| William Froude | |
|---|---|
| Születési dátum | 1810. november 28. [1] [2] [3] […] |
| Születési hely | |
| Halál dátuma | 1879. május 4. [1] [2] [3] (68 évesen) |
| A halál helye | |
| Ország | |
| alma Mater | |
| Díjak és díjak | A Londoni Királyi Társaság tagja ( 1870 . február 6. ) Királyi érem ( 1876 ) |
| Médiafájlok a Wikimedia Commons oldalon | |
William Froude ( angl. William Froude ; 1810 . november 28. , Devon , - 1879 . május 4. , Simonstown ) - angol mérnök, a hajó hidrodinamikájának megalapítója . Oxfordban tanult . Kidolgozott egy elméletet, amely lehetővé teszi a víz ellenállásának kiszámítását egy edény mozgásával szemben a modelltesztek eredményei alapján. Ő a világ első kísérleti medencéjének megalkotója . 1870-ben bevezette a Froude-számot .
William Froude 1810-ben született Darktintonban (Devon), intelligens családban. Apja, Robert Froude (1771–1859) Totnes főespereseként szolgált; bátyja, Richard Froude (1803-1836) anglikán pap volt, és az oxfordi mozgalom egyik alapítója; öccse, James Anthony Froude (1818-1894) híres történész.
William Froude alapfokú tanulmányait először a Buckfast Preparatory School-ban, majd a londoni Westminster Schoolban és az Oxfordi Egyetem Oriel College-jában szerezte . Felsőfokú tanulmányait az Oxfordi Egyetemen szerezte, ahol elmélyülten tanult matematikát. 1832-ben szerzett mérnöki diplomát az Oxfordi Egyetemen.
Froude földmérőként kezdett dolgozni az 1837-ben elkészült délkeleti vasútnál. Ő volt a felelős a szerkezetekért a Bristoltól Exeterig tartó szakaszon . Itt dolgozta ki és vezette be empirikus módszerét a pálya íves szakaszainak lefektetésére, és bevezetett egy alternatív falazott lejtőtervet az Exeter térségében található hidak ferde íveihez.
1836 és 1838 között építőmérnökként szolgált, majd csatlakozott Isambard Kingdom Brunelhez , a Great Western Railway főmérnökéhez, hogy különféle mérnöki projekteken dolgozzon Dél-Angliában.
Bár Brunel tervei nem mindig voltak sikeresek, gyakran tartalmaztak innovatív megoldásokat a mérnöki problémákra. Brunel volt az, aki felhívta Froude figyelmét a pályán lévő hajók stabilitásának biztosításának problémájára. A tenger és a hajók mindig is vonzották Froude-ot, ezért hamarosan kísérleteket kezdett végezni, hogy meghatározza a Dart folyón lévő kis hajómodellek ellenállását. 1859-től hajómodellekkel kísérletezett, először magántulajdonban Paigntonban, ahová apja halála után költözött, majd a torquayi kutatómedencében. 1861-ben Froude elküldte a Hajók gördüléséről című tudományos munkát a Haditengerészeti Tervezők Intézetének, amely később nagy hatással volt a hajók tervezésére.
1867-től a Froude párban vontatta a modelleket, egyik hajótesttel szemben. Froude úgy gondolta, hogy a súrlódási ellenállást és a hullámellenállást különböző törvények írják le, ezért elkezdte vontatni a teljesen víz alatti, eltérő felületi érdességű deszkákat. Ez lehetővé tette számára, hogy létrehozzon egy képletet, amely ésszerű pontossággal megjósolja a hajótest súrlódási ellenállását, és megfogalmazza a Froude-féle hasonlósági kritériumként (törvény) ismert törvényt . Ez a törvény kimondja, hogy a hullámképződési jelenségek hasonlóak lesznek egy teljes léptékű objektum és egy modell esetében, ha a modell sebessége kisebb, mint méretük arányának négyzetgyöke. Ezzel a két elemzési eredménnyel Froude megbízható módszert talált a hajótest adott sebességgel való mozgásához szükséges teljesítmény becslésére.
Froude a Haditengerészeti Tervezők Intézete folyóiratának második kötetében publikálta a hajók keringésével kapcsolatos kísérletek eredményeit , és ezen keresztül találkozott Edward Reeddel , a Reed diagramként ismert stabilitási diagram szerzőjével . Froude modelleken is kísérleteket végzett és elméleti alátámasztásokat végzett a hajó stabilitásának problémájával kapcsolatban.
Miután 1868-ban a Haditengerészeti Projektek Tanulmányozási Bizottságában dolgozott, Froude egy sor kísérletet javasolt a Brit Admiralitásnak modellek segítségével a teljes méretű hajók mozgását szabályozó fizikai törvények megállapítására. Froude-nak hamarosan támadt az ötlete, hogy saját tesztmedencét építsen, ahol kívülállók nélkül dolgozhat. Javaslatát Edward Reid, a korabeli vezető hajóépítő közreműködésével 1870-ben elfogadták. Aztán Torquay közelében elkezdték építeni egy kutatómedencét, amelyhez az Admiralitás 2000 font sterling támogatást különített el az építési és a medence üzemeltetési költségeinek fedezésére, valamint egy kis díjat fiának és főasszisztens, Robert Edmond Froude. William Froude maga nem volt hajlandó fizetni.
A HMS Captain csatahajó 1871. szeptember 6-i elsüllyedése a Vizcayai-öbölben, a mintegy 500 fős legénység csaknem teljes elvesztésével hozzájárult a medence építési munkáinak felgyorsulásához. A csatahajó projektet számos hiányosság jellemezte, amelyek felboruláshoz vezettek. Ez a nagy tragédia megerősítette Froude-ot abban a döntésében, hogy munkát végez a hajók projektjeiben és konstrukcióiban lévő maradandó hibák feltárására.
William Froude megépítette a világ első modelltesztelési kutatómedencéjét. A Froude-medence hossza 85 m, szélessége 14 m, mélysége 3 m. Az 1871-1872-es évek fordulópontot jelentettek a hajógyártás világtörténetében, hiszen ekkor kezdte a vitorlák pótlását a gőzgép, ill. fontossá vált előre meghatározni a hajó beállított sebességű hajtásához szükséges teljesítményt.
Időtlen idők óta az angol hajók testének tervezése nagyrészt hüvelykujjszabályokon alapul, amelyeket a hajóépítő és hajójavító mesterek felhalmozott tapasztalata eredményeként szereztek. Még korábban, a felvilágosodás korában amatőr kísérletezők, mint William Froude, megpróbáltak tudományos igazolást találni ezeknek a szabályoknak. Ilyenek voltak például John Franklin, Charles Bossu és Mark Bufoy, akik már 1791-ben megalapították a Társaságot a Haditengerészet Javításáért.
Az első kísérleteket Froude végezte a 3,6 láb (1,1 m) Swan és a 3,66 m hosszú Raven csavaros lövegcsónakok léptékű modelljein. Ezeket a vontatási tesztekben használta a húzóerő meghatározására és az újraszámítási technika kidolgozására. Ezekhez a kísérletekhez Froude egy új, pontosabb műszert tervezett a mérések eredményeinek a tesztelés során történő rögzítésére. A Raven modell hegyes orrral és tattal rendelkezett a vízvonalon, John Scott Russell ajánlásai szerint . A "Swan" modellnek kerek körvonala volt, feltételezve, hogy ez a légellenállás csökkenéséhez vezet. Froude ezeknek a kísérleteknek az eredményeként fedezte fel, hogy a mozgással szembeni ellenállás fő összetevői a test súrlódása és a mozgás közbeni hullámok kialakulása.
1876-ban a Londoni Királyi Társaság királyi éremmel tüntette ki Froude-ot a hajók stabilitásának, gördülésének, mozgási ellenállásának és meghajtásának elméleti és gyakorlati tanulmányaiért.
Froude hat egymást követő éven keresztül a fluid dinamika új fejezetének szakértője volt, számos nemzeti bizottságban dolgozott, és a világ minden tájáról kommunikált kollégáival. Az ilyen munka aláásta az egészségét, és hivatalos vendégként ment a Királyi Haditengerészettől Dél-Afrikába, hogy ezzel egyidejűleg javítsa egészségi állapotát. Útközben azonban vérhasban megbetegedett, és 1879. május 4-én meghalt a Fokváros melletti Simonstownban , ahol teljes haditengerészeti kitüntetéssel temették el.
William Froude halála után, már 1879. május 27-én, az Admiralitás Első Lordja a következő levelet írta Robert Froude-nak:
„Hordságom nagyon őszinte részvétét kívánja kifejezni önnek és családjának minden tagjának az Ön által elszenvedett helyrehozhatatlan veszteség idején – ez a veszteség nem tekinthető másként, mint nemzeti. Úgy érezzük, Froude úr nagy szolgálatot tett a flottának és az országnak, kimagasló képességeit, tudását és megfigyelőkészségét a hajótervek tökéletesítésére fordította, és érdemei nem maradhatnak el olyan díj nélkül, mint a hála a hajó falán. Admiralitás.
William Froude innovatív mérnökként való elismerése már életében megtörtént. Froude apa és fia úttörő munkájának történelmi következménye az volt, hogy Nagy-Britannia tengeri nemzetként dominált a viktoriánus időszakban . William és Robert Froude tudományos munkáit a mai napig használják a hajóépítők, hiszen alapvető megoldásokat adnak a hajómodell tanulmányozásának alapvető problémáira. Froude tudományos megközelítést adott a hajótest és a propeller fejlesztéséhez, ami elengedhetetlen volt a fejlesztésükhöz, és végül megbízhatóbb és költséghatékonyabb szállításhoz vezetett.
Kutatásai eredményeként Froude gyakorlati módszert kapott a hajók tervezésére, hogy kiküszöböljék azokat a hibákat, amelyek súlyos és haszontalan emberveszteséghez vezethetnek a tengeren. A Froude által a folyadékban lebegő testekre megfogalmazott hasonlósági törvény lehetővé tette a haditengerészeti mérnököknek, hogy kisméretű modellek tesztjei alapján megjósolják a hajók mozgásával szembeni ellenállás mértékét és az adott sebesség melletti mozgásukhoz szükséges teljesítményt. Froude, majd fia, Robert munkájának eredményei óriásiak voltak, és számos problémát lefedtek a hajótervezés területén, beleértve a hajtóművek és a kormánymű kiválasztását és tervezését, a gördülési körülmények közötti viselkedést, valamint a hajózási alkalmasságot, mint a meghajtás és stabilitás.
1861 és 1875 között Froude kidolgozta a hajók szabályos tengeren való gördülésének lineáris hidrodinamikai elméletét (ideális folyadékhoz), amelyet először 1865-ben publikáltak, és azon a hipotézisen alapult, hogy a hajó mérete kicsi a hullámok méretéhez képest. . Így Daniel Bernoulli egyszerűsített gördülési elméletét egy fejlettebb elmélet váltja fel, amelyet a tudósok a későbbiekben ismételten továbbfejlesztenek, amíg el nem éri a modern formáját, mint a hajóépítők fő eszközét a hajógördülés tanulmányozásában.
A Froude által az íjhullámokról készített és a hullámellenállás vizsgálatának szentelt cikkében közölt kép nagy jelentőséggel bír a modern kutatók számára. Fontos, hogy Froude már akkor is jól értette a hullámképződéssel kapcsolatos megfigyelések jelentőségét, amelyeket Japánban közel száz évvel Froude után kezdtek el alaposan tanulmányozni. Froude hullámképződési képe éppolyan pontosan ragadja meg a hajóhullámok jellemzőit, mint a legmodernebb, ami Froude kísérletező tehetségének bizonyítéka.
A modelltesztek elvégzéséhez Froude-nak a medencetálon és a modelleken kívül a megfelelő felszerelést is meg kellett alkotnia. Az elsőként William Froude és fia, Robert által tervezett készülék a mai napig nem esett át jelentős változásokon. A mobil kocsi fel van szerelve és a medence oldalain elhelyezett sínek mentén mozog. Ez a kocsi dinamométerrel van felszerelve, amely alá egy méretarányos modell van felszerelve. Froude jelen találmányának célja az volt, hogy rögzítse egy modellhajó sebességét és légellenállását állóvízben ugyanolyan körülmények között, mint amikor hullámgenerátorral mesterségesen generálható hullámokon mozog. A modelleket évtizedek óta paraffinviaszból készítik, bár ma már egyre gyakrabban használnak üvegszálat. Mindegyik Froude modell körülbelül 6,1 méter hosszú, 0,61 méter széles és körülbelül egy hüvelyk vastag volt. Az ilyen méretű modellek gyakorlatilag a mai napig fennmaradtak, optimálisak.
Froude másik fontos eredménye a modellkutató állomány mellett a vízfék 1877-es feltalálása volt. A vízfék a hidraulikus próbapad tervezésének része volt, amivel a motorok teljesítményét határozták meg. A vízfék egy forgórészből áll, amely egy vízzel töltött tartály belsejében helyezkedik el, és amely a motor tengelyéhez kapcsolódik. A forgórész forgásakor a víz nyomatékot ad át a testnek, és a tartályon fellépő nyomaték és a forgási sebesség mérésével meghatározható a motor teljesítménye.
William Froude 1839-ben feleségül vette Catherine Henrietta Elizabeth Holdsworth-t, Dortsmouth kormányzójának lányát, kereskedelmi mágnást és parlamenti képviselőt, öt gyermekük született. A kisebbik fia, Robert Edmond Froude (1846-1924) később apja fő asszisztense és követője lett.