Сидней Уитингтон - История инженерного дела. Важнейшие технические достижения с древних времен до ХХ столетия

Трубчатые мосты Роберта Стефенсона и Уильяма Фейрберна являют собой значительный вклад в инженерную историю. Их можно считать успешными, поскольку они выполнили непосредственную задачу, и в процессе строительства были приняты инженерные решения, которые взяли на вооружение инженеры будущего. Однако эти мосты не были хорошим вложением капитала; их спонсоры потеряли деньги. Мост «Британия», хотя был вдвое шире и мог выдерживать большие нагрузки, стоил в пять раз дороже, чем подвесной мост Телфорда через Менай. Наиболее пагубным для будущего трубчатых мостов оказался неоправданно высокий расход материалов. Не было никакой необходимости строить тоннели в воздухе. Открытые фермы вполне могли обеспечить ту же прочность, стать более долговечными и удобными. Поэтому эволюция железнодорожного мостостроения отошла от закрытых конструкций. Первой исчезла крыша, оставив две вертикальные стенки, связанные с полом. Когда началось широкое использование стали, последовали дальнейшие усовершенствования.

По дорогам и каналам XVIII века двигались экипажи, запряженные лошадьми, и баржи, которые тащили люди и животные. Промышленная революция в Англии, требовавшая все больше топлива, сырья и готовой продукции для перевозки, а также огромные расстояния, которые необходимо было преодолевать в Америке, привели к возникновению потребности в более скоростных средствах транспорта с повышенной провозной способностью. Первые локомотивы не были успешными, особенно для перевозки грузов, зато в первой половине XIX века быстро развивались пароходы для внутренних перевозок. Пароход стал первым радикальным усовершенствованием в транспортировке после судов с косым парусным вооружением, существовавших в Средние века.

Ранняя эволюция парохода была быстрее, чем локомотива, поскольку в первом случае приходилось решать меньше инженерных проблем. Сравнительно большой двигатель Уатта, работавший при низком давлении, мог быть поставлен на суда нескольких разных типов. К тому же на них было намного больше места для топлива, чем в наземном транспорте. Более того, предназначенные для внутренних перевозок суда, как правило, путешествовали по рекам и каналам, которые были более ровными и гладкими, чем дороги. Чтобы добиться успеха с локомотивами, инженерам надо было сначала придумать двигатели высокого давления и котлы, вырабатывающие больше лошадиных сил на фунт, чем двигатели Уатта, а также особенную дорогу с железными рельсами и небольшими уклонами.

Некто Джонатан Халлс оформил патент на пароход в 1737 году (рис. 9.1), после того как появилась паровая машина Ньюкомена. Поскольку двигатель был одностороннего действия и не имел вращательного движения, Халлс предложил приводить в действие кормовое колесо с помощью зубчатого механизма. Это было на 32 года раньше демонстрации Кюньо самоходной машины с зубчатыми механизмами на улицах Парижа. Идея Халлса оказалась даже менее практичной, чем идея Кюньо. Двигатель Ньюкомена был слишком слабым и для такой задачи слишком громоздким. Более того, еще не пришло время гребного колеса. Люди не понимали его эффективности, что представляется странным, поскольку идея созрела давно.

Рис. 9.1. Паровой буксир, предложенный Джонатаном Халлсом

В книге Роберто Валтурио De re militari, опубликованной в 1483 году, содержатся иллюстрации лодок с гребными колесами и кривошипной передачей (рис. 9.2). В работе А. Ра-мелли Le Diverse et artificiose machine, опубликованной в 1588 году, есть изображение бронированного военного судна-амфибии, которое при нахождении в воде приводится в действие гребными колесами (рис. 9.2). В обоих случаях источником энергии являлся человек. Рафаэль в 1514 году изобразил Галатею (рис. 9.3), сходящую на берег из раковины с гребными колесами; источник энергии – дельфины. Представляется, что идею мог подсказать Рафаэлю, не склонному к инженерии, его друг Леонардо. Среди других ранних ссылок на движение с использованием гребных колес можно назвать комментарий Гвидо Панчиролли (1523–1599), написанный изначально на латыни и опубликованный в английском переводе в 1715 году, – The History of Many Memorable Things Lost («История многих памятных утраченных вещей»). Он писал: «Я видел также изображения судов, которые назывались Liburnae, имевших по три колеса на обоих бортах. Они не касались воды. Каждое имело по восемь спиц, торчавших из колеса на расстоянии ладони друг от друга, и vix oxen внутри, которая, повернув машину, приводила в движение колеса, ободья которых отталкивали воду назад и при этом двигали Liburnae вперед с большой силой».

Генри Диркс в труде Life, Times and Scientific Labours of the second Marquis of Worcecter упоминает и приводит иллюстрацию из Гарлейского манускрипта, датированного XV веком. На ней изображено небольшое судно, приводимое в движение гребными колесами и кривошипным механизмом (рис. 9.2). В XIX веке люди все еще спорили относительно достоинств и недостатков лопастей, механических весел и аналогичных форм, даже после того, как были испытаны пропеллеры. Хотя Джеймс Уатт предложил винтовой пропеллер в 1770 году, он, похоже, не слишком интересовался продвижением паровой навигации – только предлагал свои патентованные двигатели тем, кого одобряло Британское адмиралтейство. Другие экспериментировали с немалым успехом при решающем влиянии Роберта Фултона, от работ которого на реке Гудзон в 1807 году ведет начало первый коммерческий пароход.

В Америке Джеймс Рамси из Вирджинии (1743–1792) испробовал реактивную движущую силу в 1780 году, и его судно на Потомаке действительно шло со скоростью 4 мили в час против течения. Он повторил свой эксперимент на Темзе в феврале 1793 года, чем привлек внимание Роберта Фултона, в то время находившегося в Лондоне. Рамси умер, не завершив эксперименты, и реактивному движению пришлось подождать развития аэронавтики в XX веке. В Британии Патрик Миллер (1731–1815) и Уильям Саймингтон (1763–1831), взяв за основу схему двигателя с охлаждением Уатта, построили пароход с гребным колесом и храповиком.

Рис. 9.2. Ранние изображения лодок с гребными колесами: военная амфибия из труда A. Рамелли Le Diverse et artificiose machine, 1588 г. (вверху); военные лодки с таранами из Р. Валтурио De re militari, 1483 г. (внизу слева); более сложная конструкция из Г. Диркс Life, Times and Scientific Labours of the second Marquis of Worcecter, 1865 г. (внизу справа)