Эрикссон, прежде чем заинтересоваться винтом, был, как уже было сказано, инженером и механиком выдающихся способностей; тогда как Смит, начиная свое новое призвание, должен был приобрести все, кроме своей первой концепции. Эрикссон мог полагаться на плодовитость собственного гения, был своим собственным чертежником и проектировал свои собственные двигатели, приспосабливая их к новому движителю путем отказа от передачи и адаптируя их к скорости от тридцати до сорока оборотов — большой и смелый шаг для инициативного действия. Смит, напротив, не будучи инженером, должен был доверить выполнение своих планов другим, чьи знания в конструировании находились в рутине двигателей с гребными колесами; и это объясняет тот факт, что все самые ранние британские винтовые пароходы приводились в движение передачей. Эта нехватка механических ресурсов со стороны Смита добавила трудностей в его карьере; но его решимость и настойчивость оказались выше всех препятствий и привели его к цели в триумфе. Вкратце, таковы были соответствующие заслуги Смита и Эрикссона во внедрении винтового движения; и к их большой чести, на протяжении всей их карьеры никакие узколобые ревности не омрачали блеск благородного соперничества.
Таково было происхождение нового двигателя — могучей машины, с помощью которой армады выстраиваются в боевой порядок, грузы торговли доставляются на далекие рынки, нетерпеливый эмигрант переправляется в обетованную землю, и с помощью которой дыхание привязанности, муки страдания и вздохи любви доносятся до далеких континентов.
Вследствие успеха «Архимеда» Адмиралтейство приказало оснастить «Рэттлер» винтом, и было немалым удовлетворением обнаружить, что ее двухцилиндровые двигатели могут быть легко адаптированы к новому движителю. Она имеет водоизмещение 888 тонн и мощность двести лошадиных сил, была спущена на воду весной 1843 года, став первым винтовым судном в британском флоте.
В течение двух последующих лет она была испытана с множеством различных винтов, и было проведено множество экспериментов, чтобы обнаружить длину, диаметр, шаг и количество лопастей винта, наиболее эффективные во всех различных условиях ветра и моря. Винт с двумя лопастями, каждая из которых равна одной шестой части витка, и с равномерным шагом, в целом оказался наиболее эффективным, и это винт, принятый сейчас на большинстве судов всех классов в британском флоте.[1]
Движитель совершенно иной конструкции, который дал отличные результаты на судне компании «Пенинсулар энд Ориентал Стимшип», а впоследствии был выставлен в доках в Саутгемптоне, здесь заслуживает мимолетного упоминания. Этот движитель сконструирован таким образом, чтобы позволить инженеру регулировать скорость поршня; ибо шаг винта можно увеличивать или уменьшать по желанию. Таким образом, при попутном ветре, увеличивая шаг без увеличения оборотов, полная мощность двигателя эффективно используется для движения судна, вместо того чтобы расходовать топливо на бесполезную работу двигателя; а при встречном ветре, уменьшая шаг, двигатели заставляют выполнять свою максимальную работу; и когда судно идет только под парусами, лопасти движителя могут быть установлены на одной линии с ахтерштевнем и, таким образом, оказывать небольшое сопротивление. Еще одно преимущество, приписываемое этому движителю (известному как движитель Гриффитса), заключается в том, что в случае поломки лопасти ее можно легко заменить, «накренив судно»; этот метод заслуживает тщательного рассмотрения инженерами, как и особенно каждый новый движитель, который обещает более совершенный союз с парусами.
Чтобы возобновить повествование — скорость «Рэттлера» была впоследствии проверена испытанием с «Алекто», пароходом с гребными колесами равной мощности, построенным по тем же формам; и результат был настолько благоприятным, что Адмиралтейство заказало постройку или переоборудование двадцати трех судов в качестве винтовых пароходов, и таким образом был заложен фундамент нынешнего грозного парового флота Англии.
Превосходство, которое было заявлено для «Принстона», было установлено во время Мексиканской войны его работой перед Веракрусом в качестве блокадного судна беспрецедентной эффективности, которое, будучи продемонстрированным под восхищенным наблюдением британской эскадры, способствовало больше, чем любое другое отдельное событие, подтверждению Адмиралтейством выводов, которые следует сделать из только что описанных экспериментов, и решению о принятии винта в качестве лучшего вспомогательного средства паруса, лучшего механического двигателя на океане. Таким образом, Англия, приняв сразу практическую демонстрацию «Принстона», проявила ту дальновидность, благодаря которой она завоевала свое господство на море, и бдительность, с которой она его поддерживает; в то время как наше собственное правительство ожидало, в ненадлежащем колебании, результатов, которые могли бы развить более широкие испытания винта в Англии.
Эта осторожная политика, а не смелый и либеральный курс, которого требует морской гений страны, обрекла нас на долгие годы бездействия, пока, наконец, абсолютная необходимость обновления части наших военно-морских сил не породила фрегаты класса «Миннесота». Хотя они развили мало что-то абсолютно новое, они очень далеки от того, чтобы быть имитациями; но по модели, вместимости, оснащению и, прежде всего, по своему вооружению они вызвали восхищение во всем мире и вызвали у выдающегося британского адмирала в командовании значимое заявление, что, пока он не увидел их, он никогда не осознавал своего идеала совершенного военного корабля.
Ведущей идеей в концепции этих кораблей было сокращение количества орудийных палуб с двух и трех до одной палубы и, следовательно, пространства, в котором могли бы размещаться снаряды. Это соображение, которое, как полагают, рано или поздно должно господствовать в военно-морском строительстве; хотя Франция и Англия, давно привыкшие измерять мощь кораблей количеством орудийных палуб, могут быть более медленными в следовании нашему примеру в этом отношении, чем в подражании увеличенному калибру нашей артиллерии.
Новые классы пароходов, готовящиеся к выходу в море, типами которых являются «Хартфорд» и «Ирокез», обещают быть наиболее эффективными кораблями и сделать много чести нашим военно-морским властям за их смелый, но разумный отход от традиций, которые долгое время препятствовали управлению этой важной ветвью государственной службы. Хотя это размышление делается редко, тем не менее верно, что большая часть репутации, которой пользуются Соединенные Штаты, и влияния, которое они осуществляют, обусловлены эффективностью их флота; и если они должны оставаться не уменьшенными, то крайне важно, чтобы национальные корабли всегда представляли высшее достижение военно-морской науки.
[Сноска 1: Серия экспериментов с винтом была проведена на борту «Дварфа» в 1845 году и на борту «Минкса» в 1847 и 1848 годах, но результаты существенно не отличались от тех, что были получены ранее. На «Рэттлере», «Дварфе» и «Минксе» было испытано двадцать девять различных движителей.]
После того как эффективность винта была доказана, стало ясно, что следующим требованием для военного парохода является размещение его механизмов ниже ватерлинии; и отсюда возник спрос на совершенно новый тип двигателей, что, как было ясно, внесет большие изменения во всю работу инженера и машиниста. Такое изменение, было очевидно, значительно увеличит риск неудачи, и поэтому Адмиралтейством было решено обеспечить успех в этой очень трудной задаче путем привлечения всех лучших талантов страны. Соответственно, для двадцати трех кораблей было заказано равное количество винтовых двигателей; и как с конструкторами, так и с инженерами, каждый должен был соблюдать определенные условия, однако каждому было позволено проявить свою индивидуальность, и каждый проиллюстрировал свои взгляды на то, что требовалось, отдельным планом двигателя.
Мудрые и либеральные действия Британского Адмиралтейства, которое не останавливалось ни перед какими расходами и испытывало каждое усовершенствование в механизмах, которое давало уверенность в хорошей работе и обещало каким-либо образом повысить эффективность флота, породили не менее четырнадцати различных разновидностей винтового двигателя. Среди них всех горизонтальный транковый двигатель Пенна кажется фаворитом и работал настолько хорошо на «Энкаунтере» с четырнадцатью орудиями, «Арроганте» с сорока шестью, «Империез» с пятьюдесятью и «Агамемноне» с девяноста, что два года назад он был установлен в примерно равных пропорциях мощностью двести, четыреста, шестьсот и восемьсот лошадиных сил на борту сорока кораблей и многих меньших судов британского флота; он выполнил все обещания, данные ему, ни в одном случае не требуя ремонта. Эти двигатели соответствуют всем условиям, разумно требуемым в механизмах военного корабля; они лежат очень низко, а малочисленность и доступность их частей не оставляют почти ничего желаемого; — более легкая, более компактная или более простая комбинация еще должна быть придумана.[1]
На всех вышеупомянутых кораблях соединение двигателей прямое, и многие из них работают со скоростью от пятидесяти до семидесяти пяти оборотов. На этом моменте делается акцент, потому что замечено, что многие инженеры испытывают трудности в освобождении себя от ранних впечатлений, произведенных длинноходовыми двигателями, выражают опасения при пятидесяти и шестидесяти оборотах и готовы обойти трудность с помощью передачи — которая, как есть надежда, впредь не будет принята на наших национальных кораблях. Двигатели с передачей намного тяжелее, чем двигатели с прямым соединением, и занимают больше места — большое соображение на кораблях, где место для топлива пользуется таким спросом, помимо того, что их труднее разместить ниже ватерлинии — соображение, которое на военных кораблях должно рассматриваться как первостепенной важности, так как двигатели военного парохода должны быть так же защищены от выстрелов, как и его пороховой погреб. Опыт показал, что опасения, вызванные быстрым ходом прямых двигателей, были беспочвенны; и что на вспомогательных судах, с правильно смоделированным движителем, не будет необходимости в очень высокой скорости поршня.
Форма двигателя, обычно принятая с большим успехом на более поздних винтовых судах.
[Сноска 1: «Его большое количество трения» — возражение, часто спекулятивно выдвигаемое против транкового двигателя, хотя диаграмма трения показывает, что оно на самом деле меньше в этом, чем в большинстве других двигателей.] военно-морского флота Соединенных Штатов — это «горизонтальное прямое действие» с шатуном, возвращающимся от крейцкопфа к цилиндру; эти двигатели делают от шестидесяти до восьмидесяти оборотов в минуту. Паровой клапан — это уплотненный золотник с небольшим перекрытием, а расширительный клапан — это регулируемый золотник, работающий на задней стороне парового клапана. Котлы — вертикального водотрубного типа, с трубками над топками, и снабжаются пресной водой трубчатыми поверхностными конденсаторами, которые вместе с воздушными насосами размещены напротив цилиндров.
Пока суда, заказанные Адмиралтейством, находились на стапелях, г-н Ллойд предположил, что модель их кормовых частей не является наиболее благоприятной для скорости — что они слишком «полные» и что «более тонкий ход» был бы предпочтительнее. Чтобы решить этот вопрос, «Дварф», судно с тонким ходом, было взято в док, и его кормовая часть была заполнена тремя отдельными слоями обшивки, чтобы придать ей форму и пропорции судов, которые тогда строились. Эти слои обшивки можно было удалять последовательно и легко установить влияние более полного или более тонкого хода на скорость судна. Затем было проведено испытание, и результат доказал правильность мнения г-на Ллойда; удаление различных слоев обшивки увеличило скорость с 3,75 до 5,75, до 9 и, наконец, до 11 узлов. Испытание между «Райфлманом» и «Шарпшутером», судами водоизмещением четыреста восемьдесят тонн и мощностью двести лошадиных сил, и «Минксом» и «Тизером» водоизмещением триста тонн и мощностью сто лошадиных сил, дало аналогичные результаты — скорость в каждом испытании была на двадцать четыре процента в пользу более тонкого хода.
Хотя теперь были достигнуты большая эффективность и экономичность, оставался еще один важный недостаток, который нужно было устранить, а именно: препятствие для скорости и эволюции под парусами, создаваемое волочащимся движителем; что было достигнуто изобретением «транка» или «колодца», в который движитель может быть поднят по желанию; и больше нет ничего, что могло бы помешать постройке винтового фрегата, который был бы пригоден для сопровождения, только под парусами, флота быстрых парусников, с уверенностью, что он может прибыть в пункт назначения в компании со своими собратьями, имея в резерве всю свою паровую мощность.
Механизм, с помощью которого осуществляется извлечение винта, следующий: — Есть два ахтерштевня; между ними, соединяя их друг с другом и с килем, находится массивная металлическая рама, в которой покоится другая рама, или шасси, в которой подвешен винт; около ватерлинии палуба и ватервейсы расширены до заднего ахтерштевня, и через отверстие или транк в этой нависающей корме рама, подвешивающая винт, поднимается червяками, работающими в рейке, закрепленной на раме, и приводимыми в действие с палубы, как показано на прилагаемом чертеже, — или талями, как сейчас наиболее распространено. На британском корабле «Агамемнон» с девяноста орудиями движитель поднимается гидростатическим насосом — аккуратное устройство, но склонное к поломкам. Когда желательно поднять движитель, лопасти сначала устанавливаются в вертикальное положение, и операция подъема выполняется за несколько минут.
Относительные преимущества движителя, приспособленного для подъема, и того, который жестко закреплен, долгое время были предметом многих дискуссий.
Для торговых пароходов, имеющих установленный маршрут, на котором помощь пара постоянно востребована, общепризнано, что положение винта должно быть постоянным. Конструкция судна тогда менее дорогостоящая, в то время как сохраняется большая прочность; и поскольку эти суда находятся вне порта лишь на короткие промежутки времени, в случае необходимости ремонта они имеют доступ к докам. Но для военных кораблей дело обстоит совершенно иначе. Часто вынужденные оставаться в море в течение длительных периодов, много под парусами и часто далеко от верфи, они должны быть обеспечены средствами подъема винта для ремонта или очистки, или для освобождения от препятствия, которое он создает для плавания и эволюции, а также от вредной «тряски», вызванной волочащимся движителем.
[Иллюстрация: СПОСОБ ПОДЪЕМА ВИНТА.]
С другой стороны, конструкция транка или колодца ухудшает прочность кормы, делает ее гораздо более уязвимой и ослабляет ее защиту, в то время как она противопоставляет скорости весьма значительное сопротивление заднего ахтерштевня.[*] Тем не менее, ни один современный корабль британского флота не обходится без средств подъема своего движителя, и лучшее мнение командиров и инженеров той службы, имеющих наибольший опыт работы на винтовых судах, сводится к убеждению, что для военных кораблей преимущества возможности подъема движителя гораздо больше перевешивают возражения, выдвигаемые против подъема. В этой связи мы упоминаем факт, что все винтовые корабли «при ветре» имеют сильную тенденцию к приведению к ветру. Не было бы это устранено наличием затвора или задвижки, чтобы заполнить дейдвуд, когда винт поднят?
[Сноска *: Нельзя ли внедрить металлический ахтерштевень, сочетающий прочность, легкость и малое сопротивление?]
Лучшая иллюстрация последствий волочащегося движителя была представлена при отходе русской эскадры из Кронштадта, направлявшейся к Амуру в 1857–1858 годах, состоявшей из трех военных шлюпов с парусным вооружением барка и трех трехмачтовых шхун под флагом коммодора Кузнецова. Суда каждого класса были построены по одним и тем же формам и во время эксперимента имели одинаковую осадку и водоизмещение. При выходе в открытое море был дан сигнал поднять винты и поставить паруса. Вскоре после этого вся эскадра доложила о выполнении приказа, за исключением шлюпа «Воевода», у которого случилась неприятность — сломалась шпонка в муфтах, и поэтому он не мог поднять свой винт. Были предприняты все усилия, чтобы вынуть шпонку, и тем временем эскадре был представлен очень поучительный пример влияния волочащегося движителя на скорость судна. Обстоятельства были следующими: — Ветер, легкий бриз, прямо с кормы; «Воевода» нес все паруса, кроме грота; два других шлюпа держались с ним, имея марсели на гитовах, а шхуны — с приспущенными пиками. В этих условиях «Воевода», имея лопасти винта зафиксированными горизонтально, едва мог удерживать свою позицию, идя два с половиной и три узла. Затем «Воеводе» удалось установить свой винт вертикально, когда без всякого изменения ветра скорость увеличилась до четырех с половиной узлов. Другие шлюпы тогда подняли марсели до места, а шхуны подняли гафели. Наконец «Воеводе» удалось поднять свой винт, когда немедленно все шлюпы под теми же парусами продолжили свой курс, делая шесть — шесть с половиной узлов. Лучшего примера препятствия, создаваемого волочащимся движителем, нельзя было представить.[1]
«Тряска», о которой упоминалось, — это дрожащее или вибрационное движение, передаваемое кормовой части корабля, и особенно корме, вращением движителя, часто раскрывающее швы, а на старых судах иногда расшатывающее стыки и вызывающее опасные течи. Это движение возникает по двум причинам — одна присуща самому винту, другая обусловлена его положением в дейдвуде. Первая причина — это разница в движущей эффективности верхней и нижней лопастей, когда они находятся в любом другом положении, кроме горизонтального. Центр давления нижней лопасти, находясь на большей глубине под поверхностью, чем центр давления верхней лопасти, действует на среду с большим сопротивлением смещению, и дифференциал давлений двух лопастей неизбежно вызывает вибрационное движение в корме судна. Этот эффект значительно усиливается, когда зазор, оставленный винту в дейдвуде, слишком мал; ибо снижение гидростатического давления у ахтерштевня и увеличение его у рудерпоста при каждом прохождении лопастей должны сопровождаться сотрясением. Поэтому, если «колодец» или расстояние между стойками сделать достаточно длинным по отношению к винту, «тряску», обусловленную последней причиной, можно почти полностью устранить.