Существуют некоторые факты по этому предмету, которые доказывают занятые здесь позиции. Пароходы Коллинза ходили всего шесть лет, и тем не менее их ремонты в общей сложности превысили первоначальную стоимость самих судов или составили около восемьнадцати процентов годовых. Изначально они были построены так же хорошо и прочно, как любые судна в мире, что следует из отчета, представленного по их поводу коммодором М. К. Перри в Департамент, и из прекрасного состояния их корпусов в настоящее время. Их амортизация со всеми этими ремонтами составляла, пожалуй, не более шести процентов годовых. Однако в течение следующих шести лет они, вероятно, обесценятся на десять процентов, и к возрасту двенадцати или четынадцати лет станут непригодны для службы. Пароходы «Вашингтон» и «Германн», обладавшие прочными корпусами, проэксплуатированы восемь лет и теперь почти ничего не стоят. Их амортизация составила по меньшей мере десять процентов. Пароходы «Джорджия» и «Огайо», которые коммодор Перри и другие надзирающие военно-морские агенты охарактеризовали как хорошо построенные и мощные пароходы (см. Отчет Секретаря ВМФ, 1852 г.), прошли всего пять лет и были выведены из эксплуатации, будучи признанными никчемными. Со всеми ремонтами, произведенными на этих судах, которые, как признавалось, были способны нести первоклассную военную службу в соответствии с замыслом, их амортизация составила, вероятно, семнадцать процентов; поскольку старое железо вряд ли удалось бы продать дороже чем за пятнадцать процентов от их первоначальной стоимости. Эти пароходы оплачивали гораздо меньшие счета за ремонт, чем пароходы Коллинза, и не были столь искусно сконструированы или столь дорогостоящи. Американские пароходы в среднем служат не более десяти лет; но если они достигают двенадцати или четынадцати, то выплачивают сумму, почти равную двум своим стоимостям, на ремонты и замены. И не только это. Жизнь парохода заканчивается тогда, когда прекращается его пригодность к прибыльной службе. Возможно, он не сгнил, но он может быть столь тихоходным, или иметь столь устаревшую конструкцию, или сжигать намного больше топлива, чем более современные конкуренты, что не выдерживает испытания конкуренцией.
4. Таким образом, мы видим, что необходимые ремонты не только крайне обширны и дорогостоящи, но и имеют такие масштабы, которые существенно снижают доходы судов любого класса паровых судов. Но это не последнее дорогостоящее следствие почтовой скорости. Она требует более осмотрительной бдительности в отношении машин, котлов, палубы и каждого возможного отдела навигации, включая даже лоцманскую проводку. Она также требует большей оперативности и расторопности в каждом движении и, следовательно, гораздо большего общего числа людей. Больше людей необходимо для поддержания сильного огня; вдвое больше людей требуется для переброски вдвое большего количества угля; вдвое больше инженеров, чем при других обстоятельствах, необходимо для надежной работы машин и любых случайностей и ремонтов, которые неизбежны на океане; а большее число матросов и офицеров требуется для всех оперативных перемещений, которых от почтового парохода требует дело. Почтовые пароходы Гаврской линии «Араго» и «Фултон» никогда не перевозят менее шести инженеров каждый, хотя при напряженной системе работы они могли бы пересекать океан с тремя. Но такое число обеспечивает большую безопасность судна при обычных обстоятельствах и совершенно необходимо в любом случае аварии и опасности. То же самое касается и кочегаров. Когда в сильный шторм кочегарная команда укомплектована не полностью, судно подвергает себя одному из первых рисков сделать машины неэффективными и в конечном итоге погибнуть. И все эти дополнительные и незаменимые сотрудники ложатся дополнительным бременем на доходы судна и увеличивают крайнюю дороговизну высокой адекватной почтовой скорости.
5. Следовательно, ясно, что адекватная почтовая скорость требует больше топлива, больше инженеров, больше кочегаров, больше угольщиков и больших общих расходов. Вопрос о топливе, однако, сам по себе является самым важным из всех, влияющих на достижение высокой скорости, и той статьей, экономии которой больше всего желали и добивались как те, кто пытался перевозить грузы, так и те, кто перевозит почту и пассажиров. Главными интересующими аспектами в отношении него являются: колоссальное количество, которое как теория, так и практика показывают необходимым для быстроходных судов; крупная сумма, подлежащая уплате за него, и неуклонно растущая цена; а также то окупаемое грузовое пространство, которое занимает его обязательная перевозка. При скоростном плавании подача угля в топки часто доходит до точки, когда множество дополнительных тонн может быть сожжено, но при этом не производят никакого полезного эффекта или увеличения мощности. Тяга через топки и дымовые трубы настолько быстра и сильна, что уносит огромный объем тепла; и это в сочетании с большим количеством тепла, излучаемого из различных сильно нагретых деталей и поверхностей, требует поистине поразительного потребления топлива. Если мы поразмыслим над тем, что в двенадцати главных портах Великобритании в 1855 году тоннаж прибывших судов составил 6 372 301, а ушедших — 6 426 566, что в сумме равно 12 798 867, и это во время войны, что значительная часть этого тоннажа приходилась на паровые суда, а общий объем импорта и экспорта Великобритании за 1856 год составил 1 600 000 000 долларов, мы сможем отчасти оценить текущее и будущее использование угля и неизбежное сильное повышение его цены. Двести семьдесят пароходов британского военно-морского флота с общей мощностью около 50 000 лошадиных сил потребили в 1856 году, согласно отчету, представленному в этом году Комитету «Британской ассоциации содействия развитию науки» контр-адмиралом Мурсомом, 750 000 тонн угля. Трудности и стоимость добычи угля, его удаленность от морского побережья и многообразные новые области применения его использования среди нашего быстро растущего населения, а также его практически повсеместный и растущий спрос для морских нужд — все это сговаривается сделать его с каждым годом все более дорогим; в то время как в качестве движущей силы он уже находится вне досягаемости коммерческого океанского пароходства. Уголь за последние семь лет неуклонно рос в цене с двух с половиной до восьми долларов за тонну, что теперь можно считать вполне средней ценой вдоль нашего атлантического побережья. И чтобы мы могли яснее увидеть, насколько существенно скорость и стоимость парового морского судоходства зависят от простого вопроса одного лишь топлива, не говоря больше о ранее упомянутых препятствующих факторах, я представлю теперь несколько изысканий относительно
ЕСТЕСТВЕННЫХ ЗАКОНОВ СОПРОТИВЛЕНИЯ, МОЩНОСТИ И СКОРОСТИ,
С ТАБЛИЦАМИ ОНЫХ.
Сопротивление тел, движущихся в воде, возрастает пропорционально квадрату скорости; а мощность или топливо, необходимые для достижения скорости, изменяются или возрастают пропорционально кубу скорости. Таков закон, заложенный в природе и подтвержденный фактами и всеобщим опытом. Его провозглашение поначалу поражает тех, кто не размышлял на эту тему и кто в общем и целом полагает, что если судно может идти со скоростью 8 миль в час на определенном количестве угля, то оно должно идти со скоростью 16 миль в час на удвоенном его количестве. Я думаю, можно с уверенностью утверждать, что во всех случаях высокой скорости и обычной динамической или рабочей эффективности судна сопротивление возрастает быстрее, чем как квадраты. Обоснование этого закона таково: мощность, необходимая для преодоления сопротивления воды у носовой части судна и трения, возрастает как квадрат; далее, мощность, необходимая для преодоления естественной инерции судна и приведения его в движение, увеличивает это в свою очередь как квадрат скорости, и то и другое вместе образует совокупное сопротивление, из-за которого мощность для увеличения скорости судна должна возрастать как куб скорости. Но каково бы ни было обоснование, сам закон является признанным фактом для всех инженеров-теоретиков и доказывается на практике всеми пароходами. В подтверждение этого я приведу следующие мнения.
В своем трактате «Паровая машина» мистер Роберт Мюррей, являющийся членом Совета по торговле в Саутгемптоне, Англия, говорит, рассуждая о «Естественном законе, регулирующем скорость парохода», на странице 104: «Эти результаты главным образом зависят от естественного закона, согласно которому мощность, затрачиваемая на продвижение парохода через воду, изменяется пропорционально кубу скорости. Этот закон видоизменяется замедляющим эффектом увеличенной сопротивляющейся поверхности, проистекающим из веса машин и топлива, так что мощность в лошадиных силах возрастает в несколько более высоком соотношении, чем названное». Следует понимать, что когда он говорит о мощности, лошадиных силах и т. д., это просто иная форма выражения количества сожженного угля; поскольку мощность находится в прямой пропорции к количеству топлива.
Борн, великий шотландский писатель, посвященный гребному винту, в своем крупном томе, изданном издательством «Лонгманс» в Лондоне на странице 145, говорит, завершая фразу о дороговизне судов: «Поскольку известно, что сопротивление судов в случае значительных скоростей возрастает быстрее квадрата скорости».
Далее на странице 236 в отношении «сопротивления тел, движущихся в воде», он говорит: «В случае очень острых судов сопротивление, судя по всему, возрастает почти пропорционально квадрату скорости, однако в случае судов обычной степени остроты сопротивление возрастает быстрее квадрата скорости».
Далее на странице 231, говоря о глупости попыток компании эксплуатировать пароходы с достаточной для почты скоростью по выплачиваемой за это цене, он говорит: «В то же время приходится поддерживать повышенную скорость, что, конечно, равносильно дальнейшему сокращению платы. Фактически их положение на линии Красного моря сейчас таково, что им было бы лучше без почты, чем с ней, поскольку одни лишь расходы на увеличенное количество топлива, необходимое для реализации той повышенной скорости, которую они обязались поддерживать, поглотят всю правительственную субсидию. Чтобы увеличить скорость судна с 8 до 10 узлов, необходимо удвоить мощность машин». Этот труд мистера Борна является в настоящее время эталонным авторитетом по предмету, о котором он повествует, во всем мире.
Далее мистер Джеймс Р. Нейпир из Лондона, известный как один из крупнейших и наиболее искусных производителей машин в Великобритании, в ходе обсуждения динамической эффективности пароходов в трудах «Британской ассоциации» за 1856 год на странице 436 говорит: «Я принимаю здесь за данность, что мощность на подобных судах в настоящее время изменяется пропорционально кубу скорости». Мощность просто представляет уголь; фактически это и есть уголь.
Мистер Чарльз Атертон, способный и выдающийся главный инженер Королевской верфи Ее Величества в Вулидже, опубликовал книгу под названием «Возможности парохода», меньшую книгу по «Классификации судовых машин» и несколько обстоятельных докладов для Британской ассоциации, Лондонского общества искусств, Ассоциации гражданских инженеров и «Журнала ремесленников» с целью должного разоблачения высокой стоимости паровых грузовых перевозок на основе замеченного выше закона и разорительных расходов на эксплуатацию судов определенных классов с пониженной динамической эффективностью. Когда всего несколько недель назад в Лондоне я спросил редактора «Артисана», оспаривает ли хоть один инженер в Англии законы, касающиеся мощности, на которых мистер Атертон основывал свои аргументы, он ответил, что никогда не слышал о таковых. Я сам спросил мистера Атертона, находил ли он в случае новейших и наиболее усовершенствованных пароходов с наилучшими возможными обводами для скорости какой-либо изъян в законе сопротивления как квадратов и мощности как кубов скорости. Он ответил, что не находил; и что он считает этот закон заложенным в природе и повсюду видел его подтверждение на практике в ходе многочисленных экспериментов, которые входил в его обязанность проводить с паровыми судами как внутри Королевского флота, так и вне его. Я полагаю, поэтому, что со всеми этими высокими авторитетами данное положение будет признано законом мощности и скорости, а следовательно, и потребления угля и высокой стоимости эксплуатации пароходов на почтовых скоростях.
В мои задачи не входит обсуждение этого закона здесь или общее либо специальное рассмотрение теории пароходства. Достаточно того, что я четко укажу на его существование и лишь основные методы его применения, поскольку они необходимы для общего вывода, который я намерен сделать, а именно: быстроходные пароходы не могут содержать себя за счет собственных доходов. Обычный читатель может пропустить эти формулы до стр. 69 и посмотреть на их результаты.
I. КАК ОПРЕДЕЛИТЬ ПОТРЕБЛЕНИЕ ТОПЛИВА, НЕОБХОДИМОЕ ДЛЯ УВЕЛИЧЕНИЯ СКОРОСТИ ПАРОХОДА.
Предположим, пароход, идущий со скоростью восемь миль в час, потребляет сорок тонн угля в сутки: сколько угля он будет потреблять в сутки при девяти милях в час? Расчет выглядит следующим образом:
8 куб. : 9 куб. :: 40 : требуемое потребление, которое составляет 56,95 тонны. Здесь скорость возросла на 12 1/2 процента, в то время как количество потребляемого топлива увеличилось на 42 1/2 процента.
Предположим далее, что мы хотим увеличить скорость с 8 до 10 и с 8 до 16 миль в час. Формула остается прежней, вот так:
Miles.
Miles.
Tons Coal.
Tons Coal.
83 : 103 :: 40 : x, = 78.1
83 : 163 :: 40 : x, = 320.
II. КАК ОПРЕДЕЛИТЬ СКОРОСТЬ, СООТВЕТСТВУЮЩУЮ УМЕНЬШЕННОМУ ПОТРЕБЛЕНИЮ ТОПЛИВА.
Мюррей привел несколько удобных формул, которые я здесь заимствую. Предположим, судно в 500 лошадиных сил идет со скоростью 12 узлов в час при потреблении 40 тонн угля в сутки: какова будет скорость, если оно сжигает всего 30 тонн в сутки? Итак:
40 : 30 :: 123 : V3 (or cube of the required velocity,)
Or, reduced, 4 : 3 :: 1728 : V3,
Equation, 3 × 1728 = 5184 = 4V3,
Or, 5184/4 =
3√1296 = 10.902 knots = V, required velocity.
Таким образом, мы сокращаем количество угля на одну четверть, но скорость снижается чуть более чем на одну двенадцатую.
III. СВЯЗЬ МЕЖДУ ПОТРЕБЛЕНИЕМ ТОПЛИВА, А ТАКЖЕ ПРОТЯЖЕННОСТЬЮ И СКОРОСТЬЮ ПЛАВАНИЯ.
Потребление топлива в двух или более заданных плаваниях будет изменяться пропорционально квадрату скорости, умноженному на пройденное расстояние. Так, во время плавания на 1200 миль со средней скоростью 10 узлов потребление угля составляет 150 тонн: мы хотим узнать потребление на 1800 миль при 8 узлах. Итак:
150 тонн : C требуемое Потребление :: 10 кв. узлов × 1200 миль : 8 кв. узлов × 1800 миль.
Then, C × 100 × 1200 = 150 × 64 × 1800,*
Or, C × 120,000 = 17,280,000
Reduced to C = 1728/12 = 144 tons consumption.
Предположим далее, что мы хотим узнать норму скорости для 1800 миль, если используемый уголь такой же, как в другом плавании на 1200 миль со 150 тоннами угля и скоростью десять узлов:
Мы подставляем прежнее потребление, 150 тонн, вместо C, как в уравнении выше, отмеченном *, и V кв. (квадрат требуемой скорости) вместо 64, и получаем:
150 × 100 × 1200 = 150 × V2 × 1800,
Or, 120,000 = 1800V2,
Reduced, 1200/18 = V2,
And V = √66.66 = 8.15 knots.
Из вышеприведенных легко понятных формул мы можем с приближенной достоверностью определить то большое количество угля, которое необходимо для увеличения скорости, значительную экономию угля при снижении скорости, а также способы согласования топлива с плаванием или плавания с топливом. Здесь нет необходимости очень внимательно изучать экономию топлива, поскольку этот вопрос касается исключительно перевозки грузов. Когда перевозится почта, экономия топлива не является желаемой целью, таковой является скорость; и следовательно, мы должны мириться с расточительностью в отношении топлива. Этот большой расход угля не нужен в случае грузов, так как их можно перевозить медленно и, следовательно, дешево. Но одна из главных причин быстрой доставки почты заключается в том, что она может значительно опережать грузы по времени прибытия и благодаря этому управлять их движением.
Недавно мне представилась прекрасная возможность проверить то огромное количество топлива, которое экономится при незначительном снижении скорости, и я привожу ее в качестве иллюстрации выдвинутого закона. Мы находились на судне американской почтовой службы «Фултон» под командованием капитана Уоттона и шли со скоростью 13 миль в час. Некоторые трубки пришли в негодность в одном из котлов, и топки были потушены, а пар и вода спущены из этого котла, оставив другой, такого же размера, приводить судно в движение. Один эрудированный джентльмен, случайно узнавший, что мы используем только один котел и, следовательно, лишь половинную мощность, заметил мне, что весьма странно, будто судно все еще идет со скоростью около одиннадцати миль в час без всяких парусов. Он сказал: «Это странно, сэр; два котла одинакового размера гнали нас тринадцать миль в час; а теперь вот один котел гонит нас почти одиннадцать миль или почти столь же быстро, в то время как здравый смысл учит, что один котел должен гнать нас лишь со скоростью шесть с половиной миль в час. Как же так?» Затем я очень понятно объяснил ему естественный закон, касающийся мощности и скорости (см. Правило II, стр. 68), который он сразу же понял и признал, но с замечанием: «Воистину, сэр, я бы поклялся, что с одним котлом она должна была идти только на половинной скорости; или что, идя со скоростью шесть миль с одним котлом, она пойдет двенадцать с двумя».
Поскольку обычному читателю будет интересно изучить детали увеличенного потребления топлива при возросших скоростях, я привожу следующую обстоятельную таблицу, недавно подготовленную мистером Атертоном для его нового издания книги «Возможности парохода» в соответствии с упомянутой выше формулой и ходовыми качествами судна лучшего типа в Королевском флоте — парохода «Раттлер». Мистер А. обнаружил у этого судна более высокую эффективность на одну лошадиную силу, чем у любого другого во флоте, и поэтому взял за основу потребления угля в таблице допущение, что почтовые и пассажирские суда в целом должны быть столь же удачного конструктивного типа, как «Раттлер». Я представлю также другую таблицу, показывающую гораздо большее потребление топлива судом худшего типа. Я использую эти таблицы потому, что они абсолютно правильны и столь же совершенны, как любые, которые я мог бы построить по той же формуле; и потому, что за ними стоит вес, пожалуй, самого авторитетного источника в Великобритании.