Здравствуйте, уважаемые читатели!
Изложение материалов по истории обелиска "Игла Клеопатры" движется так же медленно, как проходил спуск цилиндрического судна на воду :о) На сей раз частично повторю историю, ибо публикую новые детали по уже изложенной операции спуска "Клеопатры" на воду.
Выдержки из The Engineer v.44 21 октября 1877, стр. 211-212
"Работы в Египте начались в прошлом году с извлечения памятника из рва, где он так долго находился, и 6 июня эта работа была завершена настолько, что весь монолит был открыт для обозрения. Однако это была лишь часть работы, которую предстояло выполнить лопатой и киркой, поскольку между обелиском и морем оставалось несколько тысяч кубических ярдов земли, которые необходимо было убрать. Также нужно было снести прилегающую морскую дамбу, прежде чем можно было приступить к другим работам. Таким образом, работы заняли несколько недель...
Следующим шагом было введение прочных деревянных брусьев под камень, который с помощью гидравлических домкратов и стрел перемещали по всей окружности, пока он не стал параллелен кромке воды, после чего вокруг него постепенно строили и скрепляли заклёпками железную оболочку толщиной три восьмых и семь шестнадцатых дюйма.
...предпринимались также шаги по удалению с помощью водолазов многочисленных каменных блоков, покрывавших дно мелководья, прилегающего к месту, где находился обелиск, и были построены две наклонные насыпи из камня и карьерных отходов, по которым скатывали цилиндр. После завершения этих работ оставалось ещё одно дело, прежде чем подготовку можно было бы считать завершённой. Было предусмотрено, что при перемещении такой массы вниз по наклонной плоскости неизбежно возникнет определённое трение, которое могло бы существенно повредить металлический корпус. Чтобы этого избежать, на (те) части цилиндра, которые будут опираться на насыпи и нести вес конструкции, необходимо было временно накрыть деревянными досками (брусьями), и это покрытие, опять же, нужно было закрепить снаружи плоскими железными лентами, чтобы зафиксировать его на месте. Последний этап подготовки был достигнут, когда прочные тросы, предназначенные для буксировки, были девять раз обмотаны вокруг цилиндра, а их концы выведены к баржам, пришвартованным со стороны моря. На последних были установлены крабовые лебёдки (crab-capstan)* для подтягивания буксировочных тросов, что позволяло цилиндру медленно вращаться вокруг своей оси. В то же время было желательно предотвратить слишком быстрое падение массы после приведения её в движение, и на берегу необходимо было предусмотреть дополнительные тросы для остановки движения при необходимости.
(*) От англ. "crab" (лат. “carabus”) - прочный, жёсткий и “capstan” (лат. “capstanus”) ворот, лебёдка. В мореходном деле используется для поднятия якоря или погрузочных работ
До шести часов утра лебёдки на борту барж уже работали, подтягивая слабину тросов, в то время как на берегу четыре мощных винтовых домкрата воздействовали на цилиндр. В нескольких ярдах от берега стояли на якоре два паровых буксира, также готовых оказать помощь в случае необходимости. Через несколько минут огромная железная масса начала катиться к морю, но так постепенно, что движение было практически незаметным. Так проходил час за часом, цилиндр постепенно уменьшал расстояние между собой и водой, пока к полудню не совершил один полный оборот, равный примерно 50 футам (15.24 м). В 17:30 железного монстра с трудом доставили к кромке воды, где заканчивались деревянные спусковые пути и начинался сравнительно крутой спуск. Здесь цилиндр рванул вперёд с чем-то вроде стремительного рывка и, под крики зевак, увяз в воде с разбегом около 3,6 метра.
... Следующей операцией было закрепить (над пробоиной) новую пластину поверх всей конструкции, диаметр которой составил 18 дюймов (46 см), и это было закончено в тот же день. На следующее утро были запущены два насоса для откачки воды из цилиндра, что было завершено примерно на закате.
7-го числа ... Незадолго до одиннадцати часов утра был совершён последний маневр, когда цилиндр, совершив часть поворота быстрее, чем прежде, начал подниматься и опускаться вместе с волнами, накатывающими со Средиземного моря, что недвусмысленно свидетельствовало о том, что он наконец-то всплыл. Вскоре после этого деревянный кожух был снят, и под ликующие возгласы толпы, выстроившейся вдоль берега, странное судно было отбуксировано в новую гавань.
Здесь были извлечены железнодорожные рельсы, которые были помещены в верхнюю часть цилиндра для уравновешивания веса иглы, и железное судно, которое до этого плавало на боку, тут же выпрямилось и приобрело некую морскую остойчивость. Находясь в воде, цилиндр, плавающий с водоизмещением 260 тонн, опускается на 8 футов вперёд и на 10 футов назад, и выглядит, пожалуй, столь же необычно, как любое другое плавучее морское сооружение. Однако отсутствие симметрии в данном случае более чем компенсируется прочностью и функциональностью, и нет никаких разумных сомнений в том, что это неуклюжее судно, при обычной доле удачи, сможет безопасно доставить свой ценный груз в Англию."
16 ноября 1877 г. в Journal of the Royal United Service Institution, т. 21, стр. 1111 была опубликована лекция Джона Диксона об уникальной операции. Лекция эта была прочитана специалистом для специалистов, потому в ней много технических деталей, которые обычно проходят мимо обычной публики. Чтобы было интересно не только технарям, буду присоединять и сведения из других источников.
В тексте много терминов, и я уже начинаю путаться, где правильным будет слово "устойчивость", а где "остойчивость" да и в других терминах, поэтому, уважаемые специалисты в деле корабельном, прошу вас в комментариях вносить поправки для уточнения текста!
Начиная доклад, Диксон зачитал перед высоким собранием текст письма заболевшего генерала Александера, отсутствующего по столь уважительной причине. Затем кратко обрисовал историю операций с другими обелисками и плавно перешёл к недавней вывозке Иглы Клеопатры из Александрии. С этого момента и перевожу. Далее свой текст буду обозначать курсивом.
----------
"Французский план возведения обелиска в 1836 году не сильно отличался от плана Фонтаны, но французы значительно сэкономили на материалах. Они не строили над обелиском леса, чтобы можно было спустить с тех верёвки и сверху подвесить его; вместо этого они изобретательно сконструировали опоры, которые, по мере подъёма обелиска, поднимались и опускались. Практически, однако, это была та же система, что и у древних римлян.
С 1836 года произошли значительные изменения. Для нашего использования были изобретены различные механические устройства и созданы новые материалы, и в настоящее время нам (уже) не подходит перемещение нашего обелиска по планам, которые были достаточны ещё сорок лет назад. Мы должны прибегнуть к чему-то другому, и не только должны это сделать, но у нас и нет причин придерживаться старых планов; ибо теперь у нас есть возможности в использовании железа и механических инструментов, которые были неизвестны ещё сорок лет назад. Поэтому, когда этот обелиск нужно было переместить, я осмотрел место, где он стоял, и увидел, что он покоится за старой причальной стеной в Александрии.
Воды Средиземного моря омывали подножие этой стены; но глубина, на которой мог бы приблизиться корабль, способный перевезти такой камень, находилась очень далеко. Поэтому вопрос заключался в том, как доставить судно к обелиску или обелиск к судну. Дно моря было песчаным; но под этим песком, на глубине нескольких футов, лежало каменное основание, и инженеры из нашей компании легко поймут, что углубление песчаного дна в условиях сильного бокового течения было затруднительным из-за находящейся под ним породы, и подрыв камня вместе с песком над ним взрывчаткой был столь же сложным. Это был бы дорогостоящий процесс; и, даже, если бы канал был построен, какое судно нам нужно было бы в него спустить, чтобы перевезти обелиск?
Мы находились на открытом побережье с сильным морем. Сильное течение несло песок; кроме того, хотя наш обелиск весил около 200 тонн, как вы легко можете понять, судно, способное перевезти одним целым куском 200 тонн, должно было быть большим. Его нужно было бы особенно укрепить, и мы бы сразу же понесли очень большие расходы. Кроме того, мы бы понесли большие расходы, если бы попытались перевезти его (обелиск) через Александрию. Без огромных затрат на выпрямление дороги мы не смогли бы провезти его по узким и извилистым улочкам; поэтому стало ясно, что придется прибегнуть к другому решению.
Моему брату и мне сразу же пришло в голову, что простейшим планом будет оставить обелиск на месте и построить вокруг него цилиндрическое судно, в которое мы могли бы его поместить, и которое было бы достаточно прочным, чтобы выдержать перекатывание по морскому дну до тех пор, пока не достигнет глубины, достаточной для его плавания. Это казалось практичным и простым; и в конечном итоге, обдумав весь вопрос, мы решили, что это, по сути, единственный способ спустить этот обелиск на воду с умеренными затратами. Грубые идеи начала любого предприятия, конечно, можно существенно улучшить, и планы, которые мы разработали в начале нашей работы, во многих незначительных отношениях сильно отличались от тех, которые в конечном итоге были реализованы; но в главном вопросе идея оставалась той же.
Мы знали, что нам нужно поместить этот камень в корпус, достаточно прочный, чтобы противостоять качению на суше и достаточно прочный, чтобы противостоять качанию в открытом море. Это требовало значительных расчётов, но я доверился своему проверенному другу Бейкеру, и мы выяснили, что непреодолимых трудностей в этом не возникнет. Мы обнаружили, что, находясь на вершине волны, мы ни при каких обстоятельствах не должны испытывать прогиба более 1/10 дюйма по длине спроектированного нами корпуса. Мы знали по расчётам, что при самых неблагоприятных условиях деформация железа корпуса не должна превышать 3/4 тонны на квадратный дюйм сечения, а исследования выдающегося главного инженера Ллойда ясно показали, что многие из наших обычных и самых известных судов подвергаются деформациям в десять раз большей величины. Таким образом, мы пришли к выводу, что, доверяя этот старый памятник такому судну, мы не подвергаем себя никакому риску, не проводим никаких новых экспериментов и не ставим под угрозу его прочность.
Мы считали, что если прогиб судна не превысит 1/10 или 1/8 дюйма, когда оно на возможной вершине волны будет поддерживаться в средней части корпуса, или лежать в углублении (между волнами) с опорой на концы, то ничто большее, чем это, не сможет оказать никакого воздействия на камень (обелиска), который должен был стать его грузом. Однако мы предусмотрели не 1/10 дюйма, а почти 4 дюйма возможного прогиба и обеспечили камню эластичную подушку, на которую, как мы считали, можно смело полагаться при любых обстоятельствах. Хотя судно и не дома (на сей момент не в Англии), оно пережило более суровые условия эксплуатации, чем, по всей вероятности, когда-либо ещё, и мы думаем, что этот опыт может служить доказательством правильности наших расчётов.
Было построено судно диаметром 15 футов (4,57 м) и длиной 93 фута (28,35 м), что, как мы выяснили, было достаточным размером для обеспечения необходимой подъёмной силы и необходимой плавучести. Мы разделили его на десять водонепроницаемых отсеков. И на этой модели вы увидите, что камень, проходящий через каждую из диафрагм, поддерживается деревянными клиньями и прокладкой, что обеспечивает необходимую эластичность, так что если центр судна будет согнут или подвергнут удару, он может прогнуться на три-четыре дюйма, прежде чем на камень будет оказана какая-либо чрезмерная нагрузка.
Каждая из девяти переборок сделана водонепроницаемой, а чтобы обеспечить жёсткость обшивки, между переборками у нас есть два шпангоута, идущих по всему периметру (по окружности). Теперь любому должно быть совершенно очевидно, что трубчатая форма обеспечивает наибольшую прочность, и что, приняв эту форму, избегая всех прямых поверхностей в тех частях, на которые может воздействовать нагрузка (внешняя сила), мы добились наибольшей экономии материалов.
Корпус был установлен вокруг «Иглы»; всё, что мы сделали, это оставили старинный камень лежать. Мы не пытались его потревожить, за исключением того, что, поскольку он лежал не совсем параллельно морю, мы подвинули его конец, подняли на деревянные бруски и удалили песок. Затем мы принялись за работу, установили вокруг него эти диафрагмы, и, закрепив несколько центральных, приклепали к их периферии железную оболочку корабля. По мере того, как мы продвигались к каждому концу, строя эту большую круглую скалку, мы убирали подпорки, которые её поддерживали, и перемещали их обратно к уже готовой части. Так, постепенно мы продвигались, пока наконец перед нами не оказалась круглая железная конструкция, похожая на огромный бойлер со скошенными концами.
На ней не было ни кают, ни мачт; но нам пришлось столкнуться с тем, что для будущих нужд судна нам пришлось выровнять камень на четыре дюйма по центру (продольной оси). Вместо того чтобы строить судно точно по центру камня, мы построили его на четыре дюйма выше центра. Также, верхняя обшивка этого судна не такая толстая, как нижняя. Следовательно, сразу становится очевидно, что нам нужно было предусмотреть следующее: когда судно скатывали по наклонному морскому берегу в воду, мы опасались, что как только тяжёлая* часть преодолеет перпендикуляр, произойдёт сильный рывок вперёд, что было бы неудобно. Поэтому, чтобы компенсировать это несоответствие, мы сделали в круглой обшивке, где впоследствии должна была быть построена каюта, углубление, достаточное лишь для того, чтобы вместить необходимое количество старых рельсов, плотно упакованных в него.
(*) При смещении обелиска к низу судна возникает эксцентриситет, и тяжёлая часть судна, поднятая в верхнее положение, стремится опуститься вниз
Впоследствии, когда судно будет спущено на воду, эти старые рельсы перенесут дно корабля, и они послужат балластом, чтобы удерживать его постоянно и безопасно в желаемом нам положении.
Спуск на воду был успешно осуществлён. Как это всегда бывает в подобных делах, возникли некоторые небольшие трудности. Нам пришлось иметь дело с иностранными рабочими, с которыми мы не могли общаться так же легко и понятно, как я могу говорить с вами, и, смею сказать, так случилось, что, хотя мы предусмотрели десять водонепроницаемых отсеков и сделали их абсолютно водонепроницаемыми, все наши усилия свело на нет одно небольшое обстоятельство.
Мы предусмотрели, что любой отсек может быть пробит любым из камней, лежащих на пляже, по которому нам нужно было перекатывать судно; мы убрали множество самых крупных камней, хотя, несомненно, были камни, почти покрытые илом и песком, которые мы не могли видеть и которые под тяжестью судна оставались бы стоять вертикально. Мы это предвидели и обложили цилиндр в двух местах, где он, вероятно, должен был выдержать наибольший вес, деревянным брусом*. Но нам не удалось избежать наказания; и примерно в двадцати ярдах (18.3 м) от точки, где судно, после того, как оно перевернулось, должно было всплыть, я думаю, более чем на 200 ярдов (182.9 м)** — камень пробил корпус сразу за концом этого бруса и заполнил отсек водой."
(*) Обкладка из деревянных брусьев была скреплена плоской железной лентой (как сообщает тот же The Engineer)
(**) Здесь немного неясно: 200 ярдов - это было расстояние от места прежнего нахождения обелиска на берегу до места аварии, либо до места с глубиной воды, достаточной для всплытия.
Немного из того же номера Инженера, что и выше:
"Утром 30-го числа работы возобновились в обычном режиме, но, к сожалению, возникла довольно серьёзная проблема: оказалось, что цилиндр почти полностью заполнен водой. Ситуацию усугубляло то, что, поскольку работа остановилась на том месте, где, по сути, находилась верхняя половина цилиндра (т.е. верхняя половина судна находилась под водой), открыть люки для осмотра места протечки было невозможно. В этой экстренной ситуации для осмотра затопленной части корпуса были привлечены арабские водолазы, но, хотя вода была на удивление чистой, им не удалось найти место протечки. Затем в верхней части цилиндра было проделано отверстие, и началась откачка. Вскоре из работающего 15-дюймового двухствольного насоса потекли огромные потоки воды, и появилась надежда, что цилиндр скоро очистится. Однако, когда после трёх смен, по шестнадцать человек в каждой, выяснилось, что уровень воды нисколько не снизился, стало очевидно, что где-то образовалась серьёзная дыра.
"Братья Диксон, Бейкер и капитан Картер провели совещание на берегу, и, без сомнения, некоторые покраснели. Присутствовали три очень опытных инженера и капитан с большим стажем, и каждый шаг операции был тщательно спланирован." (цитата из книги Hayward, R. A "Cleopatra's Needles")
Теперь, после того что произошло, я никогда не буду строг и жёсток ни к одному военно-морскому капитану или кому-либо ещё. Нас было шестеро или семеро, и у нас были все основания уделять этому судну всё своё внимание. Фактически руководил операциями мистер Уэйнман Диксон, остальные наблюдали. Мы установили переборки, мы сделали через них водонепроницаемые двери, и мы так тщательно всё организовали, что человек, в обязанности которого входило закрывать эти двери, забыл это сделать. И все они остались открытыми! Нет ничего лучше признания, потому что оно может побудить других людей в подобных обстоятельствах избегать таких ошибок; но так оно и было. Поэтому, как только в этом торцевом отсеке появлялась пробоина, заполнился водой весь корабль, и нам пришлось работать на затопленном судне, лежащем в двух футах от поверхности, несущем 300 или 400 тонн груза на глубине 9 или 10 футов. Однако есть старая поговорка: «Провидение помогает тем, кто помогает себе сам». К счастью, мы не столкнулись с плохой погодой, и принятые нами меры по спуску судна на глубокую воду очень скоро увенчались успехом; но это небольшое несчастье и, как следствие, задержка помешали Его Высочеству хедиву Египта присутствовать на окончательном спуске судна на воду, на что он искренне надеялся.
Поскольку это общее описание судна и проведённых нами работ, я могу позволить себе теперь обратить внимание на несколько более научных вопросов, которые возникают, и чтобы прояснить их, я предусмотрительно изложил их в письменном виде.
(далее я для этого вопроса выделила раздел, в статье этого выделения нет)
Поведение цилиндрического судна на воде
Как видно, круглая форма судна была предложена, или, можно сказать, продиктована, планом строительства и спуска на воду, который был признан самым дешёвым и наилучшим в данных конкретных обстоятельствах. Легко показать, что, помимо последних соображений, круглая форма предлагала множество преимуществ. Во-первых, по соотношению веса и прочности никакая другая форма судна не могла сравниться с трубчатой; последнее особенно важно, когда груз, как в данном случае, представляет собой монолит. Поскольку пластины (обшивки) были повсеместно изогнуты и, следовательно, хорошо приспособлены для сопротивления давлению жидкости, мы смогли обойтись без половины количества шпангоутов, предписанных правилами Ллойда, и облегчить конструкцию в других отношениях.
Действительно, с инженерной точки зрения преимущества трубчатой конструкции очевидны. И только если мы посмотрим на этот вопрос с точки зрения моряка, станет очевидной необходимость самого тщательного и научного исследования всего вопроса. У нас не было непосредственного опыта, который мог бы помочь нам предсказать вероятное поведение нашего небольшого судна. Пришлось полагаться на теорию, и события доказали, что наш ориентир был абсолютно надёжным. Возможно, будет интересно кратко упомянуть некоторые из наших выводов.
Очевидно, важнейшим в данном случае был вопрос о качке. На воде, как и на суше круглое судно, очевидно, легче всего кренится под воздействием приложенной силы. Наше круглое судно, без груза и балласта, могло вращаться в воде, как беговая дорожка, и единственным сопротивлением движению было бы «сопротивление обшивки» железных пластин и так называемое «сопротивление киля» суженными концами, которые поглощали бы значительную силу, взбалтывая воду вперёд и назад. Судно прямоугольного сечения — короче говоря, квадратная труба — аналогично, без груза и балласта из-за присущей ему устойчивости формы не могло бы вращаться таким образом.
Предположим, мы загрузили в оба корабля одинаковое количество балласта, накренили их под определённым углом и отпустили одновременно. Какой из них остановится быстрее? Очевидно, (что это будет) квадратный корабль, поскольку он не сможет крениться без вытеснения больших объёмов воды при каждом колебании. Пришлось бы вытеснять большой клин воды с опущенной стороны (судна) и создавать соответствующий вакуум (с другой). С круглым судном ничего подобного не было бы.
Правда, принципы механики показывают, что круглое судно будет генерировать некоторые волны из-за небольшого бокового смещения оси цилиндра, но волны будут относительно незначительными по размеру и поглотят лишь малую часть энергии. Следовательно, приведение в состояние покоя круглого судна будет практически зависеть от трения обшивки, и это замедление, конечно, одинаково характерно и для квадратного или любого другого типа судна. В одном из смыслов этого слова можно сказать, что по степени качки круглая форма судна является наихудшей из всех возможных, поскольку её легко запустить, но трудно остановить.
Но в каком именно смысле это нас интересует? Нас явно не интересует, как быстро или насколько сильно мы сможем раскачать наше судно, переставляя команду с боку на бок по палубе или подкрадываясь к нему с берега. Мы хотим знать, насколько сильно волны будут раскачивать его, если мы оставим его на произвол судьбы и позволим им делать всё, что они захотят, а это совсем другое дело. С этой точки зрения, круглая форма является наилучшей, а не наихудшей с точки зрения качки, но чтобы это стало ясно, необходимо сказать несколько слов о волнах.
Когда вода находится в состоянии покоя, на различные частицы действует только гравитация, и, поскольку они подвержены её воздействию одинаково, поверхность воды обязательно горизонтальна. При образовании волн различные частицы, как и прежде, подвержены воздействию гравитации, но в данном случае в сочетании с центробежной силой, обусловленной круговым движением частиц в волне, поверхность волны принимает положение, перпендикулярное результирующей силы тяжести и центробежной силы.
Если частицы воды на поверхности волны находятся в равновесии, когда стоят на склоне, а не горизонтально, как в неподвижной воде, то и любое тело, плавающее на поверхности волны, будет находиться в равновесии. Например, человеку, стоящему на плоту, плавающем на поверхности волн, не нужно будет «набирать остойчивость» или поддерживать вертикальное положение, попеременно сгибая колени, когда плот наклоняется в одну или другую сторону; он просто будет постоянно стоять перпендикулярно плоту; и поэтому, находясь на склоне волны, он, как всадник в цирке, будет наклонен внутрь и по аналогичным причинам.
Если бы человек держал в руке отвес, он бы висел не вертикально, а перпендикулярно поверхности волны. И под действием тех же сил любое судно, стремящееся оставаться вертикальным в неподвижной воде, в возмущённой воде с той же силой стремится оставаться перпендикулярным «эффективному углу волнового склона». Здесь необходимо провести различие между «эффективным волновым уклоном» и «поверхностным уклоном», поскольку судно, в отличие от плота, подвержено влиянию более глубоких слоёв воды.
Гифка наглядно показывает, как с глубиной уменьшается размах кругового движения частиц воды. Получается, чем глубже киль и ниже метацентр, тем остойчивее судно на волне? Это мой вопрос к знатокам :о)
Совершенно нет необходимости углубляться в сложную и неясную теорию реакции частиц в волне. Для наших целей достаточно знать, что в результате глубоких исследований Ранкина, Фронда и других было чётко установлено, что те же самые свойства, которые стремятся удерживать судно в устойчивом вертикальном положении в неподвижной воде, будут стремиться с силой выбить его из вертикали на волновом уклоне. Другими словами, очень остойчивое судно будет очень плохо качаться.
Эта теоретическая истина слишком часто подтверждалась на практике. Первые броненосцы, как английские, так и французские, были чрезвычайно жёсткими и, как следствие, кренились примерно на 60° и совершали 12 или 13 кренов в минуту, в то время как наши современные и относительно неостойчивые корабли при тех же условиях кренились бы лишь в три раза медленнее и в три раза меньше. Таким образом, можно считать доказанным, что неостойчивый корабль, в силу своей неостойчивости, устойчив на волнах, и мы можем с полным основанием заключить, как и сделали, что наш цилиндрический корабль, из-за своей исключительно неостойчивой формы, будет крениться лишь на исключительно малую величину, если только мы не испортим его чрезмерным балластированием или неправильным распределением грузов.
Предположим, что наш трубчатый корабль имел бы равномерную толщину стенки, а «Игла» располагалась точно в центре. В этом случае он не обладал бы остойчивостью, но и не подвергался бы воздействию волн, которые, накатывая на него, просто плавно смещали бы его вверх и вниз. Он мог бы несколько раз в день переворачиваться в результате действия волновых частиц и трения, но он совсем не кренился бы в общепринятом смысле этого слова. Но, поскольку мы планировали разместить на верхней части цилиндра каюту, было очевидно, что необходимо удерживать его в вертикальном положении, и важный вопрос заключался в том, какова в плане остойчивости золотая середина, которая сделала бы корабль достаточно жёстким, чтобы противостоять шторму, и в то же время достаточно подвижным, чтобы обеспечить минимальную качку на волнах.
После тщательного рассмотрения вопроса во всех его аспектах было решено установить метацентрическую высоту корабля в 9 или 10 дюймов (23-25 см), или, другими словами, зафиксировать центр тяжести на этом расстоянии ниже центра цилиндра. Едва ли нужно отмечать, что обеспечиваемая таким образом остойчивость исключительно мала, и что некоторые авторитетные специалисты считали, что, ограничивая её, мы предпринимаем довольно смелый шаг. Однако опыт полностью оправдал выбранный нами курс. Обелиск был установлен примерно на 4 дюйма (10 см) ниже центра цилиндра, и когда последний буксировали от старого места обелиска в Александрийскую гавань, остойчивость полностью зависела от этого положения обелиска и от небольшого дополнительного веса в нижних пластинах цилиндра. На корабле не было никакого балласта, и его метацентрическая высота едва ли могла превышать 4 дюйма, поскольку верхняя часть цилиндра была "покрыта" мальтийцами и арабами, которые спокойно сидели на железной обшивке, и ничто не могло бы спасти их, если бы судно накренилось, чего оно никогда не делало ни в малейшей степени, хотя боковое волнение было настолько сильным, что у сопровождавших его буксиров спонсоны* уходили под воду."
(*) Спонсоны - боковые выступы на бортах
Здесь делаю вставочку из другого источника.
Когда «Клеопатра» покинула Александрию для обратного плавания, на борту у нее было 20 тонн железного балласта, а её метацентрическая высота, или, что в данном случае то же самое, расстояние центра тяжести ниже оси цилиндра, составляла 9 дюймов. Её полное водоизмещение составляло около 290 тонн, а радиус инерции — 4,75 фута. Эти параметры — всё, что необходимо для оценки «периода колебаний судна», или количества секунд, за которое судно совершает крен с правого борта на левый и обратно. «Период колебаний» судна — очень важный фактор его мореходных качеств, и он всегда определяется для каждого судна в наших и зарубежных флотах. Корабль, медленно качающийся на волнах, не только более комфортабелен, но и безопаснее, поскольку он с меньшей вероятностью будет подвержен накопленному крену, который возникает, когда судно находится среди волн того же периода.
Существует очевидная аналогия между качкой корабля и колебанием маятника; все, что нам нужно знать, это длину нашего маятника. На первый взгляд может показаться, что чем ниже центр тяжести относительно оси нашего цилиндрического корабля, тем длиннее будет маятник, и тем медленнее будут колебания корабля. Но на самом деле всё наоборот. Количество двойных кренов (в тексте написано "оборотов") корабля в минуту прямо пропорционально квадратному корню из метацентрической высоты, так что, если бы мы удвоили нашу остойчивость, понизив центр тяжести, наш корабль качался бы в √2 раза быстрее, или в 1,4 раза быстрее, чем раньше. И опять же, количество кренов обратно пропорционально радиусу инерции. Длину маятника, который колебался бы за то же время, что и качка корабля в неподвижной воде, можно легко получить, возведя радиус инерции в квадрат и разделив произведение на метацентрическую высоту. В нашем случае это 4,75 фута в квадрате, делённое на 0,75 футов = 30 футов. Маятник длиной 30 футов совершает двойное колебание за 6 1/10 секунды, и поэтому мы можем заключить, что беспрепятственное вращение «Клеопатры» происходило бы с той же скоростью.
Добавление скуловых килей и трение обшивки приводят к тому, что часть воды сопровождает качающийся корабль, и, таким образом, фактически увеличивает момент инерции и период колебаний корабля. Следует добавить, что для корабля такого размера, как «Клеопатра» 6 секунд — это исключительно хороший период. Очень немногие канонерские лодки качаются так медленно, а многие из более ранних броненосцев, как в нашем, так и в зарубежных флотах, качались быстрее. Поэтому наши исследования позволили нам предположить, что «Клеопатра», из-за своей неостойчивой формы и высокого центра тяжести, среди волн будет качаться лишь незначительно; и что если её начнет качать ветер или что-либо ещё, она будет качаться легко и медленно. События подтвердили эти выводы.
Что касается качки, то здесь возникли большие трудности. Мы не могли разместить груз так, как нам хотелось, или, в интересах комфорта экипажа и удобства размещения, нам следовало бы сломать обелиск пополам и разместить две половины рядом друг с другом в центре корабля. Однако мы были вынуждены транспортировать обелиск целым и мириться с возникающей в результате качкой и дискомфортом. Чтобы максимально облегчить подъём корабля на волны, обелиск был размещён толстым концом вперёд, чтобы воспользоваться законом, согласно которому динамические силы изменяются пропорционально квадрату скорости, а не просто пропорционально скорости. Чтобы проиллюстрировать эффект этого, представьте, что корабль-игла, покоящийся на спокойной воде, захватывается носом и поднимается силой, достаточной для придания носу скорости, скажем, в один фут в секунду, и предположим, что корма также поднимается аналогичным образом. Тогда, сравнив интенсивность двух сил, необходимых для придания заданной скорости, окажется, что она составляет около семи процентов. Поднять нос нашего корабля было легче, чем поднять корму. Вполне разумно предположить, что лёгкость качки, при прочих равных условиях, была бы пропорциональна лёгкости подъёма носа к волнам; и что, разместив обелиск так, как мы это сделали, мы получили существенное преимущество.
Справедливо будет отметить, что, к сожалению, в Египте из-за небольшой протечки в носовой и кормовой частях в крайние отсеки корабля было залито значительное количество бетона. Это непредусмотренное изменение конструкции, конечно, серьёзно усугубило качку. По сути, это было равносильно тому, чтобы подвесить лучший носовой якорь одного из наших крупнейших броненосцев над носом нашего маленького корабля, а аналогичный якорь — над его кормой, и, вероятно, если бы те, кто отвечал за балластировку, увидели вес в таком виде, они бы нашли способ от него избавиться.
Форма носа, полученная путём «сужения» круглого поперечного сечения корабля, очевидно, не является наиболее благоприятной с точки зрения качки, поскольку подъёмная сила меньше, чем у носа с вертикальными бортами, а вода воздействует на заднюю часть цилиндра* и утяжеляет его. Чтобы максимально устранить эти недостатки, носовая часть была сделана максимально полной*, насколько это было возможно при разумных затратах энергии на буксировку, и на ней была установлена башня, чтобы рассекать волны и отбрасывать воду с носовой части корабля. Капитан Картер сообщает, что желаемый результат был достигнут, поскольку корабль, после того как падал на волну, сразу же поднимался и «как утка» стряхивал воду со своей кормы.
(*) 1) подъёмная сила в момент, когда судно ложится (падает) на волну у клина меньше, чем у цилиндрической части, идущей сразу за ним? 2) от этого нос ныряет глубже, и качка больше? 3) выражение "нос был сделан настолько полным" обозначает размеры клина, в смысле возможно минимальной длины и, соответственно, угла его? Тут мне не понятно.
Мы надеемся, предшествующий краткий обзор соображений, которые привели к проектированию судна-иглы, даёт достаточное обоснование абсолютной уверенности, с которой мы доверили ему ценный и незаменимый груз. По-человечески говоря, если бы балласт не сместился, оно наверняка выполнило бы свою работу безопасно и быстро. К сожалению, склонность балласта к отрыву была недооценена теми, кто его укладывал, и это, возможно, неудивительно; ведь г-н Бертен (Louis-Émile Bertin), великий французский авторитет в области качки, утверждал, что даже в спокойной воде, для удержания балласта на месте при качке, нам необходимо рассчитывать на усилия, по меньшей мере равные двум третям веса корпуса и четырем третям веса мачт; и, конечно, в море нагрузка будет намного больше. Поэтому то, что балласт оторвался в ужасную погоду в Бискайском заливе, является скорее поводом для сожаления, чем для удивления.
Далее Диксон продемонстрировал диаграмму и по ней объяснил, почему и каким силам подвергается груз плота на склоне волны. Но, поскольку этой диаграммы нет, правильно перевести сложный текст, мне не предоставляется возможным. Так что, я пропускаю это место.
Следом Джон Диксон объяснил, каким способом планируется установить обелиск в вертикальное положение. Но об этом в другой раз. Впереди Бискайский залив, а далее - операция разборки судна и установки обелиска. Так что, к лекции Диксона ещё вернусь.
Прошу простить, что не принимаю участие в комментировании (у меня интернет через модем, всего две симки с ограниченным трафиком, эта уже на автопродлёнке, а следующая запустится только 21 числа). Экономлю всячески трафик :о(