Раздел 7. Техника индустриальной цивилизации
Водный транспорт
Развитие судостроения
В 1860 г. английский инженер Дж. Элдер предпринял попытку внедрить на торговом флоте паровую машину — компаунд. В 1862 г. он получил патент на трехцилиндровую, а затем и на четырехцилиндровую машину. С 70-х годов начинается массовое применение компаунд-машин на различного типа судах. Определяется конструктивный тип судовых паровых машин: на винтовых пароходах применялась вертикальная машина, а на колесных — наклонная. В 1871 г. Англия спускает на воду судно «Оушеник», снабженное компаунд-машиной.
В России создание первых грузопассажирских пароходов связано с именем механика и теплотехника В.И. Калашникова. По его проекту в 1871 г. на Сормовском заводе был построен первый двухпалубный пароход «Переворот» грузоподъемностью 800 т и скоростью хода 8 узлов (15 км/ч). В 1882 г. Калашников создал весьма экономичный и удобный в эксплуатации вертикальный паровой котел, получивший широкое признание не только в России.
В 1897 г. английский инженер Ч.О. Парсонс построил первое судно с паровой турбиной «Турбиния» длиной 30 м и водоизмещением 44 т. «Турбиния» развивала скорость 37 узлов (69 км/ч), а мощность ее радиальной турбины (поток пара движется от центра турбины к периферии) составляла около 2 тыс. л. с. На тот же вал ротора паровой турбины был насажен и электрический генератор, что сокращало потери энергии.
С начала XX в. паровые турбины получили широкое применение на судах, которые в дальнейшем стали называться турбоходами. Первым пассажирским пароходом, снабженным паровыми турбинами, был английский пароход «Кинг Эдуард» водоизмещением 562 т, построенный в 1901 г. для пассажирского сообщения через Ла-Манш. Скорость судна составляла 20 узлов (около 37 км/ч).
Первыми турбинными пароходами большого водоизмещения и дальнего плавания были «Викториан» и «Вирджиниан» — два одинаковых судна, построенные в 1904 г. и совершавшие рейсы между Европой и Америкой. Мощность и скорость морских и океанских судов все более возрастали. Это особенно относится к лайнерам — огромным рейсовым судам, которые строились конкурирующими между собой пароходными компаниями («Кьюнард Лайн», «Уайт-Стар-Лайн», «Северо-Германский Ллойд» и др.). В 1907 г. компания «Кьюнард Лайн» выстроила «Лузитанию» водоизмещением 36 тыс. т, длиной 247 м и мощностью паровых турбин 6 тыс. л. с. «Лузитания» развивала скорость 25 узлов (47 км/ч).
Самым быстроходным турбинным судном (28 узлов — 52 км/ч), построенным в первое десятилетие XX в., была «Мавритания» — английское судно водоизмещением 36 тыс. т, длиной 240 м. Мощность паровых турбин «Мавритании» составляла 78 тыс. л. с.
Создание теплоходов
Важным техническим нововведением стали дизельные суда — теплоходы. Идею установки двигателей внутреннего сгорания на судах впервые выдвинул в 1898 г. профессор Петербургского политехнического института К.П. Боклевский.
Первый дизельный танкер «Вандал» длиной 74 м и шириной 10 м имел осадку около 2 м, грузоподъемность 820 т и развивал скорость 7,4 узла (14 км/ч). На «Вандале» применили электропередачу: установили в середине судна три дизельных мотора с электрическими генераторами по 120 л. с. каждый. Эти «дизель-динамо» посылали ток в три реверсивных электродвигателя, расположенных в кормовой части, на валах гребных винтов. Через год в России был построен второй танкер-теплоход «Сармат». Мощность каждого из двух его двигателей составляла 180 л. с. Несколько позже на воду был спущен лучший из этой серии теплоходов — «Данилиха».
В 1908 г. со стапеля Коломенского завода сошел первый в мире морской теплоход «Дело» водоизмещением 5,7 тыс. т, суммарной мощностью двух двигателей 1 тыс. л. с., скоростью 9,5 узлов (около 19 км/ч) и грузоподъемностью 4,2 тыс. т. Спустя четыре года этот завод выпустил серию грузопассажирских теплоходов. В 1912 г. на Волге работало 190 теплоходов, что составляло около 9 % численности самоходных судов.
В том же году в Дании был спущен на воду первый океанский теплоход «Зеландия» водоизмещением 9,8 тыс. т, длиной 115 м и грузоподъемностью 4,4 тыс. т. Теплоход имел два восьмицилиндровых четырехтактных двигателя по 1,25 тыс. л. с. Этим было положено начало строительству целого ряда теплоходов, совершавших перед Первой мировой войной рейсы между Европой, Америкой и Дальним Востоком.
К 1913 г. дизельные моторы работали всего на 300 судах по всему миру, переход от угля на новый вид горючего только начинался. В общей сложности в 1914 г. на угле работало еще более 97 % всех судов мира.
Моторные катера и глиссеры
К концу XIX в. относится появление моторных катеров с двигателями внутреннего сгорания. В 1886 г. немецкий инженер Г. Даймлер построил и испытал первый в мире моторный катер «Неккар» длиной 6 м и мощностью 2 л. с. В 1889 г. Парижский парусный клуб провел первые гонки моторных судов, а в 1913 г. состоялись первые международные соревнования. Скорость моторных катеров к этому времени не превышала 25-30 км/ч.
Россия была одним из первых государств, использовавших на мелких судах двигатели внутреннего сгорания. В 1900 г. по проекту П. Беляева на заводе «Старлей» в Петербурге был построен первый русский моторный катер, а в 1904 г. было начато производство серийных карбюраторных судовых двигателей мощностью от 6 до 50 л. с.
Развитие и усовершенствование моторных катеров как водного транспортного средства привело к тому, что уже в 1912 г. их скорость достигала 80 км/ч. Однако этим возможности увеличения скорости хода моторных судов были исчерпаны.
Дальнейший рост скоростей был связан с созданием спортивных глиссеров (от франц. glisser— «скользить»). Первый глиссер был построен французским изобретателем К. Адером в 1867 г. Однако в широких масштабах эти суда стали выпускать только после создания мощных и легких двигателей внутреннего сгорания. Уже в 1908 г. скорость глиссеров возросла до 58 км/ч, а в 1913 г. — до 88,2 км/ч.
В России строительство глиссеров началось с 1908 г. в Петербурге. Скорость отечественных глиссеров достигала 50-55 км/ч.
В 70-х годах XIX в. в связи с развитием производства листового проката и металлических балок различного профиля стал возможен массовый выпуск конструкционных элементов набора и обшивки судов. В 1877 г. железо в судостроении вытеснила сталь, из которой к 1890 г. было построено 92 % всех судов.
Суда специального назначения
Использование в судостроении железа и стали, разнообразных и мощных двигателей позволило создавать суда специального назначения. В 1863 г. появились паровые суда с одной диаметральной переборкой для перевозки нефти — танкеры. Нефть на таких судах перевозилась в наливных цистернах. Первым мореходным специальным судном для перевозки нефти без цистерн — непосредственно в трюме — стал в то время английский танкер «Атлантик».
В России первые танкеры были спущены на воду в 1878 г. Это были два нефтеналивных парохода типа «Зороастр». В них с помощью продольных и поперечных переборок были оборудованы трюмные отсеки для приема и хранения нефти. Грузоподъемность каждого танкера составляла 250 т. Сначала в каждом из них размещали по восемь цилиндрических вкладных цистерн, которые впоследствии были сняты, и нефть стали наливать прямо в трюмы.
В 1882 г. был построен паровой танкер «Спаситель» грузоподъемностью 670 т. В основных чертах он послужил прообразом современных танкеров.
В 1885 г. Русское общество пароходства и торговли (РОПиТ) заказало в Швеции морской танкер «Свет», а затем в Англии второй — «Луч». В 1888 г. оба судна сделали 47 рейсов из Батума в Одессу и перевезли около 71 тыс. т керосина. В Англии танкеры такого же класса появились в 1886 г. В этом же году на воду был спущен немецкий танкер «Глюкауф» дедвейтом 1 около 3 тыс. т.
1 Дедвейт— полная грузоподъемность судна с включением всех необходимых для плавания грузов и людей.
В 1905 г. в одной из норвежских гаваней снялось с якоря первое в мире судно-фабрика для переработки китовых туш.
Другими судами специального назначения были ледоколы. Идея создания ледоколов принадлежит русским ученым и изобретателям. В 1864 г. кронштадтский судовладелец М.О. Бритнев предложил использовать для разрушения ледового покрова массу самого судна, набегающего на кромку льда. После предварительных испытаний у грузопассажирского судна «Пайлот» была переделана и укреплена носовая часть с таким расчетом, чтобы оно своим наклонным форштевнем давило и ломало лед. Так был создан первый в мире ледокол. Он курсировал между Кронштадтом и Ораниенбаумом.
В 1897 г. на английской верфи в г. Ньюкасле был заложен крупнейший по тому времени ледокол для русского арктического флота «Ермак». Идею создания мощного ледокола для исследования Арктики высказал русский флотоводец вице-адмирал С.О. Макаров, он же руководил постройкой этого ледокола. В создании «Ермака» участвовал Д.И. Менделеев, собиравшийся отправиться на нем в экспедицию.
«Ермак» имел наклонный назад форштевень, что позволяло ледоколу носовой частью как бы наползать на кромку льда и проламывать его. Длина корабля составляла 97,5 м, ширина — 21,6 м, осадка — 7,3 м, водоизмещение — 8730 т. Ледокол имел три паровые машины общей мощностью 9,4 тыс. л. с. и скорость вне льдов 12 узлов (22 км/ч). Экипаж корабля насчитывал 102 человека. При первом плавании «Ермака» С.О. Макаров впервые использовал киноаппарат, чтобы получить точную запись движения корабля.
В 1900 г. с борта ледокола А.С. Попов передал первую в мире радиограмму и тем помог спасти группу рыбаков, унесенных в море на льдине.
Усиленная эксплуатация водного транспорта требовала систематического ремонта, очистки и окраски подводной части судов. Поэтому во второй половине XIX в. началось строительство судоремонтных доков современного типа с механизированными приводами затворок (препятствующих поступлению воды в док) и насосными установками.
Наряду с сухими (береговыми) с 1866 г. начинается эксплуатация плавучих металлических доков. В 1876 г. в России был разработан несимметричный L-образный док для ремонта судов круглого сечения. Доки такой конструкции стали широко применяться в речных портах.
Огромный вклад в развитие теории и практики кораблестроения внесли труды С.О. Макарова, А.Н. Крылова, И.Г. Бубнова и других русских ученых.
Выдающийся флотоводец С.О. Макаров стал основоположником учения о непотопляемости судов. Он предложил разделять трюмы судна водонепроницаемыми переборками на отсеки, ограничивающими объем вливавшейся воды в случае пробоины, и указал на недопустимость устройства дверей в этих переборках, предложив выравнивать аварийный крен путем заполнения водой противоположных отсеков. Академик А.Н. Крылов разработал «таблицы непотопляемости корабля» на основе исследования наиболее крупных морских катастроф, среди которых особое место занимала гибель судна «Титаник» компании «Уайт Стар».
Первое судно на подводных крыльях было построено в 1906 г. Э. Форланини, который открыл, что на большой скорости подводные крылья («этажерки») создают силу, достаточную для подъема судна из воды, что уменьшает сопротивление движению. Скорость созданного им судна достигала 71 км/ч. Значительно позднее, в 1934 г., В. Гранберг сконструировал модель, которая приводилась в движение двумя воздушными винтами. Судно опиралось на два поплавка и автоматически настраиваемое погруженное крыло. Однако к 1940 г. предпочтение окончательно было отдано крылу. Началось промышленное строительство судов на подводных крыльях. Водоизмещение гражданских судов на подводных крыльях не превышает обычно 150 т, военных — 320 т.
В апреле 1957 г. в СССР на воду была спущена первая «Ракета» — судно на подводных крыльях. Водоизмещение ее составило 25,4 т, скорость движения — 60 км/ч (32 узла), осадка составляла всего 1,1 м, что позволяло «Ракете» проходить по мелководным рекам, перевозя до 64 пассажиров.
В 1965 г. в США было спущено на воду самое большое судно на подводных крыльях «Плейнвью», которое развивало скорость 50 узлов (92 км/ч). Длина судна составляла 64,6 м, грузоподъемность — 314 т. Помимо преимуществ в скорости суда на подводных крыльях не наносят повреждений береговой линии и не мешают движению мелких судов своей кильватерной волной.
Ховеркрафт — это транспортное средство, способное перемещаться практически везде. Идея использования воздушной подушки в транспорте с целью снижения трения зародилась еще в 1853 г.: русский инженер Иванов предложил судно на воздушной подушке, которое он назвал «Духоплав». Позднее Д. Торникрофт пытался уменьшить сопротивление движению в воде подачей воздуха через отверстия в корпусе судна. О возможности создания таких аппаратов писал К.Э. Циолковский. Дальнейшая разработка идеи связана с именем советского ученого Левкова и английского инженера К. Кокерелла, которые в 30-50-х годах XX в. показали, что воздушную подушку под судном можно удержать прорезиненной «юбкой». В 1955 г. К. Кокерелл запатентовал это изобретение.
В 1959 г. был построен первый промышленный ховеркрафт «Вайпер», который имел поршневой двигатель мощностью 450 л. с. Двигатель вращал вентилятор, создававший воздушную подушку и подававший воздух в тяговые сопла по бортам. Корпус судна обладал собственной плавучестью.
Первая пассажирская линия, обслуживаемая 24-местными судами на воздушной подушке «ВА-3», была пущена в Шотландии в 1962 г. Суда ходили со скоростью 60 узлов (111 км/ч). В последующие годы габариты, скорость и пас- сажировместимость судов на воздушной подушке увеличились.
Строительство каналов
B конце XIX в. прокладка морских каналов, имеющих международное значение, играла в борьбе великих держав за раздел и передел мира не меньшую роль, чем строительство железных дорог.
Это относится и к некоторым каналам, территориально расположенным в границах одной страны, например Кильский канал, сооруженный Германией в 1887-1895 гг. между Балтийским и Северным морями. Строительство поддерживалось военными кругами и крупной торгово-промышленной буржуазией немецких портовых городов. Длина этого канала 99 км. На нем воздвигнут ряд гидротехнических сооружений. Во время строительства было вынуто 82 млн м земли, причем широко применялись экскаваторы и иные новые по тому времени технические средства. При пользовании каналом путь из Гамбурга в Балтийское море сокращался почти на 800 км, а из Амстердама — на 440 км.
Важную роль в развитии морского транспорта сыграл Панамский канал, строительство которого началось в 70-х годах XIX в. В феврале 1904 г. после ожесточенной борьбы, многочисленных скандалов, связанных с финансированием строительства, была организована Комиссия перешеечного канала, и работы были продолжены.
Сооружение Панамского канала обошлось более чем в 1,3 млрд руб. золотом и стоило жизни более 60 тыс. человек. Канал строился тридцать пять лет. Каждый его метр стоил 10 тыс. руб. золотом и жизни одного рабочего.
В 1911 г. Панамский канал был закончен (первое судно прошло через него в августе 1914 г.). Длина канала составила 81,6 км, наибольшая ширина — 91.4 м, глубина — 12,5 м. У его входа и выхода США возвели мощные военные укрепления. Официальное открытие канала состоялось лишь в 1920 г. Панамский канал сократил морской путь от Нью-Йорка до Сан-Франциско на 14.5 тыс. км, от Ливерпуля до Сан-Франциско — на 10,5 тыс. км.
Вопросы и задания:
1. Чем устройство теплохода отличается от устройства парохода? В чем его технические преимущества и недостатки?
2*. Подготовьте сообщение на тему «С.О. Макаров и развитие судостроения».
3. Какое значение имело строительство каналов для развития морского транспорта XX столетия? Предложите, где еще могут быть построены каналы для сокращения морских сообщений.
4. Какие возможности открываются перед человечеством с появлением сооружений, подобных описанным? Можно ли в XXI в. считать идею плавучих островов фантастической?
5. Тайна гибели одного из символов успехов судостроения XX в. «Титаника» до сих пор не раскрыта. Используя известные вам публикации, выскажите собственную точку зрения на эту загадку.
