Идеальная простота индукционного мотора, его полная реверсивность и другие уникальные качества делают его в высшей степени удобным для тяги кораблей, и с тех самых пор, как я представил свою систему передачи энергии вниманию своим коллегам через Американский Институт Инженеров Электротехников, я энергично настаивал на ее применении для этой цели. В течение многих лет эта схема объявлялась неосуществимой, и на меня сыпались обвинения в заблуждениях и некомпетентности. В 1900, когда моя статья, защищающая электрический привод, появилась в Журнале Century, Морское Кораблестроение обозвало это проект "ослиным упрямством", и ярость, вызванная моими предложениями, была такова, что редактор другого технического периодического издания подал в отставку и порвал отношения, чтобы не допустить публикацию некоторых нападок.
Такой же прием был оказан и моему беспроводному кораблю неоднократно описанному в Herald за 1898. Патенты на эти изобретения с тех пор уже истекли, и теперь они являются общим достоянием. Мало помалу безумный антагонизм и невежество уступили место доброжелательному интересу, признанию и справедливой оценке. Недавно Министерство Военно-Морского Флота заключило контракт общей суммой в $ 100,000,000 на постройку семи военных судов с приводом от индукционного мотора, и такая же сумма назначена в покрытие стоимости четырех гигантских военных крейсера, которые должны быть оснащены так же. Этот последний проект вызвал сопротивление некоторых кораблестроителей, изготовителей турбин, электропроизводителей и инженеров, которые, опасаясь фатальной ошибки со стороны правительства и под влиянием патриотических побуждений, убеждали власти в использовании редукционной турбины.
ПОЛЕМИЧЕСКАЯ ПЕРЕПИСКА
С.А. Свенсону из Военно-Морской Комиссии Сената были написаны многочисленные письма протеста, но все, что из этой переписки пока что вышло, это только споры, без всякой выгоды для тех, кто ищет информацию. Прискорбно, что эту полемику надо было затеять в данный критический момент, когда осознается категоричная необходимость незамедлительной подготовки к нависшей национальной угрозе, и в виду этого нельзя позволять никаким сомнениям оставаться в общественных умах относительно превосходства оснащения, рекомендованного флотскими специалистами. Ниже я постараюсь сделать это понятным обычному читателю.
Наиболее эффективным средством тяги является струя воды, выбрасываемая за кормой в обратном направлении из корпуса судна. Хотя управляющие ее действием теоретические законы, были точно сформулированы пятьдесят лет назад Ранкином, странное и необъяснимое предубеждение против этого устройства до сих пор преобладает среди инженеров и авторов учебников по гидравлике. Но дальновидные люди ясно осознают его возможности. Хотя наши нынешние движущие средства не позволяют воспользоваться преимуществами струи, можно с уверенностью предсказывать, что скоро она послужит средством более полного завоевания океанов. Я твердо уверен в этом когда пишу эти строки, потому что одно только; это, будучи примененное к субмаринам, наводящим ужас на море, сможет объяснить, как им легко удастся избегать обнаружения микрофонными приборами. Излучаемый звук — это Ахиллесова пята подводных лодок. Его подавление существенно повышает разрушительный потенциал этого нового оружия.
СПИРАЛЬНЫЙ ГРЕБНОЙ ВИНТ
Тем не менее, в существующих условиях наилучшие результаты для надводных судов дает спиральный гребной винт, который приводится в движение четырь я путями. Первый, прямо от вала первичного двигателя; второй, посредством шестерни; третий, через гидравлическую передачу, и четвертый, электрическим передатчиком энергии. Так как винт для экономии энергии должен вращаться с умеренной скоростью, первый из упомянутых, "прямой привод", лучше всего подходит для возвратно-поступательного или роторно-поршневого двигателя. Первый устарел, второй невозможен, и конкуренция на рынке выводит вперед турбину. Но из- за ее непомерной скорости, неизбежно нужной для ее хорошей производительности, пришлось переходить к винту. Это, в свое время, выполнялось путем "ступенчатости" — то есть пропускания пара последовательно через множество турбин, — схемы, очевидно влекущей за собой огромные недостатки, финансовые и прочие. Тогда необходимость уменьшить размеры и стоимость оборудования и обеспечить более хорошую работу вынудила применить вторую систему — "шестеренчатый турбинный привод", — в которой специальное колесо с лопастями, впервые введенное Де Лавалем, передает движение винту. После этого попытки избавиться от определенных ограничений этой комбинации привели в результате к третьему, "гидравлическому приводу", турбине, приводящей в действие гребной винт посредством центробежного насоса и водяного мотора. И наконец, в дальнейшем продвижении к совершенству, прибегли к последней из перечисленных компоновок — "электрическому приводу". В этом случае турбина сообщает вращение динамо, которое в свою очередь приводит в движение мотор, несущий на своем валу винт.
ПРЕИМУЩЕСТВА РАЗНЫХ ВИДОВ
Каждый из этих видов имел своих приверженцев и чемпионов. В принципе, первый был бы предпочтительной, если бы не был во многих отношениях ущербным. Второй тип дешев, но серьезным возражением является передача. Хотя и менее экономичный, третий зарекомендовал себя множеством практичных и ценных свойств. Что касается последнего, он не очень эффективен, но дает результаты, недостижимые другими видами. Закон выживания наиболее приспособленного доказывает сам себя, и борьба за первенство теперь идет между шестеренчатым турбинным и электрическим приводами.
В результате постепенного развития режущих инструментов, научного проектирования, достижений металлургии и улучшения смазок так называемая шевронная зубчатая передача была доведена до высочайшего совершенства. Де Лаваль достиг в трансмиссии от двигателя к ведомому валу эффективности в девяносто семь процентов, а МакАльпин, Мелвилл и Вестингнауз девяноста восьми с половиной процентов. С другой стороны, девяносто три и три четверти процента можно считать максимумом при электрических агрегате. Это означает, что с передачей та же турбина будет давать на пять процентов больше мощности винту, что должно увеличить скорость крейсера от тридцати пяти до немного более чем тридцати с половиной узлов. И если еще на первый взгляд все выглядит так, будто электрический привод требует дополнительного места, тяжелее и дороже стоит, то совершенно естественно, что те, кто не проводил всестороннего изучения во всех его фазах, выносят решение в пользу передачи.
НЕКОТОРЫЕ ФАТАЛЬНЫЕ ОШИБКИ
Но тщательное исследование предмета привело бы их к перемене своего мнения. В оценке сравнительных достоинств этих существенно различающихся движущих средств они делают две фатальные ошибки. Первая — это принятие в качестве критерия мощности, передаваемой в ненормальном режиме; вторая — проведение параллели между установками совершенно различными, одной примитивной, а другой сложной, при том, что первая неспособна выполнять важные функции второй. Когда посылки ошибочны, делаемые из них выводы неизбежно ложны. Так оппоненты электрического привода приходят к выводу, что он менее эффективен, чем передача, весит больше, более дорог и его работоспособность под вопросом. Насколько правильна эта точка зрения в полемике, станет очевидным в результате изучения хорошо установленных фактов.
Электрический привод имеет комплексное влияние на результаты в работе корабля. Ради краткости он будет рассматриваться только в следующих главных аспектах: (1) производительность турбины, (2) мощность, передаваемая винту, (3) эффективность винта, (4) ход на малой мощности, (5) действие при высокой мощности, (6) потребление топлива вспомогательными устройствами и корабельными аппаратами, (7) общая экономия и (8) быстрота и точность управления всеми действиями, внутренними и внешними.
Современные турбины чрезвычайно неудобны для корабельного привода. Они являют собой поразительный пример устаревшего изобретения, ценность которого невелика, но которое возведено в положение выдающейся коммерческой выгоды в результате глубоких исследований и поразительного искусства механиков. С их сотнями тысяч тонких лопаток, столь легко выходящих из строя, поршнями, которые становятся неэкономичными из-за коррозии и эррозии, и малыми зазорами между поверхностями, которые вращаются с сумасшедшей скоростью, они являются постоянным источников рисков и опасностей.
НЕВОЗВРАТНЫЕ ТУРБИНЫ
Но их кардинальный недостаток — это их невозвратность, которая вынуждает для заднего хода использовать отдельные турбины. Все это, помимо высоких расходов и значительных потерь на трение, налагает узкие ограничения на температуру рабочего тела. Очень высокий перегрев, столь желательный в термо-динамическом преобразовании, нельзя даже рассматривать, но от 200 до 300 ° F допустимо.
В этой степени турбина имеет преимущество, если приводит в движение турбину. Две сотни градусов перегрева обычно дают экономию примерно в двадцать три процента пара и десять процентов топлива. Это, однако, не единственный выигрыш. Турбина, избавленная от всех недостатков зубчатой передачи, может безопасно работать при более высокой окружной скоростью и соответственно более высокой эффективностью и отдачей. Таким образом, путем умеренного перегрева и других простых и допустимых приемов, становится осуществимым получение на двадцать пять процентов большей мощности из того же топлива, и одно только это давало бы электрическому приводу решительное превосходство над конкурентом.
МЕХАНИЧЕСКИЙ TOUR DE FORCE
Что касается энергии, передаваемой от турбины на винт, в свете вышесказанного представляется, что передача лучше на пять процентов. Может быть это и так в исключительных испытаниях, но обстоит совсем по-другому в реальной работе. В этом прослеживается ошибка тех, кто принимает результаты, полученные при постоянной нагрузке, за стандарт для сравнения. Создание современной высокоскоростной передачи явилось воистину tour de force научных машинистов. Это чудесное устройство, но ему также присущи неотделимые слабости и недостатки. Поскольку заметные потери на трение в ней постоянны в широком диапазоне производительностей, при малой нагрузке поглощается относительно большое количество энергии. Передача также очень чувствительна к ударам и вибрации, которые нарушают капиллярную масляную пленку, жизненно важную для гладкой работы. Как следствие, возникает большая потеря энергии, когда противодействующая сила подвержена частым и внезапным флюктуациям. Измерения, которые я провел над турбинной передачей, показали, что хотя эффективность при неизменном и нормальном усилии составляла девяносто три процента, при быстро меняющейся нагрузке получалось не больше девяноста процентов. Это то, что можно ожидать на практике. Любой, кто слышал, как надрываются двигатели парохода в бурном море, не мог не заметить, как меняется вращающее усилие при продольной и поперечной качке, рассекании больших волн и прохождении через противоборствующие подводные течения. Похожее положение вещей противостоит военному кораблю в бою, как подтвердили недавние морские сражение, когда взрывы снарядов вздымали горы воды. При подобных обстоятельствах передача находится в очень невыгодном положении, тогда как электрический привод чувствителен к этим помехам в гораздо меньшей степени. Таким образом, представление о том, что передача передает больше первичной мощности к винту, чем комбинация динамо и мотора, во многом иллюзорна. Есть богатые доказательства, экспериментальные и умозрительные, что истинно как раз обратное.
ПРЕВОСХОДСТВО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПРИВОДА
Если рассматривать эффективность винта отдельно от эффективности передачи энергии, она очевидно выше при электрическом приводе, это заключение полностью основано на более высокой адаптивности и гибкости системы. Но есть и более глубокие причины, которые следует принять во внимание. Введение электромагнитных средств между турбиной и винтом существенно снижает потери, обусловленные ударами, вибрацией, разгоном и прочими нарушениями, вызванными внутренней эластичной упругостью и уравнивающей тенденцией. Таким образом, при высокой скорости и в бурном море получается существенная экономия энергии.
Экономия на крейсерской скорости — одно из наиболее желательных качеств военного корабля. Это его обычное применение, потому что шанс когда-либо попасть в сражение весьма незначителен. Самые резкие противники электрического привода не отрицают его превосходства по этой характеристике, по которой производители обычно надежно гарантируют потребление от 10 до 12 процентов меньшее, чем для передачи. Последняя безнадежно обречена из-за невозможности приспособиться к меняющейся скорости и не экономности работы на крейсерской скорости, тогда как первый вполне приспособлен и экономичен при всех условиях.
Другое качество электрического привода, которое может оказаться особенно ценным в бою, это его способность безопасно переносить огромную перегрузку, благодаря уже объяснявшейся природе связи между турбиной и винтом. Передача негибкая и неподатливая, и любое возрастание усилия, особенно неожиданное, может вызвать поломку.
СБЕРЕЖЕНИЕ ЭНЕРГИИ
Что касается вспомогательного оборудования и прочей аппаратуры, применяющихся на кораблях, на которые относится приблизительно 20 процентов потребляемого топлива, с введением электрического привода будет достигнуто очень значительное сбережение энергии.
Совершенно независимо от этого, использование снабжения от центральной станции будет весьма действенным в снижении прочих потерь, без многого вспомогательного оборудования можно будет обойтись, что существенно увеличит общую экономию.
Но с военной точки зрения быстрота, простота и точность управления будут вероятнее всего самыми значительными преимуществами. Все можно будет делать мгновенно одним нажатием кнопки. Реверсируя моторы, можно затормозить судно, идущее на полной скорости, на длине его корпуса. Будет возможным заставить его выполнять все маневры с исключительной скоростью, и будет достигнута точность маневра, о которой нельзя было мечтать раньше.
Забавная ошибка делается адвокатами турбинной передачи в оценке относительного веса. Вряд ли следует говорить, что нечестно, если не абсурдно, сравнивать устройства, столь сильно различные по характеру и области применения. Следует рассматривать только те, которые могут достигать одинаковых результатов. Тогда привод с передачей, который соответствует электрическому, состоял бы из четырех главных турбин с передачами, четырех обратных турбин той же мощности, и восьми меньших движущих и обратных турбин для крейсерского хода. Это скопление сложных и, хотя и всех, очень тяжелых машин, с их системами водяных, воздушных и масляных трубок, клапанов, насосов и прочих приспособлений, далеко бы превышало вес предполагаемого электрического привода и еще требовало бы также лучшей структурной защиты, не говоря уже о других дефектах и недостатках.
ВОПРОС ВЕСА
Следует, однако, заметить, что веса следует рассматривать в из отношении к весу корабля. Одно оборудование может быть тяжелее, чем другое, но если оно более эффективное, и потому снижает вес топлива и другого груза, оно во всех отношениях легче другого.
То же справедливо и для цены. Сравнительные цифры ничего не значат. Вопрос в том, оправдано ли вложение капитала тем, что будет получено. Но уже достаточно было сказано, чтобы показать, что для результатов, во всех отношениях эквивалентных, если предположить, что это возможно, вид привода с передачей, несмотря на все заявления об обратном, был бы более дорогостоящим.
То, что электрический привод является экспериментальным и ненадежен по производительности, — наименее обоснованная из претензий. На первом месте стоит тот факт, что он был успешно применен на множестве судов и еще больше их строится. Установлено также, что он способен давать эффективность выше любого другого вида. Но это не играет особой роли. Уверенность в том, что нынешняя ситуация позволит воплотить все ожидания, основана не на отдельных демонстрациях, но на годах опыта работы с электростанциями с той самой поры, как моя система начала коммерчески использоваться. Десятки миллионов лошадиных сил индукционных моторов ныне используются по всему миру, и сбоев не зарегистрировано.
ТРЕБОВАНИЯ К НОВЫМ КРЕЙСЕРАМ
Для каждого из новых крейсеров будет требоваться по 180,000 лошадиных сил, которые при необходимости могут развивать четыре установки по 45,000 лошадиных сил. Турбины такой мощности уже созданы и сегодня работают. Динамо соответствующих выходных мощностей уже были установлены в некоторых местах и снабжают большие районы и города светом и энергией. Индукционные моторы в 15,000 лошадиных сил уже делаются производителями и могут быть изготовлены любого нужного размера, так как для всех видов моторов это самое простое и самое главное требование. Вся система в целом была разработана и проработана во всех деталях достаточно давно. Это колоссальный проект, но он может быть легко выполнен любым концерном из небольшого числа тех, кто располагает нужными средствами. Не надо даже делать новые инструменты. В электрическом приводе нет ничего такого, что бы уже не испытывалось, или было бы делать опасно.
Большой вес придается сообщениям, все еще непроверенным, что Англия и Германия от него отказались. Но из этого ничего не следует. От него и здесь не раз отказывались. Кроме того, над Европой витала война, и время для радикальных нововведений было неподходящее. Более того, большие перспективы рисует применение двигателя Дизеля, и испытывалась гидравлическая турбина Д-ра Фоттингера. Начало должно быть где-то положено, и было бы на самом деле очень прискорбно, если бы Соединенные Штаты, где изобретение впервые было объявлено и реализовано в огромном масштабе, оказались бы последними, кто это поймет. Такие ошибки случались слишком часто. Иностранные флота обычно не держат прессу в курсе своих дел, и можно уверенно предсказать, что если прогресс в этой стране сильно замедлится, снова произойдет повторение старых разочарований и неприятностей.
Не будем вдаваться в другие возражения, которые не столь важны и по существу значения особого не имеют. Не впадая в утомительную техническую дискуссию, можно утверждать, что электрический привод, надлежащим образом спроектированный, сбережет не менее двадцати пяти процентов топлива и благодаря этому, а также другим разнообразным ценным своим достоинствам, будет легче, дешевле и во всех отношениях более надежным, чем передача. На самом деле, я уверен, что можно разработать такую схему, при которой все жизненно важные элементы будут находиться ниже ватерлинии. В свете этого, остается только надеяться, что Министр Военно-Морского Флота не будет обращать внимание на все протесты соперников, сколь бы патриотичны они ни были, а всей вверенной ему властью доведет до конца это большое дело.
Все эти утверждения следует понимать как отражение сегодняшнего положения дел. Появление обратимой турбины сильно изменить ситуацию в пользу передачи. Такая машина была изобретена и описывалась в Herald за 15 Октября 1911. Это был самый легкий из всех первичных двигателей сделанных когда-либо, и он может работать без всякой опасности при температуре красного каления, давая тем самым очень высокую экономию при преобразовании тепловой энергии. Я предчувствую быстрое и широкое наступление его применения для привода кораблей. Но хотя тем самым будет дан идеально простой и очень недорогой привод, все равно будут оставаться весомые аргументы в пользу применения электрического способа на военных кораблях. Чтобы рассеять все сомнения, созданные разнящимися инженерными точками зрения, я приведу только один из них, который сам по себе достаточно логичен и убедителен, чтобы обойтись без других аргументов.
РАЗОРУЖЕНИЕ НЕВОЗМОЖНО
Тщетно мечтать о разоружении и вселенском мире перед лицом ужасных событий, которые сейчас разворачиваются. Они убедительно доказывают, что ни одной стране не позволят контролировать все другие никаким способом. Перед тем, как все народы смогут почувствовать, что их национальное существование находится в безопасности, и установится всемирная гармония, надо будет убрать определенные препятствия, и главными из них являются Немецкий милитаризм, Британское преобладание в морях, поднимающаяся волна миллионов Русских, желтая угроза и денежная мощь Америки. Эти процессы будут медленными и тяжелыми в соответствии с природными законами. Международные трения и вооруженные конфликты на Земле не исчезнут еще долгое время. Бремя человеческого прогресса не было бы таким тяжелым, если бы военную энергию можно было сохранять только в потенциальной форме. Это можно сделать, и это будет сделано через всемирное внедрение беспроводной энергии. Тогда все разрушительные энергии будут без усилий получаться просто одним лишь управлением жизнеобеспечивающими мирными силами.
Содержать военные корабли и другую военную технику обходится чрезвычайно дорого. Судно, обошедшееся в двадцать миллионов долларов, становится практически никчемным по прошествии десяти лет, амортизируясь со средней скоростью два миллиона долларов в год, без учета процентов. Вряд ли одно из пятидесяти служит своей настоящей цели. Чтобы сократить эти разорительные потери и применить некоторые из изобретений, несколько лет назад я разработал схему. Ее признали рациональной, но сложно реализуемой в финансовом и некоторых других отношениях. Сейчас, когда национальная экономика и подготовленность стали насущными вопросами, она приобретает особую важность и значимость.
ИСПОЛЬЗОВАТЬ ВОЕННЫЕ КОРАБЛИ В МИРНЫХ ЦЕЛЯХ
Основополагающая идея в том, чтобы выгодным образом сделать военные корабли доступными для использования в мирных целях, одновременно усовершенствую их по многим параметрам. Я осведомлен о недавно выдвинутом предложении использовать их как коммерческие транспортные средства, но это не годится и будет мешать дальнейшему усовершенствованию. Мой проект в первую очередь рассматривает установку электрического привода и применение турбо-динамо машин для подачи света и энергии и производства различных ценных продуктов и предметов в море или на суше. Это будет шагом в направлении сегодняшнего развития, отвечающим целям как военной, так и промышленной подготовленности. Далее я предполагал создание типа двигателя на радикально других принципах, который стал бы ценным активом в мирное время, а также еще и чрезвычайно разрушительным в военное. Новые крейсеры, если они будут оборудованы как планирует Министерство Военно-Морского Флота, будут представлять собой четыре плавучие центральные станции по 180,000 лошадиных сил каждая. Турбины и динамо спроектированы так, чтобы давать самую высокую эффективность и работать при наиболее благоприятных условиях. Мощность, которую они способны развивать, представляет собой рыночную ценность в несколько миллионов долларов в год и могла бы с выгодой использоваться в тех местах, где легко доступно топливо и удобен транспорт. Станции также были бы ценными и в критических ситуациях. Их можно было бы быстро направить в любую точку на побережье Соединенных Штатов или где-либо еще, и это позволило бы правительству когда необходимо оказывать быструю помощь.
Но это еще не все. Есть другая и еще более веская причина для применения электрического метода. Она основана на знании о том, что в совсем недалекое время современные средства и способы ведения войны будут революционизированы посредством новых применений электрической силы.