Уильям Фруде: Инженер, корабельный архитектор и пионер гидродинамики.

Введение

Британский инженер и военно-морской архитектор

Уильям Фроуд (англ. William Froude; 28 ноября 1810 года в Девоне – 4 мая 1879 года в Саймонстауне, Кейпская колония) — английский инженер, гидродинамик и судостроитель. Он первым сформулировал надёжные законы сопротивления воды движению судов (такие как уравнение скорости теоретического хода) и для прогнозирования их остойчивости.

Биография

Фроуд родился в Дартингтоне, Девон, Англия, сыном Роберта Фроуда, архидьякона Тотнеса, и получил образование в Вестминстерской школе и Ориэльском колледже Оксфордского университета, окончив с отличием по математике в 1832 году. Его первой работой было должность геодезиста на Юго-Восточной железной дороге, которая в 1837 году привела к тому, что Брунель поручил ему ответственность за строительство участка железной дороги Бристоль-Эксетер. Именно там он разработал свой эмпирический метод построения кривых переходов пути и предложил альтернативный проект спиралевидного аркового моста на пересечении Рив и Коули-Бридж, недалеко от Эксетера. В этот период он жил в Калломптоне и был церковным старостой в церкви Святого Андрея с 1842 по 1844 год. Он организовал и оплатил значительную часть работ по восстановлению хора и другие реставрационные работы. Он также предложил оплатить восстановление нефа, если местные жители внесут 10% от стоимости, но это предложение было отклонено. После завершения строительства линии Бристоль-Эксетер в 1844 году он покинул город. По приглашению Брунеля Фроуд обратил свое внимание на остойчивость судов на море, и его статья 1861 года для Института военно-морских архитекторов оказала значительное влияние на судостроение. Это привело к заказу на определение наиболее эффективной формы корпуса, которую он смог выполнить, используя масштабные модели: он вывел формулу (ныне известную как число Фроуда), позволяющую использовать результаты испытаний в малом масштабе для прогнозирования поведения корпусов в натуральную величину. Он построил серию моделей в масштабе 3, 6 и (изображено на рисунке) 12 футов и использовал их в буксировочных испытаниях для определения законов сопротивления и масштабирования. Его эксперименты были подтверждены полномасштабными испытаниями, проведенными Адмиралтейством, в результате чего был построен первый испытательный бассейн для кораблей за государственный счет в его доме в Торквее. Здесь он смог эффективно сочетать математическую экспертизу с практическими экспериментами, и его методы используются до сих пор. Фроуд также исследовал «теорию волновой линии» Джона Скотта Рассела. Модель «Рэйвен» имела острые обводы в соответствии с теорией Скотта Рассела. «Лебедь» имел более полные обводы с тупыми оконечностями. «Рэйвен» имел меньшее сопротивление на низких скоростях, а «Лебедь» – на более высоких. Это показало, что «теория волновой линии» не была столь универсальной, как утверждалось, и стало началом лучшего понимания сопротивления корпуса. В 1877 году Адмиралтейство поручило ему разработать машину, способную поглощать и измерять мощность крупных судовых двигателей. Он изобрел и построил первый в мире динамометр с водяным торможением, иногда называемый гидравлическим динамометром. Во время отпуска в качестве официального гостя Королевского флота он умер в Саймонстауне, Южная Африка, где был похоронен с полными военно-морскими почестями. Он был братом Джеймса Энтони Фроуда, историка, и Хюррелла Фроуда, писателя и священника. Уильям был женат на Кэтрин Генриетте Элизабет Холдсворт, дочери губернатора замка Дартмут, коммерческого магната и члена парламента Артура Хоу Холдсворта. Его сын Роберт Эдмунд Фроуд, родившийся в 1846 году, впоследствии стал соучредителем компании Heenan & Froude Ltd в Бирмингеме. Компания первоначально производила динамометры с водяным торможением по проекту его отца, а затем широкий спектр динамометров различных типов. Торговая марка Froude была элементом в ряде сделок по переходу прав собственности и в настоящее время существует под мононимом "Froude", группой, в которую входят Froude, Inc. (США) и Froude, Ltd. (Великобритания). в работах, представленных в Королевский институт военно-морских архитекторов. Это включало описание теории импульса. Теория элемента лопасти и теория импульса впоследствии были объединены в более комплексную теорию элемента лопасти и импульса.

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.