Уильям Фруде: Британдық инженер және кеме жасаушысы

Кіріспе

Британдық инженер және кеме құрылысшысы

Уильям Фроуд (William Froude; 28 қараша 1810 жылы Девон қаласында дүниеге келген – 4 мамыр 1879 жылы Саймонстаун қаласында, Кейп колониясында қайтыс болған) – ағылшын инженері, гидродинамик және кеме құрылысшысы. Ол судың кемелерге көрсеткен қарсылығын (мысалы, корпустың жылдамдық формуласы) және олардың тұрақтылығын болжау үшін сенімді заңдарды тұжырымдаған алғашқы адам болды.

Өмірбаян

Фруде Англияның Девон графтығындағы Дартингтон қаласында туған, ол Тотнес архидиаконы Роберт Фрудтың ұлы. Ол Вестминстер мектебінде және Оксфордтағы Ориел колледжінде білім алып, 1832 жылы математикадан үздік нәтиже көрсетті. Оның алғашқы жұмысы Оңтүстік-Шығыс темір жолында геодезист болып жұмыс істеу болды, бұл 1837 жылы Брунельдің Бристоль және Эксетер темір жолының бір бөлігін салуға жауапкершілік беруіне әкелді. Осы жерде ол жолдың қисықтарын салудың эмпирикалық әдісін әзірледі және Эксетер маңындағы Риу және Коули өткеліндегі спиральді бұрышты аркалы көпірге баламалы дизайн ұсынды. Осы кезеңде ол Калломптонда тұрып, 1842-1844 жылдары Сент-Эндрю шіркеуінде викарийдің сақшысы болды. Ол ғимараттың және басқа да қалпына келтіру жұмыстарының қайта құрылуына үлкен қаржы жұмсады. Егер жергілікті тұрғындар шығынның 10% төлесе, ғимараттың қалпына келтіруіне ақы төлеуге дайын екенін ұсынды, бірақ бұл ұсыныс қабылданбады. 1844 жылы Бристоль-Эксетер желісі аяқталғаннан кейін ол қаладан кетіп қалды. Брунельдің шақыруымен Фруде кемелердің теңіздегі тұрақтылығына назар аударды және оның 1861 жылғы Кеме құрылысы институтына жазған мақаласы кемелерді жобалауға үлкен әсер етті. Бұл ең тиімді корпус пішінін анықтау жөніндегі тапсырмаға әкелді, оны ол масштабты модельдерге сілтеме жасай отырып орындады: ол (қазір Фруде саны деп аталатын) формуланы құрды, оның көмегімен кішкентай масштабтағы сынақтардың нәтижелерін толық көлемді корпус мінез-құлқының болжамы үшін пайдалануға болады. Ол 3, 6 және (суретте көрсетілген) 12 футтық масштабтағы модельдер тізбесін жасап, оларды сүйреу сынақтарында қолданып, кедергі мен масштабтау заңдарын анықтады. Оның тәжірибелері Адмиралтейство жүргізген толық масштабты сынақтарда расталды, нәтижесінде алғашқы кемелік сынақ резервуары Торкейдегі үйінде мемлекеттік қаржыға салынды. Бұл жерде ол математикалық білімін тәжірибелік тәжірибелермен үйлестіре алды, сондықтан оның әдістері бүгінгі күнге дейін қолданылуда. Фруде Джон Скотт Расселдің «толқындық сызық» теориясын да сынады. «Қарға» (Raven) моделі Скотт Расселдің теориясына сәйкес өткір сызықтармен жасалған. «Аққудың» (Swan) сызықтары толырақ және аяқтары дөңгелек болды. Төменгі жылдамдықтарда «Қарғаның» кедергісі аз болды, бірақ жоғары жылдамдықтарда «Аққудың» кедергісі аз болды. Бұл «толқындық сызық» теориясының мәлімделгендей әмбебап емес екенін көрсетті және корпус кедергісін жақсырақ түсінудің бастамасы болды. 1877 жылы Адмиралтейство оған ірі теңіз қозғалтқыштарының қуатын сіңіріп, өлшейтін машина жасауды тапсырды. Ол әлемдегі алғашқы су тежегіш динамиометрін ойлап тапты және жасады, кейде оны гидравликалық динамиометр деп те атайды. Корольдік теңіз күштерінің ресми қонағы ретінде демалыс кезінде Оңтүстік Африканың Саймонстаун қаласында қайтыс болды. Ол тарихшы Джеймс Энтони Фруде және жазушы және діни қызметкер Хюррел Фрудедің інісі болды. Уильям Дартмут қамалының губернаторы, сауда магнаты және парламент мүшесі Артур Хоу Холдсворттың қызы Кэтрин Генриетта Элизабет Холдсвортқа үйленген. Оның ұлы Роберт Эдмунд Фруде 1846 жылы туған, кейіннен Бирмингемде Heenan & Froude Ltd компаниясын құрды. Компания бастапқыда оның әкесі жасаған су тежегіш динамометрлерін, кейіннен әр түрлі динамометрлерді шығаратын болды. Froude тауарлық белгісі ретінде бірқатар акционерлік капиталға ауысуларға қатысты және қазіргі уақытта «Froude» мононимінде бар, ол Froude, Inc. (АҚШ) және Froude, Ltd. (Ұлыбритания) компанияларын қамтиды. Royal Institution of Naval Architects-қа жазылған мақалаларында импульс теориясының сипаттамасы келтірілген. Лопасть элементтері теориясы мен импульс теориясы кейіннен кеңінен таралған лопасть элементтері импульс теориясында біріктірілді.

Froude was born at Dartington, Devon, England, the son of Robert Froude, Archdeacon of Totnes and was educated at Westminster School and Oriel College, Oxford, graduating with a first in mathematics in 1832. His first employment was as a surveyor on the South Eastern Railway which, in 1837, led to Brunel giving him responsibility for the construction of a section of the Bristol and Exeter Railway. It was here that he developed his empirical method of setting out track transition curves and introduced an alternative design to the helicoidal skew arch bridge at Rewe and Cowley Bridge Junction, near Exeter. During this period he lived in Cullompton and was Vicar's Warden at St Andrew's Church from 1842 to 1844. He organised, and paid a large amount to the rebuilding of the chancel and other restoration work. He also offered to pay to restore the nave if local people would pay 10% of the cost but this offer was refused. On completion of the Bristol to Exeter line in 1844 he left the town. At Brunel's invitation Froude turned his attention to the stability of ships in a seaway and his 1861 paper to the Institution of Naval Architects became influential in ship design. This led to a commission to identify the most efficient hull shape, which he was able to fulfil by reference to scale models: he established a formula (now known as the Froude number) by which the results of small scale tests could be used to predict the behaviour of full sized hulls. He built a sequence of 3, 6 and (shown in the picture) 12 foot scale models and used them in towing trials to establish resistance and scaling laws. His experiments were vindicated in full scale trials conducted by the Admiralty and as a result the first ship test tank was built, at public expense, at his home in Torquay. Here he was able to combine mathematical expertise with practical experimentation to such good effect that his methods are still followed today. Froude also tested the "wave line" theory of John Scott Russell. The model Raven had sharp lines in accordance with Scott Russell's theory. The Swan had fuller lines with blunt ends. Raven had less resistance at low speeds of the two, but Swan had less resistance at higher speeds. This showed that the "wave line" theory was not as universal as claimed, and was the start of a better understanding of hull resistance. In 1877, he was commissioned by the Admiralty to produce a machine capable of absorbing and measuring the power of large naval engines. He invented and built the world's first water brake dynamometer, sometimes known as the hydraulic dynamometer. While on holiday as an official guest of the Royal Navy he died in Simonstown, South Africa, where he was buried with full naval honours. He was the brother of James Anthony Froude, a historian, and Hurrell Froude, writer and priest. William was married to Catherine Henrietta Elizabeth Holdsworth, daughter of the Governor of Dartmouth Castle, mercantile magnate and member of Parliament Arthur Howe Holdsworth. His son Robert Edmund Froude, born in 1846, would go on to co found Heenan & Froude Ltd in Birmingham. The company initially produced water brake dynamometers following from his father's design and later a range of dynamometers of various types. The Froude name as a trademark has been an element in a number of equity transitions and exists currently under the monomym "Froude," a group which comprises Froude, Inc. (USA) and Froude, Ltd. (UK). in papers authored to the Royal Institution of Naval Architects. This included a description of momentum theory. Blade element theory and momentum theory would later be unified within the more comprehensive blade element momentum theory.