Миноносцы превращались во внушительную силу, и нужно было думать, что может им противостоять. На маневрах английского флота в 1885г. выяснилось, что при атаке трех-четырех миноносцев даже линейный корабль со всей своей мощной артиллерией не может защититься от них.
Сразу после маневров Адмиралтейство приняло решение о постройке специальных противоминоносных кораблей, названных торпедными канонерскими лодками. Как видно из названия, это были торпедно-артиллерийские корабли. По замыслу они должны были при относительно небольшом водоизмещении (порядка 450 т) превосходить миноносцы в скорости, дальности плавания, мореходности и, разумеется, артиллерийском вооружении.
Несмотря на принятые меры, водоизмещение канонерок достигало 550 т. Кроме того, сверхдопустимое облегчение корпусов кораблей привело к настолько большим вибрациям, что на полном ходу невозможно было вести прицельный огонь и использовать навигационные инструменты. Ко всему прочему, канонерки оказались неважными ходоками. Естественно, что при скорости 18—19 уз о подавлении миноносцев противника не могло быть и речи.
На противоминоносные корабли, именуемые в России минными крейсерами, обратило внимание морское министерство. В 1887г. на Балтийском заводе в Петербурге по проекту корабельного инженера А. Е. Леонтьева был построен первый минный крейсер «Лейтенант Ильин» водоизмещением около 600 т со скоростью 22 уз. Корабль был вооружен десятью скорострельными пушками и пятью однотрубными торпедными аппаратами (рис. 23).
Рис. 23. Минный крейсер «Лейтенант Ильин»
Русские минные крейсеры были эффективнее английских торпедных канонерских лодок, но относительно большое водоизмещение и соответственно увеличенный силуэт при умеренной скорости затрудняли их использование в качестве противоминоносных кораблей. Между тем потребность в таких кораблях становилась все ощутимее.
Морские державы нарастающими темпами строили миноносцы. В составе их флотов и на стапелях к 1892г. насчитывалось около 1200 кораблей этого класса. Совершенствовались тактико-технические показатели миноносцев, возрастала их скорость. Особенно большое значение скорости миноносцев придавали во Франции. В 1892г. французский миноносец № 149 показал на испытаниях 24,6 уз, а построенные на год позже «Лансье» и «Шевалье» развили соответственно 25,6 и 27,2 уз.
В 1892г. к молодому контр-адмиралу Фишеру, получившему впоследствии негласный титул «обновителя английского флота», обратился Ярроу с предложением построить крупные миноносцы, которые, по его убеждению, должны были затмить строившиеся во Франции быстроходные миноносцы. Одновременно с предложением промышленник представил проект такого сверхминоносца. Фишер поддержал инициативу и, когда Ярроу спросил его, как будут называться новые корабли в отличие от миноносцев, ответил: «Мы назовем их истребителями, так как их задача — уничтожать французские миноносцы».
Адмиралтейство заказало сразу 42 истребителя, разместив заказ на 15 разных заводах, в расчете одновременно убить двух зайцев: улучшить качество кораблей в условиях конкуренции между фирмами и создать условия для приобретения опыта проектирования и постройки истребителей.
Первыми в 1893г. были построены истребители Ярроу «Хэвок» и «Хорнет» водоизмещением соответственно 240 и 223 т (рис. 24). Корабли были оснащены двухвальными энергетическими установками суммарной мощностью 4000 л. с. С целью снижения водоизмещения истребителей на них были реализованы прогрессивные технические решения. В частности, на «Хор-нете» были применены водотрубные котлы массой 43 т вместо огнетрубных массой 54 т, установленных на «Хэвоке».
С учетом небольшого водоизмещения корабля выигрыш в массе был довольно ощутимым. Для улучшения ходовых качеств корпуса истребителей были значительно удлинены. Отношение L/B у них составляло около 10, в то время как на миноносцах той поры оно не превышало 7—8. На испытаниях «Хэвок» показал 27,6 уз, а «Хорнет» 28,2 уз.
Рис. 24. Истребитель «Хорнет»
Основной конкурент Ярроу — уже упоминавшийся Торникрофт — спроектировал истребитель водоизмещением 270 т и также применил ряд новых технических решений. Так, помимо замены огнетрубных котлов водотрубными, было повышено давление пара, что позволило применить паровые машины тройного расширения. В результате не только была снижена масса энергетической установки, но и увеличена ее экономичность.
После фиаско с водометной миноноской неудачи продолжали преследовать Торникрофта. Его первый истребитель «Дэринг» (рис. 25) не показал проектные 27 уз; даже при использовании сверхпроектной мощности машин корабль не смог развить более 24 уз. Кораблестроители впервые столкнулись с явлением, получившим название «проскальзывание винтов», а позднее «кавитация» — от латинского слова cavity, что в переводе означает «пустота». До сих пор это явление до конца не изучено, что объясняется сложностью других, связанных с ним явлений, таких как динамика поверхностей раздела жидкость— газ, фазовые переходы, диффузия и турбулентность.
В сегодняшнем представлении механизм кавитации гребного винта выглядит следующим образом. Винт начинает кавитировать, когда по мере увеличения его частоты вращения скорость воды на засасывающей стороне лопасти (обращенной к носу корабля) настолько возрастает, что давление снижается до значения, при котором вода даже при обычной температуре вскипает и превращается в пар.
Рис. 25. Истребитель «Дэринг»
Пар, занимая определенный объем, вытесняет воду, и в ней образуются пузырьки, наполненные кроме паров воды воздухом и газами, выделившимися из воды. Каждый пузырек переносится потоком от места своего образования в область с меньшим разрежением. При этом пар в пузырьке мгновенно конденсируется, превращаясь в воду. Вода, как известно, занимает немного меньший объем, чем пар, а потому в пустоту, образующуюся в месте превращения пара в воду, со всех сторон устремляются окружающие пузырек частицы воды. Скорость частиц велика, так как конденсация пара происходит примерно за 1/500—1/1000 долю секунды, и они с огромной силой ударяют о поверхность лопасти.
Установлено, что при ударе жидкости о твердое тело ее частицы на миллионные доли секунды приобретают определенную структуру, как бы отвердевая. Местные давления «отвердевшей» жидкости достигают тысяч атмосфер. Повышение давления очень кратковременно, но в условиях кавитации бомбардировка частицами воды происходит непрерывно, и лопасть постепенно разрушается. Вначале появляются мелкие «оспинки», которые затем сливаются в язвы, и за определенное время работы, измеряемое иногда часами, винт приходит в негодность. Это первая стадия кавитации, в результате которой разрушается металл винта.
По мере дальнейшего увеличения частоты вращения винта площадь засасывающей стороны лопасти, охваченная кавитацией, расширяется, зона разрежения увеличивается, давление в ней падает. Конденсация пара происходит за пределами лопасти. При этом кавитационная эрозия металла винта прекращается, но винт как бы теряет упор и проскальзывает в «воздушном мешке». Наступает вторая стадия кавитации, которая не угрожает разрушением винта, но резко снижает его КПД (рис. 26).
Вернемся, однако, к «Дэрингу», который безуспешно форсировал машины на мерной линии, пытаясь натянуть контрактную скорость. В конце концов испытания были прекращены. После бурных совещаний комиссия приняла решение заменить гребные винты истребителя. Но на какие?
Рис. 26. Схема кавитирую-щей лопасти гребного винта 1—кавитационная полость на первой стадии кавитации; 2 —кавитационная полость на второй стадии кавитации
Замену производили «на ощупь». Ведь теория кавитации в то время отсутствовала, а значит, отсутствовали и научно обоснованные рекомендации по устранению этого вредного явления. Корабль только успевали ставить в док и, заменив очередные винты, выводить на испытания. Пришлось сменить шесть пар винтов, прежде чем были получены оговоренные в контракте 27 уз. Площадь лопастей винтов, с которыми истребитель достиг контрактной скорости, была на 45% больше, чем у винтов, с которыми он вышел на первые испытания.
Первые английские истребители, известные под названием «27-узловых», вошли в историю как корабли, у которых в жертву скорости были принесены другие важные качества. Корпуса настолько «облегчили», что при скорости свыше 23 уз корабли сильно вибрировали. Энергетические установки были форсированы до предела. На полном ходу из дымовых труб вырывались демаскирующие корабль в ночное время факелы, что указывало на неполное сгорание топлива в топках котлов и на догорание его в дымоходах. Потребовалось несколько лет, чтобы этот недостаток был устранен.
Затесненность помещений и большая насыщенность оборудованием резко ухудшали обитаемость кораблей и условия эксплуатации оружия и технических средств. Характерно, что за тяжелые условия службы экипажам первых английских истребителей выплачивалась денежная надбавка.
Энергичные меры англичан не остались незамеченными во Франции, где вполне отдавали себе отчет, против кого нацелены английские истребители. Ответ не замедлил последовать. В августе 1895г. мореходный французский миноносец «Форбан» (рис. 27) покорил 30-узловой барьер, показав на испытаниях 31 уз.
Англичане, предводительствуемые адмиралом Фишером, не желали мириться с подобным положением. Их замыслам непроизвольно способствовала Россия, заказав в Англии двухвинтовой истребитель «Сокол» водоизмещением 240 т со скоростью полного хода 30 уз, позднее переименованный в «Прыткий». В Англии стремились не столько ускорить выполнение русского заказа, сколько проверить на вновь создаваемом корабле технические решения для новых истребителей, необходимость в которых на фоне «достоинств» 27-узловых у Адмиралтейства не вызывала сомнений.
Рис. 27. Миноносец «Форбан»
С целью получения большой скорости, оговоренной контрактом, при проектировании «Сокола» особое внимание было обращено на облегчение корабля. Корпус был изготовлен из никелевой стали с высокими механическими свойствами, а надстройки — из сплава алюминия. На испытаниях «Сокол» развил 30,3 уз (рис. 28).
Английскому Адмиралтейству некогда было выслушивать комплименты по поводу быстроходного истребителя. С учетом опыта, полученного при создании «Сокола», оно в 1896г. выдало заказ на крупные истребители, получившие название «30-узловых». Эти широко разрекламированные еще в период постройки корабли не добавили лавров английскому кораблестроению.
Водоизмещение истребителей приходилось неоднократно увеличивать. Так, если у первых кораблей серии оно составляло 275—280 т, то у последующих достигало 330 и даже 375 т. Соответственно возрастала и мощность энергетических установок — с 5400 до 6500 л. с. Сами установки не отличались хорошими показателями. На последних истребителях серии их масса достигала 195 т, т. е. составляла более 50% водоизмещения корабля.
Уже в ходе строительства первых 30-узловых истребителей английские кораблестроители поняли, что грубо ошиблись, и, не прекращая строительства, предприняли ряд мер, главным образом в части облегчения кораблей. И вновь их поиску непроизвольно способствовал иностранный заказ.
Морское министерство Франции заказало Ярроу миноноску «Ла Фудр» водоизмещением 9,5 т со скоростью полного хода 20,5 уз. Получить на корабле столь малого водоизмещения указанную скорость явилось очень сложной задачей и вынудило Ярроу пойти на кардинальное облегчение корабля. Корпус миноноски почти целиком был изготовлен из алюминиевого сплава. Из легких сплавов были выполнены отдельные узлы энергетической установки.
Рис. 28. Истребитель «Сокол»
Выигрыш в массе у «Ла Фудр» по сравнению с обычными миноносками составил более 50%, и контрактная скорость была получена. Но какой ценой, в полном смысле этого слова? Стоимость миноноски возросла почти вдвое. Но даже не это было главное. Под воздействием забортной воды корпус корабля быстро разрушался. Была допущена грубая ошибка, против которой предостерегал талантливый русский инженер-кораблестроитель К. П. Боклевский (1862—1928),
Рассматривая возможность увеличения скорости кораблей за счет облегчения металлоконструкций, Боклевский, проанализировав историю применения легких металлов и их сплавов в судостроении, рекомендовал применять на кораблях сплавы алюминия только для конструкций, не соприкасающихся с забортной водой,— переборок, мебели и т. п. По этому пути и пошло в дальнейшем кораблестроение.
Неудача с применением алюминиевых сплавов на «Ла Фудр» вынудила англичан пойти на облегчение 30-узловых истребителей за счет корпусных конструкций. Для сравнения можно привести французские истребители постройки тех лет, у которых масса корпуса была на 8—10% больше, чем у 30-узловых. Толщина обшивки корпуса истребителей составляла всего 6мм. По этому поводу один из критиков иронизировал в прессе: «...днем через обшивку борта можно было прекрасно различать предметы. Корпус корабля производил впечатление каркаса, на который была хорошо натянута мокрая парусина».
Этим неприятности с 30-узловыми истребителями не ограничились. В ходе их постройки пришлось осуществлять кардинальные конструктивные мероприятия. Несколько раз переделывали кормовые оконечности кораблей, меняли паровые котлы, заменяли дымовые трубы и даже увеличивали их число.
Мало того, с кораблей снимали часть штатных грузов, снижали проектный запас топлива, а порой не устанавливали часть вооружения. И все для того, чтобы выжать лишний узел-другой, уложиться в контрактную скорость, а если очень повезет, то хоть на долю узла превзойти ее и получить премию за превышение,
Однако, несмотря на все ухищрения, истребители развивали 30 уз с огромным трудом. Некоторые корабли серии выходили на мерную линию по 60—70 раз. Недаром по поводу 30-узловых истребителей английские моряки иронизировали: «Приготовить пиво и графит...», что следовало понимать так: приготовить пиво для кочегаров, которым предстоит энергично подавать уголь в топки котлов, и графит для того, чтобы, покрыв им корпус корабля, сделать его более скользким.
История развития Самых Быстрых Кораблей
P.S. "Самые быстрые корабли" - моя самая любимая книга в детстве!
