Приборкання звіра невизначеності Посейдона: сприятливий дебют морського інженера Олексія Миколайовича Крилова (1863–1945)

Статті

  • Повна стаття
  • Цифри та дані
  • Цитати
  • Метрики
  • Передруки та дозволи
  • PDF

Анотація

У цій статті розглядається кар’єра російського інженера кінця ХІХ - початку ХХ століття Олексія Миколайовича Крилова (1863–1945). Він зробив неабиякий внесок у галузі морської техніки, військово-морської архітектури, міцності матеріалів, фізики, аналогових комп'ютерів, балістики, прикладної математики, астрономії та інженерної освіти. На диво невідомий сьогодні на Заході Крилов досяг міжнародної слави в 1899 році, коли став першим іноземцем, який отримав золоту медаль від Королівського інституту морських архітекторів у Лондоні. Після років потрясінь після російської революції 1917 року та подальшої громадянської війни Крилов сприяв відновленню наукових контактів із Заходом та визначенню радянської технологічної політики. Пізніше в житті його ерудиція поширилася на історію науки і техніки. Ця стаття зосереджена на його першій новаторській роботі: розробці методів виправлення відхилення компаса та відповідній конструкції його нового дромоскопа.

звіра

Вступ

У 1862 році, за тридцять шість років до того, як Крилов розробив свою "Загальну теорію коливань корабля на хвилях", видатний англійський інженер і морський архітектор, Вільям Фруде зазначив:

Тому, коли новий корабель відправляється в море, її конструктор повинен спостерігати за її поведінкою морським шляхом з таким тривожним і непевним поглядом, ніби вона тварина, яку він вивів і вирощував і сподівався, що все вийде добре - не робота, яку він сам закінчив, і виконання якої він міг передбачити в силу принципів, за якими він діяв за її задумом. 1

Це твердження передбачало, що, хоча у військово-морській архітектурі були досягнуті і прийняті великі наукові та математичні досягнення, відчутний ризик зазнав відчутного ризику. Класичний трактат Фруда На катанні кораблів нарешті, пояснив одне явище з математичною впевненістю, але теорія провалилася при аналізі небезпек, пов'язаних з качком і підняттям ваги, зокрема, коли носова частина і корма корабля їдуть на гребенях хвиль, тоді як корпус піддається величезним вигинам. У своїх мемуарах Крилов писав про доленосну зустріч 1895 року з адміралом Н. М. Чигачжовим з Імперського російського флоту. Чихачжов поставив питання про те, скільки резервної глибини буде потрібно під кілем корабля, щоб запобігти удару по дну під час качки. Крилов згадував:

У той час існувала лише теорія Фруда щодо прокатки корабля, перетин якого вважався малим відносно розмірів прямої хвилі. Було очевидно, що ця теорія не застосовується до пітчингу. 2

Отже, завдання розробки загальної теорії кораблів стало коронним досягненням для Крилова, який отримав міжнародне визнання, коли презентував свої висновки Королівському інституту морських архітекторів у Лондоні в 1898 р. 3

Щоб зрозуміти, як цей морський інженер досяг цієї та багатьох інших технологічних віх, корисно дізнатися про його роки становлення та освіту. Дослідження життя та творчості Крилова - це портал для розгляду великого інтелектуального внеску Росії в ХІХ на початку ХХ століть. Однак західні знання з історії російської та радянської науки і техніки були мізерними, значною мірою перешкоджали нездатності дослідників читати мовою оригіналу, а також тим фактом, що обмежена відповідна література була доступною за межами СРСР. Це повинно мати особливе значення для істориків техніки, оскільки низка новаторських робіт на Заході ігнорується або використовується недостатньо. Один стверджує, як стверджує вчений Лорен Грем:

що історія науки і техніки настільки ж важлива для розуміння російської історії, як і історія російської літератури, предмет, який вважається обов’язковим у багатьох програмах російських студій. 4

Традиційно ці академічні програми були позбавлені досліджень з російської та радянської науки і техніки, і тим самим це може пояснити, чому на Заході значні технічні досягнення Крилова та інших в основному ігнорували.

Ранні початки

Олексій Миколайович Крилов (малюнок 1) народився 15 серпня 1863 р. (За григоріанським календарем нового стилю та 3 серпня за юліанським календарем старого стилю) в селі Липовка в межах Ардатовського району Симбірської губернії Російської імперії . Його батько, сквайр Олександр Миколайович, був ветераном Кримської війни, де служив в одній артилерійській бригаді з великим прозаїком Л. Н. Толстим. Старший Крилов також був досвідченим письменником, статті якого, наприклад, виходили у відомих журналах, Вісник Європи (Вісник Європи), і чия книга Економічне Значення Біломорського Каналу (Економічне значення Біломорського каналу) відображав свою ерудицію з багатьох тем. Мати Олексія, Соф'я Вікторівна, була членом знатного роду Ляпунових, які за легендою були прямими нащадками князя-воїна і святого Олександра Невського. 5

Опубліковано в Інтернеті:

МАЛЮНОК 1. Молодий Олексій з матір’ю в 1864 році.

МАЛЮНОК 1. Молодий Олексій з матір'ю в 1864 році.

З юних років Крилов був у компанії петербурзької інтелігенції, яка відвідувала сімейний дім у літні місяці. Частим гостем був його дядько Олександр Михайлович Ляпунов, який був студентом математики в Санкт-Петербурзькому університеті, а згодом став відомим професором механіки в Харківському університеті. 6 Ляпунов також був першим учителем Олексія з математики. Серед інших друзів сім'ї були І. М. Сеченов, колишній сапер, який став професором фізіології, 7 та В. П. Філатов, академік і відомий офтальмолог. 8 Юний Крилов (малюнок 2) також мав можливість жити та навчатися за кордоном у пам’ятних містах, що сильно вплинуло на життєву траєкторію. У Марселі він навчився говорити по-французьки; Севастополь пройняв його любов'ю до моря та інтересом до військово-морської історії; а в ризькій гімназії він опанував німецьку - і, найохочіше, латинську - мову, яка, на його подив, згодом допоможе у створенні його першого технологічного шедевра. 9

Опубліковано в Інтернеті:

Рисунок 2. А. Н. Крилов у віці десяти років у 1873 році.

Рисунок 2. А. Н. Крилов у віці десяти років у 1873 році.

У квітні 1877 р., На початку російсько-турецької війни, неспокійний Олексій написав батькові: «Ти сам любиш море, і я не хочу навантажувати марну латинську та грецьку мови, відправи мене у Військово-морську школу». 10

Освіта морського інженера та морського архітектора

Батько Крилова підтримав мрію сина відвідувати Військово-морську школу в Санкт-Петербурзі, яка була заснована в 1701 році, і сьогодні вона відома як Морський корпус Петра Великого - Морський інститут Санкт-Петербурга. Проте конкуренція була інтенсивною, оскільки 240 претендентів претендували на сорок вакансій. Юний Олексій отримав допуск і з 9 вересня 1878 р. По 1 жовтня 1884 р. Він відзначився академічно, закінчивши посаду мічмана у верхній частині свого класу (рисунок 3). 11 За це досягнення його ім’я було вибито золотом на мармуровій дошці Школи. Більше того, Крилов отримував стипендію у розмірі 330 рублів (щомісячна заробітна плата мічмана складала 57 рублів). 12

Опубліковано в Інтернеті:

РИСУНОК 3. Мічман Крилов на випускному в 1884 році.

РИСУНОК 3. Мічман Крилов на випускному в 1884 році.

Крилова відрізняє від багатьох сучасників - це майстерне знання математики, спрямоване на вирішення практичних інженерних задач. У нарисі про свою життєву діяльність Крилов написав «З 1887 р. Моєю основною спеціальністю стала морська архітектура або, краще сказати, застосування математики до різних питань морської справи». 13

Незважаючи на академічну строгість Військово-морської школи, Крилов прагнув вищого рівня підготовки з математики, фактично пройшовши багато курсів у Петербурзькому університеті, які викладалися французькою мовою. 14 У Санкт-Петербурзькому університеті Крилов також особливо скористався вказівками всесвітньо відомого математика Пафнутія Львовича Чебишйова, котрого Крилов познайомив А. М. Ляпунов. 15 Ці лекції залишили незгладиме враження на молодого морського інженера, який згодом задумався:

За своїм характером виклад лекцій Чебишйова, хоча і читався в університеті, представляє особливий інтерес для техніків та інженерів, оскільки він не пишався метою зробити курс бездоганно суворим, але задовольнився мудрою строгістю, без помилок, що повідомляє про незмінність результатів. Його мета була просто практичною - навчити своїх слухачів суті справи в короткій і доступній формі разом із найважливішими додатками. 16

Протягом своєї інженерної кар’єри Крилов вивчав і застосовував роботи Чебишйова та Ляпунова для вирішення найважливіших проблем морської техніки та військово-морської архітектури. Як приклад, Крилов продемонстрував ефективність використання поліномів Чебишйова - колись вважалося, що вони перебувають виключно в теоретичній царині - при обчисленні зануреного об'єму залізного Ретвізан. Він показав, що застосування правила Чебишйова, тобто дало результати чисельного інтегрування, які були більш точними - і забирали значно менше обчислювального часу - ніж інші формули, такі як правило Сімпсона. 17

У своїх дослідженнях ви не абстрактно обмежились науковою стороною; Ви завжди надавали приклади та вказівки щодо їх практичного застосування, зачіпаючи фактично суто морські питання: найбільш вигідну форму суднових контурів, теорію руху, катання на кораблях у бурхливих морях тощо. У цій практичній частині своїх досліджень ви завжди були одягнені форма, доступна для інженерів, особливо в усній презентації, коли ви знаходите час серед усієї своєї роботи, щоб поділитися своїми відкриттями не тільки з чистими вченими на їхніх конференціях, але і з практичними представниками технічних товариств. 21

Розвиток теорії регулювання компаса

Після закінчення університету у військово-морському училищі Крилову запропонували посаду торпедного офіцера без іспиту. Однак його рішення полягало в роботі в Головному гідрографічному управлінні над проблемою відхилення компаса під егідою професора Івана Петровича де Колонгу з Миколаївської морської академії, 22 роботи якого Крилов вивчав під час підготовки до випускних іспитів на флоті. Школа. 23

Молодий мічман відразу звернувся до математичної складності відхилення компаса - однієї з найгостріших технічних проблем, що стоять перед флотом світу. Перший запис відхилення компаса був зроблений португальським мореплавцем Дом Жоао де Кастро в 1538 році, коли він зауважив, що залізо корабельної гармати спричинило відхилення стрілки компаса. 24 До середини XIX століття залізні одяги почали замінювати дерев'яні військові кораблі, і це питання стало критично значущим. Хоча це нововведення зменшило вразливість військового корабля в бою, наявність власної броні корабля посилило наслідки відхилення компаса. Внаслідок цього навігаційні помилки іноді призводили до катастрофічних наслідків, про що свідчать дві аварії кораблів протягом місяця біля берегів Ірландії в 1862 році, в результаті чого загинуло понад двісті. 25

Перші дослідження з науки про корабельний магнетизм та виявлення його тензорної природи були проведені німецькими та французькими поліматами Карлом Фрідріхом Гаусом 26 та Сімеоном Дени Пуассоном 27 у 1833 та 1838 роках, відповідно. Було визнано, що відхилення магнітного компаса на борту залізного корабля частково зумовлене постійним магнетизмом корабля (що пояснюється властивістю корабля `` твердим залізом '') і тимчасовим індукованим магнетизмом у вертикальних і горизонтальних конструкціях (приписується корабельному '' м'яке 'властивість). 28 Тонкощі використання різних сплавів для будівництва кораблів, кожна з яких зберігає свою магнетичність у різній мірі, були всюдисущими. Більше того, якщо накласти перехідний індукований магнетизм, який є функцією курсу корабля та відносного положення щодо магнітного екватора, складність проблеми ще більше ускладниться. 29

Вступивши до майстерні компаса в Адміралтействі, Крилов був дещо здивований, коли професор де Колонге запитав його, чи читає він латинську мову. Почувши, як мічман згадував дні його вивчення в Ризькій гімназії, де Колонге передав Крилову старе видання Гаусса "Intensitas vis magneticae terrestris ad mensuram absolutam revocata" ("Інтенсивність магнітної сили Землі, зведена до абсолютних вимірів"). - додав професор

Вивчіть цю статтю найбільш фундаментальним чином, зробіть реферат російською мовою та покажіть мені. Якщо вам щось незрозуміло, приходьте до мене до помешкання після 18:00, і я поясню, що потрібно, і більше того, щодня тут, у відділі компаса, показуйте мені свої результати, отримані з ваших спостережень та попереднього лікування.

Таким було перше домашнє завдання мічмана. 43

Важливим з історичної точки зору є також той факт, що подальший аналіз відхилення компаса Криловим базувався на загальних рівняннях Гауса, а не на припущеннях, що передбачаються формулюванням Пуассона, як це було в Англії, Франції та Австрії. Спираючись на свої фундаментальні знання з предмету, отримані з оригінальних робіт Гаусса, Крилов вивчав статті, написані в 1860-х роках А. Смітом та Ф. Дж. Евансом, а також математичний аналіз П. Г. Л. Діріхле. Звідси Крилов розробив першу загальну і повну теорію відхилення компаса. Після ретельного огляду та заохочення професора де Колонґу, двадцятидворічний мічман опублікував свій перший технічний документ у п’ятому номері Морській Сборник (Морський дайджест) 26 травня 1886 р. (14 травня за юліанським календарем) під назвою „О расположении стрелок на картишке компаса“ („Про розташування голок на картці компаса“). 47

Новаторська робота Крилова визнала попередній внесок А. Сміта та Ф. Дж. Еванса в цю тему, коли шостий порядок і вищі терміни відхилення компаса призвели до незвично високих значень між 6 ° і 8 °. Тим не менше, він стверджував, що помилка по суті поширюється через основне припущення, що весь магнетизм стрілки компаса зосереджений на її кінчику. Крім того, магнетизм вважався постійним і не залежав від довжини голки. У цьому випадку магнітні моменти просто пропорційні довжині голки. Крилов зазначив, що здогадка Пуассона вимагала, щоб довжина голки була нескінченно малою щодо відстані від неї до найближчої маси заліза. Це, стверджував він, не було ані розумним, ані відповідало механічним засобам компенсації. 48

Дизайн Дромоскопа