Ясно, что, чем больше запас пловучести у корабля и чем больше его остойчивость, тем больше обеспечена его непотопляемость в плавании, тем большей «живучестью» он обладает.
Однако прошло много лет с тех пор, как Эйлер дал основные положения по теории корабля, и произошло немало случаев аварий и гибели судов, прежде чем люди обратили внимание на эти, казалось, простые понятия.
В 1870 году в Англии по проекту инженера Кольза был построен броненосец «Кэптен».
«Кэптен» был одет в толстую броню. Тяжелые орудийные башни стояли на палубе. Чтобы использовать ветер, на нем кроме паровой машины поставили паруса. При этом надводные борта броненосца были очень низкими.
Еще до постройки корабля проект его поступил на утверждение к главному кораблестроителю Англии, известному своими знаниями корабельному инженеру Риду. Рид отказался утвердить чертежи Кольза. Больше того, он сделал специальное сообщение в обществе корабельных инженеров о недопустимости строить такой корабль.
— Броненосец будет обладать малой остойчивостью, — говорил Рид. — Все самые тяжелые его сооружения — броня и башни — сосредоточены наверху, в надводной части. Вместе с тем у него слишком невысокий борт и имеются паруса. Все это сильно уменьшает его остойчивость. Достаточно будет небольшого крена, чтобы корабль перевернулся и затонул.
Однако лорды адмиралтейства не обратили внимания на предостережения Рида. Что понимает инженер в плавании на море и в управлении кораблем? И какое значение для корабля может иметь остойчивость! Да и все эти расчеты хороши только в теории, практика же — совсем другое дело. К тому же Кольз достаточно хороший моряк, которому можно доверять.
Чертежи утвердили без всяких изменений. По ним был построен броненосец.
7 сентября 1870 года одиннадцать броненосцев английской эскадры участвовали в маневрах около мыса Финистерре у северо-западной оконечности Испании. В числе судов эскадры был и броненосец «Кэптен».
С утра дул свежий ветер, и адмирал устроил гонки под парусами между кораблями своей эскадры. После захода солнца ветер усилился. На кораблях были убавлены паруса. Около двух часов ночи налетел шквал с дождем. Через час ветер стих. Адмирал подал кораблям сигнал: «показать свои места». Десять кораблей ответили. Одиннадцатого не было. Не ответил злополучный «Кэптен».
Наутро эскадра собралась к назначенному месту. «Кэптен» не пришел. Адмирал разослал по всем направлениям корабли искать пропавший броненосец. Один корабль поднял рею, другой — разбитую шлюпку. Не оставалось сомнений в том, что «Кэптен» погиб.
Адмирал отправил посыльное судно в ближайший порт сообщить адмиралтейству о гибели «Кэптена». В порту оказалась шлюпка с восемнадцатью людьми. Это было все, что осталось от «Кэптена» и его команды.
Спасшиеся с «Кэптена» люди рассказали, что броненосец все время шел с креном, и, так как борта его были низкие, вода доходила почти до верхней кромки борта. Но ни капитан корабля, ни бывший на броненосце строитель его Кольз, видимо, не сознавали опасности, Когда налетел шквал, корабль еще больше накренился, потом лег совсем на бок, затем опрокинулся килем вверх и быстро затонул. При этом одна шлюпка сорвалась с корабля и плавала на воде. На ней и спаслись восемнадцать человек. Остальные погибли, в том числе капитан броненосца и его строитель Кольз.
Дело о гибели «Кэптена» разбиралось в английском морском суде. Лорды адмиралтейства были осуждены за «невежественное упрямство», и приговор суда был выгравирован на бронзовой доске, поставленной в память гибели «Кэптена» в соборе св. Павла в Лондоне.
Но велика была рутина в Англии, да и в других странах. В последующие годы также немало случалось аварий и гибели судов по невежеству или пренебрежению к вопросам теории.
И, готовясь к лекциям по теории корабля, молодой Крылов снова и снова продумывал все основные положения науки о корабле, и метод, каким нужно преподавать, чтобы научить слушателей понимать теорию и уметь пользоваться ею на практике.
Курс должен быть изложен с возможной ясностью, систематически. Наряду с теоретическими выкладками необходимо приводить примеры из морской практики, которые не менее поучительны, чем теория. Вместе с тем нужно научить слушателей вести грамотно расчет корабля.
Просматривая руководства, различные справочники — русские и иностранные, — Крылов опять столкнулся с тем же вопросом, над которым он задумывался уже, работая у Колонга, — вычисления производились с ненужной для практики точностью, они были очень громоздки.
«Зачем так делать? — думал Крылов. — Это ведь только напрасная трата времени».
В некоторых справочниках он обнаружил до 90 процентов ненужной работы.
И свою первую лекцию по теории корабля Крылов посвятил приближенным вычислениям.
Различные расчеты и вычисления должны производиться только с той точностью, которая необходима для практики.
Не для чего выписывать большое количество цифр еще и потому, что, по сути дела, исходя из возможной точности измерений, бывают обычно верными лишь первые две или три. Остальные же цифры не верны и не нужны. И незачем напрасно расходовать свои силы и время.
— Всякая неверная цифра составляет ошибку, — сказал Крылов. — Всякая лишняя цифра — половину ошибки.
Этот взгляд Крылова на метод вычислений был совершенно новым, необычным, оригинальным. Он учил при расчетах смотреть в самую суть вещей, трезво оценивать, для чего производится данный расчет и из каких условий он исходит.
Впоследствии положения, которые дал Крылов во вступительной лекции, он развил в большой самостоятельный курс — «Лекции о приближенных вычислениях». Ни в русской, ни в иностранной технической литературе в то время не существовало подобного курса. «Лекции о приближенных вычислениях» подняли на новую ступень практику вычислений в технике вообще и в кораблестроении в частности, во много раз облегчив работу инженеров при различных технических расчетах.
Перейдя дальше в своих лекциях к расчету основных элементов корабля, Крылов предложил свои схемы, основанные на формулах знаменитого русского математика Пафнутия Львовича Чебышева. Чебышев вывел эти формулы для другого случая, но Крылов с успехом применил их к кораблестроению и доказал, что они значительно точнее и требуют в десять раз меньше затраты времени, чем формулы английского математика Симпсона, по которым велись расчеты до сих пор.
Выдающийся русский математик Пафнутий Львович Чебышев.
Свои соображения Крылов доложил в том же году на собрании корабельных инженеров в Петербургском техническом обществе. Ему пришлось здесь выдержать большую борьбу. Старые инженеры с высокими чинами упрямо отстаивали формулы английского математика. Они говорили о том, что по ним делают расчеты везде за границей, и не хотели слушать о каком-то новом методе.
Но Крылов, хотя был молод и имел совсем небольшой чин, не побоялся отстаивать свое мнение. Он смело выступил против рутины и слепого преклонения перед иностранным. Позднее Крылов написал статью о новом методе расчета. В конце концов он победил. Формулы Чебышева получили всеобщее признание. По ним во всем мире стали производить вычисления элементов корабля. За границей метод Чебышева называли «чудом анализа».
Во всей своей дальнейшей научной деятельности Крылов являлся последователем и пропагандистом учения Чебышева, лекции которого он изучал еще по запискам Ляпунова в Морском училище. Так же, как и Чебышев, Крылов говорил о необходимости сближения теории и практики.
«Теория должна руководствоваться указаниями практики, согласовать свои допущения с действительностью, проверять свои выводы опытом и наблюдениями, доставляемыми практикой, работая и развиваясь с нею в полном единении. В этом единении лежит залог, правильного развития как теории, так и практики», — писал Крылов.
Свои лекции по теории корабля, прочитанные в Морской академии, Крылов впоследствии обработал и издал. Это был систематический, оригинальный и полный курс по теории корабля, который в дальнейшем переиздавался несколько раз и до сих пор является ценным пособием для кораблестроителей.
Один из вопросов этого курса был впервые в мире разработан Крыловым. Он получил название «теории Крылова».
«ТЕОРИЯ КРЫЛОВА»
Хотя можно было рассчитать основные части корабля, но все же еще многое в науке о корабле оставалось неясным.
В 1861 году известный английский ученый-кораблестроитель Фруд писал:
«Когда вновь построенный корабль выходит в море, то его строитель следит за его качествами на море с душевным беспокойством и неуверенностью, как будто бы это был воспитанный и выращенный им зверь, а не им самим обдуманное и исполненное сооружение, которого качества должны бы быть ему вперед известны…»
Вторая половина XIX века явилась для кораблестроения эпохой больших новшеств. На смену парусу пришел паровой двигатель, на смену дереву — железо и сталь.
Теперь можно было независимо от ветра распоряжаться ходом и курсом корабля. Исчезла также одна из причин, ведущих к потере остойчивости. Однако вместе с преимуществами появился ряд трудностей, возникли новые задачи.
Применение механического двигателя потребовало умения определить ту необходимую мощность, которую должен иметь двигатель для получения заданной скорости судна.
Работа машин вызывала нежелательную тряску, вибрацию судна, которая иногда достигала больших размеров. Надо было исследовать вопрос вибрации.
Применение нового материала все же не гарантировало суда от аварий. При посадке на подводные камни в корпусах судов образовывались вмятины, трещины и пробоины, судно быстро наполнялось водой и тонуло. В боях корабли тонули иногда даже от незначительных пробоин. Встал вопрос об обеспечении непотопляемости судов.
На прочность металлических кораблей большое влияние оказывала качка. Удары волн вызывали напряжения, то есть усилия в материале корпуса корабля, которые вели иногда к крупным авариям. Нужно было изучить действие качки на корабль.