7. В 1870 г. В. Фруд предложил воспользоваться для суждения о сопротивлении воды на корабль испытанием его модели, применяя Ньютонов закон механического подобия. Английское адмиралтейство поддержало начинание Фруда, в Торкей был построен специальный бассейн, послуживший затем образцом как для нашего, так и для других бассейнов. По закону Ньютона модель надо испытывать при скорости, составляющей от скорости корабля такую же долю, как корень квадратный из масштаба модели составляет от 1. Так, например, если модель в 1/25 натуры, то ее надо испытывать при скорости в 1/5 от скорости корабля, тогда сопротивление, ею претерпеваемое, составит такую долю от сопротивления корабля при его скорости, какую куб масштаба модели составляет от 1; в нашем примере это будет (1/25)3 = 1/15625. Зная же сопротивление и скорость, сейчас же получим и потребную мощность.
Однако на практике дело оказалось далеко не столь простым. Закон механического подобия, данный Ньютоном, столь же точен и неоспорим, как и всякий закон теоретической механики, но корабль и его модель при движении в воде не представляют собою двух подобных в механическом смысле систем, т. е. в смысле Ньютонова закона. Сопротивление воды состоит из двух частей: одной — зависящей от размеров и обводов корабля или его модели, другой — зависящей только от величины его смоченной поверхности и от длины ее. Эта вторая часть его как раз обнаруженное еще при опытах Бофуа трение, оно-то и не следует закону подобия. Фруд подробно изучил законы трения в воде и указал, как надо производить расчет в отдельности для каждой из составных частей сопротивления, чтобы от результатов испытания модели перейти к кораблю.
8. В тесной связи с сопротивлением воды находятся расчет и теория гребного винта. Хотя в последние годы в этой области сделано весьма многое покойным Н. Е. Жуковским и его учениками, начиная с академика С. А. Чаплыгина, но вопрос еще не получил окончательного разрешения. Все расчеты основаны на разного рода допущениях, более или менее соответствующих действительности.
Здесь во всяком случае надо иметь в виду воззрения Ранкина на все движители как на реактивные: движитель отбрасывает воду назад и сообщает кораблю такое же количество движения вперед, какое сообщено воде назад. Значит, работа, или мощность затрачиваемая на вращение винта, частично идет на сообщение движения кораблю, преодолевая сопротивление воды, частично же идет на сообщение скорости отбрасываемой назад воде. Эта последняя часть составляет чистую потерю. Эта потеря будет тем меньше, чем больше отбрасываемое количество воды и чем меньше скорость, с которою это количество воды отброшено. Отсюда видно, что надо получить струю, отбрасываемую винтом или вообще движителем, возможно большей площади поперечного сечения. Всякое нарушение этого принципа приводит к невыгодным движителям, обладающим большими потерями и малым полезным действием.
Таким образом, водометные движители, где струя сравнительно малой площади сечения отбрасывалась с большою скоростью, оказались весьма невыгодными. Наперед можно было предвидеть невыгоду устройства на одном из наших больших крейсеров, построенном лет сорок тому назад, среднего винта малых размеров для экономического хода; такой винт по самому принципу его работы не мог быть экономичным, что и подтвердилось на практике.
9. Перед самой Крымской войной во Франции и отчасти в Англии некоторые парусные линейные корабли были снабжены паровыми машинами и винтовым движителем. Они принесли большую пользу союзникам, но тогда же обнаружилась слабость деревянных судов в борьбе с бомбическими орудиями, незадолго перед Крымской войной введенными на вооружение судов и береговых батарей. Явилась необходимость в судах броненосных, и уже к концу войны под Кинбурном действовали французские плавучие броненосные батареи, принудившие крепость к сдаче, так как ее круглые ядра и бомбы не наносили никакого вреда, разбиваясь о броню. Это было начало строения броненосцев и продолжающейся и поныне борьбы между артиллериею и бронею.
Паровые машины того времени, а в особенности котлы, были малоэкономичны, и расход в 2½ килограмма в час на силу почитался малым; поэтому на первых броненосцах сохраняли и полный корабельный рангоут. Вскоре с увеличением размеров судов, утолщением брони, переходом от бортовой артиллерии к башенной от рангоута пришлось отказаться, и появились чисто паровые броненосцы. Первые же их сравнительные испытания на море показали, что, вопреки удержавшимся полтораста лет воззрениям Ив. Бернулли, основанным на ошибочном допущении о строении волны, наиболее остойчивые суда обладали и наиболее стремительной, больших размахов качкою даже на сравнительно небольшой волне, стрельба с них была невозможна или не обладала никакой меткостью.
Здесь надо вспомнить того же В. Фруда, изложившего в 1861 г. в только что основанном Лондонском обществе корабельных инженеров теорию боковой качки корабля. Последняя была основана на данной еще в 1803 г. Герствером, а затем вновь открытой Ранкином, самим Фрудом и Бертеном теории так называемых трохоидальных волн, близко подходящей к действительности для правильной океанской зыби. Практика вскоре подтвердила справедливость теории Фруда в ее существенных чертах.
10. Боевые выгоды низкобортных башенных судов дали капитану Кользу идею соединить в одном корабле низкий борт, толстую броню, башни и корабельный рангоут. Это был несчастный «Captain».
Рид указал, что для полного суждения об остойчивости корабля, в особенности низкобортного, недостаточно знать метацентрическую высоту при прямом положении корабля, а надо исследовать ее изменения при крене, так как лишь только верхняя палуба начинает уходить под воду, метацентр понижается, и остойчивость начинает уменьшаться. Вместе с тем он обратил внимание на то, как принимать в расчет действие шквала, и указал его особенную опасность для судов низкобортных на ходу под парусами. Короче говоря, он указал, что на «Captain» рангоута ставить нельзя. Рид был в это время главным кораблестроителем английского флота. Отказавшись утвердить хотя бы один чертеж этого корабля, он весною 1869 г. сделал в Обществе корабельных инженеров свой знаменитый доклад «Об остойчивости мониторов под парусами».
Несмотря на предостережения Рида, корабль по приказанию лордов Адмиралтейства был построен и снабжен громадным рангоутом с железными трехногими мачтами.
7 сентября 1870 г. вблизи мыса Финистерре во время пробного плавания «Captain» был опрокинут налетевшим шквалом, который не нанес никакого вреда остальным десяти броненосным судам эскадры адмирала Мильна, в составе которой «Captain» плавал. Из 550 человек спаслось 17 на полубаркасе, сорвавшемся с ростр.
Замечательно, что ни на «Captain», ни на эскадре не придавали ни малейшего значения исследованиям Рида. «Captain» опрокинулся в полночь, а утром того дня адмирал устроил гонку под парусами между одиннадцатью кораблями своей эскадры, перенеся свой фланг на «Captain» и находясь сам на этом корабле. Он допустил форсировку парусами, так что кромка верхней палубы касалась воды, и было бы достаточно не то что шквала, а легкого порыва ветра, чтобы опрокинуть «Captain».
В память погибших на этом корабле в Лондоне в соборе св. Павла вделана в стену бронзовая доска, на которой крупными буквами выгравирован приговор суда, выражающий порицание «невежественному упрямству» тогдашних лордов Адмиралтейства.
Гибель «Captain» заставила обратить серьезное внимание на исследование остойчивости не только при малых, но и при больших углах крена и послужила к развитию приемов этого исследования и упрощению вычислений, сюда относящихся.
11. На железных судах, в особенности военных, стали с самого их возникновения заботиться об обеспечении их непотопляемости подразделением на отсеки системою переборок, поперечных и продольных.
Но и здесь не обошлось без крупных недостатков и ошибок, хотя вопрос о подразделении корабля восходит еще к сказочному Ноеву ковчегу, о котором в библии сказано, что самим богом было Ною указано: «Отделения сделай в ковчеге и осмоли его изнутри и снаружи; три жилья сделай в ковчеге: верхнее, среднее и нижнее жилье, и сделай его из дерев гоффер и нимотриклин».