Международная конференция CRF’96: 3-9 июня 1996 года,
Санкт-Петербург, Россия.
Аннотация
Рассказывается о средствах передвижения человека под водой с древнейших времен до середины XIX века. Содержатся дошедшие до нас описания средств передвижения человека под водой, использующих мускульную энергию или паровые машины.
Человек всегда стремился в море для судоходства и использования его богатств. Несомненно первые «морские бои» происходили в те времена, когда кораблями служили челноки и плоты, а их вооружением — палки и камни. В те же времена появился предмет, который может быть определен как водолазное снаряжение: полая тростниковая трубка для дыхания под водой.
В древней Греции уже использовались водолазные колокола для выполнения работ под водой и существовали военные водолазы. Несмотря на то, что они не имели какого — либо снаряжения, их действия иногда решали исход сражения. В качестве примера целесообразно привести действия греческого водолаза Сциллианта во время греко -персидской войны в 480 г. до н. э. Сциллиант с дочерью скрытно вплавь добрались до персидских кораблей и обрезали их якорные канаты. Корабли затем были прибиты бурей к берегу и уничтожены греками. Рассказывая об этом, Геродот пишет, что Сциллиант проплыл под водой десять миль, снабжая этот факт своим комментарием: «Сам я думаю, что он проделал этот путь в лодке».
Арабский историк Бохадоин, живший около 1150 г. пишет, что водолаз доставлял почту в осажденный крестоносцами город с помощью изобретенного им устройства. К сожалению этим исчерпывается дошедшая до нас информация о нем.
У Бэкона имеются записи о «машине в форме маленького судна, при помощи которой люди могут проплывать под водой довольно большое пространство», однако автор об этом судне только слышал. Датированы эти записи 1538 г.
В 1580 году англичанин Вильгельм Бурн построил и успешно испытал первую подводную лодку, о которой сохранились достоверные сведения. Погружение и всплытие этой лодки достигалось путем изменения объема ее корпуса, для чего изобретателем были созданы специальные ручные тиски. Вильгельм Бурн оставил своеобразное руководство по строительству подобных подводных лодок. Это руководство содержало описание принципа действия механизма для погружения и всплытия со ссылкой на закон Архимеда.
Успешным опытом в деле подводного кораблестроения следует считать подводную лодку, которую построил личный врач короля Англии Якова I Корнелиус Ван — Дреббель в 1620 г. После этой лодки он построил еще две, на одной из которых совершил подводную прогулку сам король. Лодки Ван — Дреббеля были построены из дерева, обтянутого промасленной кожей и передвигались с помощью весел.
Согласно сделанным физиком Робертом Бойлем записям, эта лодка была способна находиться под водой несколько часов, для чего необходима регенерация воздуха. Имеются упоминания об открытой Ван — Дреббелем жидкости, которую он называл «квинтэссенцией воздуха» и которая возможно применялась им для его регенерации. Однако вероятнее всего Ван — Дреббель использовал подаваемый по трубе воздух с поверхности. В пользу последнего предположения выступил в 1680 г. аббат Отейфель, который в своей брошюре приводит конструкцию пригодного для этой цели насоса. Применялись лодки только для прогулок. После смерти изобретателя его родственники пытались продать военно — морскому министерству «секретное устройство Дреббеля для моментального уничтожения кораблей», однако «устройством» могла быть и не подводная лодка.
Монахи Мерсен и Фурнье не построили подводной лодки, но в выпущенной ими в 1634 г. брошюре приведен ряд важных опережающих эпоху предположений и рекомендаций. Там сказано, что корпус подводной лодки следует делать из меди и в форме рыбы » как указывает нам природа » и имеются предположения о том, что показания компаса не зависят от глубины и о затухании волнения при росте глубины. Все это представляет весьма большой интерес, поскольку написано за полтора века до возникновения гидромеханики как науки.
В записках епископа Уилкинса, относящихся к 1648 г., отмечены преимущества «ковчега для подводного плавания». Там речь идет в частности о безопасности от бурь, льда и т. п. Таким образом, получается, что идея о перевозке грузов подводными судами не нова.
В России первым подал идею создания подводной лодки Ефим Никонов в 1718 году. Его лодка предназначалась для борьбы с надводными кораблями противника. Испытания модели в 1721 году позволили построить саму лодку, которая испытывалась с 1724 до 1727 года трижды. К сожалению так и не удалось сделать корпус достаточно прочным, была обнаружена течь и лодка не получила практического применения.
В 1747 году англичанин Симонс построил подводную лодку, приводимую в движение веслами и погружающуюся посредством заполнения водой специальных мехов. При испытаниях экипаж лодки не мог находиться под водой более часа, поскольку не была предусмотрена регенерация воздуха. Эта самая первая подводная лодка, изображение которой сохранилось до нашего времени. Ее вид воспроизведен на рис.1.
Первая подводная лодка, принимавшая участие в боевых действиях, была построена американцем Бушнелем в 1773 г. Перед тем, как ее построить, Бушнель специально ездил во Францию и ознакомился с тогдашними достижениями подводного кораблестроения. В результате эта лодка имела заполняемую водой при погружении и осушаемую при всплытии насосом балластную цистерну, сбрасываемый при необходимости свинцовый груз, компас и манометр для определения глубины погружения. Имелись также выходящие на поверхность трубки для регенерации воздуха, которые закрывались при полном погружении. В этом полностью погруженном положении лодка могла находиться не более получаса.. Есть предположение, что Бушнель использовал сжатый воздух для увеличения времени погружения. Имеются изображения этой лодки с вертикальным и горизонтальным гребными винтами, но факт их наличия весьма сомнителен, поскольку гребной винт был изобретен примерно через тридцать лет после постройки лодки. Поэтому более вероятным представляется ее вид, приведенный на рис.2 и 3.
Интересно отметить, что большинство проектов подводных лодок, созданных до конца XVIII века и назначение которых указано, предполагали использование их при поиске и подъеме затонувших предметов. Возрастание интереса к подводным лодкам военного назначения наблюдается после указанного времени. Совершенствование корабельной артиллерии сделало задачу уничтожения корабля противника практически непосильной для весельной шлюпки, вооруженной шестовой миной. Невидимая подводная лодка теоретически могла решить подобную задачу, если бы не одно обстоятельство: крайне малая скорость подводного хода и малое время нахождения в подводном положении. Если сравнить характеристики обычной и подводной лодок при одинаковых количествах гребцов, то получится, что скорость подводной лодки никогда не будет превышать 30% от скорости обычной. При этих расчетах данные об энергетических возможностях гребца взяты из опубликованных результатов современных исследований этого вопроса, а гидродинамическое сопротивление корпуса и весел оценивается примерно на основании данных расчетов сопротивления тел вращения, плоских пластин и моделей корпусов судов различной формы. Здесь же заметим, что в случае использования весел двигать лодку Бушнеля в вертикальном и горизонтальном направлениях легче и удобнее, чем вращая руками два гребных винта.
Следующая лодка, которую необходимо упомянуть — Nautilus Роберта Фултона, показанный на рис. 4. В отличие от всех предшествующих лодок Nautilus имел парус для движения в надводном положении. В подводном положении лодка двигалась с помощью гребного винта, приводимого в действие вручную. Корпус лодки имел форму, близкую к телу вращения, его длина 6.5 м, диаметр — 2 м. Вооружена эта лодка была буксируемой миной ударного действия.
Проект лодки был предложен Фултоном французской Директории в 1797 году, но постройка начата только после рассмотрения его назначенной Бонапартом комиссии в 1800 году. В комиссию входили выдающиеся математики Лаплас и Монж, расчеты времени нахождения экипажа под водой выполнял Лавуазье. При этих расчетах он рассматривал только расходование кислорода при дыхании, а влияние повышенной концентрации углекислого газа не было принято во внимание. Поэтому экипаж мог находиться по водой около 6 часов вместо предсказанных Лавуазье 10 — 12.
Вполне вероятно; что при проектировании Фултон воспользовался результатами экспериментов Даламбера, изучавшего сопротивление воды движению судов во второй половине XVIII века во Франции.
В процессе испытаний Nautilus ходил под парусом, двигался в подводном положении, им был обнаружен и взорван специально для этого поставленный старый корабль.
Несмотря на все затраты, которые понесло правительство Франции при постройке и испытаниях Nautilusa, он так и не был использован. Дело в том, что Фултон просил воинские звания для себя и своего экипажа, которые не были пожалованы. Морской министр Директории адмирал Плевиль де Пеллей писал по этому поводу : «… невозможно дать воинское звание людям, которые употребляют такой способ разрушения неприятельского флота.»
Первая построенная в России подводная лодка сконструирована в 1834 г. генералом Шильдером. Она приводилась в движение с помощью весел, корпус был изготовлен полностью из железа. Вооружение составляли шестовая мина и зажигательные ракеты. Для облегчения наблюдения за обстановкой лодка была оборудована устройством, поднимающим наклонное зеркало — прообразом перископа. Двигалась эта лодка посредством весел, приводимых в действие мускульной силой.
Появление паровых машин дало кораблям возможность двигаться в штиль и совершать более сложные маневры, но тем не менее каких — либо средств борьбы с подводными лодками создано не было. Применение паровой машины для движения подводных лодок в надводном положении привело в последствии к появлению судов, рубка и дымовая труба которых постоянно находятся над водой, а корпус погружен в воду. Строго говоря, поскольку такие суда не являются подводными лодками, они в данном докладе не рассматриваются. Необходимо отметить только изобретение и постройку специальной паровой машины для подводной лодки французом Пейреном. В качестве топлива использовались заполненные селитрой полые деревянные шары, а сама машина сконструирована так, чтобы она работала без притока атмосферного воздуха. Авария привела к тому, что изобретатель отказался от ее использования.
В 1850 г. в Германии офицер-артиллерист Вильгельм Бауэр построил подводную лодку, которая показана на рис. 5. Ее металлический корпус был по форме похож на тело дельфина, в качестве движителя использовался гребной винт, приводимый в действие вручную. Эта лодка была первой покинутой экипажем при аварии, причем никто из людей серьезно не пострадал.
Следующую свою подводную лодку Бауэр строил в Англии, но был вынужден ее покинуть до окончания строительства. Эта лодка имела двигатель подводного хода, использующий энергию взрывов пороха и не требующий постоянной подачи атмосферного воздуха. К сожалению эта лодка при испытаниях затонула со всем экипажем.
Свою третью подводную лодку, получившую название «Морской черт», Бауэр построил в России в 1855 году, ее общий вид на рис. б. Эта лодка приводилась в движение вращаемым вручную гребным винтом, имела шлюзовую камеру для выхода водолаза и была вооружена прикрепляемой под килем неприятельского корабля миной. Испытания ее прошли успешно, Бауэр получил звание подводного инженера, диплом и особую форму.
«Морской черт» совершал погружения, выполняя работы научного характера. В ходе этих исследований рассматривались вопросы, связанные со способностью человека находиться в герметичном корпусе и распространением света и звука в водной среде. К сожалению, «Морской черт» затонул из-за ошибки члена экипажа во время своего 134-го погружения. Несмотря на то, что никто не пострадал, Бауэру не удалось продолжить строительство подводных лодок.
В 1863 году в США инженер Олститт построил подводную лодку, имеющую паровую машину для движения в надводном положении и работающий от аккумуляторов электродвигатель подводного хода. Эта лодка показана на рис. 7.
В том же 1863 году во Франции была спущена на воду подводная лодка Plongeur, двигатель которой работал на сжатом воздухе и не требовал связи с атмосферой.
Особо надо рассказать о действиях подводных лодок во время гражданской войны в США. Имеющиеся у конфедератов подводные лодки, названные ими «Давидами» можно назвать устаревшими по сравнению с лодками, имеющими двигатели подводного хода, поскольку они под водой двигались используя мускульную энергию. Одна из этих лодок показана на рис. 8.
Вооруженный шестовой миной «Давид» атаковал броненосец северян Ironsides в октябре 1863 г. Только в результате ошибки в определении расстояния до цели мина была взорвана преждевременно и броненосец не получил повреждений. Заряд был настолько мощным, что повредил лодку.
О ее дальнейшей судьбе существует два различных мнения. Согласно первому она затонула, а согласно второму была приведена в базу и отремонтирована.
Первая подводная лодка, потопившая корабль противника, относилась к «Давидам». При приближении к цели лодка была замечена, но она подошла настолько близко, что воспрепятствовать ей было уже невозможно. Несмотря на то, что северяне знали о том, что их противник располагает подводными лодками и предупредили об этом командиров своих кораблей, конкретных рекомендаций по противодействию подводным лодкам ими разработано не было. Рулевой «Давида» взорвал мину около борта корабля Housatonic в районе пороховых погребов. Сама лодка тоже ушла на дно, будучи втянутой в пробоину потоком воды.
Разумеется, в течении рассматриваемого промежутка времени было создано гораздо больше проектов, моделей и опытных образцов подводных лодок, чем приведено в вышеизложенном кратком обзоре, однако очень немногие из них успешно прошли испытания.
Создание пригодных для использования в качестве двигателей подводного хода электромоторов, получающих энергию от аккумуляторных батарей и изобретение торпеды, которую тогда называли самодвижущейся миной, положили начало новой эпохи подводного кораблестроения. Подводные лодки описываемого периода тем не менее позволили получить необходимые для подводного кораблестроения и подводной навигации знания, несмотря на отсутствие значительных боевых успехов.
Литература.
- Голов Д. Подводное судоходство. Изд. К.Л. Риккера, Санкт-Петербург, 1905.
- Дебу К. Подводное плавание. Издание редакции «Нового журнала литературы, искусства и науки». Санкт-Петербург, 1905.
- Тайгару Р. Пропульсивные способности человека. В сб. Силаб 2, » Мир»,1973.
- Справочник потеориикорабля. Под общей редакцией Войткунского Я.И., «Судостроение»,1985.
- Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа,»Физматгиз»,1959.
- ДевнинС.И. Аэрогидромеханика плохообтекаемых конструкций, «Судостроение», 1983.
Читайте далее: