| William Froude | |
|---|---|
| Födelsedatum | 28 november 1810 [1] [2] [3] […] |
| Födelseort | |
| Dödsdatum | 4 maj 1879 [1] [2] [3] (68 år) |
| En plats för döden | |
| Land | |
| Alma mater | |
| Utmärkelser och priser | Fellow i Royal Society of London ( 6 februari 1870 ) Kunglig medalj ( 1876 ) |
| Mediafiler på Wikimedia Commons | |
William Froude ( eng. William Froude ; 28 november 1810 , Devon , - 4 maj 1879 , Simonstown ) - engelsk ingenjör, grundare av fartygshydrodynamik . Han utbildades i Oxford . Han utvecklade en teori som gör det möjligt att beräkna motståndet hos vatten mot ett fartygs rörelse baserat på resultaten av modelltester. Han är skaparen av världens första experimentpool . 1870 införde han Froudenumret .
William Froude föddes 1810 i Darktinton (Devon) i en intelligent familj. Hans far, Robert Froude (1771–1859), tjänade som ärkediakon av Totnes; äldre bror Richard Froude (1803-1836) var en anglikansk präst och en av grundarna av Oxford-rörelsen; yngre bror James Anthony Froude (1818-1894) är en berömd historiker.
William Froude fick sin grundutbildning först vid Buckfast Preparatory School och senare vid Westminster School i London och Oriel College, Oxford University . Han fick sin högre utbildning vid Oxford University, där han studerade matematik på djupet. Han tog examen från Oxford University 1832 med en examen i ingenjör.
Froude började arbeta som lantmätare på South Eastern Railroad, som stod färdig 1837. Han var ansvarig för strukturerna på sträckan från Bristol till Exeter . Det var här som han utvecklade och introducerade sin empiriska metod för att lägga de böjda sektionerna av banan och introducerade en alternativ murad sluttningsdesign för de snedställda bågarna på broarna som ligger i Exeter-området.
Mellan 1836 och 1838 tjänstgjorde han som civilingenjör och anslöt sig sedan till Isambard Kingdom Brunel , chefsingenjör för Great Western Railway, för att arbeta med olika ingenjörsprojekt i södra England.
Även om Brunels konstruktioner inte alltid var framgångsrika innehöll de ofta innovativa lösningar på ingenjörsproblem. Det var Brunel som uppmärksammade Froude på problemet med att säkerställa stabiliteten för fartyg på kursen. Havet och fartygen har alltid lockat Froude, så han började snart utföra experiment för att bestämma motståndet på små modeller av fartyg på floden Dart. Från 1859 experimenterade han med fartygsmodeller, först privat i Paignton, dit han flyttade efter sin fars död, och sedan vid forskningsbassängen i Torquay. 1861 skickade Froude det vetenskapliga verket "On the rolling of Ships" till Institute of Naval Designers, som senare fick stort inflytande på fartygens design.
Från och med 1867 bogserade Froude modeller i par, med det ena skrovet mitt emot det andra. Froude trodde att friktionsmotstånd och vågmotstånd beskrevs av olika lagar, så han började bogsera helt nedsänkta brädor med olika ytråhet. Detta gjorde det möjligt för honom att upprätta en formel som förutsäger ett skrovs friktionsmotstånd med rimlig noggrannhet och formulera en lag som kallas Froudes likhetskriterium (lag) . Denna lag säger att vågbildningsfenomen kommer att vara liknande för ett fullskaligt objekt och en modell om modellens hastighet är mindre än kvadratroten av förhållandet mellan deras storlekar. Med dessa två analytiska resultat hittade Froude ett tillförlitligt sätt att uppskatta den kraft som krävs för att hålla ett fartygs skrov i rörelse med en given hastighet.
Froude publicerade resultaten av experiment om fartygs cirkulation i den andra volymen av förfarandet från Institute of Naval Designers, och genom detta träffade han Edward Reed , författaren till stabilitetsdiagrammet , känt som Reed-diagrammet . Froude genomförde också experiment på modeller och teoretiska belägg för problemet med fartygsstabilitet.
Efter att ha tjänstgjort 1868 i kommittén för studier av sjöprojekt, föreslog Froude det brittiska amiralitetet en serie experiment med hjälp av modeller för att fastställa de fysiska lagarna som styr rörelsen för fullstora fartyg. Froude fick snart idén att bygga en egen testbassäng, där han kunde arbeta utan utomstående. Hans förslag, med hjälp av Edward Reid, dåtidens främsta skeppsbyggare, accepterades 1870. Och sedan, nära Torquay, påbörjades byggandet av en forskningspool, för vilken amiralitetet tilldelade ett bidrag på 2 000 pund sterling för att täcka kostnaderna för konstruktionen och kostnaderna för att driva poolen, samt en mindre avgift till hans son och chefsassistent, Robert Edmond Froude. William Froude själv vägrade att betala.
Sänkningen av slagskeppet HMS Captain den 6 september 1871 i Biscayabukten, med förlusten av nästan hela besättningen på cirka 500 personer, bidrog till att påskynda arbetet med att bygga poolen. Slagskeppsprojektet kännetecknades av många brister som ledde till kapsejsning. Denna stora tragedi bekräftade Froude i hans beslut att utföra arbete för att fastställa de permanenta felen i fartygens projekt och design.
William Froude byggde världens första forskningspool för modelltestning. Froudebassängen var 85 m lång, 14 m bred och 3 m djup. Åren 1871-1872 blev en vändpunkt i skeppsbyggets världshistoria, eftersom det var vid den tiden som ångmaskinen började ersätta seglen, och det blev viktigt att i förväg fastställa vilken kraft som behövdes för att driva fartyget med inställd hastighet.
Sedan urminnes tider har utformningen av skroven på engelska fartyg till stor del baserats på tumregler, som erhållits som ett resultat av den samlade erfarenheten av mästare inom skeppsbyggnad och fartygsreparation. Ännu tidigare, under upplysningstiden, försökte amatörexperimentörer hitta vetenskapliga motiveringar för dessa regler, som William Froude. Dessa var till exempel John Franklin, Charles Bossu och Mark Bufoy, som grundade Society for the Improvement of Naval Design redan 1791.
De första experimenten utfördes av Froude på skalenliga modeller av skruvkanonbåtarna Swan, 3,6 fot (1,1 m) lång och Raven, 12 fot (3,66 m) lång. Han använde dem i bogseringstester för att bestämma dragkraften och utveckla en omräkningsteknik. För dessa experiment designade Froude ett nytt, mer exakt instrument för att registrera resultaten av mätningar under testning. Raven-modellen hade en spetsig för och akter vid vattenlinjen, gjord enligt rekommendationerna från John Scott Russell . "Svanen"-modellen hade en avrundad kontur under antagandet att detta skulle leda till en minskning av luftmotståndet. Det var som ett resultat av dessa experiment som Froude upptäckte att huvudkomponenterna i motståndet mot rörelse är kroppens friktion och bildandet av vågor under rörelse.
1876 hedrades Froude av Royal Society of London med Royal Medal för teoretiska och praktiska studier av stabilitet, rullning, motstånd mot rörelse och framdrivning av fartyg.
Under sex år i rad var Froude expert på ett nytt kapitel i vätskedynamik, och tjänstgjorde i många nationella kommittéer och interagerade med kollegor runt om i världen. Sådant arbete undergrävde hans hälsa, och han åkte som officiell gäst från Royal Navy till Sydafrika för att samtidigt förbättra sin hälsa. Men på vägen insjuknade han i dysenteri och dog den 4 maj 1879 i Simonstown nära Kapstaden , där han begravdes med full hedersbetygelse.
Efter William Froudes död, redan den 27 maj 1879, skrev amiralitetets förste herre följande brev till Robert Froude:
"My Lordship vill uttrycka till dig och alla medlemmar av din familj en mycket uppriktig sympati vid tiden för den irreparable förlust som du har lidit - en förlust som inte kan anses annat än nationell. Vi anser att Mr. Froude har gjort en stor tjänst för flottan och landet, efter att ha gett sina enastående förmågor, kunskaper och observationsförmåga för att förbättra fartygskonstruktioner, och hans meriter kan inte lämnas utan en sådan utmärkelse som tacksamhet på väggen i Amiralitet.
Erkännandet av William Froude som en innovativ ingenjör kom redan under hans livstid. Den historiska konsekvensen av far och son Froudes banbrytande arbete var Storbritanniens dominans som sjöfartsnation under hela den viktorianska perioden . De vetenskapliga artiklarna skrivna av William och Robert Froude används till denna dag av skeppsbyggare, eftersom de ger grundläggande lösningar på de grundläggande problemen med att studera en fartygsmodell. Froude gav ett vetenskapligt förhållningssätt till utvecklingen av skrovet och propellern, vilket var avgörande för deras förbättring och i slutändan ledde till mer pålitlig och kostnadseffektiv frakt.
Som ett resultat av sin forskning fick Froude en praktisk metod för att designa fartyg för att eliminera defekter som kan leda till stora och värdelösa förluster av människoliv till sjöss. Likhetslagen formulerad av Froude för kroppar som flyter i en vätska gjorde det möjligt för mariningenjörer att förutsäga, baserat på resultaten av tester av små modeller, mängden motstånd mot fartygens rörelse och den kraft som krävs för deras rörelse vid en given hastighet. Resultaten av Froudes, och senare av hans son Roberts, arbete var enorma och täckte många problem inom fartygsdesign, inklusive val och design av motorer och styrinrättningar, beteende under rullande förhållanden och sjöduglighet som framdrivning och stabilitet.
Mellan 1861 och 1875 utvecklade Froude en linjär hydrodynamisk teori om fartygs rullning i regelbundna hav (för en idealisk vätska), som publicerades första gången 1865 och baserad på hypotesen att skeppets storlek är liten jämfört med vågornas storlek . Således ersätts den förenklade teorin om rullning av Daniel Bernoulli av en mer avancerad teori, som sedan kommer att förbättras av forskare upprepade gånger tills den går in i sin moderna form som det främsta verktyget för skeppsbyggare i studiet av fartygsrullning.
Den bild som Froude erhållit för bågvågor och publicerad i hans artikel ägnad studiet av vågmotstånd är av stor betydelse för moderna forskare. Det är viktigt att Froude redan då väl förstod betydelsen av observationer av vågbildning, som började studeras närmare i Japan nästan hundra år efter Froude. Froudes bild av vågbildning fångar egenskaperna hos skeppsvågor lika exakt som den är toppmodern, ett bevis på Froudes talang som experimenterare.
För att utföra modelltester behövde Froude, förutom poolskålen och modellerna, skapa lämplig utrustning. Apparaten, som först designades av William Froude och hans son Robert, har inte genomgått några betydande förändringar till denna dag. Den mobila vagnen är monterad och rör sig längs skenorna som finns på poolens sidor. Denna vagn är utrustad med en dynamometer under vilken en skalenlig modell är monterad. Syftet med Froudes föreliggande uppfinning var att tillhandahålla en registrering av hastigheten och motståndet för ett modellfartyg i stilla vatten under samma förhållanden som när det rör sig på vågor som artificiellt kan genereras av en våggenerator. Modeller har tillverkats av paraffinvax i decennier, även om glasfiber nu används allt mer. Varje Froude-modell var ungefär 20 fot (6,1 m) lång, 2 fot (0,61 m) bred och ungefär en tum tjock. Sådana storlekar av modeller har praktiskt taget överlevt till denna dag, som optimala.
En annan viktig bedrift av Froude, förutom modellforskningspoolen, var uppfinningen 1877 av vattenbromsen. Vattenbromsen var en del av konstruktionen av den hydrauliska dynamometern, som användes för att bestämma motorernas kraft. Vattenbromsen består av en rotor placerad inuti en tank fylld med vatten, som är ansluten till motoraxeln. När rotorn roterar överför vattnet vridmoment till kroppen och genom att mäta vridmomentet som uppstår på tanken och varvtalet kan man bestämma motoreffekten.
William Froude gifte sig 1839 med Catherine Henrietta Elizabeth Holdsworth, dotter till guvernören i Dortsmouth, en kommersiell magnat och parlamentsledamot, de fick fem barn. Den yngre sonen Robert Edmond Froude (1846-1924) blev senare hans främsta assistent och efterföljare till sin far.