Що винайшов Роберт Фултон, Узнавайка
То були невідомо як потрапили сюди креслення Роберта Фултона (1765-1815) до заявки на винахід пароплава, спрямованої колись в патентне бюро США. Цю знахідку - а вона була унікальною, оскільки перший комплект таких креслень разом із заявкою загинув під час пожежі патентного бюро в 1836 році, - редакція піднесла в дар Американському Товариству інженерів-механіків, де вона викликала справжній фурор. Особливий інтерес викликав проект № 2, з несподіваного боку показав ті труднощі, з якими раніше всіх зіткнувся винахідник пароплава Роберт Фултон ...
За часів вітрильного флоту головною турботою кораблебудівників були морехідні якості - плавучість, остійність, непотоплюваність, ходкость, живучість, плавність качки. Що ж Стосується дальності плавання, то вона, будучи практично необмеженої для всіх вітрильників, ніяк не була пов'язана зі швидкістю ходу. Тому кораблебудівники не цікавилися опором, який чинить вода рухається в ній корпусу, і при виборі площі вітрил керувалися досягненням заданої швидкості ходу, а здатністю судна безпечно нести вітрильне озброєння.
Поява парової машини на судні повинно було покласти край такій практиці проектування. У пароплава, на відміну від вітрильника, дальність плавання не безмежна, а залежить від прийнятого на борт запасу палива, яке витрачається тим швидше, чим потужніший парова машина. А для визначення її потужності необхідно знати опір, яке відчуває корпус при заданій швидкості ходу. Таким чином, сама установка машини на судні автоматично висунула на перший план проблему обчислення гідродинамічного опору. І креслення № 2 в дивом здобутий комплекті фултоновской документів свідчив про те, що американець був першим, хто практично зіткнувся з цими труднощами, і що оцінка опору корпусу пароплава була ключовим моментом в його винахід.
І до Фултона не бракувало винахідників, які намагалися встановити парову машину на корабель. Але, будучи не в силах гармонійно пов'язати між собою корпус, двигун і рушій - гребні колеса, весла або гвинт, вони терпіли одну за одною невдачі, які, як писав Фултон, «справили на громадську думку Європи і Америки враження, нібито практично було неможливо створити придатне парове судно ».
Поставивши собі за мету створити конкурентоспроможний транспорт з гарантованою швидкістю ходу, Фултон повинен був будь-яким шляхом - розрахунком, експериментом, чуттям - досить вірно оцінити опір корпусу ще не існуючого судна. Креслення № 2 пролив несподіване світло на ці зусилля Фултона: інженери і історики техніки з подивом виявили схему і зведення експериментальних даних по опору дощок і тіл різної форми і довжини, отриманих англійським дослідником М. Бофуа в 1793-1798 роках.
Хоча метод, за допомогою якого Фултон на основі цих цифр обчислив опір свого «Клермонта» - першого побудованого їм пароплава, втрачений назавжди, немає ніякого сумніву, що сам він високо цінував зроблені ним розрахунки, бачачи в них істотну частину свого винаходу. Про це свідчить четвертий пункт виданого йому в 1809 році патенту.
«Хай буде відомо всім, кого це може стосуватися, що я заявляю своє виняткове право на цей винахід, спираючись не лише на самій ідеї установки машини на судні, але також на розробці необхідної для цього форми корпусу, розмірів лопатей і швидкості, з якою вони повинні рухатися, наведеної у відповідність з формою носа і корми, осадкою судна, його швидкістю, тертям і загальним опором; а також на обчисленні потужності парової машини для повідомлення всьому судну необхідної швидкості ».
З цього моменту обчислення гідродинамічного зі спротиву, яке відчуває рухомим кораблем, стало технічної потребою, яка дає розвитку науки сильніший поштовх, ніж десяток наукових трактатів. Спочатку таке твердження може викликати здивування: адже Фултон був далеко не першим, хто цікавився гідродинамічним опором, і до нього десятки дослідників ламали голову над розгадкою цього складного явища. Але саме Фултон зробив винахід, якого настійно вимагало промисловий розвиток Європи і яке вимагало вміння точно обчислювати силу опору майбутнього ще не існуючого судна. А так до Фултона питання про гидродинамическом опорі не ставив ніхто!
Справді, в різний час питання про взаємодію тіл із середовищем ставилося по-різному, тому і в рішеннях висвітлювалися різні сторони явища. Так, знаменитий давньогрецький філософ Аристотель, маючи намір створити струнку систему світобудови, всюди шукав причини і слідства. Міркуючи чисто умоглядно, він прийшов до висновку, ніби вода або повітря одночасно і гальмують рух, і підтримують його. Отже, без чинять опір середовища рух неможливо, а тому неможливий вакуум, порожнеча.
Через півтора тисячоліття схоласти середньовіччя показали, що словесні пояснення механізму руху, накидані Аристотелем, не витримують перевірки логікою, але далі цього негативного результату вони не пішли. Честь створення теоретичної механіки, отриманої простим «очищенням» руху тіл від затемняющих його ефектів гідроаеродинамічні опору, випало на долю великих механіків і астрономів XVII століття - Кеплера, Галілея, Гюйгенса, Ньютона та інших.
Але витончені побудови і формули теоретичної механіки і астрономії, які розглядали рух в порожнечі, не надає ніякого опору, що не мали особливої цінності для практики, для земних умов, де неможливо знехтувати опором навколишнього середовища. Тому, не обмежуючись тільки ідеальними випадками, в XVII столітті і натуралісти, і люди практики починають приділяти більше уваги силам гідроаеродинамічні опору. Але як ставлять вони при цьому питання? Астрономів цікавить порядок цих сил, від чого і як вони залежать і чи можуть впливати на траєкторії руху небесних тіл. Інакше дивляться на справу артилеристи, яких мало хвилювала сама по собі величина сили опору повітря летить ядру. Піклуючись лише про надійне поразку мети, вони готові були задовольнятися поправками на опір повітря, за допомогою яких можна було б скорегувати теоретичні траєкторії і наблизити їх до вимог реального бою. Суднобудівники тих років теж мало вивчали власне величину опору корпусу. Їх більше цікавило питання, як знайти форму корпусу, яка при даному вітрильному озброєнні гарантувала б найбільшу швидкість. А купці, що перевозили вантажі по річках і каналах, мріяли про найвигіднішої формі, яка дозволила б їм заощадити на числі буксирують баржі коней і на кормі для них.
Знадобилося сто років промислового розвитку Європи, винахід парової машини, перш ніж Фултон зміг поставити питання по-новому:
як Визначити величину опору майбутнього судна, без якої не можна обчислити потужність машини, потрібну для досягнення заданої швидкості. Завдання це виявилася неймовірно важкою, і надійно визначати опір корабля інженери навчилися лише шістдесят років по тому. І знадобилося ще шістдесят років, знадобилися зусилля видатних математиків, експериментаторів і інженерів, знадобилася сучасна гідроаеромеханіка, щоб до початку XX століття навчитися точно обчислювати ті дві сили, без яких немислимі багато споруди сучасної техніки, - підйомну силу і силу лобового опору, що діють на будь-який тіло, обтічне рідиною або газом.
