Лейтенант Хантер и его невероятные колеса; на заре парового флота

К середине XIX века вопрос об оптимальном движителе для паровых кораблей все еще не был уверенно разрешен. Хотя гребной винт уже нашел применение на флоте и его преимущества были известны, моряки все еще не были уверены в его полной победе. На то был целый ряд оснований, в первую очередь – чисто технических, связанных с расположением двигателя относительно движи­теля.

Для колесного парохода расположение двигателя не являлось проблемой. Ось вращения гребных колес находилась высоко над водой, и цилиндры машины могли быть спокойно размещены под ней вертикально, вне зависимости от их габаритов или длины рычагов. Но гребные колеса были менее эффективны, чем винты, и плохо работали при сильной качке.

Содержание:

Кроме того, для военных кораблей гребные колеса создавали ряд дополнительных сложностей. Во-первых, большие кожухи колес неминуемо перекрывали часть борта, тем самым сокращая число пушек в бортовой батарее. Конкретные потери огневой мощи зависели от конструкции как корабля, так и колес, но в целом колесный пароход терял от четверти и до трети огневой мощи бортового залпа по сравнению с винтовым – или парусным.

Чертеж колесного парохода

Второй проблемой была сравнительная уязвимость двигателя. Сами по себе колеса были доста­точно устойчивы к неприятельскому обстрелу: многочисленные спицы поддерживали конструк­цию колеса даже в случае повреждения части из них, прямое попадание же в ось из орудий того времени было крайне маловероятно. Но так как ось вращения колес по определению находилась выше ватерлинии, это означало, что рычаги и коромысла паровой машины также должны оста­ваться выше ватерлинии – оставаться уязвимыми для неприятеля.

Винтовой движитель был лишен этих недостатков, но имел собственные. Для начала, ось винта находилась в нижней части корпуса корабля, и запихнуть цилиндры машины под нее просто не получалось. Поставить цилиндры вертикально над осью тоже было не лучшим решением: это смещало бы вверх центр тяжести и угрожало стабильности корабля. Небольшие размеры кораблей того времени и значительный вес машин просто не позволял поступить так.

Единственным доступным на тот момент решением было разместить цилиндры горизонтально, по бокам от оси винта. Однако это решение тоже имело свои недостатки. Ширина корпуса кораблей середины XIX столетия была невелика, и инженерам приходилось идти на всевозможные ухищре­ния, чтобы установить поперек корпуса тогдашнюю паровую машину, с ее объемистыми цилинд­рами и длинными шатунами. Все это приводило к усложнению силовой установки и снижению ее надежности.

Лейтенант американского флота Уильям В. Хантер нашел, как ему казалось, универсальное решение. По образованию он не был инженером или механиком. Хантер, однако, несомненно обладал изобретательской жилкой и умением глядеть на вещи трезво. Он знал о проблемах винтовых и колесных пароходов, и ему пришла в голову идея, как объединить их достоинства в одной конструкции.

Хантер предложил расположить гребные колеса горизонтально. Согласно его идее, гребные колеса должны были быть расположены ниже ватерлинии, в специальных нишах в подводной части корабля. Наружу, за борт корабля, выступали бы только загребающие воду лопасти, а обод колеса целиком находился внутри корпуса. Решение Хантера позволяло расположить цилиндры паровой машины горизонтально по длине корабля – что автоматически решало все проблемы с длиной рычагов и размещением цилиндров. Весь движитель при этом оставался полностью под водой, неуязвимый для неприятельского огня, и вдобавок совершенно не перекрывал бортовой батареи.

Базовая идея колеса Хантера

Конечно, имелись и недостатки – например, форма подводного корпуса корабля должна была быть радикально пересмотрена, чтобы разместить ниши колес – но в общем и целом, идея Хантера выглядела (по меркам времени) вполне здраво и рационально. В 1841 году он проверил свою теорию на небольшом паровом катере “Насекомый” (Germ), оснащенном 6-сильной машиной, и, на первый взгляд, идея горизонтальных колес работала вполне удовлетворительно. Флот заинте­ресо­вался ей в достаточной мере, чтобы заказать несколько кораблей с движителем Хантера.

USS “Union”

Первым экспериментом Хантера стал “Юнион” – 900-тонный, 185-футовый (около 56,5 метров) паровой шлюп с парусным вооружением шхуны. Он был заложен в 1841 году на частной верфи в Норфолке и после спуска на воду 12 мая 1842 года отбуксирован на военно-морскую верфь Нью-Йорка для достройки.

“Юнион” был построен из белого дуба, причем корпус его считался очень надежным и крепким. Толщина его шпангоутов достигала 360 миллиметров; обшивка была толщиной 150 миллиметров. Длина его была 56,5 метров, ширина 10 метров, и осадка составляла 3,3 метра.

Корабль приводился в движение двумя паровыми двигателями высокого давления (до 100 psi), питаемыми паром от трех цилиндрических котлов высокого давления. Двигатели, что необычно, были бесконденсерного типа и быстро расходовали воду; многие инженеры считали, что силовая установка “Юниона” более соответствует паровозу, чем кораблю. Каждый двигатель приводил в движение свое горизонтальное гребное колесо диаметром в 14 футов и высотой в 4 фута, с восемью лопатками.

Чтобы выступающие колеса не мешали кораблю у причала, “Юнион” имел необычную форму корпуса в виде “гантели”. Ниже ватерлинии его корпус плавно сужался, образовывал углубление (в котором находились ниши колес), а затем снова расширялся. Днище корабля было почти плоским. Кроме того, подобно речным пароходам, “Юнион” был “обоюдоострым” – его нос и корма имели одинаковую форму, и он (теоретически) мог двигаться задним ходом почти так же быстро, как и передним. Корабль имел также полное парусное оснащение шхуны, общей площадью в 5000 квадратных футов.

Базовые чертежи «Юниона»

Вооружение “Юниона” состояло из четырех 64-фунтовых пушек и соответствовало его основному назначению как мореходной канонерки, способной как защищать побережье, так и крейсерствовать в океане.

Интересной деталью представляется то, что в исходном проекте лейтенант Хантер предлагал оснастить “Юнион” выпуклой броневой палубой из железных листов, которая прикрывала бы от повреждений котлы и машины. Будь это предложение реализовано, и бронепалубный крейсер родился бы на три десятилетия раньше! Но, очевидно, флот не был уверен в правильности концепции и предпочел не рисковать, хотя Хантер в дальнейшем предлагал устанавливать броневую палубу и на другие свои корабли.

Корабль поступил на испытания в 1843 году. Лейтенант Хантер оптимистично докладывал, что “в хорошую погоду, при попутном ветре, под парусами и машинами” его корабль мог развить 9 или даже 10 узлов, но отчеты других членов экипажа заставляют усомниться в этом. Согласно дневнику помощника механика, “Юнион” редко когда развивал под парами более 4 узлов (и никогда больше семи), и даже при такой скромной скорости суточное потребление угля превышало двадцать (!!!) тонн. Корабль оказался просто фантастически неэкономичен.

Проблемы “Юниона” обеспокоили многих морских офицеров, которые провели расчет его “холостого пробега” – разницы между дистанцией, “накрученной” колесами и реальной дистанцией, пройденной кораблем. Результаты оказались удручающими. Даже в благоприятных условиях двигатели “Юниона” расходовали до 50% мощности впустую. В неблагоприятных эта цифра легко возрастала до 70–80%! Для сравнения, средние потери мощности винта на Эрикссоновском “Принстоне” не превышали 23%, и даже в самых неблагоприятных обстоятельствах холостой пробег его составлял не более 46%.

Причина таких неудовлетворительных результатов была найдена быстро. Хантер то ли забыл, то ли не подумал о том, что полностью погруженное в воду колесо толкает воду в обе стороны. Выступа­ю­щие наружу лопасти толкали воду назад и обеспечивали движение корабля – но те лопасти, что находились в этот момент на противоходе внутри корпуса корабля, толкали воду вперед, закачивая ее в узкие ниши колес. Возрастающее сопротивление приводило к экспоненциальному росту потерь и делало привод заведомо неэффективным.

В довершение всех двигательных проблем, котлы высокого давления, использованные на “Юнионе”, оказались неудачным решением. Разработанные для применения на суше, в море они очень быстро набирали окалину и стремительно выходили из строя. Согласно все тому же отчету помощника механика корабля, котлы “прогорали полностью за один-единственный рейс”. Что было слишком даже для не слишком-то надежных машин начала XIX века.

Наконец, сама форма подводной части корабля сказывалась на его характеристиках. Плоское днище “Юниона” с трудом справлялось с боковой качкой, корабль сильно кренился на борт и медленно, тяжело выпрямлялся. Служившие на “Юнионе” офицеры считали его “опасным” под парусами и не приспособленным к службе в открытом море. Адмиралтейство, видимо, разделяло их опасения, и всю свою (недолгую) карьеру корабль провел у американского побережья.

Пытаясь спасти незадачливый “Юнион”, флот (и Хантер) предприняли несколько попыток решить проблему. В 1844, на верфи в Вашингтоне котлы корабля заменили новыми, большего диаметра, которые, хоть и не были идеальны, все же могли проработать до полутора лет без замены. Это кое-как решило проблему надежности, но не мощности, и корабль, формально включенный в состав Домашней Эскадры, был, по завершении испытаний, переведен в резерв.

В 1846 году, больше в попытке сохранить лицо, нежели получить реальный результат, “Юнион” вновь был поставлен на верфь для модернизации: его двигатели заменили более мощными, а число лопастей на колесах – в попытке уменьшить сопротивление движению внутри ниши – уменьшили вдвое. Однако результаты новых испытаний не продемонстрировали сколь-нибудь убедительного улучшения характеристик корабля.

В конце 1846 осмотр показал, что оси колес “Юниона” сильно истерлись и нуждаются в замене. Флот к этому времени уже испытывал некоторый скепсис по отношению к идеям Хантера, и вместо траты средств на ремонт откровенно неудачного проекта принял решение разоружить “Юнион”, снять с него машину и поставить в резерв. В 1849 году все еще прочный корпус корабля был отбуксирован в Филадельфию, где еще долго использовался в качестве репетичного судна.

USS “Water Witch”

Пока строился “Юнион”, военный флот США заказал еще один корабль с колесами Хантера. Правда, на этот раз не боевой. Верфи в Норфолке давно испытывали проблемы с доставкой питьевой воды и пресной воды для котлов (этот регион побережья США беден на источники пресной воды), которая доставлялась баржами по каналам из глубины континента. Флот решил заказать небольшой металлический пароход, способный выполнять ту же задачу быстрее и эффективнее.

Модель корабля с колесами Хантера, долгое время считавшаяся моделью «Водяной Ведьмы»

“Водяная Ведьма” была заложена на верфи в Норфолке в 1844 году, спущена на воду в 1845-ом и в нем же завершена постройкой. Это был относительно небольшой прибрежный пароходик, длиной в 30 метров и шириной в 6,4 метра. Однако, материал корпуса был новинкой – она была одним из первых кораблей американского флота, построенных из гальванизированного (покрытого цинком) железа. Вновь использовали неконденсерные двигатели высокого давления – что, впрочем, было оправдано для корабля, чьей основной целью было возить пресную воду.

Однако, как и в случае с “Юнионом”, карьера корабля не задалась с самого начала. Канал, под который строился пароход, имел минимальную глубину в 6 футов. Осадка “Водяной Ведьмы” составляла 5 футов 10 дюймов носом и 6 футов 10 дюймов кормой – и это при нормальном водо­измещении, без угля и груза. Не то чтобы это было делом неслыханным; точный расчет корабля в то время все еще был затруднителен, и построенные корабли зачастую не укладывались в проект­ные рамки. Но при этом “Водяная Ведьма” еще и умудрилась каким-то образом оказаться длиннее, чем первый же шлюз канала, по которому она должна была проходить. И это уже не лезло ни в какие ворота.

Пытаясь как-то спасти проект, флот предложил использовать “Водяную Ведьму” как буксирный корабль в Хэмптон-Роудс, для вывода из узостей крупных парусников. Но в роли буксира “Водяная Ведьма” оказалась почти столь же неудачна, как и в роли водовоза. Колеса Хантера снова про­демонстрировали себя во всей “красе”; мощности корабля едва-едва хватало, чтобы буксировать небольшие канонерки и шлюпы. Спешно созванная комиссия пришла к удручающим выводам: имевший более слабую машину колесный пароход “Инженер” делал ту же работу, что и “Водная Ведьма”. при втрое меньшем расходе угля. Окончательным решением комиссии, было

“мы не считаем “Водную Ведьму” способной выполнять хоть какие-то задачи в ее нынешней форме”.

Не желая терять впустую средства, флот отправил “Водяную Ведьму” в Филадельфию, для кардинальной реконструкции. На военной верфи корабль удлинили на десять метров и полностью заменили двигатель и движитель. Вместо колес Хантера “Водяная Ведьма” получила два винта конструкции Ричарда Лопьера и стала первым двухвинтовым пароходом ВМФ США. Ее ходовые пробы после реконструкции стали болезненным ударом по репутации Хантера: с новыми машинами и винтами “Водная Ведьма” легко развила 8,9 узлов.

Тем не менее, флот – по уже неизвестным причинам – остался недоволен кораблем, и вновь поставил его на реконструкцию в 1847 году. “Водяная Ведьма” подверглась полной перестройке и вышла с верфи снова колесным пароходом, но теперь уже с обычными гребными колесами. Средняя скорость ее не превышала 6–7 узлов.

Начало войны с Мексикой в 1847 году вынудило американский флот срочно мобилизовать все наличные пароходы. Только что вернувшаяся с верфи “Водяная Ведьма” была снаряжена как канонерка, на нее установили одну 8-дюймовую бомбическую и две 32-фунтовые пушки. В декабре 1847 года “Водная Ведьма” присоединилась к американским блокадным силам в Мексиканском Заливе, перехватывая мексиканские суда и бомбардируя береговые укрепления.

Вернувшись в 1848 году домой, “Водяная Ведьма” продолжила службу в качестве боевого корабля в составе Домашней Эскадры. Планы послать ее в европейские воды пришлось отменить, когда в 1851 году ее трижды переделанный корпус начал пропускать воду. В 1851, осматривавшая корабль комиссия пришла к выводу, что корпус “Водяной Ведьмы” сильно изношен, машина находится в плохом состоянии, и рекомендовала “капитальный ремонт”. В лучших традициях американского флота, под видом “капитального ремонта” корпус старой “Водяной Ведьмы” был отправлен на лом, а машины переставлены на новый пароход, построенный под тем же именем.

Новая «Водяная Ведьма»

USS “Allegheny”

Несмотря на неудачу с “Юнионом”, флот некоторое время еще пребывал в достаточном оптимизме относительно идей Хантера. Теоретические преимущества его движителя были слишком соблаз­нительны, чтобы сразу признать всю концепцию неудачной. К тому же морские инженеры вполне допускали, что сама идея может быть вполне здравой, и в проблемах “Юниона” виновато лишь ее неудачное воплощение.

USS “Аллегни” был заказан в октябре 1843 года, на верфи Стакхауза и Томлинсона в Питтсбурге. Эта верфь была известна тем, что построила первый железный корабль флота США – колесный пароходофрегат “Мичиган”, прославившийся успешной полувековой службой на Великих Озерах. Увы, “Аллегни” не суждено было разделить успех и долголетие знаменитого предшественника.

Подобно “Мичигану”, “Аллегни” имел железный корпус, но конструкция его больше напоминала “Юнион”. Хантер считал, что в неудачах “Юниона” виновата гидродинамика корпуса, и уменьшил высоту своих горизонтальных колес, придав “гантелевидному” корпусу “Аллегани” более гладкие обводы. Длина его составляла 56,5 метров, ширина – 10 метров и осадка – 3,5 метра. Водоиз­мещение равнялось 1026 тоннам.

Корабль имел парусное оснащение барка. Его силовая установка – на этот раз более традици­онного, конденсерного типа, с котлами низкого давления – была спроектирована инженером Чарльзом Хосуэллом. Согласно исходному проекту, “Аллегани” должен был нести четыре 8-дюймовые бомбические пушки на штыревых установках, но в итоге он был вооружен двумя 8-дюймовыми и восемью 32-фунтовыми пушками.

Постройка корабля была завершена только в 1847 году – спустя более трех лет после закладки. Чаще всего такую задержку объясняют вмешательствами самого Хантера, понимавшего, что корабль является последним шансом его движителя, и постоянно стремившегося дополнить и улучшить проект. Общая стоимость его составила 242 595 долларов, из которых 10 320 составляла плата Хантеру за использование его патентованного движителя.

Ходовые испытания корабля состоялись в процессе перехода из Питтсбурга в Новый Орлеан (по рекам Огайо и Миссисипи), и результаты их оказались обескураживающими. В спокойных речных водах “Аллегани” сжигал по 2000 фунтов угля в час, только чтобы развить жалкие 4,92 узла! Из Нового Орлеана корабль немедленно отправили в Норфолк на модернизацию, в ходе которой сняли четыре из восьми лопастей с каждого колеса; скорость возросла до 5,9 узлов, но и потребление угля выросло тоже.

Тем не менее, “Аллегани” все же был новым железным кораблем, технической новинкой американ­ского флота. В 1847 году он служил на Бразильской Станции, после чего был направлен в Европу, в состав Средиземноморской Эскадры. Его пребывание на этой станции с 1847 по 1849 год было затянувшимся приговором всей концепции Хантера; корабль пожирал на треть больше угля, чем любой другой американский пароход, и развивал под парами вдвое меньшую скорость.

По возвращении “Аллегани” в США в 1850 году, комиссия Адмиралтейства изучила все доступные данные и приняла окончательное решение; колесо Хантера было признано бесполезным для применения на кораблях. Последний корабль Хантера поставили на модернизацию, в ходе которой его уникальный движитель сняли. Первоначально флот собирался перестроить его в обычный колесный пароход, но оказалось, что двигатели “Аллегани”, с их короткими рычагами, слабо под­ходят для этого. Известный в будущем морской инженер Бенджамин Ишервуд взялся переделать двигательную установку и проявил при этом немало изобретательности – но испытания в 1853 году стали еще одним позорным провалом в печальной истории корабля. Новые котлы корабля оказа­лись недостаточно мощными; новые двигатели на старых фундаментах опасно вибрировали при работе. Вдобавок, сложная форма железных шпангоутов корабля приводила к их постоянной деформации под ударами волн, и, несмотря на все усилия инженеров, корпус корабля был признан слишком слабым для дальнейшей службы. В конечном итоге, адмиралы махнули на “Аллегани” рукой; корабль был разоружен и назначен репетичным судном. В 1869 году его продали на лом.

Несостоявшиеся колесники

ВМФ США был не единственным, кого Хантер сумел заинтересовать преимуществами своего движителя. Четыре корабля по его проекту были заложены по заказу таможенной службы (“Даллас”, “Джефферсон”, “Уокер” и “Бибб”), и еще один – по заказу топографической службы армии США, но практически все они были переработаны под боковые колеса еще на стапелях.

Предполагаемый вид куттера «Спенсер» с колесами Хантера. Ряд источников указывает, что он был по крайней мере испытан в исходной конфигурации, но другие указывают, что «Спенсер» был переоснащен на боковые колеса еще в ходе строительства. Я не смог разобраться с этим противоречием

Единственным, введенным в строй по изначальному проекту оказался куттер таможенной службы USCR “George M. Bibb”. Это был весьма скромных размеров железный пароход, водоизмещением около 400 тонн. Он был заложен на верфи Фримана, Кнаппа и Тоттена в Питтсбурге и должен был нести вооружение из одной 18-фунтовой пушки и четырех 32-фунтовых карронад.

“Джордж М. Бибб” был спущен на воду 8-го марта 1845 года. При этом не обошлось без инцидента; готовившийся к спуску корабль неожиданно сдвинулся с места и соскользнул в воду сам, покалечив двоих рабочих (одного – смертельно). Оснащенный и вооруженный в доках Питтсбурга, корабль двинулся по рекам Огайо и Миссисипи к Новому Орлеану, но дошел только до Цинциннати; ось одного из горизонтальных гребных колес протекла, и новейший куттер таможенной службы сел на грунт. Расследование показало, что виной была некачественная сборка, а не принципиальный дефект, но таможенная служба, уже имея представление о проблемах с колесами Хантера, предпочла от них вообще избавиться. Корабль был переделан в обычный пароход с боковыми колесами, в дальнейшем участвовал в блокаде мексиканского побережья во время войны, и в 1853 был “перестроен” (сдан на слом и заменен новым кораблем под тем же названием) в новый USS “Бибб”.

Последователи

Уильям Хантер не был единственным, кто предлагал в качестве движителя корабля подводные гребные колеса в той или иной форме. Еще в 1841 году некто Келлер предложил флоту собст­вен­ный дизайн. В основной концепции, колеса Келлера были аналогичны колесам Хантера – горизон­таль­ные колеса, выступающие из подводных ниш в корпусе корабля – но с одним важным отличием. Келлер, видимо, гораздо лучше разбирался в гидродинамике, чем Хантер, и лопасти его колеса должны были выдвигаться, когда находились снаружи корпуса, и прижиматься к ободу, когда проходили внутри корабля. Таким образом, главная проблема колес Хантера – расход мощности на возвратное движение – сводилась если не к нулю, то ко вполне посильной величине. В 1846 году комитет морских инженеров рассмотрел предложение Келлера, нашел его вполне работоспособным и заслуживающим внимания… но флот к этому времени уже разочаровался в подводных колесах.

Неудача с колесом Хантера, а также затянувшиеся проблемы с броненосной батареей братьев Стивенс, отрицательно сказалась и на дальнейшем развитии американского парового флота. Потратив значительные средства на экспериментальные дизайны в 1840-ых и потерпев фиаско с наиболее (теоретически) перспективными из них, флот стал куда более осторожен во внедрении паровых двигателей. Хотя колесный “Миссисипи” и винтовой “Принстон” более чем оправдали возлагавшиеся на них надежды, неудачный опыт колес Хантера привел к тому, что в последующих кораблестроительных программах паровым кораблям отводилось скромное место. За период с 1847 по 1850-ый год американский флот заложил только четыре паровых корабля, из них три колесных (справедливости ради, стоит упомянуть, что за тот же период могучая Великобритания заложила всего десять военных пароходов).

Могла ли история пойти по-другому? Как ни странно, но, видимо, да. Прояви лейтенант Хантер чуть больше понимания гидродинамики, модифицируй он свои колеса в соответствии с идеями Келлера, и его корабли могли бы оказаться пускай не слишком выдающимися, но вполне сопоставимыми с другими колесными пароходами. Сама по себе конструкция колеса Хантера предоставляла опре­деленные преимущества на технологическом уровне 1840–1850-ых. Самое же главное – в случае успеха движителя Хантера американский флот, вероятно, был бы куда более оптимистичен, закладывая новые паровые и железные корабли в конце 1840-ых – начале 1850-ых.