, так называемый, эквивалентный брус (рис.43).С разработкой методики проверки общей продольной прочности по эквивалентному брусу в целом была сформирова-на методология обеспечения этого важного эксплуатационного свойства судна в том виде, в котором она существует и поныне.

Рис. 43. Эквивалентный брус корпуса ко-рабля: 1 - поперечное сечение корабля; 2 - эквивалентный брус корабля.В этом же году выходит в свет фундамента-льный труд немецкого ученого Отто Шли-ка, посвященный систематическим исследо-ваниям вибрации судов - негативного яв-ления, которое давно начало преследовать суда, оснащенные, в первую очередь, паро-выми машинами, и особенно после того, как их корпуса стали металлическими. Появле-

ние гребного винта с его высокочастотными периодическими нагрузками еще более усугубило остроту проблемы бо-рьбы с вибрацией корпуса. Низкочастотная вибрация корпусных конструкций от работы паровых машин на деревянных пакетботах и пароходо-фрегатах настолько сильно ускоряла процесс разгерметизации всего корпуса, что явилась, в конце концов, одной из причин использования на мощных пароходах железных корпусов. Однако вскоре оказалось, что металл является зна-чительно более лучшим проводником волновых колебаний, чем дерево, что привело к появлению структурной вибра-ции всего металлического корпуса, особенно после перехода к более изящным стальным конструкциям. Замена гребного колеса винтом в корме добавила кораблестроителям проблем - появляется еще и локальная вибрация оконечности судна и чем несовершенней винт, тем она становится больше. Если к тому же добавить периодически вы-зываемую вибрацию носовой части корпуса от ударов волн, можно себе представить всю полноту этой проблемы: си-льная вибрация не только расшатывает конструкции и механизмы, она плохо влияет на самочувствие человека, а на боевом корабле - не позволяет эффективно использовать и оптические приборы для наведения орудий.События 1894 г.Немецкая фирма Крупп завершает процесс создания совершенной цементированной хромо-никелевой броневой стали. Эксплуатация во Франции первого судна с алюминиевым корпусом - яхты “Венденессе” (D=15 т). Немецкий инженер-механик Рудольф Дизель (1858-1913 гг.) создает первый опытный образец нового запатентован-ного им двигателя внутреннего сгорания - дизеля, который в настоящее время является самым распространенным типом судового двигателя. В России вступил в строй первый в мире большой броненосный крейсер “Рюрик” (D=10950 т), преодолевший десяти-тысячный рубеж водоизмещения. В Англии вступает в строй броненосец “Маджестик”, схема бронирования которого вскоре стала использоваться во всех флотах мира: бортовая палуба корабля имела скосы к нижней кромке бортовой поясной брони. Инженер-механик русского флот Павел Кузьминский (1840-1900 гг.) создает первую газотурбинную установку для катера, однако его испытания не были завершены в связи со смертью изобретателя. Обладателем Голубой ленты Атлантики становится величественный кунардовский лайнер “Лукания” (BRT=12500 рег.т, v=22 уз), на котором впервые установлены паровые машины тройного расширения мощностью 30 тыс. л.с., работающие на два гребных вала. На итальянской подводной лодке инженера Пуллино “Дельфино” (D=95 т) впервые установлен перископ. В Петербурге начал функционировать первый русский опытовый бассейн, созданный после того, как в 1888 г. русский броненосец, на котором находился великий князь Алексей Александрович, был обогнан английским кораблем такого же класса. Ялуцзянский бой между китайской (Дин Чужан, 14 кор) и японской (Ито, 12 кор) эскадрами во время японо-китайс-кой войны 1894 -1895 гг., который закончился поражением китайцев, потерявших потопленными 4 корабля.

Рис. 44. Английский истребитель миноносцев (контрминоносец) “Дэринг” (L= 56,6 м; B= 5,7 м; T=2,1 м; D= 264 т) впервые столкнулся с явлением кавитации гребных винтов, развив на сдаточных испытаниях в 1894 г. ско-рость 24 уз вместо 27 контрактных. В результате смены на этом истребителе шести пар гребных винтов, в конце концов, корабль достиг желаемой скорости с винтами, имеющими на 45 % большую площадь лопастей, чем первоначально. В 1896 г. выдающийся русский кораблестроитель и ученый Алексей Крылов (1863-1945 гг.) разрабатывает линейную гидродинамическую теорию килевой качки на волнении, а в 1898 г. - общую теорию совместной килевой и бортовой качки при движении корабля косыми курсами. Последняя теория была основана на гипотезе “проницаемости” корпуса

судна для воды: на каждый элемент смоченной поверхности судна должно действовать такое давление, которое наблю-дается в соответствующей точке волнующейся жидкости при отсутствии судна.

Краткая биографическая справка:Алексей Крылов, русский ученый-кораблестроитель, механик и математик. Окончил морское учи-лище и кораблестроительное отделение Морской академии, член Петербургской АН и АН СССР, автор работ по теории корабля и строительной механике, теории магнитных и гироскопических компасов, артиллерии, механике, математике, истории науки. Разработал теорию вибрации кора-бля, создал ряд корабельных и артиллерийских приборов, руководил первым опытовым бассейном. Главный инспектор кораблестроения и председатель Морского технического комитета, участник проектирования и постройки первых русских линкоров типа “Севастополь” и других кораблей, активный участник решения основных технических вопросов военного и гражданского судострое-ния в СССР, начальник Морской академии.Таким образом, в отличие от теории Фруда гипотеза Крылова уже позволяла учитывать влияние

формы корпуса на качку корабля. Для математического описания движения судна в пространстве Крылов использовал более удобную корабельную систему эйлеровых углов, которая применяется в теории корабля с небольшими измене-ниями до сих пор (см. рис. 27 б).События 1896 г.Первое паротурбинное экспериментальное судно Ч.Парсонса “Турбиния” (D=44 т,L=30 м,N=2100 л.с., 3 гребных ва-ла, 9 винтов) после неоднократных переделок на испытаниях показывает небывалую для того времени скорость 34,5 уз. В Нью-Йорке основано Американское Бюро Судоходства (АБС).* Мировой тоннаж металлических судов сравнялся с тоннажем деревянных судов. На испытаниях французский миноносец “Форбен” впервые преодолевает 30-узловый рубеж скорости, показав скоро-сть 31 уз, и открывает соревнование “30-узловых” под девизом “любой ценой”, которое окажется роковым для паровой машины. Заканчивается постройка на заводе “Вулкан” в Штеттине гигантского пассажирского лайнера “Кайзер Вильгельм дер Гроссе” (BRT=14350 рег.т, v=22,8 уз), условием сдачи которого компании Норддойчер Ллойд впервые являлся пе-реход через Атлантику за указанное в задании на проектирование судна время: в 1897 г. он становится первым гер-манским обладателем Голубой ленты, пройдя дистанцию за 5 суток 20 часов. Французский инженер К. Адер начинает постройку экспериментального катера на воздушной подушке “Авион-3”, который в 1897 г. прошел успешные испытания. Русский электротехник Александр Попов (1859-1906 г.) на расстояние 250 м передает первую в мире радиотелеграм-му: “Генрих Герц”. Закончился 3-летний дрейф в Арктике норвежского экспедиционного судна Фритьофа Нансена (1861-1930 гг.) “Фрам” с целью достижения Северного полюса. Подготовка и захват германской эскадрой Альфреда Тирпица (1849-1930 гг.) китайского порта Циндао, ставшего во-енно-морской базой тихоокеанской эскадры адмирала фон Шпее во время первой мировой войны. Зимовка в Антарктиде норвежского матроса с китобойного судна “Антарктик” Карстена Борхгревика (1864-1934 гг.) - первого исследователя, ступившего на этот континент. В 1898 г. выдающийся русский ученый Николай Жуковский (1847-1921 гг.), основоположник современной аэроди-намики, вносит существенный вклад и в развитие гидравлики. Исследуя движение жидкости в трубах, он впервые фи-зически обосновывает явление гидравлического удара, а также вырабатывает рекомендации по предотвращению этого негативного явления в эксплуатации систем. p = C v , (1898 г.)где p - максимальное приращение давления в жидкости, вызванное гидравлическим ударом, н/м2; - плотность жид-кости, кг/м3; v - скорость течения жидкости по трубе, м/c; С - скорость распространения волны, равная скорости звука в жидкости, м/c.Примерно в это же время, изучая сопротивление движению судна в воде, Жуковский впервые высказывает мысль об оптимальном соотношении параметров формы корпуса судна и его скорости хода: “Всякое очертание подводной части судна строго соответствует некоторой соответствующей для него наивыгоднейшей скорости движения; ... уклонение от этого очертания при данной скорости и, наоборот, уклонение от наивыгоднейшей скорости при данном обводе неизбежно влекут за собой быстрое возрастание сопротивления и бесполезно затрачиваемой работы”.Необходимо также отметить вклад, который внес Жуковский в это время в развитие теории водометного движителя. Рассмотрев взаимодействие корпуса судна с этим движителем, он доказал его эффективность в широком диапазоне скоростей и упоров. Краткая биографическая справка:Николай Егорович Жуковский, русский ученый, основоположник современной аэродинамики. Окончил Московский университет, член Петербургской АН, автор работ по гидроаэродинамике, теории авиации, механике твердого тела, астрономии, математике, гидравлике, прикладной механике, теории регулирования машин и механизмов, реактив-ным движителям, теории корабля. Создал одну из первых в Европе аэродинамических труб, основатель и первый руководитель аэродинамического института.

В том же 1898 году в Лондоне издается научная работа австралийского ученого-гидродинамика Джона Мичелла, в которой дается законченное математическое решение задачи о волновом сопротивлении корабля с узким корпусом в неограниченном фарватере (для идеальной жидкос-ти), позволяющее перейти к аналитическому определению этой составляющей сопротивления. До этого волновая составляющая сопротивления в соответствии с методикой Фруда не выделя-лась даже экспериментальным путем, входя в остаточное сопротивление.

, (1898 г.)где Rx – продольное волновое сопротивление по оси Х, Н; f=f(x,z) – ординаты поверхности корпуса в функции абсцисс Х и аппликат Z, м; V0 – cкорость судна, м/с; Ω – площадь элементарной площадки на поверхности корпуса, м2; θ = arcos (V/V0) – фазовый угол Кельвина, задающий направление отраженных от корпуса волн, рад; V – скорость рас-пространения корабельной волны в направлении θ, м/с; k = g/(V0

2 cos2 θ) – частота формы волны, 1/м (g – ускорение свободного падения, м/с2); i = (-1)0,5- мнимая единица.

Рис. 45. Обладатель Голубой ленты Атлантики - шикарный немецкий трансатлантический лайнер “Дойчланд” (L= 208,6 м; B= 20,4 м; T= 8,84 м; v= 23,5 уз; N= 36000 л.с.), сильнейшая вибрация корпуса которого стала одной из причин вывода судна в 1907 г. из борьбы за скорость. На этом судне, построенном в 1900 г., были установле-ны самые мощные по тому времени паровые машины четырехкратного расширения, оказавшиеся не только малоэкономичными, но и источником сильнейшей структурной вибрации по всему корпусу.События 1898 г.В Англии идет строительство первых боевых турбинных кораблей - четырехвальных и восьмивинтовых миноносцев “Вайпер” и “Кобра” (D=380 т,N=12 тыс.л.с.), которые в 1899 г. на испытаниях показали рекордную для того вре-мени скорость 36,5 уз. Разрушение алюминиевого корпуса французской миноноски “Ля Фудр” (D=9,5 т,v=20,5 уз), давшего по сравнению со стальным 50% выигрыш в весе, от химической коррозии в морской воде. В Клайде для компании Уайт Стар лайн строится пассажирский лайнер “Океаник” (D=28500 т, BRT=17040 рег.т, L=214,7 м), который в XIX веке наконец-то превзошел по длине знаменитый брунелевский “Грейт Истерн”. В Англии построено первое судно для навалочных грузов “Юниверс”, имеющее конструкцию трюмов, которая позво-ляла исключить опасное смещение во время плавания и штивку во время разгрузки сыпучего груза. Сдан английскому Адмиралтейству со скоростью 31 узел самый мощный истребитель “Экспресс” (N=9250 л.с.), ко-торый проектировался под контрактную скорость 32-33 уз и окончательно выявил кризис паровой машины на кора-блях этого типа. Подрыв и затопление американского броненосца “Мэн” (D=6648 т, L=94,5 м, v=17 уз) на рейде Гаваны, послуживший поводом к испано-американской войне. Американский капитан Джошуа Слокам (1844-1909 гг.) в возрасте 51 год завершает на шлюпе “Спрей” первое в ис-тории одиночное кругосветное плавание, начавшееся в 1895 г. Бой в Манильской бухте во время американо-испанской войны 1898 г. американской (6 кор) и испанской (10 кор) эска-др, в результате которого все испанские корабли были потоплены. Норвежский исследователь Арктики, сподвижник Нансена, Отто Свердруп (1854-1930 гг.) начинает трехлетнее пла-вание на “Фраме” по северной части Канадского Арктического архипелага. Бой у Сантьяго-де-Куба американской (В. Сэмпсон, 8 кор) и испанской (П.Сервер, 6 кор) эскадр, закончившийся пора-жением испанцев и окончательным подрывом коммуникаций между Испанией и Кубой. В Блэкпуле сожжены останки прославленного английского 84-пушечного линейного корабля “Фудроян” (D=3500 т, L=66,8 м), прослужившего на флоте около 100 лет. Построенный в 1798 г. по образцу одноименного французского

линейного корабля, захваченного англичанами в 1758 г., корабль до 1815 г. участвовал во многих боевых операциях английского флота и пленил три французских корабля. В 1892 г. он был продан на слом в Германию, но под давлением общественности выкуплен, возвращен в Англию и отреставрирован, однако в 1897 г. во время сильного шторма кора-бль выбросило на берег, после чего восстановление его оказалось невозможным. В 1901 г. выходят в свет научные работы русских ученых- кораблестроителей Ивана Бубнова (1872-1919 гг.) и Кры-лова по теории непотопляемости корабля, позволяющие в корабельных условиях не только использовать таблицы не-потопляемости, разработанные еще Макаровым, но и производить расчетное определение посадки и остойчивости поврежденного и спрямленного судна. Использование методики Бубнова и Крылова корабельным инженером В. Кос-тенко во время Цусимского боя в мае 1905 г. спасло броненосец “Орел” (рис.48) от гибели, тогда как три других одно-типных корабля затонули в ходе сражения. Значительным вкладом Бубнова в теорию и практику проектирования судов явилась статья "Основы статистики су-достроения", опубликованная в этом же году. В этой научной работе он впервые к проблеме составления уравнения нагрузки подходит с методологических позиций, разработав методику учета весов и формирования их уравнения, что в дальнейшем будет способствовать единообразию в сборе и подготовке информации по нагрузке и значительно облег-

чит работу не только конструкторам, но и экипажам кораблей.Краткая биографическая справка:Иван Григорьевич Бубнов, русский инженер - кораблестроитель и ученый, основатель со-временной строительной механики корабля. Окончил Петербургское Морское инженерное училище и Морскую академию, автор работ по прочности и строительной механике кора-бля, теории подводного плавания и прочности подводных лодок, разработал теорию спуска судна по продольному стапелю, внес существенный вклад в развитие теории прое-ктирования судов. Участвовал в проектировании первых русских линейных кораблей и ли-нейных крейсеров, разработал оригинальные способы испытания подводных лодок, руко-водил проектированием и постройкой первых русских мореходных подводных лодок “Дель-фин” и “Барс”.В этом же году в России была опубликована научная статья известного корабельного инже-

нера Николая Кутейникова (1872-1921 гг.) “Разбор элементов подводных судов”, которая явилась одним из первых трудов, посвященных вопросам проектирования подводных лодок - анализу опыта проектирования, прогнозированию дальнейшего пути развития и определению основных тактико-технических элементов подводных лодок ближайшего будущего.События 1901 г.В Германии строится самый большой чисто парусный корабль мира - 5-ти мачтовый “Пройссен”, длина стального корпуса которого составила 124,2 м, а водоизмещение 11600 т. Во Франции проходит мореходные испытания первая подводная лодка двухкорпусной конструкции Макса Лобефа (1864-1939 гг.) “Нарвал”(D=117/202 т) с паровой машиной для надводного хода и электромотором для подводного. Плавание по Арктике первого в мире арктического ледокола “Ермак” до Новой Земли и Земли Франца Иосифа. В США строится первая подводная лодка Джона Голланда (1840-1914 гг.) “Аддер” с четырехцилиндровым газолино-вым двигателем для надводного хода и электромотором для подводного. По тоннажу стальные суда в 2,5 раза превосходят железные. В Англии построено первое гражданское судно-паротурбоход - речное пассажирское судно “Кинг Эдуард” (D=700 т, v=20,5 уз). Шведский геолог и исследователь Отто Норденшельд (1869-1928 гг.) возглавляет первую шведскую экспедицию на су-дне “Антарктик” к берегам Антарктиды, которая завершится в 1903 г. сбором обширного материала по геологии и географии этого континента (Земля Грейама). Поиски на шхуне “Заря” экспедицией русского полярного исследователя Эдуарда Толля (1858-1902 гг.) мифической Зе-мли Санникова в районе Новосибирских островов. Трагедии американских пароходов “Сити оф Рио де Жанейро” и “Сан Рафаэль”: первый разбился о скалы на входе в бухту Золотой Рог Сан Франциско, в результате чего из 200 пассажиров удалось спасти только 81 чел. и вместе с пароходом на дно ушли золото на сумму 3 млн. долл. и опиум на сумму 1,5 млн. долл.; второй затонул в той же бухте в результате столкновения с пароходом “Саусалито” и вошел в мировую историю благодаря роману Джека Лондона “Морской волк”. Рейсы в Средиземном море круизных пассажирских судов - немецких пароходов “Принцесса Виктория Луиза” и “Коб-ра”. В 1903 г. французский ученый И. Фредхольм формулирует метод интегральных граничных уравнений, позволяю-щий решать задачи взаимодействия материальных систем с заданными граничными условиями по поверхности, что позволяет перейти к решению не только задач теории упругости однородных тел, но и взаимодействия сплошных сред с различными характеристиками.

Рис. 46. Английский контрминоносец "Кобра" (L= 68,1 м; B= 6,2 м; T= 2,2 м; D= 430 т; v= 36 уз; N= 12000 л.с.) вошел в историю как один из первых турбинных боевых кораблей. Вместе с тем, его трагическая судьба выя-вила проблему взаимодействия чрезмерно облегченного корпуса и мощной энергетической установки: в 1901 г. этот корабль на полном ходу разорвался надвое и в считанные мгновения затонул вместе с 67 членами экипажа.События 1903 г.По проекту К. Боклевского в России построен первый в мире дизель-электроход “Вандал” (D=1150 т), на котором были установлены дизель-генераторы суммарной мощностью 360 л.с. Итальянский корабельный инженер Витторио Куниберти (1854-1913 гг.) высказывает идею сосредоточения на лине-йном корабле возможно большего числа орудий самого крупного калибра, способных нанести противнику гибельные удары в самые защищенные его части. Во Франции построено первое дизельное судно с прямой передачей на винт - теплоход “Пти Пьер”, на котором был установлен реверсивный дизель мощностью 25 л.с. В Германии для пассажирского лайнера “Кайзер Вильгельм II” создана самая мощная паровая машина четырехкрат-ного расширения мощностью 22 тыс. л.с., которая явилась последним предсмертным достижением этого типа су-дового двигателя. В Англии построен трехвальный истребитель “Велокс” с комбинированной энергетической установкой (v=33,6 уз), где средний винт вращался паровой машиной экономичного хода, а бортовые винты - паровыми турбинами форсиро-ванного хода. На о. Беннета в Арктике найдены останки экспедиции Э.Толля, пропавшей без вести в 1902 г. В 1904 г. немецкий ученый-гидромеханик Людвиг Прандтль (1875-1953 гг.) исследует пограничный слой и выявляет зависимость коэффициента трения воды от числа Рейнольдса. В своей научной работе “О движении жидкости при очень малом трении”, изданной в 1905 г., Прандтль объясняет сопротивление формы (вихревое сопротивление) при обтекании тела жидкостью отрывом ее пограничного слоя (рис.47). Впоследствии им будет предложен очень эффек-тивный способ ламинаризации пограничного слоя с помощью его отсоса, который, в частности, эффективно реали-зован на “турбопарусе", установленном сначала на экспериментальном парусном катамаране "Мулен а / Вент" в 1983 г., а затем и судне Жака Кусто “Алсион” в 1985 г. (рис. 70).

, (1904 г.)где тр- коэффициент сопротивления трения гладкой пластины; k -эмпирический коэффициент; n - показатель сте-пени логарифмической функции от числа Рейнольдса.

Рис.47. Пограничный слой и его отрыв в кормовой оконечности судна: 1 - ватерлиния корпуса судна; 2 – гра-ница пограничного слоя; 3 - граница отрыва пограничного слоя.

Дальнейшее развитие теория пограничного слоя получает в трудах немецкого ученого Теодора Кармана (1881-1963 гг.), который исследует, в частности, автоколебательные движения в воде вертикальных круговых цилиндров. Позд-нее своеобразный след сорванного пограничного слоя за цилиндром получит название "дорожка Кармана".

Краткая биографическая справка:Людвиг Прандтль, немецкий ученый гидраэроодинамик, один из основателей аэродинамики и научной шеолы по прикладной гидроаэромеханики, профессор. Окончил Высшее политехниче-ское училище в Мюнхене, преподавал в Высшем техническом училище Ганновера и Гетингенс-ком университете, директор Института аэродинамики в Гетингене. Труды по теории пог-раничного слоя и турбулентности, в том числе в свободной атмосфере, сверхзвуковых исте-чений и теплопередачи в потоке. Работы по теории упругости и пластичности, газовой ди-намике и динамической метеорологии.События 1904 г.Героический бой у Чемульпо крейсера “Варяг” и канонерской лодки “Кореец” с японской эс-кадрой и блокирование главной военно-морской базы русского Тихоокеанского флота в Порт-

Артуре, означавшие начало русско-японской войны 1904 - 1905 г., в результате чего 1-я Тихоокеанская эскадра из 56 боевых единиц потеряла 37 кораблей погибшими и 5 интернированными в иностранных портах. Постройка русским инженером Михаилом Налетовым (1869-1938 гг.) в осажденном Порт-Артуре на собственные средства первого в мире подводного минного заградителя, который, однако, пришлось уничтожить перед сдачей ба-зы в 1905 г., так и не применив его в боевых действиях.

Рис.48. Новейший русский эскадренный броненосец “Орел” (L= 121 м; B= 23,2 м; T= 8,0 м; D= 13732 т;v= 17,5 уз; N=16300 л.с.) уцелел после Цусимского побоища в 1905 г. во многом благодаря таблицам непотопля-емости и инструкциям по расчетному опре-делению посадки и остойчивости поврежде-нного и спрямленного корабля, которые были на его борту.В Англии проходят испытания первые круп-ные морские паротурбинные суда – пассажи-рское судно “Куин” и крейсер “Аметист”. Лейтенант русского флота С. Янович впер-вые оснащает свою подводную лодку “Кета” устройством, обеспечивающим работу двига-теля внутреннего сгорания под водой (“шнор-хель”, РДП). Начато строительство Панамского канала,

которое продлится до 1914 г. Подрыв флагманского броненосца “Петропавловск” на минной банке у Порт-Артура, в результате которого вместе с 640 членами экипажа погибли, находящиеся на корабле, командующий Тихоокеанским флотом С. Макаров, минный инженер К. Шульц, художник-баталист В. Верещагин, артиллерийский инженер А Мякишев. Норвежский инженер Бергаф предлагает способ измерения глубины дна по времени, в течение которого звук, послан-ный с корабля, отразится от дна и вновь возвратится на корабль (принцип эхолота). В 1905 г. был опубликован курс лекций по проектированию судов корабельного инженера и первого декана корабле-строительного отделения Петербургского политехнического института Константина Боклевского (1862-1928 гг.), представляющий собой первую попытку формирования теории проектирования судна в виде самостоятельной научной дисциплины.

Краткая биографическая справка:Константин Боклевский, русский инженер-кораблестроитель, педагог и ученый, генерал-майор, член координационного органа при Совете министров, организатор Русского Регистра и председатель его Технического совета. Окончил кораблестроительное отделение Технического училища морского ведомства и Морскую академию, работал в Петербургском Новом Адмирал-тействе помощником строителя, наблюдающим и строителем миноносцев в Одессе и Николае-ве, наблюдающим за постройкой кораблей во Франции, руководил постройкой броненосца «Боро-дино», крейсера «Олег» и транспорта «Камчатка». С 1902 г. декан кораблестроительного от-деления Петербургского политехнического института. Автор проекта усовершенствованного мореходного миноносца и автономного броненосца с дизель-электрической энергетической установкой, трудов по корабельной архитектуре.

События 1905 г.Американской шхуной “Атлантика” установлен рекорд скорости для парусных кораблей на трансатлантической ли-нии между Нью-Йорком и Англией - 12 суток 4 часа, который был улучшен только в 1980 г. тримараном “Пан Дюик IV”.

Французский инженер, один из пионеров авиации, Шарль Даламбер строит и успешно испытывает второй глиссер, который, в отличие от первого (1897 г.), оснащен бензиновым двигателем. В Италии по проекту В.Куниберти построен эскадренный броненосец “Витторио Эммануэль”, на котором впервые в судостроении применена корпусная сталь повышенного сопротивления и вторая броневая палуба, что вместе с уве-личенным числом орудий главного калибра и повышенной скоростью сделало его самым лучшим кораблем этого выми-рающего класса. Гибель 2-ой (З.Рожественский) и 3-й (Н.Небогатов) Тихоокеанских эскадр в Цусимском сражении с японским флотом адмирала Хейхатиро Того (1847-1934 гг.) во время русско-японской войны, которое явилось самым жестоким пора-жением русского флота за всю историю его существования и предрешило исход войны в пользу Японии: из 30 боевых кораблей эскадры уцелело 13, причем во Владивосток прорвались только три корабля. Революционные выступления русских матросов на броненосце “Князь Потемкин-Таврический” и крейсере “Очаков” Черноморского флота. Глава 4. Период специализации корабельных наук ( с 1906 г. по 1945 год )Характеризуется процессом глубокой специализации корабельных наук ввиду все расширяющегося объема знаний в эпоху научно-технического прогресса как по различным свойствам судна, так и по принципам его движения, который завершится в конце 30-х годов окончательным разделением их на следующие фундаментальные и прикладные направ-ления: теоретическая гидромеханика, сопротивление движению судна в воде и во льдах, движители, качка, остойчи-вость, непотопляемость, судовые устройства и системы, конструкция корпуса, прочность и вибрация корабля, тео-рия упругости и строительная механика корабля, технология судостроения и организация судостроительного произ-водства, проектирование судов. Дополнительно к этому появляются специализации по подводным лодкам, глиссерам и судам на подводных крыльях, судам на воздушной подушке и экранопланам. На смену выдающимся ученым-универса-лам, которые были характерны для предыдущего периода, приходят ученые-специалисты в достаточно узких облас-тях корабельных наук. На фоне все увеличивающейся конфронтации сначала Германии с антигитлеровской коалици-ей, а затем, к концу второй мировой войны - СССР и США, многие достижения корабельных наук становятся объе-ктами секретности. Наибольшее развитие корабельные науки получают в Англии, Франции, Германии, России и СССР. Однако они, особенно к концу периода, начинают терять приоритетность по причине бурного развития ави-ации и ракетной техники, электротехники, энергетики и кибернетики.В судостроении, как государственном, так и частном используется только труд наемных рабочих. Оно развивается на базе последних научных достижений в различных областях корабельных наук, что особенно касается военного ко-раблестроения. Укрупнение и объединение судостроительных предприятий и проектных бюро, создание крупных от-раслевых научно-исследовательских институтов.Основной судостроительный материал - сталь. Передовая продукция судостроения - надводные паротурбинные и ди-зельные военные корабли и гражданские суда различного назначения, а также боевые дизель-электрические подвод-ные лодки, средние размеры которых постоянно увеличиваются. Наиболее крупными судами становятся пассажирс-кие лайнеры, линкоры и авианосцы. Перевод судовой энергетики на жидкое топливо: сначала на нефть, затем - на к-еросины и саляры. Постепенное расширение сварочной технологии, способствующей массовому производству судов во время второй мировой войны. Мореплавание достигло высокого уровня технического обеспечения благодаря решению проблемы девиации магнитно-го компаса, радиосвязи, принятию международного сигнала бедствия и развитию морской авиации, а в конце периода - и радиолокации. Наряду с угольными станциями в мировом мореплавании все большее значение начинают приобре-тать бункеровочные нефтебазы. Экипажи гражданских судов формируются вольнонаемными людьми, а военных - как вольнонаемными, так и военнообязанными.Две мировые войны по причине недовольства Германии и ее союзников переделом колониального мира в пользу Велико-британии, США и Франции, а также России и позднее СССР. На смену маневренной линейной тактике морского боя надводных кораблей на значительном удалении в период первой мировой войны (1914-1919 гг.) приходит тактика уни-чтожения надводных кораблей с воздуха авиацией морского и наземного базирования еще на большем расстоянии во второй мировой войне (1939-1945 гг.) в условиях все возрастающего значения минного оружия и подводных лодок в боевых действиях.

Сергей Чаплыгин Краткая биографическая справка:Сергей Чаплыгин, русский ученый в области теоретической механики, гидро-аэрогазовой дина-мики, профессор, член Академии наук СССР, заслуженный деятель науки РСФСР. Окончил и пре-подавал в Московском университете, директор Московских высших женских курсов, работал в Центральном аэрогидродинамическом институте. Труды по теоретической механике, гидроаэ-ромеханике и газовой динамике, теории крыла.В 1906 г. Жуковский формулирует вихревую теорию крыла, которую затем существенно разви-вает русский ученый-аэрогидродинамик Сергей Чаплыгин (1869-1942 гг.). Эта теория впоследс-твии явится базисной для решения многих прикладных задач гидроаэродинамики и окажет боль-шое влияние на использование вихревых теорий в механике сплошных сред. P = vo Г , (1906 г.)

где Р - удельная подъемная сила на крыле, н/м; ρ - плотность жидкости, кг/м3; Г - циркуляция скорости, м2/с; vo – ско-рость набегающего потока жидкости или движения крыла под определенным углом атаки, м/c.

В том же году опубликована научная работа русского корабельного инженера Р. Матросова “Методы исследования корабля с разбитым бортом”, в которой предложен оригинальный способ построения диаграммы статической остой-чивости поврежденного корабля, получивший в свое время широкое применение в практике кораблестроительных расчетов. Это была первая работа, посвященная проблеме обеспечения аварийной остойчивости судна.Тщательно анализируя уроки Цусимы, когда многие броненосцы опрокидывались раньше, чем уходили под воду, рус-ские корабельные инженеры и ученые впервые сформулировали, что непотопляемость корабля определяется не только аварийной плавучестью, которой до этого уделялось все внимание, но и аварийной остойчивостью. Только выпол-нение требований по обеим этим частям непотопляемости может дать полноценное обеспечение этого свойства кораб-ля (принцип того, что корабль должен тонуть, не опрокидываясь).События 1906 г.По инициативе французского инженера-кораблестроителя Эмиля Бертена (1840-1924 гг.) основан Парижский опы-товый бассейн. В Портсмуте построен первый в мире линкор “Дредноут” - родоначальник нового класса боевых кораблей, и заклады-ваются корабли типа “Инвинсибл” - первые линейные крейсеры, которые оснащены паротурбинными энергетически-ми установками. На Балтийском заводе в Петербурге заложена первая в мире подводная лодка “Почтовый” с единым бензиновым дви-гателем для надводного и подводного хода, спроектированная К. Джевецким. Итальянский инженер Э. Форланини, один из пионеров итальянской авиации, создает и успешно испытывает первое судно на подводных крыльях, показавшее скорость 38 уз. Началось серийное строительство первых подводных лодок в Германии, которые впоследствии станут для немцев самым эффективным оружием на море на протяжении двух мировых войн. В Англии спущен на воду знаменитый трансатлантический пассажирский лайнер “Мавритания” (BRT=31900 рег.т, v=24,5 уз) - кунардовский четырехвинтовой турбоход, который с 1907 г. на протяжении 22 лет удерживал Голубую ленту Атлантики, сократив время перехода через океан до 4 суток 11 часов. Впервые завершено, длившееся 4 года, сквозное плавание Сев.-Западным проходом из Осло в Сан-Франциско норвежс-кого полярного исследователя Руала Амундсена (1872-1928 гг.) на шхуне “Йеа” (BRT=47 рег.т). Революционное выступление матросов русского крейсера “Память Азова” в Ревеле. Международной радиотелеграфной конференцией в Берлине принят единый сигнал бедствия - “SOS”. В 1912 г. Жуковский разрабатывает вихревую теорию гребного винта, которая описана в цикле его научных работ “Вихревая теория гребного винта”, опубликованных в 1912-1918 гг. Эта теория и в настоящее время лежит в основе наиболее совершенных методик расчета гребных винтов.В том же году американский ученый - кораблестроитель Вильям Ховгард, разрабатывая теорию управляемости судна, получает формулу для определения радиуса установившейся циркуляции судна. Прогнозирование параметров мане-вренности боевых кораблей имело всегда большое значение, однако управляемость судна в целом явилась наиболее сложной корабельной наукой, тяжело поддающейся адекватному математическому моделированию. Поэтому работы Ховгарда представляли важный вклад в развитие этой науки.С 1912 по 1914 г. выходит в свет 2-х томный труд Бубнова “Строительная механика корабля”, ставший классичес-ким учебником, в котором задача этой науки сформулирована следующим образом: “Прочным сооружением мы бу-дем называть такое, которое не разрушается под действием заданной системы сил; задача всякого строительно-го расчета - придать всем частям сооружения размеры, при которых разрушение не могло бы иметь место”С тех пор русская школа строительной механики корабля занимает прочные позиции в научном мире, что проявилось в соз-дании на отечественных верфях крупных надводных кораблей и многих судов новых типов.

Рис.49. Печально известный всему миру английский трансатлантический лайнер “Титаник” (L= 269 м; B= 28,2 м; T= 10,5 м; v=21,5 уз; N= 46000 л.с.), роковая гибель которого в 1912 г. показала какой может быть цена отсу-тствия непотопляемости и надежных спасательных средств судна: пароход унес с собой на дно океана наибо-льшее количество жертв за всю предыдущую историю мореплавания - 1490 чел. Разделяя корпус судна при про-ектировании на 16 отсеков, конструктор и строитель "Титаника" Т. Эндрюс действительно полагал, что он бу-

дет непотопляемым, однако каковы бы ни были истинные причины гибели этого судна наука о непотопляемос-ти получает новый толчок для своего дальнейшего развития.Обладая большим опытом проектирования боевых надводных кораблей для русского ВМФ, среди которых были лине-йные корабли типа “Севастополь” и линейные крейсеры типа “Измаил”, Бубнов существенно развивает теорию проек-тирования судов, подходя к этой науке с исследовательских позиций. В частности, он впервые в практике проектиро-вания предлагает дифференциальное уравнение весов в функции главных размерений и метод "исправления прототи-па", используемый для его решения, а также общее аналитическое выражение подводной поверхности судна.Уравнение Бубнова

(1912г.)где D - водоизмещение судна-прототипа; F( ,L,B,T,H,...ai) - - функциональная зависимость масс судна-прото-типа от коэффициента общей полноты δ, главных размерений L,B,T,H и прочих параметров судна ai (главным образом, задания на проектирование) как правая часть его уравнения нагрузки в функции главных размерений; dP - заданное приращение независимых масс; dd ,dL,dB,dT,dH,dai - искомые приращения элементов и параметров проектируемого судна.События 1912 г.В Николаеве по проекту М. Налетова построен первый в мире боевой подводный минный заградитель “Краб” (D=560/740 т, 60 мин). В России начато строительство первого в мире тральщика “Минреп”, оснащенного контактным тралом Констан-тина Шульца (1864-1904 гг.). В Германии построено первое железобетонное морское судно грузоподъемностью 250 т. Третий год перевозит грузы самое большое в истории судостроения деревянное парусное судно - американская шес-тимачтовая гафельная шхуна “Вайоминг” (D=8500 т, L=106,7 м), построенная в 1910 г. в США. В Дании построено первое океанское дизельное сухогрузное судно “Зеландия” (N=2400 л.с.), достопримечательностью которого, в отличие от пароходов, явилось отсутствие дымовой трубы. Во Франции построен самый длинный парусник современного мира - пятимачтовый грузовой барк “Франс II” (D=10700 т), длина которого составила 127,7 м. Во Франции закончено переоборудование минного транспорта “Фудр” в первый гидроавиатранспорт. Год несут службу в Амурской военной флотилии первые серийные дизельные боевые корабли - 8 канонерских лодок типа “Шквал” (D=1000 т, v=12 уз). На верфи Джон Браун в Клайде для компании Кунард лайн заложен огромный девятипалубный (!) пассажирский лай-нер “Аквитания” (BRT=45647 рег.т, v=23,5 уз), который долгое время считался самым красивым лайнером Атлан-тики и явился единственным трансатлантическим лайнером-участником двух мировых войн. Русский инженер-механик флота Михаил Никольский разрабатывает современную систему работы двигателя внут-реннего сгорания подводной лодки по замкнутому циклу. Английский изобретатель Роберт Дэвис патентует цилиндрическую наблюдательную камеру, способную осуществ-лять глубоководные погружения и нашедшую впоследствии применение во многих подводно-технических работах. Английский полярный исследователь Роберт Скотт (1868-1912 гг.) на 33 дня позже Амундсена достигает Южного полюса в Антарктиде. Гибель в северной Атлантике от столкновения с айсбергом новейшего английского пассажирского лайнера “Тита-ник” (BRT=46300 рег.т, L=269 м, v=22 уз) компании Уайт Стар лайн, в результате чего погибло 1490 чел. После этой катастрофы, считающейся крупнейшей на море, была созвана международная конференция по безопасности челове-ческой жизни на море, узаконен единый радиосигнал бедствия и организован постоянный ледовый патруль. Началась арктическая экспедиция Владимира Русанова (1875-1913 гг.) на судне “Геркулес” с целью обследования мес-торождений каменного угля на архипелаге Шпицберген, после чего она отправится в плавание по Сев.морскому пути, где и пропадет без вести. Из Мурмана уходит в последнее плавание по Сев. морскому пути шхуна “Святая Анна”, которая через два года про-пала без вести с 13 человеками на борту во главе Георгием Брусиловым (1884-1914 гг.). К Северному полюсу на шхуне “Св. мученик Фока” отправляется экспедиция русского полярного исследователя Геор-гия Седова (1877-1914 гг.), которая для него окажется последней. В Тулоне идет расследование и ликвидация последствий гибели от мощного взрыва, в результате которого погибло 210 чел, линкора “Либерте”, построенного в 1907 г. по проекту Э. Бертена. В 1916 г. Бубновым предложена формула для определения массы продольных связей в эквивалентном брусе при опре-делении основных проектных элементов судна в первом приближении, имеющая важное значение на ранних стадиях проектирования. Тем самым, Бубнову впервые удалось учесть требования к обеспечению общей продольной прочнос-ти при определении основных проектных элементов судна через решение уравнения нагрузки в функции главных раз-мерений.Интересно отметить, что еще тогда Бубнов затрагивал вопрос оптимального проектирования судна, предлагая в качес-тве критерия оптимизации использовать приведенные затраты.

, (1916 г.) где Рэ.б - масса продольных связей в эквивалентном брусе, т; ро - измеритель прототипа; - коэффициент общей полноты; L,B,T и Н - соответственно, длина, ширина, осадка и высота борта судна, м; Т - предел текучести конструкционного материала корпуса, кг/см2.События 1916 г.Переоборудование в Англии крейсера “ Корейджес “ под авианесущий корабль, впервые обеспечивающий взлет само-летов с палубы. Со стапелей кильской верфи “Дойче - Верке“ спущена на воду первая транспортная подводная лодка “Дойчланд“ под-водным водоизмещением 1900 т, которая в этом же году совершила два секретных рейса за океан, доставив в США и Германию несколько сот тонн груза. Итальянский военно-морской флот имеет в своем составе 46 торпедных катеров - глиссеров, наиболее быстроход-ные из которых развивали скорость до 40 узлов. Австрийский инженер Д.Томамхул испытывает спроектированный и построенный им торпедный катер на воздуш-ной подушке, развивший скорость около 40 узлов. В США вступил в строй головной линкор “ Нью Мексико “, впервые оснащенный турбо-электрической энергоустанов-кой. В Англии закладывается самый большой за всю историю кораблестроения линейный крейсер “Худ “ водоизмещением 41200 тонн, который явился последним в своем классе и ознаменовал фактическое слияние его с классом линкоров ( в 1941 г. погиб в артиллерийской дуэли с германским линкором “Бисмарк“). Серийное строительство в США для Франции специальных быстроходных охотников за подводными лодками, воору-женных глубинными бомбами. Через два года на заводе Форда при строительстве этих и других кораблей (траль-щиков, десантных средств) впервые в судостроении применят поточно-позиционную организацию постройки судов. Английский трансатлантический лайнер “ Олимпик “, старший брат печально известного “ Титаника “, таранит и топит немецкую подводную лодку “U - 103“. Взрыв и гибель в Архангельске русского парохода “Барон Дризен” с 1600 т взрывчатых веществ на борту, в результа-те чего у рядом стоящего английского парохода снесло все палубные надстройки, были уничтожены 27 бараков и 5 каменных зданий, причалы, электростанция, здание пожарной охраны и десятки жилых домов, портовых складов и навесов. Гибель переоборудованных во вспомогательные военные корабли популярных трансатлантических лайнеров: кунардо-вской ”Франконии“ (BRT=18100 рег.т) в результате торпедирования германской подводной лодкой у о. Мальта и уайтстаровского “ Британника“, третьего брата “Титаника“, - от подрыва на мине в Эгейском море. Гибель во льдах Арктики экспедиционного судна “Эндюранс” английского полярного исследователя и сподвижника Р.Скотта Эрнеста Шеклтона (1874-1922 гг.). Создание и испытание во Франции инженерами Константином Шиловским (1880-1958 гг.) и П.Ланжевеном первого в мире гидролокатора. Трапезундская морская операция по захвату русскими войсками турецкого восточного побережья Черного моря, в ко-торой участвовало 4 линкора, 4 крейсера, 2 авиатранспорта, 21 эсминец и миноносец, 2 подводные лодки и 22 транс-порта. Крупнейшее за всю первую мировую войну Ютландское сражение между английским ( Дж. Джеллико, 28 л к, 9 лин. кр.) и германским ( Р. Шеер, 22 лк, 5 лин.кр.) флотами, проведенное по законам линейной тактики боя, в результате которого при значительных потерях с обеих сторон (англичане -14 кор. и ок. 6 тыс.чел., немцы - 11 кор. и 2,5 тыс. чел) произошла дискредитация идеи генерального сражения, способного решить исход войны на море. С начала войны германскими подводными лодками потоплено 449 судов, тогда как потери подводных лодок состави-ли всего 17 единиц. Подрыв и затопление в Севастополе флагмана Черноморского флота - линкора “Империатрица Мария” (D=22600 т, v=21 уз), в результате чего погибло 130 чел. В конце первой мировой войны английским кораблестроителем Д.Байлсом были проведены исследования, посвящен-ные совершенствованию конструкции корпуса металлических кораблей. Занимаясь проектированием эсминцев, удли-нение которых доходило иногда до 11-12, он пришел к выводу о нерациональности продольно-поперечной (стрингер-ной) системы набора, применяемой в их корпусах. Опыты с миноносцем “Вольф”, проведенные Байлсом в доке еще в начале века после трагической гибели истребителя «Кобра», показали, что наружная обшивка, являющаяся, как известно, основной продольной связью корабля, несет по-лную нагрузку только в местах, усиленных продольными ребрами жесткости. Уже в 1926 г. в Германии закладывае-тся головной легкий крейсер “Кенигсберг” (рис.53), в конструкции корпуса которого впервые применена современная продольная система набора с продольными ребрами жесткости, дающая существенный выигрыш в весе корпуса (рис.50). Широкое применение при строительстве этого крейсера электросварки позволило еще более облегчить кор-пус корабля. В конце 40-х годов продольная система набора практически повсеместно вытеснила продольно-поперечную и попере-чную системы не только в военном, но и в гражданском судостроении.

а) б)b1 b1 b2 b2

Рис.50. Схема продольно-поперечной (а) и современной продольной (б) систем набора днища судна: 1 – дни-щевые стрингеры; 2 - продольные ребра жесткости.Существенным развитием теории проектирования судов явился изданный в 1920 г. научный труд Ховгарда “Проекти-рование боевых кораблей”, в котором обобщаются последние результаты в области проектирования судов на приме-ре боевых кораблей.События 1920 г. Начало успешной эксплуатации в Англии первого в мире морского цельносварного судна “Фуллагар“. В Японии начато проектирование на базе танкера первого в мире авианосца с непрерывной взлетно-посадочной палу-бой “Хосе“, введенного в строй в 1922 г. (D= 9,6 тыс. т). В США строятся железобетонные танкеры типа “Латам“ водоизмещением 13 тыс.т, которые вошли в историю как самые крупные самоходные суда из железобетона. Официальное открытие Панамского канала. Завершено плавание норвежского полярного исследователя Р. Амундсена по Северному морскому пути за две зимовки на судне “Мод“ (D=800 т, L=29,8 м). Французскими властями интернирована Бизертская эскадра Врангеля, состоящая из линейного корабля, эскадренного броненосца, двух крейсеров, 10 эсминцев, 4 подводных лодок, 27 прочих боевых кораблей и более 100 транспортов, ко-торой так и не суждено было возвратиться на родину. В 1923 г. русский ученый-аэродинамик Борис Юрьев (1889-1957 гг.) опубликовывает работу “Влияние земли на аэ-родинамические свойства крыла”, которую можно считать первым научным исследованием давно известного в пра-ктическом воздухоплавании “эффекта экрана” (рис.51). Дальнейшее развитие этого теоретического направления аэ-

родинамики в СССР, Германии, Италии и других европейских странах привело к созданию в се-редине тридцатых годов первых экранопланов - транспортных средств, представляющих собой симбиоз самолета и корабля.Краткая биографическая справка:Борис Юрьев, русский ученый аэродинамик, ученик Жуковского, член Академии наук СССР, гене-рал-лейтенант инженерно-технической службы. Окончил и работал в Московском высшем тех-ническом училище, преподавал в Московском авиационном институте, заведовал лабораторией прикладной аэродинамики в Институте механики АН СССР, участвовал в организации Центра-льного аэрогидродинамического института (ЦАГИ) им.Жуковского. Один из первых создателей геликоптера (вертолета) и основатель отечественного вертолетостроения. Автор трудов по теории воздушного винта и экрана, аэродинамике крыльев, проектированию вертолетов.

v = idem; P2 P1

Рис. 51. Схема эффекта экрана.*) Р. Лоренц в 1911 г. первым решил за-дачу устойчивости цилиндра от торце-вого давления.Примерно в это время, продолжая иссле-дования устойчивости тонкостенных ци-линдров Леви и Р. Лоренца*), австрий-ский математик и механик Рихард Ми-зес (1883-1953 гг.) решает сначала зада-

чу устойчивости изотропной цилиндри-ческой оболочки при всестороннем давлении (на цилиндрическую поверхность и торцы), а затем, по всей видимости, - и устойчивости оболочки, подкрепленной ребрами жесткости, т.е. круговыми шпангоутами, применительно к реальным конструкциям подводных лодок.Развитие строительной механики подводных лодок в Германии, где работал Мизес, было обусловлено той ролью, ко-торая уделялась подводным лодкам кайзеровского флота в годы прошедшей первой мировой войны.**) Шифры экспериментальных лодок.И не случайно, что развитие этого научного направления прочности дальше позволило фашистской Германии уже в 1935 г., сразу после заключения англо-германского договора, иметь на вооружении подводные лодки типа MVB-1 и MVB-2 **) (рис.55) , способные погружаться на рабочие глубины от 80 до 100 м, не говоря уже о сложной технике для подводно-технических работ - глубоководных камерах и жестких скафандрах.События 1923 г.Заканчивается модернизация английского пассажирского лайнера “Мавритания“ - “старой доброй леди Атлантики“. Обретя в результате перевода судна на жидкое топливо вторую молодость, этот лайнер в 1924 г. побивает все свои довоенные рекорды скорости, пройдя Атлантическую дистанцию за 5 суток и 1 час со средней скоростью 26,3 узла.

Германская фирма "Нейфельд и Кунке" изготовила жесткий скафандр массой 385 кг, прошедший успешные испыта-ния на глубине 152 м. Рис. 52. Шхуна "Букау" (L= 51 м) явилась первым судном, на котором в 1924 г. не-мецким инженером А. Флеттнером были испытаны роторные движители, исполь-зующие эффект Магнуса.В период с 20-х по 40-е годы дальнейшее развитие строительная механика корабля, в том числе подводных лодок, получила в на-учных трудах Саутсвелла, Юлиана Шима-нского (1883-1962 гг.) и Петра Папковича (1887-1946 гг.), Винденбурга и Триллинга.В 1927 г. русский ученый Константин Цио-лковский (1857- 1935 гг.), основоположник современной космонавтики, в своих науч-ных трудах теоретически обосновывает при-нцип движения на воздушной подушке, что позволило уже в 30-х годах перейти к пост-ройке в Советском Союзе первых экспери-ментальных судов и аппаратов на воздуш-

ной подушке (СВП).Краткая историческая справка:Юлиан Шиманский, русский ученый-кораблестроитель, профессор, член-корреспондент Акаде-мии наук СССР. Окончил Морское инженерное училище и Морскую академию в Петербурге. Ра-ботал на Балтийском заводе и НИИ, преподавал в Морском инженерном училище в Кронштад-те, в Военно-морской академии и Ленинградском кораблестроительном институте. Автор тру-дов по строительной механике подводных лодок, конструкции корпуса и прочности судовых кон-струкций. Краткая историческая справка:Петр Папкович, русский ученый-кораблестроитель в области прочности и строительной меха-ники, профессор, член-корреспондент Академии наук СССР, инженер-контр-адмирал. Окончил кораблестроительное отделение Петербургского политехнического института и Морское ин-женерное училище, ученик Бубнова и Крылова. Участвовал в проектировании боевых кораблей и разработке Правил Регистра СССР, работал на Адмиралтейском и Балтийском заводах, НИИ, преподавал в Политехническом институте, Военно-морской академии и Ленинградском универси-тете. Автор трудов по строительной механике, прочности и вибрации судов. События 1927 г.В США построен первый цельносварной военный корабль “Нортленд“ для береговой охраны. Второй год с переменным успехом идет эксплуатация второго роторного судна Антона Флет-тнера (1885-1961 гг.) “Барбара“ (Pгр=3000т, L=90м). В США построены авианосцы “ Саратога “ и “ Ленсингтон “, которые так и остались в исто-рии судостроения самыми мощными турбоэлектроходами (N=212 тыс. л.с., Dст= 44190 т., v=34,9 уз).

Первый советский торпедный катер “Первенец” (D=11 т), построенный по проекту авиаконструктора Андрея Тупо-лева (1888-1972 гг.), на испытаниях развивает скорость на тихой воде 60 уз и становится одним из самых быстрохо-

дных кораблей своего класса. Краткая историческая справка:Василий Власов, советский ученый-кораблестроитель в области теории корабля, профессор, инженер-контр-адмирал. Окончил Военно-морское инженерное училище в Петрограде, работал в НИИ, преподавал в Военно-морском инженерном училище и Военно-морской академии Ленинграда, консультант по вопросам кораблестроения при Главном командовании ВМФ. Труды по остойчивости и непотопляемости корабля, качки и спуска судов на воду. Один из первых в отечественной практике использовал ЭВМ для расчетов прочности, предложил новые способы спрямления поврежденного корабля.Начало операции осушения оз. Неми (в 20 км от Рима) для подъема со дна и восстановления уве-селительной флотилии римского императора Калигулы. Немецкое научно-исследовательское судно “Метеор“ исследует дно Мирового океана с помо-

щью эхолота, впервые установленного на этом судне. В состав торгового флота вошел первенец советского судостроения - головной лесовоз “Товарищ Красин” (D=5280 т, L=89 м). Во Франции в Сен-Назере заканчивается строительство знаменитого французского пассажирского лайнера “Иль де Франс“ (BRT=43150 рег.т, v=23 уз ).

В 1928 г. советский ученый Василий Власов (1896-1959 гг.) предлагает новый метод вычисления элементов корабля для произвольной ватерлинии, что явилось значительным вкладом в развитие теории непотопляемости судна.События 1928 г.Во Франции строится самая большая подводная лодка довоенного периода “Сюркуф“ (D=2880/4330 т, L=120 м), имеющая на вооружении кроме двух 203 мм орудий разведывательный самолет в герметичном ангаре (!). В Германии закладывается первый крупный боевой корабль с дизельной энергетической установкой - “карманный“ линкор “Дойчланд“ (Dст=10 тыс. т). На верфи А.Г.Везер спускается на воду трансатлантический лайнер компании Норддейтчер Ллойд “Бремен“ (BRT= 51656 рег.т, v=28,5 уз), который был впервые в гражданском судостроении оборудован носовым бульбом и служил образцом совершенной гидродинамики корпуса, что позволило ему уже в первом рейсе в 1929 г. легко отобрать у ста-рушки “Мавритании“ Голубую ленту, пройдя дистанцию за 4 суток 17 часов со средней скоростью 27,9 узла. Заканчиваются 20-летние (1909-1929 гг) исследования в Мировом океане магнитного поля Земли первой в мире амери-канской немагнитной шхуной “Карнеги“ (D=568 т). В районе Шпицбергена советский ледокол “Красин” спасает оставшихся в живых членов экипажа погибшего италья-нского дирижабля Умберто Нобиле “Италия” и на пути в Норвегию оказывает помощь тонущему пассажирскому судну “Монте Сервантес”. С 1928 по 1937 г. советскими учеными Георгием Павленко (1898-1970 гг.), Николаем Кочиным (1901-1944 гг.), Ле-онидом Сретенским (1902-1973 гг.), Леонидом Седовым (р. 1907 г.) и Мстиславом Келдышем (1911-1978 гг.) раз-рабатывается современная теория волнового сопротивления судна, а в течение 30-х годов Седов и, независимо от него, немецкий ученый-гидродинамик Г. Вагнер фактически формируют фундаментальную теорию глиссирования.

Рис. 53. Немецкий крейсер "Кенигсберг" (L= 174 м; B= 15,3 м; T=6,3 м; D= 8260 т; v= 32 уз; N= 30000 л.с.), спущенный на воду в 1928 г., явился первым кораблем с современной продольной системой набора корпуса, при сборке которого широко использовалась электросварка. Крейсера этого типа, кроме того, явились и первыми боевыми кораблями с комбинированной дизель-паротурбинной энергетической установкой.

а)Рис.54. Знаменитые немецкие корабли: “карманный” линкор “Дойчланд” (а, L= 186 м; B= 20,6 м; T= 7,2 м; D= 10000 т; v=28 уз; N=50000 л.с.), построенный в 1931 г. и испытавший на себе сильную вибрацию корпуса от мощных дизельных двигателей, и построенный в 1929 г. трансатлантический лайнер “Бремен” (б, L= 286 м; B= 31 м; T= 10,3 м; v= 28 уз; N=130000 л.с.), на котором впервые обнаружилась сильнейшая вибрация кормовой части корпуса от гребных винтов. Если для пассажирского судна проблема была разрешена совершенствова-нием движителей (аналогичная ситуация возникнет в 30-х годах с французским суперлайнером "Нормандия"), то для "Дойчланда" эта болезнь оказалась практически пожизненной: сложность качественного прицеливания наводчиками на ходу сопровождала корабли этого типа в течение всех боевых действий во второй мировой войне.

б)В 1934 г. советский ученый Леонид Лейбензон (1879-1951 гг.), который считается основателем науки о подземной гидравлике, впервые решил задачу колебания конструкции под воздействием жидкости путем совместного решения уравнений движения упругой конструкции и жидкости, положив начало новому научному направлению – гидроуп-ругости конструкций, - науке, находящейся на стыке гидромеханики и прочности.

Краткая историческая справка:Георгий Павленко, советский ученый-кораблестроитель в области гидромеханики и теории корабля, профессор, член Академии наук УССР. Окончил кораблестроительный факультет Ленинградского политехнического института, ра-ботал на судостроительном заводе и НИИ, преподавал в Ленинградском кораблестроительном институте и Одес-ском институте инженеров морского флота. Внес большой вклад в развитие экспериментальной гидродинамики (по проектам и под руководством Павленко построены два опытовых бассейна). Труды по теории гребного винта и глис-сирования, устойчивости судов, волнового сопротивления, остойчивости и качке. Краткая историческая справка:Николай Кочин, советский математик, механик, член Академии наук СССР. Окончил Петроградский университет, преподавал в Ленинградском и московском университетах. Один из основателей современной динамической метео-рологии, возглавлял Институт теоретической метеорологии, отдел механики Института математики АН СССР. Труды по теории глобального климата, волнового сопротивления и подводного крыла, качки корабля и аэродинамике.Краткая историческая справка:Леонид Сретенский, советский математик и механик, профессор, член-корреспондент Академии наук СССР. Окон-чил физико-математический факультет Московского университета, преподавал в Московском гидрометеорологиче-ском институте и Московском университете, работал в Центральном аэрогидродинамическом институте, Инсти-туте теоретической геофизики и Морском гидрофизическом институте АН СССР. Труды по теории волн, теорети-ческой механике, геофизике, гидрогазодинамике, теории приливов и волнового сопротивления. Краткая историческая справка:Леонид Седов, советский математик и механик, профессор, член Академии наук СССР и иностранных АН. Окончил и работал в Московском университете, заведующий отделением механики Математического института им.Стеклова АН СССР. В годы Великой отечественной войны разрабатывал различную военно-морскую технику. Труды по мате-матике, аэродинамике и гидромеханике, тензорно-физической теории симметрии, теории относительности и моде-лирования в механике, теории волн и полей, теории крыла и глиссирования. Автор теории сильного взрыва. Один из основателей советской научной школы механиков. Краткая историческая справка:Мстислав Келдыш, советский математик и механик, профессор, член и президент Академии наук СССР и иностра-нных АН, депутат Верховного Совета. Окончил Московский университет, работал в Центральном аэрогидродинами-

ческом институте, Московском университете, Математическом институте им.Стеклова АН СССР, директор Ин-ститута прикладной математики АН СССР. Труды по математике, аэрогидродинамике, теории удара тел о жид-кость и флаттера. Впервые применил в гидродинамике теорию функций комплексного переменного, руководил косми-ческими программами.Краткая историческая справка:Валентин Поздюнин, русский кораблестроитель и ученый, профессор, член Академии наук СССР. Окончил корабле-строительное отделение Петербургского политехнического института, Кронштадское морское инженерное учили-ще, работал на Балтийском заводе помощником строителя и конструктором кораблей, в Бюро проектирования судов Главного управления кораблестроения и Адмиралтейского завода, во время войны заведовал отделом гидравлики Инс-титута механики АН СССР в Москве. Преподавал в Петербургском политехничесом институте, был деканом кораб-лестроительного отделения, один из создателей Ленинградского кораблестроительного института. Один из органи-заторов и руководителей первых советских НИИ судостроительной промышленности и морского флота, принимал участи в проектировании и строительстве первых советских судов торгового флота. Один из создателей издательс-тва Судпрогиз, организатор и редактор 15-томного «Справочника по судостроению». Труды по теории проектиро-вания судов, судовым устройствам, архитектуре корабля, гидромеханике и теории гребного винта. События 1934 г.Во Франции впервые в сухом доке строится линкор “Дюнкерк“ (Dст=26500 т, v=29,5 уз), вооруженный четырехору-дийными башнями главного калибра (330 мм). В Балтийском море эксплуатируется шведский ледокол “Имер“ (N= 9 тыс. л.с) – первый ледокол с дизель-электричес-кой энергетической установкой, ставшей классической для судов этого типа. В составе французского военно-морского флота несут боевую службу самые быстроходные водоизмещающие кораб-ли за всю историю судостроения - лидеры эсминцев типа “Кассар“ и “Ла Фантаск“, показавшие при форсировке ту-рбин рекордные скорости до 46 узлов. Обладателем Голубой ленты становится итальянский пассажирский лайнер “Рекс“ (BRT=51075 рег.т, v=28,9 уз), который впервые за всю историю трансатлантических гонок награжден серебряным кубком “Голубая лента Ат-лантики“, изготовленным лучшими ювелирами по заказу английского миллионера Гарольда Хэлса . Немецкий инженер Гельмут Вальтер начинает работы по созданию для подводных лодок энергетических установок, работающих на перекиси водорода. В результате первой попытки прохода по Северному морскому пути за одну летнюю навигацию недалеко от Беринго-ва пролива раздавлен льдами и затонул советский пароход “Челюскин“. Фатальное столкновение близ Нью-Йорка с плавучим маяком “Нантакет“ старшего брата “Титаника“- пассажир-ского лайнера “Олимпик“, после чего ветеран Атлантики практически не эксплуатировался и в 1937 г. был продан на слом. Третий год английский трансатлантический лайнер “Эмпресс оф Бритн” (BRT=42350 рег.т), работающий в летний период на линии Европа - Канада, осуществляет зимние кругосветные круизы. В 1935 г. русский кораблестроитель и ученый Валентин Поздюнин (1883-1948 гг.), являющийся учеником Боклевско-го, издает учебник “Теория проектирования судов”, который явился крупным вкладом в развитие этой науки. При-мерно в это же время Поздюниным и Львом Ногидом (1892-1972 гг.) был предложен метод вариаций и заложены основы оптимизации проектов судов, потребующие в послевоенный период интенсивного привлечения математичес-кого аппарата оптимизации, уже широко применяемого в экономических теориях капитализма.*) В результате испытаний из за неустранимых дефектов в сварных швах рабочая глубина лодок была ограничена 50 м.

Рис.55. Первые серийные подводные лодки фашистской Германии серии IIA (L=40,9 м; B=4,1 м; D=254/303 т; v=13/6,9 уз; N=750/360 л.с.), построенные в 1935 г. и имевшие цельносварные прочные корпуса, способные пог-ружаться на рабочую глубину 80 м*), считались самыми глубоководными лодками того времени. Основательное научное обеспечение расчетов прочности при проектировании немецких подводных лодок, наряду с достижени-ями металлургии, привело к тому, что к началу второй мировой войны рабочие глубины большинства лодок составляли 100 м, а знаменитые подводные лодки XXI серии, вступившие в строй в конце войны, были способ-ны погружаться на глубины до 300 м.События 1935 г.Постройка и успешное испытание финским инженером Каарио первого в мире экраноплана. Во Франции по проекту русского эмигранта Владимира Юркевича (1885-1964 гг.) построен один из самых крупных трансатлантических лайнеров “Нормандия“(BRT=83400 рег.т) - самый большой в истории судостроения пассажир-ский турбоэлектроход, преодолевший 300-метровый рубеж длины и впервые на транспортном флоте оснащенный в

1937 г. радиолокационной станцией, неоднократный призер Голубой ленты Атлантики (средняя скорость перехода 30 узлов). В СССР заканчивается строительство нового катера на воздушной подушке “Л-5” (D=8,6 т) инженера Владимира Левкова (1895-1954 гг.), который в 1936 г. на испытаниях развил невиданную скорость в 73 узла. На верфи в Клайдбэнке в противовес французской “Нормандии” достраивается воплощение огромного английского судостроительного опыта - прославленный пассажирский лайнер “Куин Мери“ (BRT=81235 рег.т, v=31,7 уз) по зака-зу объединенной компании Кунард Уайт Стар Лайн, ставший в 1936 г. обладателем Голубой ленты и основным сопе-рником “Нормандии“ в скорости до самой второй мировой войны: в первом же рейсе “Королева“ проходит дистан-цию за 3 суток 20 часов. Знаменитый лайнер сохранился до наших дней и находится в США (Лонг Бич) в качестве пла-вучего развлекательного центра-музея. Между Англией и Германией установлено соглашение, по которому фактически санкционировано перевооружение во-енно-морского флота Германии вопреки ограничениям Версальского договора.

Английский зоолог Джеймс Грей, один из основателей гидробионики , изучает движение в воде де-льфинов , что приведет через год к открытию парадокса, который называется его именем и зак-лючается в несоответствии сопротивления воды модели дельфина и действительной мышечной силе животного . Французский священник Пуадебар открывает точное местоположение знаменитых финикийских городов Сидон и Тир, которые еще в древности поглотило Средиземное море. Краткая историческая справка:Лев Ногид, советский ученый-кораблестроитель в области проектирования судов, профессор. Участник Первой мировой и гражданской войны. Окончил кораблестроительное отделение Ленин-градского политехнического института, работал в конструкторском бюро, преподавал в Ленин-градском кораблестроительном институте. Труды по теории проектирования судов. Автор ори-

гинальной теории моделирования движения ледокола во льдах.

Рис. 56. Выдающийся английский пассажирский лайнер “Куин Мэри” (L= 310 м; B= 36 м; T=11,8 м; v=28,5 уз; N= 160000 л.с.), построенный в 1936 г., является, пожалуй, самым гидродинамически обоснованным судном в мире: в целях выбора оптимальной формы его корпуса было изготовлено 22 пятиметровые модели и проведено 8000 (!) испытаний в опытовом бассейне, в том числе и мореходных испытаний на волнении, впервые сгенери-рованном специальным устройством опытового бассейна - волнопродуктором.С 1934 по 1941 г. советские ученые-гидродинамики Константин Федяевский (1903-1970 гг.) и Лев Лойцянский создают современную теорию пограничного слоя, причем последний детально исследует физическую природу вих-ревого сопротивления.

Краткая историческая справка:Константин Федяевский, советский ученый в области гидродинамики и теории корабля, про-фессор, заслуженный деятель науки и техники. Окончил Московское высшее инженерное учили-ще, преподавал в московских ВУЗах и Ленинградском кораблестроительном институте, рабо-тал в Центральном аэрогидродинамическом институте. Труды по теории пограничного слоя, гидродинамике подводных тел и управляемости судов. Автор вихревой математической модели корпуса судна.В начале 40-х годов, когда в условиях военного времени советские конструкторы быстроходных кораблей все чаще сталкивались с непреодолимой проблемой кавитации гребных винтов, Поздю-нин предлагает парадоксальное решение: бороться с кавитацией путем ее интенсификации. Отк-рытое явление назвали “суперкавитацией”, а гребные винты, эффективно работающие в таких

условиях, - суперкавитирующими (рис.57). Примерно в это же время советский ученый Валентин Новожилов (1910-1988 гг.) начинает работать над общей тео-рией тонких оболочек и нелинейной теорией упругости, которые в послевоенный период явились значительным вк-ладом в развитие строительной механики корабля и нашли применение, в частности, в практике проектирования глу-боководных подводных лодок.

Рис. 57. Схема профилей кавитирующей (а) и суперкавитирующей (б) лопасти гребного винта: 1 - профиль ло-пасти; 2 - зона кавитации. В 1943 г. американский ученый Рихард Курант (1888-1972 гг.) на основе работ А. Хренникоффа предлагает числен-ный расчетный метод, позволяющий с использованием приема дискретизации определять напряженно-деформирован-ное состояние достаточно сложных с точки зрения строительной механики конструкций. Такой подход к анализу нап-ряженно-деформируемого состояния сложных конструкций был вызван тем, что традиционно при проверке прочно-сти объекта она всегда условно разделялась на общую и местную с вытекающими отсюда упрощениями. Однако, зача-

стую выяснялось, что упрощение взаимовлияния элементов общей и местной прочности приво-дит к значительным погрешностям и чем сложнее конструкция, тем они больше. Поэтому общее восприятие картины работы таких конструкций можно увидеть только, разбив ее на множество элементов, связанных в узлах между собой.Так были заложены теоретические основы новых конечноэлементных численных методов, которые могли быть эффективно реализованы только в условиях интенсивного развития вычис-лительной техники.Краткая историческая справка:Валентин Новожилов, советский ученый-кораблестроитель, член Академии наук СССР и Английского общества корабельных инженеров. Окончил Ленинградский физико-механичес-кий институт, работал в НИИ и занимался проектированием кораблей, преподавал в Ленинг-радском университете. Труды по строительной механике и теории упругости. Один из осно-

воположников нелинейной теории упругости.

а).

б).Рис.58. Стандартные “суда на один рейс” военной постройки - сухогрузы типа “Либерти” (а, L= 130,6 м; B= 17,5 м; T= 8,4 м; D= 14326 т; v= 11 уз; N= 2500 л.с.) и танкеры типа Т-2 (б, L= 153 м; B= 20,7 м; T= 9,2 м; DW= 16800 т; v= 14,5 уз; N= 6000 л.с.) выявили противоречие между классической конструкцией клепанного корпуса с попе-речной системой набора и современными способами его сборки с помощью сварки: трещины металла в свар-ных соединениях и концентраторах напряжений привели в период с 1942 по 1966 г. к перелому корпусов у 22 судов этого типа.

События 1943 г. Итальянским инженером П.Нерви построено первое судно из армоцемента - яхта “Неннел“(L=12,5 м). Французский океанолог Жак Кусто и инженер Э.Гальян создают и испытывают первый акваланг. В США полным ходом идет начатое в 1942 г. крупносерийное поточно-позиционное строительство, так называемых, стандартных судов - сухогрузов типа “Либерти“ (DW=10700 т) и танкеров типа “Т-2“: при постройке сухогрузного судна “Роберт Е.Пирри” был побит абсолютный рекорд строительства крупных судов от момента закладки до сда-чи заказчику - 7 суток. В Германии построена и испытана подводная лодка серии XVII - первая серийная лодка с парогазотурбинной установ-кой Вальтера, показавшая скорость подводного хода 25 узлов, которая в 3 раза превышала таковую у обычных ди-зель-электрических подводных лодок . В США успешно работает первый в мире экспериментальный ядерный реактор, сооруженный в 1942 г. под руководс-твом итальянского физика Энрико Ферми (1901-1954 гг.). Сицилийская десантная операция, в которой участвовало 1380 кораблей и судов и свыше 1800 десантно-высадочных средств английских и американских военно-морских сил. Завершение грандиозного полугодового сражения американо-австралийских и японских военно-морских сил за о. Гва-далкапал на Соломоновых островах, в ходе которого произошло 13 морских сражений и было потеряно союзниками 25 и японцами 24 боевых корабля, погиб главнокомандующий Объединенным флотом Японии Исироку Ямамото (1884-1943 г.). Атака сверхмалой английской подводной лодкой в Альта-фьюрде (Норвегия) германского линкора “Тирпиц“, в резуль-тате которой он получил серьезные повреждения. Потопление германского линкора “Шарнхорст“ у м.Нордкап в бою с английской эскадрой под командованием адми-рала Б.Фрейзера. Бомбардировка близ Венеции союзной авиацией великолепного итальянского пассажирского лайнера, обладателя Го-лубой ленты Атлантики, “Конти ди Савойя“, который в результате сильного пожара, длившегося несколько дней , затонул . Глава 5. Кибернетический период эволюционного развития корабельных наук (с 1945 г. по настоящее время)Характеризуется использованием в корабельных науках электронно-вычислительной техники, которая позволяет ре-шать многие научные задачи с использованием более трудоемкого математического аппарата либо без применения упрощений, призванных ранее за счет уменьшения точности снижать трудоемкость вычислений. Совершенствова-ние с помощью ЭВМ ранее разработанных математических моделей и экспериментальных данных переводит посте-пенно развитие корабельных наук в эволюционное русло, в целом повышая качество научных исследований. Примене-ние все более совершенной вычислительной техники позволяет переходить к реализации таких моделей, использование которых в предыдущих периодах оказывалось просто физически невозможным. Появление смежных научных направ-лений в корабельных науках, находящихся на стыках различных, порой значительно отличающихся в задачах, облас-тей знаний. На фоне глобальной конфронтации США и СССР наибольшее развитие корабельные науки получают в этих странах, а позднее в Европе и Японии, уступая окончательно приоритетность наукам, обслуживающим космос, авиацию и ракетостроение, электронику и энергетику, информационные технологии и микробиологию.В судостроении, как государственном, так и частном используется только труд наемных рабочих. Основное судо-строительное производство в гражданском секторе постепенно перемещается в восточные страны с более дешевой рабочей силой - Японию, Корею, Тайвань и Китай. Судостроение по-прежнему развивается на базе последних научных достижений в различных областях корабельных наук, что в равной мере распространяется как на военный, так и гражданский флот. Переориентация судостроительного производства с крупносерийного в начальном этапе к оди-ночному в конце периода за счет использования гибких систем автоматизированного проектирования и подготовки производства. Структурные изменения судостроительных предприятий, традиционно занимавшихся только пост-ройкой судов, в сторону многопрофильного производства самой разнообразной продукции. Разукрупнение и реорга-низация крупных НИИ и КБ в конце периода.Основной судостроительный материал - сталь, алюминиевые сплавы, пластмассы. Передовая продукция судострое-ния - атомные надводные корабли и суда, а также подводные лодки и газотурбинные суда с динамическими принци-пами поддержания - суда на подводных крыльях, суда на воздушной подушке и экранопланы. Окончательный переход на сварочную технологию постройки металлических судов. В середине 70-х годов наблюдается пик судостроитель-ного производства за всю его историю, строятся самые большие суда - супертанкеры. На гражданских судах в усло-виях постоянного дорожания органического топлива дизель вытесняет все существующие типы судовых двигателей.Мореплавание достигает наивысшего уровня технического обеспечения благодаря использованию космической связи и автоматизации судов. Экипажи гражданских судов формируются вольнонаемными людьми, а военных - как вольнона-емными, так и военнообязанными.Локальные войны на море и суше в период деколонизации стран третьего мира (1946-1960 гг.) и постколониальный период за контроль над энергетическими ресурсами (с 1960 г. до настоящего времени). Разнообразное ядерное раке-тное оружие, ставшее основным видом современного вооружения с 60-х годов, в корне меняет тактику ведения морских боев, делая ее в большинстве случаев бессмысленной. Вся она сводится к простому принципу: “кто опередит - тот и уцелеет”. Любой, даже самый совершенный корабль, становится уязвимым. Для ведения боев без использо-вания ядерного оружия по-прежнему большое внимание уделяется морской авиации, минно-торпедному и артилле-рийскому вооружению.

Как практический итог развития кибернетики в 1945 г. американскими учеными создается первая электронно-вычис-лительная машина. Уже к концу 40-х годов в ведущих научно-исследовательских институтах и предприятиях авиа-ционной и судостроительной промышленности США появляются ЭВМ, способные решать сложные научные и инже-нерные задачи, в частности большие системы дифференциальных уравнений, представленные в матричной форме.События 1945 г.В Японии построены две подводные лодки типа “I-400“ водоизмещением 6,6 тыс.т, которые вошли в историю как самые большие дизель-электрические подводные лодки. Прямо перед капитуляцией Германии уходит в боевой поход первая подводная лодка “U-2511” XXI серии - самая со-вершенная лодка своего времени, явившаяся прототипом для целого поколения ДЭПЛ послевоенной постройки во мно-гих военно-морских державах мира . Пропажа в Бермудском треугольнике шести самолетов морской авиации США . В Японии завершено строительство гигантского авианосца «Синано», созданного на базе корпуса линкора типа «Ямато» (D=71900 т,47 самолетов). По иронии судьбы этот монстр, имеющий уникальную бронированную полет-ную палубу, уже через 10 дней после сдачи флоту будет потоплен четырьмя торпедами, выпущенными с американс-кой подводной лодки «Арчер Фиш». Ждет своего конца в Нью-Йорке войсковой транспорт “Лафайет“, бывший лайнер-красавец “Нормандия“, который сгорел в 1942 г. в одном из нью-йоркских доков и в 1946 г. будет продан на слом всего за 162 тысячи долларов (!). Торпедирование и потопление советской подводной лодкой “С- 13“ у Данцига пассажирского лайнера “Вильгельм Густлов“ (D=25484 т), на котором погибло 7 тыс.матросов и офицеров германского флота, в том числе около 3000 квалифицированных подводников. Потопление второго японского суперлинкора “Ямато” (D=72800 т, L=263,6 м) американской палубной авиацией во время Окинавской операции в результате попадания в него 12 авиационных торпед и по меньшей мере пяти крупных авиабомб. Линкоры этого типа являлись самыми большими за всю историю кораблями этого класса и носителями самой крупнокалиберной башенной артиллерии (460 мм). Трагический расстрел и потопление английской авиацией на рейде Любека трех немецких транспортных судов "Кап Аркона", "Тильбек" и "Атена" с заключенными концлагеря Нейенгамме, приготовленных фашистами для затопления, в результате чего погибло 7500 человек. В 1948 г. советский ученый-гидромеханик Макс Хаскинд (р.1913 г.) разрабатывает современную общую линейную гидродинамическую теорию качки судна на регулярном волнении, которая позволяет учитывать взаимодействие кор-пуса судна и волнового потока. Проведенные им исследования признаны наиболее важными и принципиальными со времени публикации работ Крылова.В том же году Морским Регистром СССР были опубликованы и введены в действие первые в истории гражданского судостроения и судоходства официальные правила, регламентирующие остойчивость судна в неповрежденном состоя-нии, - нормы остойчивости для торговых морских и рейдовых судов.Примерно в это же время английский химик Б. Томс теоретически обосновывает эффект снижения сопротивления тре-ния в турбулентном потоке жидкости, содержащей разбавленные растворы высокомолекулярных полимеров. События 1948 г.Швейцарский ученый Огюст Пикар (1884-1962 гг.) построил первый в мире батискаф “FNRS-2” и у о.Зеленого Мыса произвел пробное погружение на глубину 1380 м . Успешные испытания в Англии первого в мире газотурбохода - торпедного катера “MGB-2009”. При ООН создана Международная морская организация (ИМКО). В США идет строительство первой морской погружной буровой установки “Бретон Риг 20” для добычи нефти на морском шельфе Мексиканского залива. В США в обстановке строжайшей секретности под руководством кораблестроителя В. Гиббса заканчивается прое-ктирование трансатлантического лайнера и войскового транспорта “Юнайтед Стейтс” (BRT=53322 рег.т, N=240000 л.с.), который в 1952 г. навсегда вернул Америке кубок Голубой ленты Атлантики, показав официальную среднюю скорость перехода 35,6 уз (3 суток 10 часов), а секретную на закрытых испытаниях, по разным источни-кам, от 38,5 до 42 уз. Английский спортсмен-гонщик Дональд Кемпбелл (1921-1967 гг.) начинает подготовку к штурму рекорда абсолютной скорости на воде, который он установит в 1955 г. - 325 км/час и до самой своей гибели в 1967 г. будет его обновлять 6 раз. В СССР разработан проект уникальной подводной десантной лодки, способной доставить на берег противника 3 са-молета, 10 средних танков, 16 бронетранспортеров и прочее снаряжение, которому так и не суждено было осущес-твиться. Таинственная гибель голландского теплохода “Уранг Медан” в Малаккском проливе, вся команда которого оказалась мертвой. После обследования судна англичанами в его трюме возник пожар, в результате которого сильным взрывом оно разломилось пополам и затонуло. Французские океанологи Ж.Кусто и Ф.Тайе впервые при повторном обследовании римской “галеры Махдия“ примени-ли акваланги, с помощью которых подняли трюмные грузы и некоторые части корпуса. У юго-западного побережья Турции обнаружено самое древнее судно “Гелидонья” (XIII в. до н.э.), находящееся в нас-тоящее время в музее г. Бордума. Ожидает продажу на слом пароход “Джерманик”(BRT=5004 рег.т) - самое живучее судно компании Уайт Стар лайн, который за 75-летнюю службу с 1845 по 1950 год дважды тонул и трижды менял свое имя.

В 40 - 50-е годы Келдыш исследует гидродинамику движения подводных тел, разрабатывает теорию удара тела о жи-дкость, теорию колеблющегося крыла (явление резонанса крыльев, получившее название флаттера, было впервые обнаружено на первых реактивных самолетах), развивает теорию волнового сопротивления и теорию гребного винта.В 50-е годы советский ученый Михаил Лаврентьев (1900-1980 гг.), основываясь на работах Кочина, Келдыша и не-мецких ученых Г. Шертеля, О. Титьенса и Сакенберга, создает современную теорию крыла. Достижения советских ученых-гидродинамиков в этой области позволили талантливому кораблестроителю Ростиславу Алексееву (1916-1980 гг.) создать первые в мире крупные мелкосидящие речные суда на подводных крыльях (рис. 58). На них впервые,

в отличие от зарубежных СПК, были реализованы малопогруженные крылья, способные не кавитировать и обеспечи-вать, тем самым, устойчивое движение судна без дельфинирования (килевая качка в результате неустойчивого дви-жения) - негативного явления, присущего судам этого типа.Краткая историческая справка:Михаил Лаврентьев, советский математик и механик, профессор, член Академии наук СССР и УССР, Парижской АН, вице-президент АН СССР, инициатор создания и председатель Си-бирского отделения АН, депутат Верховного Совета. Окончил Московский университет и преподавал во многих вузах страны, работал в АН СССР, Математическом институте им. Стеклова, директор Института точной механики и вычислительной техники. Труды по ма-темати-е, теории крыла, длинных волн и струй, механике сплошных сред, прикладной физике, гидравлике и аэродинамике. Автор теории кумуляции.Краткая историческая справка:Ростислав Алексеев, советский инженер-кораблестроитель, доктор технических наук. Око-нчил кораблестроительный факультет Горьковского политехнического института, работал в конструкторском бюро завода «Красное Сормово». Создатель первых отечественных судов на подводных крыльях и крупных экранопланов, специального конструкторского бюро и экс-периментальной базы скоростных судов. Руководил работами по созданию крупносерийных СПК восьми типов и экспериментальных боевых экранопланов. В 1956 г. американские ученые М. Тернер, Р. Клаф, Г. Мартин и Л. Топп, работавшие в фи-рме Боинга, опубликовывают первые научные работы, в которых окончательно формулирует-ся концепция метода конечных элементов (МКЭ), заключающаяся в разбиении любой прост-ранственной конструкции на условные элементы, связанные в ее узлах совместными уравне-ниями перемещений (рис.59). С 1960 г., когда был узаконен термин МКЭ, и до настоящего

времени этот метод является мощным и достаточно универсальным инструментом для решения многих кораблестрои-тельных задач механики деформируемого твердого тела.

Рис. 59. Схема конечного элемента.Значение метода конечных элементов в анализе напряженно-дефор-мируемого состояния сложных пространственных структур, какими являются, в частности, корпуса большинства судов, трудно переоце-нить. Если до этого корпус судна воспринимался как балка и расче-ты местной прочности переборок, перекрытий и шпангоутных рам проводились выборочно ввиду физической невозможности оценки прочности всех фрагментов корпуса, то с появлением МКЭ задача общей и местной прочности решается сразу, причем чем выше уро-вень дискретизации конечных элементов, тем выше точность оценки местной прочности любого элемента корпуса.То, что было абсолютно непосильно для ручных методов расчета прочности стало реальным благодаря применению ЭВМ и проблема очень качественной оценки напряженно-деформируемого состояния конструкции сводилась лишь к проблеме быстрой подготовки и вво-да исходной информации.Общая система линейных алгебраических уравнений пространствен-

ной конструкции, состоящей из конечных элементов.K ] Q = F ,где [K] - общая матрица коэффициентов жесткости конструкции; Q - общий вектор узловых обобщенных переме-щений; F - общий вектор обобщенных внешних сил; qi - возможное перемещение (или усилие) узла конечного элеме-нта; (EJ)i - заданная жесткость конечного элемента.События 1956 гГод опытной эксплуатации первой в мире американской атомной подводной лодки “Наутилус”. В США построена первая полупогружная плавучая буровая установка “Трансуорлд Риг 46”. Более года успешно эксплуатируется на морских нефтепромыслах США первая самоподъемная плавучая буровая ус-тановка “Мистер Гас”. В состав ВМС Великобритании вступают в строй первые крейсеры УРО типа “Каунти”, имеющие комбинированные парогазотурбинные энергетические установки.

Введен в состав американских ВМС авианосец “Форрестол” (D=75900 т, L=319 м), впервые спроектированный под реактивную палубную авиацию, размеры которого наконец-то превзошли печально известный “Синано”. В Северодвинске строится первая советская атомная подводная лодка К-3 типа “Кит”, имеющая, в отличие от аме-риканского «Наутилуса», более обтекаемый торпедообразный корпус. Судостроительная промышленность Японии выходит на первое место в мире по тоннажу спущенных на воду судов, до сих пор удерживая это положение среди ведущих судостроительных стран. Проложена первая трансатлантическая подводная телефонная линия ТАТ-1 между Англией и США. Гибель в Атлантике новейшего итальянского пассажирского лайнера “Андреа Дориа” (BRT=29429 рег.т) от столк-новения с шведским грузопассажирским судном “Стокгольм” (BRT=11650 рег.т). Катастрофа, унесшая 43 челове-ческие жизни в момент столкновения, еще раз напомнила о значении при проектировании судна обеспечения непотоп-ляемости в любых потенциально возможных ситуациях. Нападение меч-рыбы на английский эсминец “Леопард”, в результате которого стальная обшивка боевого корабля была пробита в трех местах (!). Столкновение американского линкора “Висконсин” с эсминцем “Итон”, в результате чего последний был потоплен, а линкор получил настолько сильные повреждения носовой части, что для его ремонта была использована носовая час-ть недостроенного корабля этого типа “Кентукки”. В Севастополе работает государственная комиссия по расследованию причин гибели линкора “Новороссийск” (быв-

ший “Джулио Чезаре”), затонувшего в 1955 г. в результате взрывов с 601 че-ловеком экипажа. Рис.60. Первые советские серийные пассажирские СПК типа "Ракета" (L= 27 м; B= 5 м; T= 1,8/1,1 м; D= 25 т; v= 61 км/час; N= 1200 л.с.), постро-енные в 1957 г., поражали тогда не только простых наблюдателей своей стремительностью: многие зарубеж-ные специалисты долго не могли поверить в возможность эффектив-ной эксплуатации мелкосидящих судов такого типа, оборудованных малопогруженными крыльями, из за

чрезвычайной сложности обеспечения устойчивого движения судна вследствие неизбежной кавитации крыль-ев. В 1960 г. советские ученые-кораблестроители Дмитрий Дорогостайский и Владимир Семенов-Тян-Шанский (1899-1973 гг.) разрабатывают теорию диаграмм минимальной остойчивости судна и теорию диаграмм минимальной работы, которые явились крупным вкладом в развитие теории непотопляемости судна.

Краткая биографическая справка:Владимир Семенов-Тян-Шанский, советский ученый-кораблестроитель в области теории ко-рабля и гидромеханики, профессор, заслуженный деятель науки и техники. Окончил кораблест-роительный факультет Ленинградского политехнического института, работал в конструктор-ском бюро Балтийского завода, Судопроекте, КБ Северной верфи, преподавал в Ленинградском кораблестроительном институте, декан кораблестроительного факультета. Участник Вели-кой Отечественной войны. Труды по статике и динамике корабля. Автор теории бокового спус-ка судов и экспериментальных работ по продольному спуску больших судов. События 1960 г.Батискаф О.Пикара “Триест” совершил рекордное глубоководное погружение в Марианскую впадину на глубину 10919 м.

Пробная эксплуатация в Арктике первого в мире гражданского судна с атомной энергетической установкой – ледо-кола “Ленин” (N=44000 л.с.). Во Франции в Сен-Назере заканчивается строительство крупнейшего пассажирского лайнера мира “Франс” (D= 58000 т, BRT=66800 рег.т, L=315,7 м), являющегося самым длинным среди судов своего типа, а в настоящее время, после переоборудования в 1979 г., - и самым большим пассажирским судном (D=77400 т). На пассажирской паромной линии через Ла-Манш эксплуатируется первое английское амфибийное судно на воздуш-ной подушке “Ховеркрафт”, построенное фирмой “Виккерс”. В Италии на место погибшего “Андреа Дориа” построен изящный, как все итальянские пассажирские суда, транс-атлантический лайнер “Леонардо да Винчи” (BRT=33340 рег.т), который явился чемпионом по количеству плавате-льных бассейнов - 5 взрослых и 2 детских. Походы в Арктику и боевое патрулирование в этом районе американских АПЛ “Сарго”, “Сидрегон”, “Джордж Ва-шингтон” и “Патрик Генри”. Первое кругосветное плавание по маршруту Магеллана американской АПЛ «Тритон», совершенное полностью в подводном положении. В США построена АПЛ «Джордж Вашингтон» с баллистическими ракетами стратегического назначения, ставшая образцовой для создания кораблей этого типа на протяжении 30 лет.

Сдан на слом выведенный из состава ВМФ в 1956 г. самый мощный английский линкор “Вэнгард” (D=52500 т), явив-шийся, таким образом, мертворожденным ребенком уже сразу после его ввода в строй в 1946 г. Цунами высотой 25 м уничтожило все живое на побережье Чили, погубило судно “Карл Гавербек” и сотни мелких каботажных судов. Самым удивительным оказался “полет” крупнотоннажного судна “Сант-Яго” по улицам города Коррал, закончившийся приводнением в гавани другого города Вальпараисо. Авария в Баренцевом море на борту советской АПЛ “К-8” (типа “Кит”) атомной энергетической установки, в резу-льтате которой 13 человек получили сильное переоблучение. В Японии строится сухогрузное судно “Кинкасан Мару” - первое в мире судно с безвахтенным обслуживанием маши-нного отделения. С конца 50-х и до середины 60-х годов советскими и американскими учеными в области теории корабля и гидромеха-ники А. Вознесенским, Г. Фирсовым, М. Денисом, В. Пирсоном и др. разрабатывается вероятностная теория кач-ки корабля на нерегулярном волнении, положившая начало использованию математической теории вероятностей в корабельных науках. Уже в 70-х годах вероятностные подходы начинают применяться в оценке прочности и теории проектирования судов.Согласно спектральной теории вероятностей случайные процессы волнения и качки представляются в виде суммы элементарных гармонических процессов, характеризующихся спектральными плотностями, соотношение которых ус-тановлено советским математиком Александром Хинчиным (1894-1959 гг.)Sвых( ) = Ф( ) 2 Sвх ,где Sвых - спектральная плотность выходного процесса (качка); Ф( ) - модуль передаточной функции динамичес-кой системы (судно на поверхности воды), равный отношению амплитуды колебаний судна к амплитуде регулярной волны; - частота элементарной гармоники; Sвх - спектральная плотность входного процесса (волнение). С начала 60-х годов крупный вклад в развитие теории управляемости судна внесли советские ученые Федяевский, Ген-надий Соболев, Абрам Басин. В результате в целом было завершено теоретическое обоснование этого важного для судовождения свойства, что в условиях интенсивного роста размеров транспортных судов, наметившегося в это время, оказалось очень актуальным. Это касалось прежде всего таких судов как танкеры, которые в отличие от крупнотонна-жных пассажирских лайнеров имели относительно невысокую скорость хода, существенно затрудняющую управление судами в проливах и каналах. Период с 1963 по 1971 год охарактеризовался серьезным прорывом в области вычислительной геометрии как теорети-ческой основы машинной графики благодаря трудам американских ученых М.Бернштейна, Дж.Фергюсона, С.Кунса и П.Безье. И хотя математики, работавшие в этой области, были, в общем, далеки от судостроения, практическое зна-чение их теоретических работ касалось, прежде всего, именно этой отрасли. Объясняется это следующим обстоятельством. В кораблестроении корпус судна как сложное геометрическое тело из-начально нуждается в обеспечении точности его изготовления не только с позиции гидроаэродинамики, что характер-но, например, для авиации или автомобилестроения, но и с позиции гидростатики, которая для судна в силу его специ-фики всегда остается первичной.С увеличением размеров судов проблема обеспечения заданной формы с любой точки зрения обостряется из-за масш-табного эффекта переноса информации от маленьких чертежей до больших реальных конструкций. Кроме того, при создании, например, подводных лодок или некоторых судов с динамическими принципами поддержания особое зна-чение имеет и точность обеспечения самой силы плавучести.*) Специальное помещение на судоверфи для изготовления шаблонов и лекал по полномасштабным теоретическим че-ртежам или аналитическим зависимостям.Все это заставляло кораблестроителей при изготовлении шаблонов на плазе*) использовать специальные приемы сгла-живания полномасштабных теоретических линий корпуса сначала с помощью специальных гибких линеек, называе-мых в судостроении сплайнами, а затем с 60-х годов и интерполяционных зависимостей, позволяющих линии плавно проходить через заданные проектной таблицей ординат точки. Имея на вооружении такие зависимости, заменяющие линейки и названные впоследствии так же, кораблестроители легко получали любые точки плазовой таблицы орди-нат, используемой уже для изготовления точных шаблонов или вырезки деталей корпуса автоматами.В качестве сплайн-функций использовались давно известные в математике полиномы различной степени, наиболее удобным из которых считается параметрический кубический сплайн, впервые предложенный Фергюсоном в 1963 г. для описания сложных поверхностей.

, (1963 г.)

где t – параметр, изменяющийся от 0 до 1; - радиус-вектор произвольной

точки кубической пространственной кривой с координатами x, y и z , зависящими от t; - векторы коэффициен-тов полинома.События 1963 г.Два года несут службу первые в мире боевые надводные атомные корабли – американские ракетный крейсер “Лонг Бич” и гигантский авианосец “Энтерпрайз”, до сих пор считающийся самым длинным боевым кораблем (L=341 м). Шестидневный пожар в Атлантике на вышедшем в первый рейс после ремонта греческом пассажирском судне «Ла-кония», в результате которого погибло 125 человек, а судно выгорело до такой степени, что его так и не удалось до-буксировать до Гибралтара.

Загадочная гибель в глубинах Атлантического океана атомной подводной лодки «Трешер» с 129 членами экипажа, явившаяся самой большой трагедией американского подводного флота за всю историю его существования. В 1964 г. в обстановке строжайшей секретности произошло знаменательное событие в области гидродинамики: в СССР группой ученых Центрального аэрогидродинамического института (ЦАГИ) им. Н.Е.Жуковского под руководст-вом Георгия Логвиновича (1913-2002 гг.) на опытном образце подводной ракеты была достигнута фантастическая скорость движения в воде – более 160 узлов, тогда как самые быстроходные торпеды в то время имели скорость поря-дка 55-60 уз. Идея использования газовой, в том числе воздушной прослойки между движущимся телом и водой для снижения общего гидродинамического сопротивления была известна кораблестроителям достаточно давно и, в частно-сти, применение реданов на глиссерах и воздушной подушки на СВП в какой-то мере являются реализацией этой идеи. Реданы, которые стали использоваться на глиссерах еще с 20-х годов, значительно снижали сопротивление дви-жению только на больших скоростях, когда за счет резкого снижения давления в воде при отрыве потока с редана ка-витационный и засасываемый воздух мог образовывать тонкую пузырьковую пленку, идущую вдоль днища и снижаю-

щую сопротивление трения движению корпуса.Краткая биографическая справка:Георгий Логвинович, советский ученый гидродинамик, участник Великой Отечествен-ной войны, работал в минно-торпедном управлении Военно-морского флота и ЦАГИ им. Жуковского. Создатель системы "минного сопровождения кораблей", разработчик плавающих мин и фугасов, торпед, руководитель группы гидродинамики скоростного движения под водой. Однако проблема использования достаточно глубокой искусственной воздушной про-слойки заключается в минимизации энергозатрат на поддув воздуха и эффективном управлении капризной каверной по поверхности тела, в особенности, если она криво-линейная (рис.61). Специфичным при этом является и то, что дополнительно приходит-ся решать проблемы негативного влияния воздушных каверн на движители, размещае-

мые, как правило, в корме.

Рис.61. Схема использования воздушной каверны на реданном днище судна: канал подачи воздуха к редану; 2- редан; 3- воздушная каверна.

Рис.62. Фантастическая подводная ракета М-5 комплекса «Шквал», со-зданная под руководством академика Логвиновича и стоящая на воо-ружении в советском подводном флоте с 1977 г., до сих пор не имеет аналогов за рубежом, на основании чего стала объектом одной шпионс-кой истории, нашумевшей в прессе в самом начале XXI века. Благода-ря специальному гидрореагирующему топливу, способному создавать наиболее эффективную тягу реактивному двигателю, и газовой кавер-не из продуктов химической реакции этого топлива ракета способна двигаться в воде со скоростью 200 уз при дальности до 11 км, что дела-ет ее самым убийственным оружием ближнего боя (по свидетельствам

очевидцев испытаний этого чуда военной техники не каждый вертолет, с которого велось наблюдение, мог дог-нать эту ракету). Так союз гидродинамики и химии привел к действительно выдающемуся техническому дости-жению.Поразительные результаты испытаний подводной ракеты Логвиновича дают толчок исследованиям советских ученых и конструкторов в области использования воздушных каверн (воздушной смазки) сначала на глиссерах, а затем и на водоизмещающих судах, которые интенсивно проводились в Советском Союзе с конца 60-х годов. Это позволило за-тем практически реализовать их при строительстве судов различных типов, зачастую не имеющих аналогов за рубе-жом (рис.71).События 1964 г.Несет боевую службу в Атлантике первая советская АПЛ К-27 с жидкометаллическими реакторами на основе спла-ва свинца с висмутом: пройдет еще 13 лет и на флот начнут поступать уже серийные лодки с реакторами такого типа, не имеющие аналогов в мире. Столкновение в Атлантическом океане новейшего израильского пассажирского лайнера «Шалом» с норвежским тан-кером «Столт Дагали»: уцелевшую носовую часть танкера удалось спасти и, более того, – продлить жизнь этому судну в 1965 г., соединив на стапеле с другой уцелевшей от морской катастрофы кормовой частью шведского тан-кера «К.Т.Гогстад».

Рис. 63. Английское серийное амфибийное судно на воздушной подушке типа "Сандерс Роу SR 5" (L= 11,9 м; B= 7 м; D= 9,1 т; v= 66 уз; N= 900 л.с.), построенное в 1964 г., открыло целый ряд аварий судов этого нового типа

из за потери остойчивости как на тихой воде, так и волнении. К этому времени скеговые СВП существовали уже давно, но они не испытывали серьезно этой проблемы, так как представляли собой, по сути, катамараны с гидродинамической разгрузкой; создание же амфибийных СВП стало возможным лишь тогда, когда появились надежные материалы и технологии для гибкого ограждения (юбки) воздушной подушки. Однако именно она из-за своей эластичности и вызвала серьезные проблемы в отношении как поперечной, так и продольной остойчи-

вости у судов этого типа, которые пришлось решать ученым-кораблестроителям в конце 60-х годов.В 1967 г. Кунс, используя идею разбиения поверхности и параметрические сплайны Фергюсона, разрабатывает общую

теорию порций поверхности с помощью так называемых сглаживающих В-сплайнов, раз-ница которых по сравнению с интерполяцион-ными сплайнами показана на рис.64. Теория Кунса позволяет реализовать плавное локаль-ное изменение поверхности при заданных че-тырех граничных кривых, образующих на по-верхности заплату или порцию. При этом локальное изменение поверхности произво-дится с произвольной точки управления, на-ходящейся над или под ней (рис.65).Рис.64. Сравнение характера интерполяци-

онного сплайна (а) и В-сплайна (б) по отношению к семи узловым точкам описываемой поверхности.

Рис.65. Схема локального изменения поверхности: 1 – порция или заплата на произвольной поверхности; 2- граничные кривые порции; 3 – точка управления; 4 – линии сплайнов локально измененной поверхности.События 1967 г.Демонстрация перед публикой трехметровой модели подводной лодки американского инженера Стюарта Уэя, пере-мещающейся в воде со скоростью 2 уз с помощью магнитогидродинамического движителя.

В СССР идет серийное строительство первых в мире стеклопластиковых судов – рейдовых тральщиков для ВМФ. Атака и потопление арабскими ракетными катерами типа «Комар» израильских эсминцев «Эйлат» и «Хайфа» во время арабо-израильской войны 1967 г., что явилось первым боевым применением противокорабельных крылатых ра-кет. Строительство в связи с закрытием Суэцкого канала первых супертанкеров дедвейтом до 200 тыс.т, осуществляю-щих доставку арабской нефти через Африку, и первая крупная экологическая катастрофа американского танкера «Торри Каньон» у берегов Англии, в результате чего в море вылилось около 100 тыс.т нефти. В 1971 г. на основании работ Бернштейна и Кунса математик Безье разрабатывает первую диалоговую систему мате-матического моделирования поверхности UNISURF, которая позволяла с помощью специальной сетки управления, состоящей из ломаных линий (ломаных Безье), легко проектировать отдельные участки кривых или поверхностей. Такую систему трудно переоценить как мощную предпосылку создания первых автоматизированных систем проекти-рования сложных поверхностей, в том числе корабельных (рис.66).

, (1971 г.)

где - радиус-вектор произвольной точки управляемого сплайна; n – cтепень сплайна; - радиус-вектор n+1 вершин однозначно ассоциированной с кривой сплайна ломаной Безье; t – параметр от 0 до 1; φ i = (n! t i (1 – t ) n - i)/(( n –1 )! t! ) – базовые функции полиномов Бернштейна.Не случайно уже через несколько лет первые автоматизированные системы проектирования, используемые в судостро-ении, уже содержали элементы сплайн-интерполяции и аппроксимации сложных поверхностей, которые были осно-ваны на последних достижениях вычислительной геометрии. Тогда, несмотря на то, что эти достижения были также востребованы для математического моделирования земной поверхности в программном обеспечении бортовых ЭВМ первых низколетящих крылатых ракет, уже открывались реальные перспективы ликвидации в технологии судострое-ния трудоемких и дорогих плазовых работ за счет полной автоматизации технологической подготовки производства.

Рис.66. Управляющая поверхность Безье: 1 – управляемая поверхность кубической сплайн-аппроксимации; 2 – управляющая сеть Безье; 3 – угловые неподвижные точки; 4 – управляющие точки.События 1971 г.Советской АПЛ типа «Анчар», первой в мире подводной лодкой с титановым прочным корпусом, устанавливается рекорд подводной скорости хода – 45 уз. В Ленинграде достраивается самая большая в мире рыбопромысловая база “Восток” (D=43400 т), несущая на борту целую флотилию рыбодобывающих судов. В Японии строится самый мощный в мире теплоход - контейнеровоз “Эльба Мару” (D=59630 т), имеющий трехдизе-льную энергетическую установку суммарной мощностью 84600 л.с. Между США и СССР подписан договор о запрещении размещения ядерного оружия и других видов оружия массового поражения в Мировом океане. Трагедия греческого парома «Хелеанна», потрясшая весь мир: вопреки традиции капитан судна, его офицеры и члены команды первыми оставили горящее судно, бросив пассажиров на произвол судьбы. В 1974 г. испанская фирма Sener разработала первую интегрированную систему автоматизированного проектирования и технологической подготовки производства судов (САПР и АСТПП), которая получила название ФОРАН, позволяю-щую автоматизировать все работы по проектированию и подготовке производства судна - от проектно-конструкторс-ких до технологических. В отличие от американских САПР, ФОРАН была ориентирована на крупномасштабное строи-тельство гражданских судов. В середине 70-х годов Испания, во многом благодаря переводу своей судостроительной промышленности на использование этой системы, пережила самый настоящий судостроительный бум: уже в 1977 г. эта страна занимала второе после Швеции место в Европе по выпуску гражданских судов (1813 тыс. рег. т.).

Аналогичные САПР вслед за этим были созданы в Швеции и Норвегии, Великобритании и Японии (рис.68). Приме-нение систем автоматизированного проектирования и подготовки производства в процессе создания судна явилось самой настоящей технологической революцией в отрасли: то, чем занимались целые проектно-технологические орга-низации, в которых работало над проектированием и подготовкой производства судна до нескольких сотен людей в течение одного - двух лет, стало вполне посильным для нескольких десятков человек, вооруженных вычислительной техникой с устройствами печати документации и способных создать рабочий проект судна за 2-3 месяца.

Рис.67. Танкер дедвейтом 260 тыс.т, спроектированный в 1974 г. испанской судостроительной фирмой Astilleros Espanoles с помощью САПР “Форан”.

Рис.68. Схема интегрированной системы автоматизированного проектирования и подготовки производства судов (САПР).

События 1974 г.Подписана Международная Конвенция по охране человеческой жизни на море (SOLAS). В ФРГ закладывается супертанкер “Иоанис Колокотронис” водоизмещением 444000 т и длиной 370,2 м, который явился самым большим в мире судном, спущенным с традиционного наклонного стапеля (спусковой вес 57000 т). Первые рейсы самого большого в мире нефтерудовоза - шведского “Свеаленда”, имеющего водоизмещение 317000 т (L=338,2 м). В США на деньги миллиардера Говарда Хьюза построено уникальное в техническом отношении судно “Гломар Эксп-лорер”, которое в 1976 г. выполнит секретную операцию “Дженифер” по подъему советской ракетной ДЭПЛ пр. 629 (“Гольф”), затонувшей в Тихом океане в 1968 г. на глубине более 5000 м. В СССР идет подготовка к строительству самой глубоководной боевой подводной лодки, имеющей титановый проч-ный корпус и способной погружаться на рабочую глубину 1000 м. Уникальность корабля предопределила и значитель-ные сроки его создания: получившая название «Комсомолец», атомная подводная лодка была сдана флоту только в 1983 г. В США закончены успешные испытания первого в мире экспериментального судна с малой площадью ватерлинии “Каймалино” (D=220 т). В центре Марселя во время земельных работ обнаружены останки древнеримского корабля (160-220 г.н.э). Во Франции заложено самое большое специально спроектированное судно за всю историю судостроения и мореплава-ния - супертанкер “Батиллус” (DW=550000 т, L=414,2 м). Совершают круизные рейсы под советским флагом последние среднетоннажные кунардовские пассажирские лайнеры послевоенной постройки - однотипные “Леонид Собинов” (“Кармания”, BRT=22636 рег.т) и “Федор Шаляпин” (“Франония”). Год идут археологические работы на островах Флорида-Кис в Карибском море по подъему останков испанских галео-нов “Нуэстра синьора де Аточа” и “Санта Маргарита”, затонувших в 1622 г. во время урагана с грузом меди, золо-та и серебра: подводно-технические работы продлятся до 1985 г. и принесут доход в 400 млн. долл.

Рис.69. Советский малый десантный корабль-экраноплан типа "Орленок" (L= 58 м; B= 31,5 м (с крыльями); T= 1,5 м; D= 140 т; v=180 уз; N=15000 л.с), опытный прототип которого, созданный конструкторским бюро Р.Алексеева в 1974 г., испытал всю серьезность проблемы обеспечения устойчивости судов этого типа на переходных режи-мах: в результате одного из многочисленных испытаний экраноплан получил серьезные повреждения, что пот-ребовало от ученых и конструкторов интенсивных исследований вплоть до запуска корабля в серийное произ-водство в 1982 г. С развитием САПР в дальнейшем за счет использования более совершенных пакетов прикладных программ для сплайн-аппроксимации судовой поверхности и расширения использования автоматов с ЧПУ к середине 80-х годов на передовых судостроительных предприятиях плаз как традиционно интеллектуальная структура производства потерял свое былое значение в современной технологии судостроения.*) Афинным называется перестроение корпуса с изменением масштаба по осям и сохранением коэффициентов его фо-рмы.Так, к примеру, созданная в 1985 г. американской компанией Протеус первая версия пакета FastShip позволяла по про-ектной таблице ординат формировать математически гладкую поверхность с помощью параметрических кубических В-сплайнов (рис.72), афинно*) перестраивать ее и затем легко модифицировать в любом локальном направлении, вы-давая в любой точке поверхности плазовые координаты.В 1978 г. английскими учеными Карлом Бреббиа и Стефаном Уокером сформулирован новый численный метод для решения многих пространственных задач механики твердого тела и сплошных сред - метод граничных элементов, который нашел применение прежде всего в задачах гидроупругости. В отличие от метода конечных элементов, иссле-дуемая материальная система разделяется на части, связанные совместными уравнениями перемещения по граничным поверхностям, что позволяет решать сложные задачи взаимодействия как сплошных сред между собой, так и твердого тела со сплошной средой на совершенно ином качественном уровне.События 1978 г.

Австралийцем К. Ворби на турбореактивном глиссере “Спирит оф Австралия” установлен абсолютный рекорд скорости на воде - 511,1 км/час. В норвежском городе Ставангере начато строительство крупнейшей в мире стационарной гравитационной буровой платформы из железобетона “Статфиорд Б”, имеющей водоизмещение 849000 т. В Англии заложено самое большое пластмассовое судно - головной тральщик “Брекон” водоизмещением 725 т. В Швеции построено самое широкое судно мира - супертанкер “Нанни” (D=570000 т), имеющий ширину корпуса 79 м (!). Испытания в США самых быстроходных скеговых судов на воздушной подушке типа “SES-100”, которые показали скорость от 80 до 92 уз. Первый групповой поход подо льдами Арктики двух советских АПЛ. В корейском городе Окпо заканчивается создание самого большого в мире сухого строительного дока длиной 525 м и шириной 131 м. В СССР ведется серийное строительство АПЛ типа «Лира» с титановым корпусом, которые наряду с быстроход-ностью и большой глубиной погружения впервые оснащены корабельными реакторами на промежуточных нейтронах с надежным жидкометаллическим теплоносителем первого контура (сплав свинца и висмута). Завершено последнее плавание норвежского ученого-путешественника Тура Хейердала на тросниковой лодке “Тиг-рис” по маршруту Ирак - устье Инда - Джибути. В Северодвинске идет постройка самой большой в мире подводной лодки - головного атомного ракетоносца типа “Акула” водоизмещением 28/49 тыс. т (L=172,8 м, B=23,3 м). Авария энергетической установки советской РАПЛ “К-171” типа “Налим” во время боевого дежурства в Тихом оке-ане, в результате которой погибло 3 чел. В СССР на Балтийском заводе идет строительство самого большого в мире атомного крейсера типа “Киров” (D= 23750 т, N=140000 л.с, v=32 уз). Сгорел от умышленного поджога шедевр послевоенного итальянского кораблестроения - пассажирский лайнер “Лео-нардо да Винчи”. Катастрофа у сев.-зап. побережья Франции американского танкера “Амоко Кадис” (DW=228450 т), которая являе-тся одной из самых крупных за всю историю судоходства: в море вылилось около 200 тыс. тонн нефти и нефтепро-дуктов.

Рис. 70. Французское научно-исследовательское судно "Алсион" (L= 27,4 м; B= 9 м; T= 0,9 м; D=76 т; N= 230 кВт), построенное в 1985 г. по заказу Ж. Кусто для замены знаменитого "Калипсо", было оборудовано двумя "турбопарусами", использующими для создания тяги отсос пограничного слоя.

Рис.71. Первые серийные пассажирские суда на воздушной каверне «Линда» (L=24 м, В=4 м, Т=0,95 м, D=25 т, v=61 км/ч и N=1000 л.с), построенные в СССР в 1993 г., по своим характеристикам близки знаменитым алексе-евским СПК «Ракета» (см. рис.58), однако обладают рядом очевидных преимуществ, очень важных для речных пассажирских судов, в том числе энергетического характера: 25-процентная экономия топлива, малая осадка и низкий уровень шума и вибрации.

а) б)

Рис.72. Сеть управления поверхностью (а) и сплайн-аппроксимация плазового корпуса (б) реального судна в пакете программ САПР FastShip пятой версии, разработанной фирмой Протеус в 1997 г. Вместо послесловияВ качестве компенсации внезапного окончания нашей истории хотелось бы отметить значение отечественной кора-бельной науки. Как известно со времен Петра Великого в России, а затем и Советском Союзе развитию судостроения всегда уделялось достаточно большое внимание, несмотря на то, что наша страна географически является сугубо кон-тинентальной. Это предопределило в свое время интенсивное развитие корабельных наук в нашей стране как крупней-шей морской державе и, несмотря на справедливую мысль об интернациональном характере науки, мы всегда будем гордиться целой плеядой выдающихся отечественных ученых-кораблестроителей, механиков и математиков, внесших вклад мирового значения в корабельные науки.

Эпогея своего развития отечественные корабельные науки получили после второй мировой войны в период с 50-х по 80-е годы, о чем свидетельствуют технические достижения в области судостроения, связанные с нашей страной. И сейчас, после сильнейшего кризиса, который испытала страна за прошедшее время, хочется верить, что молодое поко-ление наших ученых-кораблестроителей будет верно традициям отечественной научной школы и удержит передовые позиции в корабельной науке и в дальнейшем. Россия была сильнейшей морской державой и во имя наших предков, нашего будущего должна оставаться таковой.

История определения сопротивления воды движению судовАда Шаломовна Готман,д.т.н., профессор кафедры теории и устройства корабляНовосибирской государственной академии водного транспортаОчарование,которым обладает наука, позволяет нам преодолеть естественное отвращение ко всякому напряжению ума.Гаспар Монж ПредисловиеОпределение сопротивления воды движению судна - одна из самых удивительных по простоте постановки и трудности решения проблем. Её изучение потребовало огромного напряжения ума многих учёных в течение последних столетий. История этой проблемы украшена замечательными именами и замечательными идеями.Полное сопротивление воды движению судна - это сумма гидродинамических сил, действующих со стороны жидкости на смоченную поверхность корпуса. Часть этих сил зависит от вязких свойств жидкости, создавая сопротивление тре-ния и турбулентный попутный поток. Часть сил связана с гравитацией и даёт волновую составляющую сопротивления, создавая вокруг судна две системы волн, каждая из которых заключена в своём полубесконечном клине. Вершина од-ного клина находится в носу судна, а вершина второго - в корме; и обе волновые системы, как приклеенные, движутся вместе с судном.При проектировании корпуса судна необходимо решить два вопроса. Первый связан с возможно более точной оценкой полного сопротивления судна с заданной формой корпуса. Для этого используются расчётные методы и модельные испытания в опытовом бассейне. Второй вопрос – это поиск формы обводов с наименьшим сопротивлением воды. Для решения этой задачи проводятся испытания серии моделей судов с разными обводами корпуса. Расчетные методы в этом случае дают только направление, в котором нужно менять форму корпуса, чтобы получить наименьшее сопротив-ление.Одним из самых поразительных исторических событий была организация в середине двадцатого века – века холодных и мировых войн международного сообщества учёных для решения проблемы определения сопротивления воды движе-нию судна.Некоторые даты историиНесмотря на то, что люди строят суда тысячи лет, вопрос о расчёте сопротивления корпуса при его движении практи-чески возник только тогда, когда вместо парусов и рабов на судно поставили двигатель. Для того чтобы посчитать скорость, которую может обеспечить данный двигатель, нужно посчитать сопротивление воды. Но ещё до появления двигателей делались попытки научно подойти к изучению движения судов. Первый пароход Фултон построил в 1807 году, а самый первый труд, посвященный описанию движения тел в воде, был написан ещё Леонардо да Винчи (1458-1519) и назывался«О движении и измерении воды», но опубликовали его только через 300 лет.Интересно проследить за развитием идей, связанных с определением сопротивления воды движению судна.1687 год – Исаак Ньютон(Англия) впервые попытался создать теорию сопротивления воды движению тел в жидкой среде, которую опубликовал в труде«Математические начала натуральной философии». Его формула квадратичного закона зависимости сопротивления от скорости явилась большим научным открытием того времени. И совершенно замечательной оказалась формула Ньютона о связи касательных напряжений в жидкости с динамическим коэффицие-нтом её вязкости и градиентом скорости. Эта формула Ньютона используется в гидродинамике не меньше, чем его за-коны в механике.1746 год – П. Буге (Париж) написал «Трактат о корабле, о его конструкции и его движении». 1749 год – Леонард Эйлер (Россия) написал монографию «Корабельная наука», а в 1778 году – «Полное умозрение строения и вождения кораблей». Взамен теории ударов Ньютона Эйлер разработал теорию обтекания и даже получил формулу зависимости сопротивления воды от площади миделя, удлинения корпуса судна, плотности жидкости и ква-драта скорости его движения.1756 год – Бэрд (Англия) впервые провёл испытания моделей судов в опытовом бассейне длиной10 метров.1775 год – Ж.Л. Д’Аламбер, Э. Боссю, М.Ж.А. Кондорсе(Франция) провели первые систематические сравнительные испытания моделей судов в бассейне гравитационного типа с определением сопротивления воды.1871 год – Вильям Фруд (Торквей, Англия) построил первый бассейн с тележкой, а в 1873 году он разработал метод пересчёта сопротивления с модели на натуру, пользуясь законом гравитационного подобия, идея которого принадле-жит Реху (1844).Фруд впервые предложил научный метод пересчёта на натуру результатов измерений, полученных на моделях в бассе-йне. Метод Фруда является одним из самых замечательных по своей практичности. Для выделения сопротивления трения Фруд высказал замечательную идею об эквивалентных досках. Проводятся буксировочные испытания тонких досок, площадь которых равна площади смоченной поверхности корпуса судна, а потом их сопротивление вычитается

из полного сопротивления судна. Таким путём получается остаточное сопротивление, которое пересчитывается на на-туру по закону подобия Фруда. Кроме того, Фруд получил критерий подобия гравитационных сил модели и судна, ко-торый называется числом Фруда. Экспериментальная теория Фруда до сих пор сохраняет своё преимущественное зна-чение, потому что приближения теории всё ещё менее точны, чем эксперименты.1880 год – Д.И. Менделеев(Россия) опубликовал работу «О сопротивлении жидкостей и о воздухоплавании». Он изло-жил основы учения того времени о сопротивлении трения и указал на необходимость связи теории и опыта. По его инициативе и поддержке в Петербурге был построен первый в России опытовый бассейн, носящий его имя и действу-ющий поныне. Первыми научными руководителями этого бассейна были А.Н.Крылов и И.Г. Бубнов, которые стара-лись применять теорию одновременно с экспериментальными исследованиями. Под руководством акад. А.Н. Крылова сформировалась школа русских учёных-кораблестроителей, отличительной чертой которой является доведение теоре-тических выводов до практических средств инженерного расчёта. Эта тенденция является традиционной в отечествен-ной науке. После смерти А.Н. Крылова почти ежегодно проводятся Крыловские чтения, на которых обсуждаются по-следние теоретические и экспериментальные достижения.1883 год – Осборн Рейнольдс (Англия) получил безразмерный критерий подобия потоков вязкой жидкости, который называется числом Рейнольдса. При пересчёте результатов модельных испытаний на натуру число Рейнольдса необ-ходимо так же, как и число Фруда. Число Рейнольдса – это тоже замечательная практическая идея в области опреде-ления сопротивления воды движению судов. Александр Гюстав Эйфель(Франция) нашёл критическое число Рейноль-дса, при котором происходит переход ламинарного режима течения к турбулентному.1887 год – Лорд Кельвин – Томсон (Англия) теоретически решил задачу о корабельных волнах от движущегося импу-льса давления, используя теорию бесконечно малых волн. Он впервые получил значение 38°56′ – угла клина, внутри которого наблюдаются корабельные волны, знакомые любому, кто видел движение какой-нибудь лодки или судна.1898 год – Джон Генри Мичелл впервые разработал линейную теорию волнового сопротивления судна и получил формулу для волнового сопротивления узкого судна при движении по поверхности идеальной жидкости бесконечной глубины. Мичелл установил зависимость волнового сопротивления судна от уравнения поверхности корпуса, выразив её в виде интеграла, который носит его имя. Эта фундаментальная работа оказалась незамеченной в течение почти три-дцати лет. Объяснить это можно только тем, что Мичелл не привёл результатов расчётов, хотя он, по свидетельству его брата (также почётного члена английского Королевского Научного общества), выполнил их для большого количес-тва реальных судов.Эта замечательная работа Мичелла в области определения сопротивления воды движению судна не потеряла своего значения и по сей день. Интеграл Мичелла играет не меньшую практическую роль, чем метод Фруда и труды Рейноль-дса.Итак, девятнадцатый век закончился получением теоретического решения задачи о волновом сопротивлении судна в точной линейной постановке.Первая половина двадцатого века.Двадцатый век начался с попыток решать задачи с учётом вязкости жидкости.1904 год – Людвиг Прандтль(Германия) разработал теорию пограничного слоя, которая оказалась исключительно пло-дотворной как с практической, так и теоретической точки зрения.

Джон Мичелл (1863–1940)Рис. 1. Типичное соотношение между расчетной кривой Мичелла и экспериментальной кривой остаточного сопротивления.В середине двадцатых годов В. Виглей в Англии и Г. Вейнблюм в Германии обратили внимание на работу Мичелла. Они разработали большие серии моделей с аналитически заданными обводами, что позволило достаточно точно счи-тать интеграл Мичелла и сравнивать результаты расчётов с данными экспериментов. Выяснилось, что интеграл Миче-лла даёт хороший качественный результат, особенно, когда модели отвечают ус-ловиям Мичелла. Условия были сле-дующие: во-первых, отношение ширины корпуса к его длине должно быть малым; во-вторых, осадка должна быть бо-льшой. Серийные испытания Виглея и Вейнблюма позволили достаточно полно изучить интеграл Мичелла и исполь-

зовать его для разных форм корпуса. Типичные результаты расчётов показаны на рис. 1, откуда видно, что интеграл Мичелла даёт хороший качественный результат, но расчётная кривая имеет горбы и впадины, которых никогда не бы-вает на экспериментальных кривых.

В. Виглей (1890-1970)Виглей и Вейнблюм объясняли наличие отражения. Для того, чтобы исключить влияние го-рбов и впадин на расчётной кривой волнового свободной поверхности и корабельных волн, сопротивления тем, что интеграл Мичелла получен без учёта вязкости жидкости. Для опре-деления области применимости интеграла Мичелла Вейнблюм и др. провели испытания мо-дели, которую они назвали «шероховатой пластиной» с отношением длины к ширине 37,67. Оказалось, что при числе Фруда больше 0,2 расчётные горбы и впадины совпадают с полу-ченными в эксперименте. В 1969 году С. Шарма провёл в Гамбурге подобные испытания модели с относительным удлинением, равным 20. Экспериментальная кривая совпала с рас-чётной кривой Мичелла при числах Фруда больше 0,3. Т. Хавелок (1935) и В. Виглей(1937–38) пытались привести в соответствие расчётные и экспериментальные кривые волнового сопротивления для моделей судов разной формы с помощью введения в формулу Мичелла

поправочных коэффициентов. Для того, чтобы разработать практически полезную теорию определения волнового со-противления, необходимо было не только понять причины расхождений между теорией и экспериментом, но и найти способы экспериментального выделения волнового сопротивления из полного.Дублированная модель 1924 год – Г. Фёттингер реализовал высказанную им ещё в1903 году идею использования дублированной модели для разделения вязкостного и волнового сопротивления. Дублированная модель – это соединённые по плоскости действу-ющей ватерлинии поверхности подводной части корпуса судна и её зеркального дублированную модель испытывают либо глубоко под поверхностью жидкости в опытовом бассейне, либо в аэродинамической трубе. Таким путём полу-чают сопротивление трения плюс сопротивление формы. При движении модели по поверхности жидкости получают полное сопротивление в виде суммы составляющих трения, формы и волнового. Г. Фёттингер не только предложил эту замечательную идею, но разработал метод пересчёта на натуру результатов испытаний модели в аэродинамической трубе, используя число Рейнольдса в качестве критерия подобия.Использование дублированной модели - это второй шаг после Фруда в развитии экспериментальных способов опреде-ления составляющих полного сопротивления.Т. Хавелок выполнил ряд теоретических работ, в которых дублированная модель используется в теории волнового со-противления и волнообразования для описания поверхности корпуса с помощью гидродинамических особенностей. И если дублированная модель для экспериментов – это реальное физическое тело, то в расчётах – это воображаемая замкнутая поверхность, по которой распределены гидродинамические особенности в виде источников, диполей или вихрей. Моделирование поверхности судна с помощью дублированной модели широко используется в современных

численных методах определения сопротивления движению судна.Т. ИнуиВолновой анализ и обследование попутного потока. 1960 год – впервые в работе бассейнов начинают использовать методы, который называют – «анализом волнообразования», «волновым анализом» и «обследованием попутного потока». Если Фруд и его последователи занимались, в основном, замерами сил, то в Японии начали-сь интенсивные наблюдения за волновой картиной. Количественное измерение параметров волн для определения волнового сопротивления – замечательная идея. Конечно, наблюдения за волнообразованием велись всегда, но использовали картину волнообразования для коли-чественной, а не качественной, оценки сопротивления только в шестидесятые годы прош-лого столетия. Для этого пришлось использовать компьютерную технику и стерео – фото-графирование. Кроме волн замеряется потеря количества движения для оценки вязкостного сопротивления судна.

Линейные теории С 1908 Т. Хавелок (Англия) опубликовал около 40 статей по волнам и волновому сопротивлению, которые стали базой для дальнейшей работы в этой области.В тридцатые годы прошлого столетия русские учёные Л.Н. Сретенский, Н.Е. Кочин, И.Г. Ханович и Л.И. Седов интен-сивно изучали решение Мичелла. Тогда же Н.Е. Кочин получил решение, подобное интегралу Мичелла. Для упроще-ния расчётов Кочин протабулировал функцию, которая носит его имя и широко используется во всём мире. Во второй половине двадцатого века линейной теорией волнового сопротивления занимались крупные учёные разных стран: Дж. Лунде (Норвегия), Дж. Ньюман (США), Б. Андерссон (Швеция), Т. Инуи, Е. Баба, Х. Маруо и М. Бесшо (Япония), Е. Так и Л. Докторс (Австралия), К. Эггерс (Германия) и др.В начале шестидесятых годов Г. Воссерс и Е. Так попытались применить модель, так называемого, удлинённого тела для судов. В этом случае у судна не только ширина, но и осадка принимается малой. Эта идея казалась привлекатель-ной с точки зрения упрощения теоретического решения задачи.

Л. Докторс Е. Так Ф. Ноблесс Дж. Ньюман Г. Вейнблюм (1897–1974)Среди перечисленных замечательных имён Е. Так занимает достойное место, решив к настоящему времени сотни за-дач из области корабельной гидродинамики. Не менее плодотворно работают сейчас Дж. Ньюман (США), Ф. Ноблесс (Франция) и Л. Докторс (Австралия). Список научных публикаций, каждого из них длиннее этой статьи.Внимание учёных к линейным теориям вполне понятно. Обычно в любых инженерных расчетах ограничиваются реше-нием первого порядка, потому что при этом получают главную часть искомой величины. Линейная теория Мичелла подтверждает это положение. И всё было бы хорошо, если бы интеграл Мичелла можно было использовать для вычис-ления волнового сопротивления реальных судов. Дело не только в горбах и впадинах, отражающих взаимодействие ко-рмовой и носовой волновых систем судна в идеальной жидкости. Эти линейные теории нельзя использовать для широ-ких судов типа речных, судов прибрежного плавания, рыболовных и т.п., так как одним из допущений, позволивших Мичеллу получить решение задачи, было условие малого отношения ширины корпуса к его длине.Начало шестидесятых годов Упорные исследования продолжались во многих опытовых бассейнах СССР, Франции, Швеции, Германии, Англии, США, Японии. В 1956 году в Вашингтоне состоялся первый Международный Симпозиум по гидродинамике морских судов (Symposium on Naval Hydrodynamics). С тех пор каждые два года вновь собираются на этот симпозиум специа-листы всех континентов. Результаты исследований публикуются не только в трудах симпозиума, но и в научных жур-налах. Надо отметить большую роль издающегося с1957 года американского журнала Journal of Ship Research, а также журнала по механике жидкости Fluid Mechanics. До начала шестидесятых годов, в основном, в них публиковались ре-зультаты систематических серийных испытаний моделей судов разного типа. Причем, при проведении этих испытаний теория использовалась очень мало. Научная мысль получила сильный толчок в1963 году. К этому времени резко повы-сились мировые цены на топливо, и судовладельцы и судостроители заинтересовались возможностью повысить ходо-вые качества судов за счёт улучшения форм корпуса судна. Снизить сопротивление морских судов стало насущной необходимостью. Большую роль в организации работы по расчётам волнового сопротивления и по выбору обводов с наименьшим сопротивлением сыграл замечательный учёный Георг Вейнблюм. Именно по его инициативе возникло то мировое сообщество, которое все усилия направило к решению упомянутых выше задач. Это сообщество состоит из крупных учёных, и стоит того, чтобы войти в историю мировой науки, как замечательное явление. Эта статья стимули-рована успехами работы именно этого международного сообщества.

В.Г. Сизов А.А. Костюков Джон Вехаузен Роже Брар Клаус Эггерс М. Бесшо (1909-1976) (1907-1977)Г. Вейнблюм, работая в Опытовом Бассейне Давида Тейлора в Вашингтоне, содействовал созданию Американской школы корабельной гидродинамики, в которую привлёк математиков Л. Ландвебера, Ф. Михельсена, М. Тулина, Дж. Вехаузена, Ф Урселла, К. Эггерса, Ф. Ноблесса, Г. Дагана и др. Вейнблюм говорил, что для решения задачи о сопроти-влении воды движению судов необходимы«не судостроители, физики, гидромеханики, а математики», потому что, по его словам, «теория судна слишком трудна для инженеров». В 1952 году Вейнблюм стал директором вновь основанно-го Института Кораблестроения в Гамбургском Университете. Этот институт и по сей день привлекает к научной ра-боте талантливых учёных.В то же самое время, а именно в1959 году, в Японии был организован «домашний симпозиум», для сотрудников нау-чно-исследовательских институтов, профессоров университетов, судостроительных институтов и аспирантов. Время показало, что эти объединенные усилия дают хорошие результаты.

1961 год - В.Г. Сизов (Одесса) впервые решил задачу определения волнового сопротивления судна с учётом нелиней-ных эффектов. Это первенство и по сей день отмечается во всех работах, посвящённых волновому сопротивлению су-дна.1962 год – Дж. Хесс и А. Смит разработали численный метод определения поля скоростей и давлений вокруг полнос-тью погруженного тела произвольной формы. Это был важный шаг в истории развития численных методов в гидроди-намике судна. Семинар в Анн Арборе Г. Вейнблюм совместно с Р. Кохом решили организовать Международный Семинар по теоретическому и эксперимен-тальному определению волнового сопротивлению, который и состоялся в Анн Арборе при Мичиганском Университете в августе в1963 года. На семинар было представлено 39 работ (на 1352 стр.). От СССР лично никто не присутствовал, но обсуждалась вышедшая в 1959 году книга А.А. Костюкова «Теория корабельных волн и волнового сопротивления».На Анн Арборском семинаре дебютировала группа учёных из Японии Т. Инуи (Токио), М. Бесшо (Иокогама), Х. Ма-руо (Иокогама) и Х. Кайитани (Токио), которым была для этого оказана финансовая поддержка, и которые в дальней-шем стали замечательными участниками работы этого сообщества.Большую роль в организации Анн Арборского семинара играл профессор Дж. Вехаузен. Блестящий математик, знаю-щий почти все европейские языки, а также русский и турецкий, он смог быстро составить большую библиографию ра-бот по поверхностным волнам, по волновому и вязкостному сопротивлению судов на глубокой и мелкой воде и в двух-слойной жидкости. Эта библиография помогала и сейчас помогает ученым знакомиться с работами, выполненными в разных странах. Вехаузен (совместно с Лайтоне) написал в 1960 году энциклопедический труд по поверхностным вол-нам, до сих пор не потерявший своей актуальности, и в настоящее время заботами его коллег записанный на сайте в Интернете. Но Вехаузен занимался не только составлением аналитических обзоров и библиографий. Он получил фун-даментальные решения задачи о волновом сопротивлении в нелинейной постановке по методу Эйлера и Лагранжа. Ве-ликолепный педагог – он воспитал прекрасных учёных. Говоря о Вехаузене, невозможно не сказать о его личной скро-мности и обаянии, которые отмечаются всеми, кто имел счастье общаться с этим замечательным человеком.

Участники семинара в Анн Арборе в августе 1963 года Сидят (справа налево) К. Эггерс, С. Шор, Т. Инуи, Дж. Вехаузен, Л. Ландвебер, Г. Вейнблюм, Р. Кох, Ф. Урселл (третий слева), Р. ТимманВейнблюм, Вехаузен, Брар, Эггерс, Бесшо, Маруо, Инуи не только определили высокий математический уровень тео-ретических работ в области волнового сопротивления, но создали доброжелательную атмосферу взаимопомощи и под-держки в процессе работы. Сложилась прекрасная традиция обмена(до опубликования) полученными результатами и практика проверки теоретических работ. Установление дружеских отношений внутри этого мирового сообщества ста-ло непременным условием совместной работы.На семинаре в Анн Арборе был выбран Международный Комитет опытовых бассейнов во главе с академиком, вице-адмиралом Роже Браром. На семинаре, в основном, обсуждались расхождения между теорией и экспериментом. В ре-зультате работы семинара были определены следующие задачи: 1) найти пути улучшения линейной теории Мичелла, которая позволяет искать формы корпуса судна с наименьшим волновым сопротивлением; 2) найти пути решения за-дачи в нелинейной постановке, то есть, точной задачи движения судна с постоянной скоростью по поверхности идеа-льной жидкости; 3) найти пути экспериментального определения волнового сопротивления вместо остаточного, кото-рое определяется по закону Фруда; 4) выявить причины слишком резко выраженных горбов и впадин на теоретической кривой волнового сопротивления; 5) найти теоретические возможности определения волнового сопротивления при движении судна в вязкой жидкости.

К. Эггерс, А.Гамст, Т. Инуи, Дж.Вехаузен, Х Кайитани (сидит), К.Накатаке, Т.Милох, С. ШармаВ Анн Арборе обсуждались методы определения волнового сопротивления по замерам волн. Были предложены неско-лько методов для таких измерений. Благодаря хорошим контактам с Американским Бюро Военно-морских исследова-ний и большому личному обаянию, Вейнблюм дал начало многим международным встречам, симпозиумам и семина-рам. Клаус Эггерс, один из ведущих учёных Германии в области гидромеханики судов, выполнил ряд эксперимента-льных и теоретических исследований волнового сопротивления. Нужно отметить личное обаяние Клауса Эггерса, бла-годаря которому Вейнблюм поручил ему поддерживать связь с учёными Востока. В частности, он постарался облег-чить японским учёным участие в Анн Арборском семинаре. В то время японские ученые плохо владели английским языком.13 лет после Анн Арборского семинараЕсли до этого знаменитого семинара публиковалось всего несколько работ о волновом сопротивлении в год, то после него решения появлялись десятками и сотнями. Научные статьи, и отчёты начали появляться сотнями. Казалось, что ознакомиться со всеми работами совершенно невозможно. Особенно трудно было учёным в СССР из-за отсутствия необходимых журналов и материалов симпозиумов. Но время от времени появлялись хорошие обзоры. Здесь следует выделить книжку Дж. Вехаузена (1973) по волновому сопротивлению судов. Эта обзорная работа по сопротивлению в силу своей глубины не теряет актуальности и поныне. Кроме того, ситуация несколько облегчалась тем, что в то время требовалось каждую статью начинать с краткого обзора и анализа предшествующих работ.

Е. Баба Х. Маруо Х. МиятаМ. Бесшо (период 1960–76, Иокогама) сделал ряд важных теоретических работ. После Анн Арборского семинара были осуществлены теоретические работы по нелинейным теориям волнового сопротивления. М. Икехата (1965, Кавасаки), К. Эггерс (1966, Гамбург), Х. Маруо (1966, Иокогама), Б. Йим (1968, США) и Дж. Вехаузен (1969, Беркли) сделали фу-ндаментальные работы по теории волнового сопротивления второго порядка с разными граничными условиями.1969 год – Е. Баба обнаружил в процессе теоретического и экспериментального изучения полного сопротивления суд-на новую вязкостную составляющую. При определении потери общего напора, появилась дополнительная потеря ко-личества движения вне попутного потока. Предварительные теоретические исследования этой составляющие показали, что она подчиняется закону подобия Фруда, несмотря на то, что обнаруживается при изучении попутного потока. Эта составляющая позволила объяснить, почему волновое сопротивление, полученное с помощью техники волнового ана-лиза, оказалось слишком маленьким по сравнению с разностью полного и вязкостного сопротивления.1975 год – Е. Баба и К. Такекума разработали новую нелинейную теорию, так называемую, теорию малой скорости, которая явилась большим шагом вперёд после долгого периода мучительных поисков.

Скорости коммерческих судов малы с точки зрения изучаемого диапазона относительных скоростей. Баба и Такекума исходили из того, что все основные процессы, которые вносят нелинейные эффекты и влияют на образование поверх-ностных волн, происходят в тонком слое под свободной поверхностью жидкости. Исходя из этих соображений, они разделили поток вокруг судна на подповерхностный пограничный слой и поток вокруг дублированной модели. Это я идея является замечательной в истории теоретического изучения и расчёта волнового сопротивления судов.Семинар в ТокиоПосле 13 лет активной работы всех членов мирового сообщества в Токио в 1976 году состоялся новый международный семинар по волновому сопротивлению. Этот семинар имел три основные цели: 1) проследить развитие теории волно-вого сопротивления по результатам исследований за прошлую декаду и определить будущие направления исследова-ний; 2) рассмотреть тему«как использовать теорию волнового сопротивления для проектирования судов»; 3) предус-мотреть благоприятные условия для быстрых обменов неопубликованной информацией, которая полезна для теории волнового сопротивления и проектирования формы корпуса (на этом симпозиуме было высказано пожелание, чтобы японские работы по обсуждаемой проблеме публиковались на английском языке).Подготовкой этого семинара в Японии занимался профессор Токийского университета Т. Инуи. Г. Вейнблюм не дожил до этого семинара, но большую организационную помощь оказывали М. Бесшо, Х. Маруо, Х. Кайитани.На семинаре большое внимание уделялось изучению влияния вязкости, происходящее через ударные и разрушающие-ся волны, через пограничный слой и попутный поток. Х. Адачи (Япония) рассмотрел вопрос о деформации носовых волн при прохождении их вдоль корпуса (шелтерный эффект). К. Мори(Япония) предложил метод расчёта поля ско-ростей в попутном потоке судна.Несмотря на всю эту огромную работу, пригодный для инженерной практики метод расчёта волнового сопротивления так и не был получен. Оказалось, что горбы и впадины остались на расчётных кривых, полученных даже по теориям второго порядка.Во вступительной речи Р. Брар сказал, что он не допускал мысли о таком сильном сопротивлении, какое оказывает эта проблема столь мощным усилиям.Ударные волны 1979 год – в опытовом бассейне Токийского университета Инуи и Мията обнаружили волны, которые они назвали FSSW (free surface shock waves) ударными волнами на свободной поверхности. Эти волны дают вклад в виде потери количества движения. Практически они родственны обнаруженной Е. Баба в1969 году вязкостной составляющей соп-ротивленияПри изучении ударных волн была выявлена нелинейная зависимость волнового сопротивления от размерений корпуса судна, от осадки и ширины. Это обстоятельство особенно важно при выборе критериев оптимизации формы корпуса. 80-е годы исследователи Токийского опытового бассейна посвятили двум проблемам: изучению особенностей влияния носового бульба на линейные и нелинейные корабельные волны, и разработке численных методов для расчётов сопро-тивления движению корпуса судна.В это время впервые была поставлена и решена задача проектирования корпуса судна, не создающего при движении обычной картины корабельных волн. Несмотря на то, что теоретическому поиску безволновых форм корпуса посвя-щено много работ, всё-таки отработка таких обводов в опытовом бассейне оказалась более продуктивной. Открытие ударных волн оказалось важным моментом в этой отработке.Численные методы в гидродинамике CFD (Computational Fluid Dynamics)Совершенствование вычислительной техники стимулировало разработку численных методов. Начиная с1975 года, проводятся Международные конференции по численным методам в гидродинамике судов (International Conference on Numerical Ship Hydrodynamics). После десятилетий проведения многочисленных расчётов волнового сопротивления судов выяснилось, что для решения волновых задач необходимы вычислительные машины с большим быстродейст-вием и с существенно большей памятью.Вплоть до 1975 года для расчётов сопротивления воды движению судна использовалась, в основном, теория Мичелла. С появлением более мощных компьютеров численные методы стали главным инструментом.1976 год – Г.Е. Гэдд использовал замечательную идею: для удовлетворения нелинейных граничных условий на свобо-дной поверхности он использовал такой же способ, как и для моделирования корпуса судна, то есть, с помощью гидро-динамических особенностей. Таким образом, Гэдд учёл нелинейные эффекты свободной поверхности и точные усло-вия на поверхности тела. В качестве примера он посчитал волны и волновое сопротивление для судна с тупым носом и с бульбом в носовой оконечности.1977 год – С. Даусон разработал программу для расчёта волн и волнового сопротивления. Ценность работы Даусона заключается в исследовании и учёте условий рассеяния волн перед и за движущимся судном. Работа Даусона стала базовой почти для всех современных вычислений волнового сопротивления.Практически во всех опытовых бассейнах мира разработаны комплексы программ для выполнения различных расчёт-ов, в которые обязательно входит определение сопротивления судна. Перечислить и описать все используемые ныне программы невозможно, но есть такие, которые широко известны и используются судостроительными кампаниями. Это программа MICHLET и FLOTSM (Австралия, руководитель Лео Лазаускас), программа KELVIN (Германия, ру-ководитель Генрих Сёдинг), программы RANS и CHAPMAN (Руководитель Л. Ларссон, Чалмерский Университет в Гётеборге); программа CHAPMAN разработана в рамках Европейского проекта CALYPSO, главная работа которого курировалась международной кампанией FLOWTECH, программы ICARE и ISIS (Руководитель Ж. Деламю в Нанте) разработаны для учёта вязкости жидкости в расчётах сопротивления воды движению судна. Программы TUMMAC (Tokyo University Modified Marker-And-Cell) разрабатывались Инуи, Мията и Кайитани в течение20 лет в бассейне

Токийского университета одновременно с совершенствованием техники измерений волн. В 1985 автором был депо-нирован в ВИНИТИ большой обзор около 450 работ по этой проблеме. Сейчас этот список на порядок больше.Заключение История определения сопротивления воды движению судна не закончена. Связано ли это с состоянием компьютерной техники или с недостатком информации о гидродинамических процессах сказать трудно. Сейчас кажется, что решение задачи почти получено. Причём, есть методы расчётов, в которых даже не нужно делить сопротивление на составляю-щие. Но пока самый мощный на сегодняшний день компьютер считает одну точку на кривой сопротивления один день. Для расчёта всей кривой сопротивления необходимо получить, как минимум, полторы сотни точек. Что покажет такой расчёт, когда он станет возможным, сказать трудно, потому что задача о сопротивлении воды движению судна до сих пор на каждом этапе преподносила и может преподнести новые сюрпризы. В заключение хочется процитировать те-зисы Архимеда: «Чем дольше смотришь в воду, тем больше видишь в ней мути» и «имея дело с водой, обратись к опыту».