| William Froude | |
|---|---|
| Data nașterii | 28 noiembrie 1810 [1] [2] [3] […] |
| Locul nașterii | |
| Data mortii | 4 mai 1879 [1] [2] [3] (68 de ani) |
| Un loc al morții | |
| Țară | |
| Alma Mater | |
| Premii și premii | Membru al Societății Regale din Londra ( 6 februarie 1870 ) Medalia regală ( 1876 ) |
| Fișiere media la Wikimedia Commons | |
William Froude ( ing. William Froude ; 28 noiembrie 1810 , Devon , - 4 mai 1879 , Simonstown ) - inginer englez, fondator al hidrodinamicii navelor . A fost educat la Oxford . El a dezvoltat o teorie care permite calcularea rezistenței apei la mișcarea unui vas pe baza rezultatelor testelor pe model. El este creatorul primului bazin experimental din lume . În 1870 a introdus numărul Froude .
William Froude s-a născut în 1810 la Darktinton (Devon) într-o familie inteligentă. Tatăl său, Robert Froude (1771–1859), a servit ca Arhidiacon de Totnes; fratele mai mare Richard Froude (1803-1836) a fost un cleric anglican și unul dintre fondatorii mișcării Oxford; fratele mai mic James Anthony Froude (1818-1894) este un istoric celebru.
William Froude a primit studiile primare mai întâi la Buckfast Preparatory School și mai târziu la Westminster School din Londra și Oriel College, Oxford University . Și-a făcut studiile superioare la Universitatea Oxford, unde a studiat în profunzime matematica. A absolvit Universitatea Oxford în 1832 cu o diplomă în inginerie.
Froude a început să lucreze ca geodez pe calea ferată de sud-est, care a fost finalizată în 1837. El a fost responsabil de structurile de pe porțiunea de la Bristol la Exeter . Aici a dezvoltat și a introdus metoda sa empirică de așezare a secțiunilor curbe ale căii și a introdus un proiect alternativ de versant de zidărie pentru arcurile înclinate ale podurilor situate în zona Exeter.
Între 1836 și 1838 a lucrat ca inginer civil și apoi sa alăturat lui Isambard Kingdom Brunel , inginer șef al Great Western Railway, pentru a lucra la diferite proiecte de inginerie în sudul Angliei.
Deși proiectele lui Brunel nu au avut întotdeauna succes, ele conțineau adesea soluții inovatoare la problemele de inginerie. Brunel a fost cel care a atras atenția lui Froude asupra problemei asigurării stabilității navelor pe cursă. Marea și navele l-au atras întotdeauna pe Froude, așa că în curând a început să efectueze experimente pentru a determina rezistența pe modele mici de nave de pe râul Dart. Din 1859 a experimentat cu modele de nave, mai întâi în privat la Paignton, unde s-a mutat după moartea tatălui său, iar apoi la bazinul de cercetare de la Torquay. În 1861, Froude a trimis Institutului de proiectanți navali lucrarea științifică „On the rolling of Ships”, care mai târziu a avut o mare influență asupra proiectării navelor.
Începând cu 1867, Froude a remorcat modele în perechi, cu o carcasă vizavi de cealaltă. Froude credea că rezistența prin frecare și rezistența valurilor sunt descrise de legi diferite, așa că a început să remorcheze plăci complet scufundate cu diferite rugozități ale suprafeței. Acest lucru i-a permis să stabilească o formulă care prezice rezistența la frecare a unei carene cu o acuratețe rezonabilă și să formuleze o lege cunoscută sub numele de criteriul de similitudine al lui Froude (legea) . Această lege prevede că fenomenele de formare a undelor vor fi similare pentru un obiect la scară completă și un model dacă viteza modelului este mai mică decât rădăcina pătrată a raportului dintre dimensiunile lor. Cu aceste două rezultate analitice, Froude a găsit o modalitate fiabilă de a estima puterea necesară pentru a menține corpul unei nave în mișcare la o viteză dată.
Froude a publicat rezultatele experimentelor privind circulația navelor în al doilea volum al lucrărilor Institutului de proiectanți navali și prin aceasta l-a cunoscut pe Edward Reed , autorul diagramei de stabilitate , cunoscută sub numele de diagrama Reed . Froude a efectuat și experimente pe modele și fundamente teoretice privind problema stabilității navei.
După ce a slujit în 1868 în Comitetul pentru Studiul Proiectelor Navale, Froude a propus Amiralității Britanice o serie de experimente folosind modele pentru a stabili legile fizice care guvernează mișcarea navelor mari. Froude a avut curând ideea de a-și construi propriul bazin de testare, unde să poată lucra fără persoane din afară. Propunerea sa, cu asistența lui Edward Reid, constructorul șef al vremii, a fost acceptată în 1870. Și apoi, lângă Torquay, a început construcția unui bazin de cercetare, pentru care Amiralitatea a alocat o subvenție de 2.000 de lire sterline pentru a acoperi costul construcției și costurile de exploatare a piscinei, precum și o mică taxă fiului său și asistent șef, Robert Edmond Froude. William Froude însuși a refuzat să plătească.
Scufundarea navei de luptă HMS Captain din 6 septembrie 1871 în Golful Biscaya, cu pierderea aproape a întregului echipaj de aproximativ 500 de oameni, a contribuit la accelerarea lucrărilor la construcția bazinului. Proiectul cuirasatului s-a remarcat prin multe neajunsuri care au dus la răsturnarea. Această mare tragedie l-a confirmat pe Froude în decizia sa de a efectua lucrări pentru a determina erorile permanente în proiectele și proiectele navelor.
William Froude a construit primul grup de cercetare din lume pentru testarea modelelor. Bazinul Froude avea 85 m lungime, 14 m lățime și 3 m adâncime. Anii 1871-1872 au devenit un punct de cotitură în istoria mondială a construcțiilor navale, deoarece în acel moment motorul cu abur a început să înlocuiască pânzele și a devenit important să se determine în prealabil puterea necesară pentru a propulsa nava cu viteza stabilită.
Din timpuri imemoriale, proiectarea carenelor navelor engleze s-a bazat în mare parte pe reguli de bază, dobândite ca urmare a experienței acumulate a maeștrilor în construcții navale și reparații navale. Chiar și mai devreme, în timpul Epocii Luminilor, experimentatorii amatori au încercat să găsească justificări științifice pentru aceste reguli, precum William Froude. Aceștia au fost, de exemplu, John Franklin, Charles Bossu și Mark Bufoy, care au fondat Societatea pentru Îmbunătățirea Designului Naval încă din 1791.
Primele experimente au fost efectuate de Froude pe modele la scară ale canonierelor cu șurub Swan, lungi de 3,6 picioare (1,1 m) și Raven, lungi de 12 picioare (3,66 m). Le-a folosit în testele de remorcare pentru a determina forța de rezistență și pentru a dezvolta o tehnică de recalculare. Pentru aceste experimente, Froude a proiectat un instrument nou, mai precis, pentru înregistrarea rezultatelor măsurătorilor în timpul testării. Modelul Raven avea o prova ascutita si pupa la linia de plutire, realizate conform recomandarilor lui John Scott Russell . Modelul „Lebădă” avea un contur rotunjit, presupunând că acest lucru ar duce la o reducere a rezistenței. În urma acestor experimente, Froude a descoperit că principalele componente ale rezistenței la mișcare sunt frecarea corpului și formarea undelor în timpul mișcării.
În 1876, Froude a fost onorat de Societatea Regală din Londra cu Medalia Regală pentru studii teoretice și practice de stabilitate, rulare, rezistență la mișcare și propulsie a navelor.
Timp de șase ani consecutiv, Froude a fost expert într-un nou capitol în dinamica fluidelor, a lucrat în multe comitete naționale și a interacționat cu colegii din întreaga lume. O astfel de muncă i-a subminat sănătatea și a mers ca oaspete oficial al Royal Navy în Africa de Sud pentru a-și îmbunătăți sănătatea în același timp. Cu toate acestea, pe drum, s-a îmbolnăvit de dizenterie și a murit la 4 mai 1879 în Simonstown, lângă Cape Town , unde a fost înmormântat cu onoruri navale.
După moartea lui William Froude, deja pe 27 mai 1879, Primul Lord al Amiralității a scris următoarea scrisoare către Robert Froude:
„Domnia mea dorește să vă exprime dumneavoastră și tuturor membrilor familiei dumneavoastră o simpatie foarte sinceră pentru momentul pierderii ireparabile pe care ați suferit-o - o pierdere care nu poate fi considerată altfel decât națională. Considerăm că dl Froude a făcut un mare serviciu flotei și țării, oferindu-și abilitățile remarcabile, cunoștințele și abilitățile de observare pentru a îmbunătăți proiectarea navelor, iar meritele sale nu pot fi lăsate fără un astfel de premiu precum recunoștința pe zidul navelor. Amiraalitatea.
Recunoașterea lui William Froude ca inginer inovator a venit deja în timpul vieții sale. Consecința istorică a muncii de pionierat a tatălui și a fiului Froude a fost predominarea Marii Britanii ca națiune maritimă de-a lungul perioadei victoriane . Lucrările științifice scrise de William și Robert Froude sunt folosite până astăzi de constructorii de nave, deoarece oferă soluții fundamentale la problemele de bază ale studierii unui model de navă. Froude a oferit o abordare științifică a dezvoltării carenei și elicei, care a fost esențială pentru îmbunătățirea lor și a condus în cele din urmă la o transport maritim mai fiabil și mai rentabil.
În urma cercetărilor sale, Froude a obținut o metodă practică de proiectare a navelor pentru a elimina defectele care ar putea duce la pierderi grele și inutile de vieți omenești pe mare. Legea similarității formulată de Froude pentru corpurile care plutesc într-un lichid le-a permis inginerilor navali să prezică, pe baza rezultatelor testelor pe modele mici, cantitatea de rezistență la mișcarea navelor și puterea necesară pentru deplasarea lor la o viteză dată. Rezultatele muncii lui Froude, și mai târziu ale fiului său Robert, au fost enorme și au acoperit multe probleme în domeniul proiectării navelor, inclusiv selecția și proiectarea motoarelor și a mecanismelor de guvernare, comportamentul în condiții de rulare și navigabilitatea, cum ar fi propulsia și stabilitate.
Între 1861 și 1875, Froude a dezvoltat o teorie hidrodinamică liniară a navei care rulează în mările regulate (pentru un fluid ideal), care a fost publicată pentru prima dată în 1865 și bazată pe ipoteza că dimensiunea navei este mică în comparație cu mărimea valurilor. . Astfel, teoria simplificată a rulării de către Daniel Bernoulli este înlocuită cu o teorie mai avansată, care ulterior va fi îmbunătățită de oamenii de știință în mod repetat până când va intra în forma sa modernă ca instrument principal pentru constructorii de nave în studiul rulării navelor.
Poza obținută de Froude pentru undele de arc și publicată în articolul său dedicat studiului rezistenței la valuri este de mare importanță pentru cercetătorii moderni. Este important că și atunci Froude a înțeles bine semnificația observațiilor de formare a valurilor, care au început să fie studiate îndeaproape în Japonia la aproape o sută de ani după Froude. Imaginea lui Froude despre formarea valurilor surprinde caracteristicile valurilor navei la fel de precis pe cât este de ultimă generație, o dovadă a talentului lui Froude ca experimentator.
Pentru a efectua teste de model, Froude avea nevoie, pe lângă bolul și modelele de piscină, să creeze echipamentul corespunzător. Aparatul, proiectat pentru prima dată de William Froude și fiul său Robert, nu a suferit modificări semnificative până în prezent. Căruciorul mobil este montat și se deplasează de-a lungul șinelor situate pe lateralele piscinei. Acest cărucior este echipat cu un dinamometru sub care este montat un model la scară. Scopul prezentei invenții a lui Froude a fost să furnizeze o înregistrare a vitezei și rezistenței unei nave model în apă plată, în aceleași condiții ca atunci când se mișcă pe valuri care pot fi generate artificial de un generator de valuri. Modelele sunt realizate din ceară de parafină de zeci de ani, deși fibra de sticlă este acum din ce în ce mai folosită. Fiecare model Froude avea aproximativ 20 de picioare (6,1 m) lungime, 2 picioare (0,61 m) lățime și aproximativ un inch grosime. Astfel de dimensiuni de modele au supraviețuit practic până în zilele noastre, ca fiind optime.
O altă realizare importantă a lui Froude, pe lângă bazinul de cercetare model, a fost inventarea în 1877 a frânei cu apă. Frâna cu apă a făcut parte din proiectarea dinamometrului hidraulic, care a fost folosit pentru a determina puterea motoarelor. Frâna cu apă constă dintr-un rotor situat în interiorul unui rezervor umplut cu apă, care este conectat la arborele motorului. Când rotorul se rotește, apa transferă cuplul corpului, iar prin măsurarea cuplului care apare pe rezervor și a vitezei de rotație, puteți determina puterea motorului.
William Froude s-a căsătorit în 1839 cu Catherine Henrietta Elizabeth Holdsworth, fiica guvernatorului din Dortsmouth, un magnat comercial și membru al Parlamentului, au avut cinci copii. Fiul mai mic Robert Edmond Froude (1846-1924) a devenit mai târziu principalul său asistent și adeptul tatălui său.