Несколько столетий моряки пользовались портуланами с сетками румбов.

Теперь можно было не бояться облачной погоды, но внезапный [...]]]> Компас начал применяться в Китае для морской навигации по крайней мере в 11 веке. Теперь для грубого определения положения судна надо было лишь научиться определять его скорость. Поразительно, но об этом задумались лишь в конце 15-го века.

Несколько столетий моряки пользовались портуланами с сетками румбов.

Теперь можно было не бояться облачной погоды, но внезапный шторм, снесший судно, или необходимость изменить пункт назначения резко осложняли дело, а неопределенность с пройденным расстоянием заставляла ограничивать ночные переходы по мере приближения к цели.

Между тем решение было тривиально. Возьмем дощечку, утяжелим один из ее концов свинцом, привяжем веревку — наш лаг готов. Теперь бросим все это в воду и засечем время. Обычно для этого применялись песочные часы, так что иной раз приводится мнение о том что водяные часы для работы на корабле непригодны.

Но типичным временем измерения было 28 секунд, часто даже применялись 14-секундные часы. Учитывая ошибку измерения начала и конца броска лага, понятно что водяные часы будут сильно уступать песочным лишь при ошибке в несколько процентов. Я провел эксперимент по определению стабильности водяных часов — просто произвел несколько измерений, держа водяные часы в руках и переминаясь с ноги на ногу. Частота и амплитуда колебаний была побольше любой качки, но ошибка измерения составила лишь 1-2 процента. К тому же к водяным часам нетрудно добавить переборки/наполнение из камней которое еще сильнее уменьшит влияние качки. В общем использование водяных часов не должно вызвать никаких затруднений.

Итак, мы знаем направление и скорость. Теперь несложно восстановить примерное положение судна. На этом месте можно начать задумчиво чесать нос, изрекая умные слова про течение и ошибки измерения.

Попробуем добавить конкретики. Какую типичную ошибку мы можем ожидать при использовании счисления координат?

В 1981 году Стив Каллахэн за 76 дней проплыл 1800 миль по Атлантическому океану на спасательном плоту. Для определения скорости он использовал кусочки бумаги и часы. Для определения широты — три карандаша, связанных вместе. В его книге «В дрейфе: 76 дней в плену у моря» мы можем найти карту с курсами по счислению координат и предполагаемым реальным.

В The Empirical Reconstruction of Columbus’ Navigational Log and Track of his 1492–1493 Discovery Voyage мы можем найти аналогичные карты для путешествий Колумба.

Результат приятно удивляет. Дело в том что ежедневные ошибки измерений склонны компенсировать друг друга. В результате ошибка растет как квадратный корень времени — за сотню дней накапливается ошибка эквивалентная 10-и кратной дневной. Конечно это верно лишь для среднестатистического путешествия. Время от времени ошибки будут складываться и давать суммарную ошибку в разы больше средней, со всеми утопающими

Любой погруженный в воду на небольшую глубину предмет сразу начинает обрастать колониями бактерий, водорослями и моллюсками. Корабль для моллюсков даже интереснее неподвижного предмета поскольку его движение упрощает фильтрацию воды, при [...]]]> Испокон веков мореплаватели страдали от эксплуатации живой прородой. Для водной живности корабль был в лучшем случае удобным местом обитания, а в худшем — вкусной едой.

Любой погруженный в воду на небольшую глубину предмет сразу начинает обрастать колониями бактерий, водорослями и моллюсками. Корабль для моллюсков даже интереснее неподвижного предмета поскольку его движение упрощает фильтрацию воды, при помощи которой они добывают пищу. За полгода днище судна может покрыться наростом толщиной до 7 сантиметров!

Уже через год сопротивление движению воды увеличивается вдвое, а скорость падает на 20%.

Заодно любой кусок дерева в морской воде быстро обживают корабельные черви(на самом деле не черви, а моллюски).

За пару лет они могут источить дерево до состояния, когда оно будет ломаться руками.

Историю борьбы с этими напастями можно разделить на три этапа — смола, медь и защитные краски.

Как минимум со времен древних греков корпус защищали от древоточцев регулярным смолением(«Спустим же черный корабль, отправляемый плавать впервые.» Гомер) Обрастание просто счищали, особенно просто это было на ранних этапах мореплавания, когда корабли вытаскивались на берег буквально каждую ночь.

С ростом размеров кораблей чистка и обновление защитного слоя смолы становилась все труднее. Частично проблему решали периодические стоянки в пресной воде(древоточцы и многие другие моллюски ее не переносят), скажем в Севастополе был сооружен целый водопровод для подвода пресной воды в доки. Часто корпус обшивали временным покрытием из деревянных реек.

Еще во времена Римской империи начались эксперименты с использованием меди и свинца для защиты деревянного корпуса, но массовое применение началось лишь в конце 18 века. В 1761 фрегат Тревога(HMS Alarm) был обшит медными листами. Они дали отличную защиту от древоточцев и обрастания, но быстро ржавели в местах контакта с железными гвоздями, скреплявшими корпус. После многих экспериментов, пришли к довольно сложному комплексу мер — корпуса стали покрывать дёгтем, на него накладывался картон, пропитанный дегтярным маслом и «композицией» — специальным составом, — а внутренняя сторона медных листов покрывалась смесью свинцовых белил с льняным маслом. К 1793 году защищенный корабль мог проходить примерно 5 лет до полной смены медной обшивки. Эти успехи привели к быстрому распространению метода — уже в 1780х он стал стандартом в английском военном флоте, а к 1816 году 18% гражданских судов, перечисленных в регистре Ллойда имели медное покрытие.

Типичный лист обшивки имел вес от 20 до 32 унций на квадратный фунт, обычно использовался 28 унцовый — 8.5 кг/м^2(на линкор уходило 15 тонн меди!), итого коррозия все еще съедала примерно полтора килограмма меди в год на квадратный метр защищенной поверхности, нетрудно понять почему метод стал использоваться лишь с появлением дешевой меди.

Проблему коррозии попытался решить Хэмфри Дэви(Humphry Davy). Он изобрел катодную защиту, листы меди защищались кусочками чугуна, который «брал» коррозию на себя. Проблема в том что защиту от обрастания дают ионы меди, которые выделяются именно в ходе коррозии. Заодно коррозия не дает расти известковой пленке, которая опять таки защищает морскую живность от действия меди. В общем защищенная от коррозии медь переставала защищать от обрастания.

Цены удалось сбросить на треть благодаря мунцевой латуни, содержавшей лишь 60% меди и чуть более устойчивой к коррозии.

Проблему древоточцев в конце концов решил переход на железные корпуса, но это же решение лишь обострило проблему обрастания — медная обшивка не слишком дружила с железом. Это решение все еще использовалось, медное покрытие с деревянной подкладкой, к примеру, было на Авроре, но спрос на альтернативное решение все обострялся.

Предлагались различные покрытия и пропитки — только в Англии в 19 веке было получено 300 патентов, подавляющее большинство никуда не годилось. Одним из самых многообещающих методов казалась пропитка креозотом, но он работал лишь с деревом, давал защиту лишь на несколько лет, и повторная пропитка корабля была весьма затруднительна.

В конце концов удалось наладить производство защитных красок — к началу 20 века коммерческие краски на основе оксидов меди и оксида/солей ртути давали полную защиту меньше чем на год, во вторую половину 20 века благодаря трибутилолову(tributyltin) цифру удалось довести до 4 лет, причем даже во второй половине века встречалась уйма малоэффективных красок.

При содержании меди порядка 30%(и/или ртути в единицы процентов) и расходе порядка литра на несколько м^2 краски обеспечивали защиту м^2 на год ценой порядка сотни грамм меди — улучшение на порядок в сравнении с медной обшивкой.

В чем же сложность производства такой краски? Как мы уже видели с медной обшивкой, токсины должны выделяться постоянно. А значит даже небольшое изменение рецепта может привести к резкому замедлению/ускорению растворения краски и токсины или вымоются слишком быстро или не смогут создать достаточной концентрации для защиты.

В общем обшить одну вундервафлю медью попаданец может и потянет. Но массовая дешевая защита от обрастания/древоточцев это задача на годы, и даже после ее решения необходим строгий контроль состава вещества, производящегося десятками и сотнями тонн в год.

Рекомендуемые источники:
Marine fouling and its prevention ; prepared for Bureau of Ships, Navy Dept. 1952
Davy, H. (1824). Additional Experiments and Observations on the Application of Electrical Combinations to the Preservation of the Copper Sheathing of Ships, and to Other Purposes. doi:10.1098/rstl.1824.0015

Костюм был создан немецким судовладельцем Питером Крефтом для подъема груза медных слитков с глубины порядка 8 метров(он заявлял глубину работы до 36 метров, что кажется преувеличением). [...]]]> Как будет выглядеть водолазный костюм, изготовленный попаданцем? Ответить на этот вопрос нам поможет Reconstruction of Peter Kreeft’s Diving Machine в которой Franz Rothbrus описывает современную реплику костюма 1800 года.

Костюм был создан немецким судовладельцем Питером Крефтом для подъема груза медных слитков с глубины порядка 8 метров(он заявлял глубину работы до 36 метров, что кажется преувеличением). Описания современников содержат явные неточности(большой размер мехов на рисунке, выпуск воздуха через переговорную трубу), так что реконструкция не претендует на абсолютную достоверность. Также в современной версии активно использовались резьбовые соединения, в то время как оригинал, скорее всего, был неразборным.

Каркас шлема(1) сделан из медных пластин и прутьев, к нему подключены переговорный шланг(2) и шланг для нагнетания воздуха(диаметром порядка дюйма), выпускной шланг. Водолаз надевал 10-и килограммовые сандали со свинцовыми подошвами(4) и, по необходимости, навешивал дополнительные грузы.

Как справедливо замечают комментаторы, попаданцу стоит задуматься о герметичном креплении шлема к остальному костюму — чтобы не захлебнуться при падении. Как показывает история, дошли до этого далеко не сразу.

Мембраны переговорного устройства(5) реконструктор сделал из медных пластин толщиной в 0.2 мм и накрыл перфорированными пластинами для защиты. Щланги(6) — кожанные, с армированием медной проволокой.

Меха(7) — выдают порядка 40 литров в минуту при давлении 0.8 атм. Еще одна конструкция мехов(8) испытывалась датчанами в 1998 с удовлетворительным результатом.

Костюм был испытан в бассейне на глубине 4 метра и показал себя с лучшей стороны.

С минимумом познаний о кессонной болезни такой костюм может стать золотым дном для любого попаданца.

Можно ли еще упростить устройство? Тут, как и в теме о велосипеде, полезным может оказаться опыт третьего мира. Филлипинские дайверы часто производят погружение в одной маске, просто прикусывая шланг компрессора за щекой:

Ну а без очков для плавания можно обойтись, если выдохнуть немного воздуха и, задержав воздух рукой, создать воздушный пузырь у глаза(видео). Прием был известен Полинезийцам, для удержания воздуха использовались деревянные очки без стекол).

С одной стороны — штормгласс это такая штука, которую до сих пор можно найти в продаже. [...]]]> Сейчас штормгласс — очень красивая дизайнерская штука. Ее можно повесить в стильно оформленном обрамлении и все поймут какие вы продвинутые… эээ… хипстеры.
Вот только придуман он был не сейчас и целью его изобретения было вовсе не украшение интерьера.

С одной стороны — штормгласс это такая штука, которую до сих пор можно найти в продаже.
С другой стороны — а кто из здесь собравшихся знает что оно такое существует и зачем?…

В реальности штормгласс — это запаянная колба, в которой в спиртовом растворе намешаны камфара, нашатырь и калийная селитра.
Придуман он был в 18-м веке и нам известен как прибор, что описан вице-адмиралом Робертом Фицроем (он был руководителем экспедиции, в которой участвовал Чарльз Дарвин).
Но описан — это не изобретен. Кто, когда и зачем его изобрел неизвестно.

Вообще — интересно кому вообще понадобилось смешивать спирт нашатырь и камфару, да еще и герметически запаивать это все?
Я плохо представляю какие эксперименты проводились таким образом и с такими ингредиентами. А то, что колба запаяна, исключает случайное смешение ингредиентов, к примеру, во время транспортировки.
Самое интересное — до сих пор не совсем ясно как именно штормгласс реагирует на погоду. Потому что в запаянной стеклянной колбе он не может реагировать на атмосферное давление или влажность. Тем не менее, одно из старинных названий штормгласса — «бароскоп» и до сих пор его называют «кристаллический барометр».
Это одна из тех загадок, на которую человечество не желает тратить время. Можно вспомнить еще простейший вопрос «почему светится фосфор», на который вы не найдете ответа.
На что точно реагирует штормгласс — это даже не на саму температуру, а на ее изменение. И даже больше — на скорость изменения температуры. При этом если он висит на открытом воздухе, то ветер будет давать градиент температуры от стекла в глубину.

Итак, как сделать классический штормгласс.
Я не буду приводить рецепт адмирала Фицроя, расписанный в драхмах. На современные единицы измерения он выглядит так:

7,78 г камфары
5,83 г нитрата калия
3,89 г хлорида аммония
28,35 мл воды
37,54 мл 96% этилового спирта ректификата.

Ну, или в википедии указан более грубый вариант:

10 г камфоры (D-изомера или натуральной)
2,5 г калийной селитры
2,5 г нашатыря
33 мл дистиллированной воды
40 мл спирта.

Вся штука этой смеси — в ее неустойчивости. Поэтому вещества нужно смешивать в два этапа — растворить селитру и нашатырь в воде, а камфару в спирте. А потом полученные два вещества смешивать вместе на водяной бане.

Что мы получим?
— когда погода хорошая, то жидкость в штормглассе прозрачная
— жидкость помутнела, то возможен дождь, пасмурно
— появились мелкие звездочки в мутной жидкости, то будет дождь или снег
— внезапно появились крупные кристаллы — гроза, то есть шторм.

На самом деле тонкостей там куда больше. Но они зависят уже от конкретного прибора и от места, где он установлен. Поэтому нужно за ним следить, записывать результаты и сопоставлять. Это прибор 18 века, они не идут калиброванные с завода.

Попаданец вполне в состоянии собрать эти все компоненты и в древнем мире. Возможно будут проблемы с нашатырем, но простейший самогонный аппарат для получения спирта попаданец освоит без всяких проблем.
Но в любом случае — попаданцу нужно знать что это такое и зачем. Хотя бы потому, что в 19-м веке был период, когда британские корабли централизовано комплектовались штормглассами.

P.S. Про штормгласс еще можно почитать тут или тут.

Хорошо известный по повседневному опыту факт — горячее тело отдает тепло холодному. Простейший случай — прохождение тепла [...]]]> При обсуждении простейших пароходов быстро всплывает проблема котла. Он должен быть ОЧЕНЬ большим. На первых пароходах с их скромными скоростями в 5-7 узлов паровая машина занимала треть судна, в основном за счет котла. Почему? Короткий ответ — теплопроводность.

Хорошо известный по повседневному опыту факт — горячее тело отдает тепло холодному. Простейший случай — прохождение тепла через пластину, на разных сторонах которой поддерживается разная температура. Скорость передачи тепла прямо пропорциональна площади пластины, разнице температур на ее сторонах, способности ее материала проводить тепло и обратно пропорциональна ее толщине. Попросту говоря большая пластина из тонкого металла пропустит больше тепла чем маленькая, но толстая, деревянная; при увеличении разницы температур тепловой поток усилится, при уменьшении ослабнет.

Разные материалы по разному проводят тепло, именно потому инкубатор окружают слоем опилок, а не чугунной стенкой. Чем толще слой, тем меньше теплопотери, именно поэтому стенки металлургических печей такие толстые. В этих случаях нам хочется уменьшить поток тепла, в котле же нам надо максимально увеличить теплопередачу.

Во времена Уатта использовалось простое правило — квадратный ярд котла на лошадиную силу паровой машины. При типичном КПД порядка 5 процентов это примерно 5 киловатт тепла с квадратного метра. Несложно прикинуть что если попаданец не сможет изготовить котел из сотен труб и будет вынужден довольствоваться обычным цилиндрическим, то его размеры будут быстро увеличиваться. Скажем цилиндрический котел с диаметром в 4 метра и длиной в 8 метров будет вмещать одной воды под сотню тонн, при этом выдавать пара всего на 90 лошадиных сил.

Может ли попаданец улучшить эту цифру?

Простейший способ увеличить количество пара с котла — просто поместить его в большую топку. Перепад температуры между кипящей водой и топочными газами составит сотни градусов и теплообмен резко усилится. Проблема в том что тепло будет не успевать переходить от пламени к воде. Из трубы будет идти очень горячий воздух, унося с собой большую часть тепловой энергии и КПД котла и всей паровой машины резко упадет.

Если мы не можем увеличить площадь котла, мы можем попробовать применить более тонкие листы или металл который лучше проводит тепло. Но обычное железо даже при сантиметровой толщине пропускает через себя 10 кВт тепла(в два раза больше!) на квадратный метр уже при ничтожном перепаде температуры в один градус. Поэтому уменьшение толщины стенок или использование меди практически не изменит ситуацию. Вода обладает небольшой теплопроводностью, но при закипании ее активно перемешивает возникающий пар, поэтому теплопроводность воды также не является узким местом. Проблема котла лежит в низкой теплопроводности воздуха, а с ней попаданец ничего не может поделать.

Проблема размеров котла решается при увеличении давления в нем. Дело в том что большая часть энергии в паровой машине уходит на нагрев воды до 100 градусов(320 кДж на кг если греть 20 градусную воду) и превращение ее в пар(2260 кДж на кг). Эти затраты позволят нам получить пар с атмосферным давлением. На то, чтобы удвоить давление пара надо потратить всего 40 кДж. Потратив на полтора процента больше тепла мы увеличим совершаемую паром работу на 75 процентов! Если нам нужно меньше пара для той же мощности, то мы можем обойтись котлом поменьше. Но для этого нам придется увеличить температуру пара, что сразу создаст проблему с примитивными прокладками из пеньки и смазкой из органического масла. Применение больших давлений потребовало улучшения технологии, которого удалось добиться лишь к началу второй трети девятнадцатого века.

На этом моменте обычно вспоминают про чудесный прямоточный котел. Вот как выглядит типичное попаданческое решение.

В свое время, когда я еще не был уверен, что отправлюсь в прошлое, но вполне допускал такой вариант, я познакомился с одним живущим в соседнем доме пенсионером, увлекающимся историей парового флота. Когда я сказал ему, что на технологиях середины девятнадцатого века можно создать котел с давлением в пятьдесят атмосфер, он долго смеялся, а потом объяснил мне, что тогда даже пять были недостижимой мечтой, а двадцатиатмосферный рубеж с трудом преодолели к первой мировой, да и то далеко не все. Так как свободного времени у меня было до фига, а, кроме того, хотелось проверить кое-какие мысли, то я предложил ему пари, что сделаю такой котел, причем максимум за неделю и из подручных материалов, используя свой настольный станок «Универсал».

И действительно сделал, причем довольно просто. Ведь прямоточный котел представляет из себя всего лишь змеевик, нагреваемый пламенем горелки. Вода подается в него под давлением, и, согласно проходимой еще в средней школе физике, под точно таким же давлением с противоположного конца трубки свищет пар. И от конструктора требуется только подобрать такую трубку, которая выдержит заданное давление.

Насос я сделал очень просто, в виде толстостенного вертикального цилиндра. В него заливалась вода, а сверху под давлением подавался углекислый газ из баллона. Затем намотал из толстостенной медной трубки трехслойную спираль, теплоизолировал ее асбестом, просунул внутрь сопло паяльной лампы и пригласил соседа на испытания. Пока не кончилась вода в цилиндре-насосе, мое устройство исправно гнало пар под давлением в семьдесят атмосфер.

Что интересно, сосед обиделся. Как же так, в авторитетных источниках написано одно, а тут какой-то с трудом закончивший заочный институт самоучка все делает не так, то есть неправильно, но оно у него почему-то работает!

Человек просто не учел масштабного фактора. Ибо то, что невозможно для мощности в десятки тысяч лошадиных сил, может оказаться вполне работающим на просто десятках, без тысяч. Но на малых кораблях в основном используются дизели, поэтому такая схема и не получила распространения. Однако на «Чайке» у нас стояли примерно такие котлы, только с более сложными водяными насосами и конденсаторами отработанного пара. «Эмигранты», Величко А. Ф.

Внимательному читателю уже понятно в чем тут дело. Описанная конструкция вполне реальна, проблема лишь в том что она не улавливает большую часть тепла пламени паяльной лампы и КПД такого котла смехотворно мал. К тому же речь идет о очень небольшой мощности. Котел способный обеспечить работу паровой машины в десяток лошадиных сил выдавал бы порядка 40-50 литров пара в секунду и быстро превратил бы комнату в сауну. Прямоточность не решает проблемы низкой теплопроводности воздуха, так неохотно отдающего энергию стенкам котла.

Каковы его преимущества? Такой котел может быть устроен относительно просто — несколько спиралей из гнутых труб, такую конструкцию любили ставить на паровые автомобили. В более сложной конструкции поток топочных газов идет противотоком относительно воды. Это позволяет чуть улучшить КПД котла. Такой котел можно очень быстро приготовить к работе — лучшие автомобильные разогревались за полминуты. Плюс, в таком котле решаются проблемы связанные с эффектом Лейденфроста — при увеличении температуры стенок, между ними и водой может образовываться паровая рубашка, замедляющая теплообмен(в попаданческих котлах низкого давления такой проблемы не возникнет).

Эти достаточно скромные достоинства прямоточного котла плохо компенсируют его недостатки. Такой котел капризен к чистоте воды — ведь вода окончательно превращается в пар на небольшом участке и все примеси выпадают на стенки именно там. Он куда капризней к постоянству режима — колебания в количестве воды и тепла приведут к скачкам давления или перегреву стенок.

Так что легко доступного попаданцу способа уменьшить размеры котла просто не существует.

Чтобы разобрать это, нужно разобрать что такое кипение. Кипение — это ведь не просто испарение, вода вполне испаряется [...]]]> Тут меня поразили объяснением кавитации: «От трения винта вода разлагается на кислород и водород, которые потом взрываются, производя микровзрывы».
Не, ну я понимаю, услышав «микровзрыв» человек начинает придумывать всю цепочку, но я такой безграмотности оставить не могу…

Чтобы разобрать это, нужно разобрать что такое кипение.
Кипение — это ведь не просто испарение, вода вполне испаряется и без того, лужи после дождя могут исчезать просто на глазах.
Тут процесс поинтереснее и связан он с такой штукой как «давление насыщенного пара». То есть такой пар, который находясь рядом с жидкостью имеет тот же объем, давление и температуру.
Получается, что при 100°С давление пара становится равно давлению жидкости. Вот вода начинает ударными темпами испаряться не только с поверхности, но и с массы, что резко ускоряет процесс. Такое существует далеко не для всех жидкостей, но вода у нас в любом случае жидкость уникальная.

Но «давление сравнялось» это просто звучит только при атмосферном давлении. Вода под большим давлением в контурах ядерных реакторов не делает попыток закипеть и при 300°С. А на вершине Эвереста из-за низкого давления яйцо сварить невозможно, вода закипает раньше чем 55°С (когда начнет сворачиваться яичный белок).

С кавитацией подобная ситуация. На краю лопаток винта образуется разрежение. Разрежение настолько сильное, что это фактически вакуум. Вода при этом даже при +2°С закипает и образуются классические пузырьки кипящей воды. Проблема в том, что рядом — области не только нормального давления, но даже и высокого. Пузырек пара тут же схлопывается прямо на поверхности винта. Результат катастрофичен. Микроскопические удары просто выбивают частицы металла из лопастей винта, они просто «изгрызают» его. И добавьте еще вибрацию, которая тоже на судовые механизмы положительно не влияет. И еще звук…

Конечно, с этим борются. Методов — гора, от специальных покрытий, до суперкавитирующих винтов, у которых кавитация возникает не на поверхности, а чуть дальше, где лопасти винта уже нет. То есть можно только звук в воде услышать, что критично разве только для бесшумности подводных лодок.

Поэтому можно сделать вывод, что с кавитацией человек познакомился недавно. Ведь даже наличие судовой машины это еще не обязательно наличие судового винта… Однако это не так. Кавитация испортила куда больше насосов, чем корабельных винтов. А там низкое давление возникает очень просто, оно возникает по умолчанию. Тут тоже борятся, а кое-где даже используют. Но кавитация возникает даже в сравнительно простых случаях, например вот на картинке справа.
И всего-то что нужно — резкое расширение трубы после сужения и большой поток. Я вполне могу предположить, что где-нибудь в герметичных участках римских водоводов такое и наблюдалось бы. Но в случае свинцовых труб они вполне могли бы прогнуться под низкое давление и погасить явление (кстати, а кто-то про свидетельства такого слышал?)

Кстати у вас водопроводные трубы гудят? Гудят? Так вот — это не то, это не кавитация. Это всего лишь прокладки входят в резонанс и происходит микроскопический «помпаж». Хотя… возможно кое-где наблюдали и кавитацию, которая быстро выщербила бы трубы, вплоть до протекания и выбивания резьбы. По крайней мере магистральные насосы страдают.

Вобщем я к чему.
Кавитация — это результат базовых свойств воды и если попаданец будет строить теплонагруженные закрытые водяные контуры, то об этом надо помнить, чтобы потом не удивляться.

Ну и напоследок.
Если вдруг попаданец окажется в каких-то фантастических условиях, где в океане налита вода чистотой как в офисном кулере, то у такой воды прочность на разрыв куда больше. Она у такой сверхчистой воды порядка 280 кг/см². Это заметно больше давления насыщенного пара. Поэтому у такой сверхчистой воды (при условии сверхгладких винтов, на которых нет кавитационных зародышей) кавитация не будет наступать в принципе. Просто пузырьки не будут образовываться.

Еще Аристотель описывал способ превращения морской воды в питьевую(«[морская вода], превращенная в пар, когда [этот [...]]]> Мы уже обсуждали перегонный куб и его применение для очистки спирта и перегонки нефти и смолы. Дистилляция питьевой воды на корабле — решение очевидное для самого недалекого попаданца, но история вопроса демонстрирует странное расхождение теории и практики у наших предков.

Еще Аристотель описывал способ превращения морской воды в питьевую(«[морская вода], превращенная в пар, когда [этот пар] вновь сгущается, оказывается пресной и что морская [вода]; из пара не образуется», Метеорологика). В записках Василия Великого есть эпизод, когда автор с товарищами дистиллирует пар котла на губках, выжимая из них питьевую воду. Этот метод был известен адмиралу Ричарду Хоукинсу, датчанам(Jan Huygen van Linschoten (d. 1611), Aegidius Snoeck (d. 1637), Cornelius Drebbel) и испанцам самое позднее в начале 17 века.

Первое упоминание о употреблении виски(дистиллята спирта) в Шотландии относится к 1405 году, когда некий глава клана гигнулся преставился дал дуба на Рождество от неумеренного употребления вышеупомянутого продукта. И самое позднее в конце пятнадцатого века в Шотландии и Ирландии самогон не гнал лишь ленивый. При этом само слово виски происходит от кельтского слова uisce(вода), что как бы намекает нам, что дистилляция спирта не была эксклюзивным островным изобретением. Одним словом простой народ был прекрасно знаком с процессом.

Было распространено странное мнение о том что дистиллированная вода сохраняет “a bituminous substance, and a spirit of sea salt” — битумную(смолянистую?) субстанцию и «дух» морской соли. В середине восемнадцатого века вдруг появляется с десяток патентованных дистилляторов, и все авторы настойчиво рекомендуют добавлять что-то для нейтрализации «вредных» свойств дистиллированной воды. В качестве нейтрализатора каждый предлагает что-то свое — уксус, известь, пепел…

Уже упомянутый нами в статье о цинге Джеймс Линд провел эксперимент с двумя группами пациентов, которых поили дождевой и дистиллированной водой и заключил что дистиллированная вода ничуть не хуже обычной без какой-либо дополнительной обработки. Он же провел эксперимент с самодельным аппаратом из обычного морского чайника и мушкетного ствола. Аппарат выдавал порядка 5 литров воды в час при расходе 1.1 кг дров — КПД порядка 70%. Он отметил лишь что воду после дистилляции желательно отстаивать, чтобы исчез запах.

Откуда взялось это суеверие про «дух» морской соли? Дистиллированная вода может быть опасна при высоком потоотделении, точнее чуть более опасна чем обычная — соли выводятся из организма с потом, но замена не поступает с водой, что приводит к тепловому удару. Но разница в солености между пресной родниковой водой и дистиллированной ничтожна, а рацион моряка времен парусного флота в избытке содержал соль.

Нежелание разводить огонь на корабле? Но огонь неизбежно использовался при готовке пищи и освещении.

Возможно в одном из первых дистилляторов использовался ядовитый припой? Или изобретатели патентованных дистилляторов пытались набить себе цену знанием «тонкостей» процесса? Кто знает…

И хоть дистилляция пресной воды и была известна еще Аристотелю, а простые моряки продолжали умирать от жажды, будучи окружены миллионами тонн воды. Они умирали в 1684 на борту барки La Belle в нескольких сотнях метров от берега, пили мочу на борту приватира под командованием George Shelvoke в 1719 и вновь умирали в 1762, при осаде Гаванны — это лишь несколько примеров, найденных при поверхностном поиске. Археологи нашли на La Belle несколько ящиков с мушкетами, мушкетных стволов должно было быть достаточно и у пирата приватира Shelvoke и у британцев, осаждавших Гаванну. Можно не сомневаться, что там хватало также чайников и инструментов.

К концу восемнадцатого века наконец наступает перелом. Дистиллятор стоит на борту «Резолюшна» капитана Кука в 1772-ом. В 1809 тридцать кораблей королевского флота оснащают патентованными устройствами “Lamb Patent Fire-Hearth”, способными производить до 100 литров воды в час. Распространенность знания о дистилляции воды значила, что моряки догадаются соорудить дистиллятор из подручных средств. Например описан случай с японским парусником Tokuju-Maru, потерявшем паруса при шторме в 1813. Команда соорудила несколько ranbiki и спаслась от жажды.

Так откуда же такой разрыв между теорией и практикой? Почему моряки не могли освоить этот простейший прием?

С одной стороны само существование этого разрыва говорит о том что даже самый невежественный попаданец найдет чем удивить окружающих. С другой — распространять свои знания в широкие массы ему будет не так просто.

Хотя стрельба бомбами и применялась с самого начала развития огнестрельного оружия(начало 15 века), ими стреляли всегда из мортир и гаубиц по навесной траектории. Дело в том что подрыв заряда производился запальной трубкой, которая не [...]]]> Практически в любом обсуждении попаданческих технологий поднимается тема бомбических орудий. Удастся ли попаданцу воспроизвести технологию и будет ли от этого прок?

Хотя стрельба бомбами и применялась с самого начала развития огнестрельного оружия(начало 15 века), ими стреляли всегда из мортир и гаубиц по навесной траектории. Дело в том что подрыв заряда производился запальной трубкой, которая не может подорвать снаряд в точно рассчитанный момент. При стрельбе бомбами по настильной траектории в поле бомба с равной вероятностью взрывалась в сотне метров до или после цели. При стрельбе по зданиям бомба или раскалывалась при ударе о камень или легко пробивала деревянные стены. Только при стрельбе по навесной траектории погрешность времени горения запальной трубки переставала играть роль, так как бомба зарывалась в землю.

Сможет ли попаданец использовать бомбы в сухопутной войне? Если он улучшит технологию запальных трубок, то ему стоит сразу переходить на использование шрапнели, а конструкции ударного взрывателя подходящего для нестабилизированного ядра создать не удалось.

Иначе обстояло дело на море. Толстые деревянные борта кораблей прекрасно задерживали бомбы, которые при взрыве разрушали несущие конструкции и поражали осколками экипаж. В 1822 году французский генерал Пексан высказал предположение, что для повышения эффективности морской артиллерии «необходимы короткие пушки большого калибра, стреляющие с больших дистанций по деревянному флоту разрывными снарядами с большим разрывным зарядом». Для такой стрельбы Пексан разработал так называемые бомбические пушки, у которых казённая часть была утолщена для придания большей прочности, изменена форма каморы для размещения уменьшенного заряда, устранено дульное утолщение и для удобства заряжания сделано расширение канала у самого дульного среза — распал.

Обычное противники бомбических орудий возражают, что достаточно прочные бомбы научились делать лишь в 19 веке, благодаря прогрессу в металлургии. Эта точка зрения достаточно четко выражена в Википедии

Увеличить кинетическую энергию и тем самым пробивную способность бомб путём наращивания их начальной скорости оказалось в то время невозможно: тонкостенные оболочки бомб не выдерживали перегрузок при выстреле, и вероятность разрыва бомбы прямо в канале ствола орудия опасно возрастала.

Данная цитата прямо-таки напичкана нелепостями.

Во-первых, во времена Пексана проблема разрыва в стволе не была решена. В статье о шрапнели уже упоминалось, что это было вполне обычным делом для шаровой шрапнели. Снаряды бомбических орудий точно так же периодически разрывались в стволе(см. Shells and Shell-guns, Dahlgren, 1856). Заряд бомбы был меньше метательного заряда(а пушка испытывалась выстрелом с удвоенным метательным снарядом), к тому же после раскалывания корпуса бомбы давление в стволе быстро падало, так как снаряд не мешал газам выходить из ствола.

Во-вторых, очевидна глупость при упоминании перегрузок при выстреле. В орудии бомба разгоняется до 400 м/с на протяжении 2,7 метров. Но при попадании в деревянную стену бомба теряет эту скорость через 75 сантиметров. Нетрудно понять что намного более высокие перегрузки испытываются при ударе о цель, а не при выстреле.

Update. Как справедливо заметили в комментариях, разгон снаряда неравномерен, особенно при использовании черного пороха. Согласно B.Robins New Principles of Gunnery Ed 2, Lon. 1805. стр. 79 реальное максимальное давление составляло порядка 1500-1600 атм. Это в 4 раза больше оценки для равномерного разгона(400 атм). Но надо отметить что ускорение при ударе в цель также неравномерно, и хотя точной цифры максимума найти и не удалось, можно смело сказать что в ускорение при попадании в цель больше ускорения в стволе.

В-третьих, утверждение о невозможности изготовления достаточно прочных бомб не выдерживает элементарной проверки расчетом. Бомба того же веса что и в пушке Пексана, с таким же разрывным зарядом, выпущенная из мортиры петровских времен испытывала в стволе примерно те же перегрузки и давление. Хотя начальная скорость бомбы мортиры была вдвое меньше, длина ее ствола была в 6 раз меньше. К тому же, как мы установили абзацем выше, перегрузка при ударе намного выше перегрузки выстрела. Бомба мортиры ударяла в цель с примерно втрое меньшей скоростью, но снаряды появившихся в середине 18 века единорогов уже имели те же начальные скорости и сравнимые калибры(крепостные единороги).

Стоит так же отметить что ни в одной книге 19 века, посвященной бомбическим орудиям, не упоминаются успехи металлургии, якобы сделавшие возможными пушки Пексана. Так откуда же взялось это глубокомысленное рассуждение? Простая логика детермениста — раз что-то было сделано только в году X, значит буквально за несколько лет до этого технология доросла до необходимого уровня, значит надо высосать из пальца глубокомысленные рассуждения о успехах технологии. На вопросы, какие недостатки технологии мешали появлению стремян у египтян и открытию зажигания запальной трубки бомбы газами при выстреле в 15 веке следует ответ в виде тоскливого молчания. Достаточно характерно и количество ошибок в вышеприведенной цитате — если бы у человека были мозги, то он бы не был детерменистом и не написал столько глупостей.

В общем, попаданцу удастся создать бомбическое орудие как минимум в начале 18 века. Но будет ли смысл в введении бомбических пушек? Бомбу нельзя закатить в ствол, ее надо заряжать в поддоне — иначе в половине случаев запал будет повернут к заряду и давление пороховых газов вдавит его в бомбу и она взорвется в стволе. Это в разы замедляет заряжание. С учетом возни с введением новых зарядов и пушек, для того чтобы введение бомбических орудий было оправдано, желательно увеличение эффективности на порядок. Апологеты любят расписывать чудовищные разрушения, причиняемые бомбами, но факты говорят об обратном.

Прежде всего возражает закон сохранения энергии. Кинетическая энергия 30 кг бомбы на скорости 400 м/с составляет 2.5 мДж. Она несет заряд в 4 фунта(1.5 кг) пороха, энергия горения которого составляет 5-6 мДж. При этом надо учитывать что кинетическая энергия снаряда напрямую преобразуется в разрушения цели, в то время как при взрыве пороха имеется посредник в виде достаточно «мягкой»(из-за низкой бризантности) ударной волны, что сильно понижает КПД. Бомба распадается на десятки осколков, но большинство из них застрянет в обшивке. Бомба выбивает из обшивки большое количество щепок с убойной энергией, но и обычное ядро на это способно. В общем теория говорит о том, что бомба на черном порохе может быть лишь в 2-3 раза эффективнее ядра. Говорить о метровых пробоинах может лишь человек не понимающий как устроен деревянный военный корабль. Если для торговых кораблей могли использоваться 3 дюймовые доски, то даже для фрегата типичная толщина обшивки в жизненно важных местах — 15-20 дюймов. Бомба могла создать метровую пробоину лишь в самых слабозащищенных местах.

А как насчет практики? Основным успехом бомбических пушек считается Синопское сражение, кроме него они использовались на море лишь в паре незначительных эпизодов. Объясняется ли решительная победа русского флота применением бомбических пушек? Посмотрим на соотношение сил. 6 русских линейных кораблей и 7 турецких фрегатов, плюс мелочевка с обоих сторон. 720 орудий против 520 — перевес на 40%. Надо понимать что фрегат несет гораздо более легкие орудия, например 24-фунтовые, и обшивка линейного корабля, а это до 30 дюймов выдержанного дуба, пробивается их ядрами лишь в идеальных условиях. Добавим плохое обучение турецких матросов и пассивность их командования — и станет понятно, что приплетать бомбические пушки для объяснения русского успеха ни к чему — это была банальная реализация хорошего военного правила «лучший вид нападения — это нападение на беззащитного».

Update. Особенно забавно выглядит тезис о роли бомбических орудий после ознакомления со статистикой потраченных в Синопском сражении снарядов. «Мария» — 5 из 176 снарядов, пущенных бомбическими пушками; «Вел. кн. Константин» 30 из 457; «Чесма» 18 из 88; «Париж» 70 из 893; «Три святителя» 28 из 147; «Ростислав» 16 из 400. В итоге всего лишь 167 бомб из общего числа 18055 снарядов. Менее одного процента!

Бомбические пушки — лишь нелепая мода, которая не была похоронена практикой из-за относительно короткого времени жизни. Попаданцу, желающему усовершенствовать морские военные технологии, лучше сосредоточить усилия на применении шестовых мин, использовании паяльной лампы для нагрева каленых ядер на корабле или сконструировать хтоническую гравитационную торпеду.

Бытует даже легенда, что подводное крыло было изобретено в СССР, но наши не успели запатентовать из-за того, что кто-то проговорился в [...]]]> Как-то так получается, что попаданец, только построив первую паровую машину для корабля, начинает задумываться о судне на подводных крыльях. Ну это ведь такая оригинальная идея — подводное крыло, до нее веками не могли додуматься.

Бытует даже легенда, что подводное крыло было изобретено в СССР, но наши не успели запатентовать из-за того, что кто-то проговорился в «Технике-Молодежи»…

Спешу разочаровать.
Первое судно на подводных крыльях — это лодка Энрико Форланини 1906 года постройки. То есть модели он строил с 1898-го года, а вот нечто, во что вмещался человек и которое реально приподнялось над водой, только через восемь лет. И это было именно лодка, больше напоминающая байдарку с бензиновым двигателем в 60 л.с. И, кстати — Форланини оформил патенты в Англии и США.

И после этого кто только не строил подводное крыло — от Грехема Белла в Америке до Ганнс фон Шертеля в Германии, который конструировал подводное крыло начиная с 1930-х. И конструкторское бюро которого было после войны вывезено в СССР и строило первый подводные крылья в СССР. При этом сам фон Шертель оказался в Швейцарии, где с 1952 года и начал серийное производство пассажирских судов на подводных крылья. «Техника-Молодежи» здесь совсем не при чем.

Однако, идея подводного крыла настолько очевидна, что пришла в голову задолго до 20 века.

Первые опыты с буксировкой пластины в воде за кораблем проводил Эйфель, а первый патент на подводное крыло получил Шарль Д’Аламбер в 1891-м. Д’Аламбер
даже пытался строить лодку, но… она не поднялась над водой. Ну то есть — выскакивала на мгновение и опять падала.
Проблема тут всего одна, но глобальная, она зовется «энерговооруженность».
Дело в том, что вода будет без провалов держать судно на скорости примерно от 40 км/час, ниже ему двигаться нельзя (кстати — снегоход, который летит по воде, должен держать эту же скорость чтобы не утонуть, физика она такая). Но разогнать водоизмещающее судно до такой скорости…

Такое судно должно иметь одновременно и очень мощный двигатель и очень небольшое водоизмещение.
По американским данным, для того чтобы вывести на крылья корабль водоизмещением 4400 т, понадобится энергетическая установка мощностью около 200 тыс. л. с.
Это недетская задача. Соответственно — считается, что строить корабли на подводных крыльях больше 1000 т нецелесообразно. И не строят.

Исходя из этого — построить подводное крыло на паровике не получится. Как не получилось у Д’Аламбера.
На чем можно построить — это на паровой турбине, но «Турбиния» Парсонса это 1894-й. И Турбиния имела водоизмещение в 45 тонн, которое почти полностью было занято этой самой турбиной, то есть применения ноль, это демонстратор технологии. Ну и система подводных крыльев — это еще 15% к массе корабля.

И именно эта чертова энерговооруженность не дает широко строится судам на подводных крыльях.
Их делают либо для военных (для которых скорость критична), либо как небольшие прогулочные катера.
Подводное крыло (в отличии от паровой турбины) очень плохо масштабируется.

Конечно, у подводного крыла есть еще куча недостатков. Тут и низкая мореходность, и проблемы с необорудованными причалами. Но это все мелочи, по сравнению с очень большой энерговооруженностью, которая кстати, никак не совмещается с экономичностью…

В общем — если вы решили прогрессорствовать и внедрить подводное крыло — забудьте.
Крыло появилось ровно тогда, когда человечество смогло это сделать.
И более того — подводное крыло еще широко не появилось и по той же причине: человечество пока не может его построить.

На стрельбах 1898 года капитан английского флота Пирси Скотт(Percy Scott) заметил, что один из из наводчиков точно клал снаряды [...]]]> Как только на флоте начали широко использоваться нарезные орудия, моряки с огорчением обнаружили что их замечательная точность может быть использована в полную силу только на спокойной воде. Даже небольшое волнение сильно уменьшало вероятность попадания в мишень.

На стрельбах 1898 года капитан английского флота Пирси Скотт(Percy Scott) заметил, что один из из наводчиков точно клал снаряды в цель, несмотря на сильное волнение. Он быстро и точно вертел колесо вертикальной наводки, компенсируя качку. Но как приучить остальных наводчиков делать то же самое?

В корабельной мастерской Скотт соорудил тренажер для наводчиков. Матрос перемещал мишень по вертикальной доске, стоящей перед орудием. На ствол надевалось приспособление, которое при нажатии спуска выдвигало карандаш и отмечало уровень орудия в момент выстрела рядом с мишенью карандашной точкой. Поэтому тренажер был назван моряками доттером(dot — точка). Наводчик поднимал и опускал ствол, отслеживая перемещения мишени через прицел. Таким образом можно было постоянно тренировать наводчиков компенсировать качку. Через несколько месяцев корабль Скотта показал рекордные результаты на стрельбах. Справедливости ради, доттер был не единственным изобретением Скотта, позволившим добиться таких результатов, но, несомненно, самым важным.

Впрочем само устройство не слишком интересно попаданцу — уж слишком узок исторический период, когда оно может быть введено, а самостоятельно дойти до нарезной корабельной артиллерии попаданец сможет очень и очень нескоро.

Гораздо более поучительна для попаданца будет история внедрения доттера на флоте. Очевидно, что такое простое и эффективное устройство надо было немедленно начать применять на всем британском флоте. Ведь судьба Британии была неразрывно связана с мощью ее морского флота, а значит и точностью огня его орудий.

Но понимали ли это современники? Скотт вспоминает, что при корабельных инспекциях проверялась почти исключительно качество корабельной уборки и здоровье моряков. В лучшем случае инспектор проверял, в состоянии ли корабельные орудия вести огонь. Когда Скотт проверял крейсер «Ужасный», он обнаружил что орудийные прицелы было невозможно настроить, а порты передних орудий были настолько малы, что в прицел нельзя было увидеть неприятеля. Эти проблемы касались всей серии крейсеров и не были обнаружены в течении нескольких лет!

В июне 1899 года Скотт оправил чертежи и описания устройства в Адмиралтейство. В январе 1901 начались испытания «усовершенствованного» Адмиралтейством доттера. В декабре 1902 началось внедрение доттера на флот. Усовершенствования, внесенные бюрократами, резко ухудшили устройство и его пришлось исправлять на местах.

Скотт был в первую очередь изобретателем и мало занимался непосредственным внедрением, поэтому для нас будет более интересна история внедрения доттера на американском флоте Вильямом Симсом(William S. Sims), который активно занимался именно внедрением.

Эту историю можно разделить на 4 фазы.

На первой Симс столкнулся с безразличием. Тринадцать отчетов о новом методе тренировки были отложены бюрократами в долгий ящик. Симс позже нашел несколько копий первых отчетов в архивах, полусъеденных тараканами.

В ответ на это Симс начал использовать в своих докладах агрессивный, неуважительный тон и разослал копии коллегам-капитанам. Бюрократы были вынуждены оправдывать свое бездействие логическими доводами — вторая фаза. Они говорили что оборудование Скотта было намного лучше стандартного, а потому новый метод был неприменим к имеющемуся(на самом деле Скотт использовал стандартное оборудование, незначительно переделанное в корабельной мастерской). Были проведены эксперименты, которые показали что наводчик не может опускать и поднимать ствол достаточно быстро, чтобы компенсировать качку. Едиственной проблемой в этих экспериментах было то, что они проводились на земле. На море инерция ствола помогала наводчику — и инерция, и наводчик стремились сохранить положение ствола. На суше они действовали друг против друга.

Противники быстро перешли к третьей фазе — склочной грызне. Симса назвали эгоистом и фальсификатором. Он сам также не стеснялся в выражениях.

Наконец в четвертой фазе история дошла до самых верхов. Симс написал письмо президенту Рузвельту и был назначен главным инспектором стрельб американского флота. Вся история заняла 2 с лишним года — с 1900 по 1902. Печальный урок для попаданца!

Источники:
«Fifty years in the Royal Navy» by Admiral Sir Percy Scott
Gun fire at Sea: A Case Study of Innovation