Перейдя дальше в своих лекциях к расчету основных элементов корабля, Крылов предложил свои схемы, основанные на формулах знаменитого русского математика Пафнутия Львовича Чебышева. Чебышев вывел эти формулы для другого случая, но Крылов с успехом применил их к кораблестроению и доказал, что они значительно точнее и требуют в десять раз меньше затраты времени, чем формулы английского математика Симпсона, по которым велись расчеты до сих пор.
Свои соображения Крылов доложил в том же году на собрании корабельных инженеров в Петербургском техническом обществе. Ему пришлось здесь выдержать большую борьбу. Старые инженеры с высокими чинами упрямо отстаивали формулы английского математика. Они говорили о том, что по ним делают расчеты везде за границей, и не хотели слушать о каком-то новом методе.
Но Крылов, хотя был молод и имел совсем небольшой чин, не побоялся отстаивать свое мнение. Он смело выступил против рутины и слепого преклонения перед иностранным. Позднее Крылов написал статью о новом методе расчета. В конце концов он победил. Формулы Чебышева получили всеобщее признание. По ним во всем мире стали производить вычисления элементов корабля. За границей метод Чебышева называли «чудом анализа».
Во всей своей дальнейшей научной деятельности Крылов являлся последователем и пропагандистом учения Чебышева, лекции которого он изучал еще по запискам Ляпунова в Морском училище. Так же, как и Чебышев, Крылов говорил о необходимости сближения теории и практики.
«Теория должна руководствоваться указаниями практики, согласовать свои допущения с действительностью, проверять свои выводы опытом и наблюдениями, доставляемыми практикой, работая и развиваясь с нею в полном единении. В этом единении лежит залог, правильного развития как теории, так и практики», — писал Крылов.
Свои лекции по теории корабля, прочитанные в Морской академии, Крылов впоследствии обработал и издал. Это был систематический, оригинальный и полный курс по теории корабля, который в дальнейшем переиздавался несколько раз и до сих пор является ценным пособием для кораблестроителей.
Один из вопросов этого курса был впервые в мире разработан Крыловым. Он получил название «теории Крылова».
«ТЕОРИЯ КРЫЛОВА»
Хотя можно было рассчитать основные части корабля, но все же еще многое в науке о корабле оставалось неясным.
В 1861 году известный английский ученый-кораблестроитель Фруд писал:
«Когда вновь построенный корабль выходит в море, то его строитель следит за его качествами на море с душевным беспокойством и неуверенностью, как будто бы это был воспитанный и выращенный им зверь, а не им самим обдуманное и исполненное сооружение, которого качества должны бы быть ему вперед известны…»
Вторая половина XIX века явилась для кораблестроения эпохой больших новшеств. На смену парусу пришел паровой двигатель, на смену дереву — железо и сталь.
Теперь можно было независимо от ветра распоряжаться ходом и курсом корабля. Исчезла также одна из причин, ведущих к потере остойчивости. Однако вместе с преимуществами появился ряд трудностей, возникли новые задачи.
Применение механического двигателя потребовало умения определить ту необходимую мощность, которую должен иметь двигатель для получения заданной скорости судна.
Работа машин вызывала нежелательную тряску, вибрацию судна, которая иногда достигала больших размеров. Надо было исследовать вопрос вибрации.
Применение нового материала все же не гарантировало суда от аварий. При посадке на подводные камни в корпусах судов образовывались вмятины, трещины и пробоины, судно быстро наполнялось водой и тонуло. В боях корабли тонули иногда даже от незначительных пробоин. Встал вопрос об обеспечении непотопляемости судов.
На прочность металлических кораблей большое влияние оказывала качка. Удары волн вызывали напряжения, то есть усилия в материале корпуса корабля, которые вели иногда к крупным авариям. Нужно было изучить действие качки на корабль.
Все эти вопросы были поставлены жизнью перед кораблестроителями, и их необходимо было решить. Однако сделать это было совсем нелегко. Русские кораблестроители внесли большой вклад в исследование и решение этих трудных задач.
Одним из самых сложных вопросов являлся вопрос качки. Здесь многое было неясно.
Какие напряжения возникают в корпусе корабля на волнении?
Почему на одной и той же волне одни корабли почти не испытывают качки, а другие бросает; как щепку? И даже разламывает пополам, как это произошло, например, в 1874 году с английским пароходом «Мэри».
Как влияет скорость хода корабля на качку?
Какие размеры и обводы нужно придавать кораблю, чтобы он наименьшим образом реагировал на качку?
Никто не мог ответить на эти вопросы. Ученые всего мира бродили в потемках. Одно было ясно: качка очень сильно влияет на корабль.
Так ведь с любым сооружением.
Если какая-либо сила действует на него с одной стороны, она, может быть, не производит на него почти никакого действия. Но стоит этой же силе начать все время изменять свое направление, то есть ударять сооружение то с одной, то с другой стороны, как она его быстро может расшатать и даже разрушить. Беспрерывные удары волн о корпус судна и есть эта быстро меняющаяся сила.
В 1861 году Фруд дал расчет боковой качки корабля, то есть качания корабля с борта на борт.
Но это было только частью решения поставленной задачи. Другая часть — килевая качка, то есть качания корабля с носа на корму и обратно, — оставалась невыясненной. А с некоторых пор именно килевая качка приобрела главное значение.
С применением нового материала, в погоне за увеличением скорости хода корабля, стали строить длинные корабли. В тот момент, когда на качке нос и корма такого корабля оказываются на вершинах двух соседних волн, середина его провисает. В другой раз корабль серединой попадает на гребень волны, — тогда нос и корма его провисают. И в том и в другом случае корабль испытывает большие напряжения.
Однако рассчитать напряжения, которые вызываются килевой качкой, а тем более одновременно и килевой и бортовой качкой, определить, какой нужно строить корабль, чтобы он минимально реагировал на качку, казалось по сложности невозможным.
«В попытках определить усилия, действующие на корабль на море, мы встречаемся с большими трудностями. Можно даже выразить сомнение в том, что весьма разнообразные и постоянно изменяющиеся усилия, действующие на корабль на волнении, когда-либо будут полностью выражены математическим языком и рассчитаны».
Это писал Рид — главный кораблестроитель Англии, прекрасный математик и инженер, тот, который в свое время предсказал гибель «Кэптена».
