Мои воспоминания

Исследования сопротивления воды даже на небольшие тела требует значительных затрат и могли быть осуществляемы или при содействии правительств, или людьми, обладавшими весьма большими средствами.

Первые обширные испытания были произведены во Франции в 1770 г. по следующему поводу. Предполагалось соорудить целую сеть внутренних водных сообщений, и наряду со шлюзованными каналами было предположено устройство судоходного туннеля, подобно тому, который построен между Марсельским портом и лиманом р. Роны (так называемым прудом Бэр) и закончен в 1922 г. Правительство предложило Парижской Академии наук исследовать зависимость сопротивления воды как от скорости движения судна по туннелю, так и от отношения площади поперечных сечений судна и канала. Была образована комиссия, в которую вошли математики Д'Аламбер, Кондорсе и аббат Боссю; ими были произведены в Париже в обширном мелководном бассейне Военной школы подробные, хорошо обставленные и точно описанные опыты. Этими опытами было обнаружено значительное увеличение сопротивления в тесном для судна канале, после чего проект туннеля был отвергнут.

Затем в 1795–1798 гг. в Англии производил опыты над сопротивлением воды полковник Марк Грегор Бофуа. Эти опыты были обставлены весьма тщательно, производились они в Гринокском доке, стоили свыше 50 000 ф. ст. и образцово изданы – Бофуа приводит все подлинные, непосредственно наблюденные величины. Главный результат, обнаруженный этими опытами, был тот, что при одинаковой площади поперечного сечения и одинаковых обводах передней части движущегося тела, скажем, доски, поставленной на ребро, сопротивление зависит от длины доски, т. е. здесь обнаружено существование трения воды о поверхность движущегося в ней тела.

После ряда робких опытов, продолжавшихся около тридцати лет, с сороковых годов прошлого столетия появляется морской паровой флот. К теории корабля предъявляются новые требования: явилась возможность распоряжаться ходом и курсом корабля независимо от ветра; при самом составлении проекта корабля стали назначать делаемую скорость хода и пространство, проходимое с этою скоростью; потребовали определения надлежащей мощности паровой машины, обеспечивающей эту скорость хода.

Вместе с тем явилась возможность производить испытания судов и определять мощность, потребную на их движение, что на парусных судах было совершенно невозможно. Испытание каждого корабля доставляло материал для суждения о следующем, явился ряд эмпирических формул, воспроизводящих результаты таких опытов. Из множества таких формул следует отметить данную в 1892 г. формулу В. И. Афанасьева, замечательную по своей простоте и хорошей точности для громадного числа случаев обычной практики.

В сороковых же годах шотландский битюг сделал по отношению к движению судов по каналам то открытие, которое ускользнуло от внимания французских академиков. Его впрягали в бечеву, которой по каналу тянули трешкоут, и заметили, что он проходил свою станцию ровной рысью быстрее других и приходил совершенно свежий, тогда как другие лошади в мыле. Об этом узнал знаменитый корабельный инженер Скот Россель и обратил внимание на то, что битюг вначале наддавал ходу, затем ход несколько сбавлял, и трешкоут шел с едва натянутой бечевой, – одним словом, было открыто явление так называемой переносной волны, получившее впоследствии столь важное значение.

7. В 1870 г. В. Фруд предложил воспользоваться для суждения о сопротивлении воды на корабль испытанием его модели, применяя Ньютонов закон механического подобия. Английское адмиралтейство поддержало начинание Фруда, в Торкей был построен специальный бассейн, послуживший затем образцом как для нашего, так и для других бассейнов. По закону Ньютона модель надо испытывать при скорости, составляющей от скорости корабля такую же долю, как корень квадратный из масштаба модели составляет от 1. Так, например, если модель в 1/25 натуры, то ее надо испытывать при скорости в 1/5 от скорости корабля, тогда сопротивление, ею претерпеваемое, составит такую долю от сопротивления корабля при его скорости, какую куб масштаба составляет от 1; в нашем примере это будет (1/25)³ ⁼ 1/15625. Зная же сопротивление и скорость, сейчас же получим и потребную мощность.

Однако на практике дело оказалось далеко не столь простым. Закон механического подобия, данный Ньютоном, столь же точен и неоспорим, как и всякий закон теоретической механики, но корабль и его модель при движении в воде не представляют собою двух подобных в механическом смысле систем, т. е. в смысле Ньютонова закона. Сопротивление воды состоит из двух частей: одной – зависящей от размеров и обводов корабля или его модели, другой – зависящей только от величины его смоченной поверхности и от длины ее. Эта вторая часть его как раз обнаруженное еще при опытах Бофуа трение, оно-то и не следует закону подобия. Фруд подробно изучил законы трения в воде и указал, как надо производить расчет в отдельности для каждой из составных частей сопротивления, чтобы от результатов испытания модели перейти к кораблю.