Теория корабля

Систематические занятия вопросами теории корабля и ин­терес к практике отечественного и иностранного судостроения скоро сделали молодого профессора Морской академии круп­нейшим специалистом России по кораблестроению. Новые мето­ды, которые настойчиво вводил в свой курс лекций профессор Крылов, постепенно завоевали всеобщую поддержку специ­алистов. В 1895 году управляющий Морским министерством ад­мирал Н. М. Чихачев предложил А. Н. Крылову разрешить во­прос о запасе глубины под килем корабля, обеспечивающей безопасное прохождение по мелководью при наличии килевой качки. Этот вопрос возник при постройке Либавского порта — базы русского военно-морского флота. Проблема изучения качки судов на волнующейся поверхности моря была постав­лена кораблестроителями лет за 40 до работ Крылова. Из­вестным английским ученым В. Фрудом была достаточно подробно разработана теория боковой качки корабля при условии, что гребни волн па­раллельны направлению дви­жения корабля. В качестве ос­новной упрощающей гипотезы принималось, что размеры ко­рабля малы по сравнению с расстоянием между двумя со­седними гребнями волн. При изучении вопроса о килевой качке это основное допущение Фруда, конечно, нельзя при­знать правильным. Многие из ученых конца XIX столетия вообще считали задачу о теоретическом изучении килевой качки безнадежной для решения. Известный знаток теории ко­рабля английский ученый и инженер Э. Рид писал:

«...В попытках приближенно определить срезывающие и изги­бающие усилия, действующие на корабль на море, мы встреча­емся с большими трудностями; и вопрос этот при настоящем со­стоянии знаний не допускает полного и точного решения; в самом деле, можно даже выразить сомнение в том, что весьма раз­нообразные и постоянно изменяющиеся усилия, действующие на корабль на волнении, когда-либо будут полностью выражены математическим языком и рассчитаны с той же степенью точно­сти, как уже изученные усилия, действующие на тихой воде... Что же касается динамической части вопроса, хотя она и самая важ­ная, но в настоящее время ее решение выше наших сил, в осо­бенности в том, что касается количественной оценки».

Трудности определения усилий на корабль на море происте­кали как из-за отсутствия решения соответствующей гидроди­намической задачи, так и неумения определить общее движение корабля, идущего с данной скоростью по системе правильных волн.

А. Н. Крылову удалось построить теорию килевой качки ко­рабля, и эта теория стала сейчас классической. При анализе сложного движения корабля на волнении Крылов исходит из предположения, что на каждую точку погруженной поверхности корабля действует то самое гидродинамическое давление, кото­рое было бы в этой точке при отсутствии корабля. Иначе гово­ря, возмущающее влияние корабля на распределение местных гидродинамических давлений считается достаточно малым. Крылов в своей работе «Общая теория качки корабля на волне­нии» пишет: «Единственное предположение, которое необходимо сделать в нашей теории, есть то же самое, которое было допу­щено в теории килевой качки, а именно: давление в каждой точ­ке погруженной поверхности корабля есть то самое, которое имеет место в соответствующей точке трохоидальной волны». При этом допущении задача о качке сводится к задаче о дви­жении свободного твердого тела под действием силы тяжести и системы сил, обусловленных периодически изменяющимися местными гидродинамическими давлениями. Определив суммар­ное воздействие сил, распределенных по поверхности корабля, можно было написать динамические уравнения Эйлера.

Если относительная скорость корабля направлена перпенди­кулярно к гребню волны, то интегрирование полученных диффе­ренциальных уравнений движения можно было провести мето­дом последовательных приближений. Зная движение корабля, легко было ответить на вопрос адмирала Чихачева самым ис­черпывающим образом.

Это исследование Алексея Николаевича дало возможность рассчитать напряжения в различных частях корпуса корабля и заменить метод расчета на прочность инженера Э. Рида более совершенным и научно обоснованным методом. Краткое содер­жание этой работы Крылова было опубликовано в Бюллетене морской ассоциации [Theorie du tangage sur une mere houleuse», Bulletin de I‘Association techn. marit, 1896, № 6.]

Через два года Алексей Николаевич распространил открытый им метод изучения качки на самый общий случай движения ко­рабля, когда его курс составляет произвольный угол с гребнем волны. Система дифференциальных уравнений движения оказы­вается в этом случае гораздо более сложной, однако метод по­следовательных приближений применим и в этом случае. Расче­ты усилий, возникающих в корпусе корабля, позволили поста­вить проектирование новых кораблей на твердую основу, дав возможность определять заранее реальные силы, действующие на корабль при волнении. Общая теория килевой качки докладывалась Алексеем Николаевичем дважды (в 1896 и 1898 гг.) на годичном заседании английского научного общества по кораблестроению. Доклады вызвали оживленные прения и имели боль­шой успех. Крупнейшие специалисты по кораблестроению Э. Рид, В. Уайт, Р. Фруд одобрили новую теорию, признав ее ценным вкладом в науку. А. Н. Крылову за второй доклад была присуж­дена золотая медаль общества английских корабельных инже­неров (впервые присужденная неангличанину).