| William Froude | |
|---|---|
| Datum narození | 28. listopadu 1810 [1] [2] [3] […] |
| Místo narození | |
| Datum úmrtí | 4. května 1879 [1] [2] [3] (ve věku 68 let) |
| Místo smrti | |
| Země | |
| Alma mater | |
| Ocenění a ceny | Člen Královské společnosti v Londýně ( 6. února 1870 ) Královská medaile ( 1876 ) |
| Mediální soubory na Wikimedia Commons | |
William Froude ( Eng. William Froude ; 28. listopadu 1810 , Devon , - 4. května 1879 , Simonstown ) - anglický inženýr, zakladatel lodní hydrodynamiky . Získal vzdělání v Oxfordu . Vyvinul teorii, která umožňuje na základě výsledků modelových testů vypočítat odpor vody vůči pohybu plavidla. Je tvůrcem prvního experimentálního bazénu na světě . V 1870 on představil Froude číslo .
William Froude se narodil v roce 1810 v Darktintonu (Devon) v inteligentní rodině. Jeho otec, Robert Froude (1771–1859), sloužil jako arciděkan z Totnes; starší bratr Richard Froude (1803-1836) byl anglikánský duchovní a jeden ze zakladatelů oxfordského hnutí; mladší bratr James Anthony Froude (1818-1894) je slavný historik.
William Froude získal své základní vzdělání nejprve na Buckfast Preparatory School a později na Westminster School v Londýně a Oriel College na Oxfordské univerzitě . Vysokoškolské vzdělání získal na Oxfordské univerzitě, kde do hloubky studoval matematiku. Vystudoval Oxfordskou univerzitu v roce 1832 s titulem inženýra.
Froude začal pracovat jako zeměměřič na South Eastern Railroad, která byla dokončena v roce 1837. Měl na starosti struktury na úseku z Bristolu do Exeteru . Právě zde vyvinul a představil svou empirickou metodu pokládky zakřivených úseků trati a představil alternativní návrh zděného sklonu pro šikmé oblouky mostů nacházejících se v oblasti Exeter.
Mezi lety 1836 a 1838 sloužil jako stavební inženýr a poté nastoupil do Isambard Kingdom Brunel , hlavního inženýra Great Western Railway, aby pracoval na různých inženýrských projektech v jižní Anglii.
Ačkoli Brunelovy návrhy nebyly vždy úspěšné, často obsahovaly inovativní řešení inženýrských problémů. Byl to Brunel, kdo Froudeho upozornil na problém zajištění stability lodí na kurzu. Moře a lodě Froudeho odjakživa přitahovaly, a tak brzy začal provádět experimenty na stanovení odporu na malých modelech lodí na River Dart. Od roku 1859 experimentoval s modely lodí, nejprve soukromě v Paigntonu, kam se přestěhoval po smrti svého otce, a poté ve výzkumné nádrži v Torquay. V roce 1861 poslal Froude do Institutu námořních konstruktérů vědeckou práci „O válcování lodí“, která měla později velký vliv na konstrukci lodí.
Počínaje rokem 1867 Froude táhl modely ve dvojicích, přičemž jeden trup byl proti druhému. Froude se domníval, že třecí odpor a vlnový odpor jsou popsány jinými zákony, a tak začal tahat zcela ponořená prkna s různou drsností povrchu. To mu umožnilo vytvořit vzorec, který předpovídá třecí odpor trupu s přiměřenou přesností a formulovat zákon známý jako Froudeovo kritérium podobnosti (zákon) . Tento zákon říká, že jevy formování vln budou podobné pro objekt v plném měřítku a model, pokud je rychlost modelu menší než druhá odmocnina poměru jejich velikostí. S těmito dvěma analytickými výsledky našel Froude spolehlivý způsob, jak odhadnout sílu potřebnou k udržení trupu lodi v pohybu danou rychlostí.
Froude publikoval výsledky experimentů o oběhu lodí ve druhém svazku sborníku Institutu námořních konstruktérů a díky tomu se setkal s Edwardem Reedem , autorem stabilizačního diagramu , známého jako Reedův diagram . Froude také prováděl experimenty s modely a teoretická zdůvodnění problému stability lodi.
Poté, co Froude v roce 1868 sloužil ve Výboru pro studium námořních projektů, navrhl britské admiralitě sérii experimentů využívajících modely ke stanovení fyzikálních zákonů řídících pohyb lodí plné velikosti. Froude brzy dostal nápad vybudovat si vlastní testovací bazén, kde by mohl pracovat bez cizích lidí. Jeho návrh, s pomocí Edwarda Reida, hlavního stavitele lodí té doby, byl přijat v roce 1870. A pak poblíž Torquay byla zahájena výstavba výzkumného bazénu, na který admiralita přidělila dotaci 2000 liber št. na pokrytí nákladů na výstavbu a provoz bazénu, jakož i malého poplatku jeho synovi a hlavní asistent Robert Edmond Froude. William Froude sám odmítl zaplatit.
K urychlení prací na stavbě bazénu přispělo potopení bitevní lodi HMS Captain 6. září 1871 v Biskajském zálivu se ztrátou téměř celé posádky čítající asi 500 lidí. Projekt bitevní lodi se vyznačoval mnoha nedostatky, které vedly k převrácení. Tato velká tragédie potvrdila Froudeho v jeho rozhodnutí provést práci na určení trvalých chyb v projektech a návrzích lodí.
William Froude vybudoval první výzkumný fond na světě pro testování modelů. Froudeho pánev byla 85 m dlouhá, 14 m široká a 3 m hluboká. Léta 1871-1872 se stala zlomem ve světové historii stavby lodí, protože právě v té době začal plachty nahrazovat parní stroj a stalo se důležité předem určit sílu potřebnou k pohonu lodi nastavenou rychlostí.
Od nepaměti byl návrh trupů anglických lodí z velké části založen na praktických pravidlech získaných v důsledku nashromážděných zkušeností mistrů stavby a oprav lodí. Ještě dříve, v době osvícenství, se amatérští experimentátoři pokoušeli najít vědecké zdůvodnění těchto pravidel, jako William Froude. Byli to například John Franklin, Charles Bossu a Mark Bufoy, kteří již v roce 1791 založili Společnost pro zlepšení námořního designu.
První experimenty provedl Froude na zmenšených modelech šroubových dělových člunů Swan, 3,6 stop (1,1 m) dlouhých, a Raven, 12 stop (3,66 m) dlouhých. Použil je při zkouškách tažení, aby určil odporovou sílu a vyvinul techniku přepočtu. Pro tyto experimenty Froude navrhl nový, přesnější přístroj pro záznam výsledků měření během testování. Model Raven měl špičatou příď a záď u vodorysky, vyrobenou podle doporučení Johna Scotta Russella . Model „Swan“ měl zaoblený obrys za předpokladu, že to povede ke snížení odporu vzduchu. Právě v důsledku těchto experimentů Froude zjistil, že hlavními složkami odporu proti pohybu jsou tření těla a tvorba vln při pohybu.
V roce 1876 byl Froude oceněn Královskou společností v Londýně Královskou medailí za teoretické a praktické studie stability, valení, odolnosti vůči pohybu a pohonu lodí.
Šest po sobě jdoucích let byl Froude expertem na novou kapitolu dynamiky tekutin, sloužil v mnoha národních výborech a spolupracoval s kolegy po celém světě. Taková práce podkopala jeho zdraví a on odjel jako oficiální host z Royal Navy do Jižní Afriky, aby si zároveň zlepšil zdraví. Cestou však onemocněl úplavicí a zemřel 4. května 1879 v Simonstownu u Kapského Města , kde byl pohřben se všemi námořními poctami.
Po smrti Williama Frouda, již 27. května 1879, první lord admirality napsal následující dopis Robertu Froudeovi:
„Mé lordstvo chce vyjádřit vám a všem členům vaší rodiny velmi upřímnou soustrast v době nenapravitelné ztráty, kterou jste utrpěli – ztráty, kterou nelze považovat za jinou než národní. Cítíme, že pan Froude prokázal velkou službu flotile a zemi tím, že své vynikající schopnosti, znalosti a pozorovací schopnosti věnoval zlepšení konstrukcí lodí, a jeho zásluhy nemohou zůstat bez takového ocenění, jako je vděčnost na zdi Admiralita.
Uznání Williama Frouda jako inovativního inženýra přišlo již za jeho života. Historickým důsledkem průkopnické práce otce a syna Froudeových byla převaha Velké Británie jako námořního národa po celé viktoriánské období . Vědecké práce Williama a Roberta Froude jsou dodnes využívány staviteli lodí, protože poskytují základní řešení základních problémů studia modelu lodi. Froude poskytl vědecký přístup k vývoji trupu a vrtule, což bylo zásadní pro jejich vylepšení a nakonec vedlo ke spolehlivější a nákladově efektivnější přepravě.
Jako výsledek svého výzkumu získal Froude praktickou metodu pro navrhování lodí k odstranění závad, které by mohly vést k těžkým a zbytečným ztrátám na životech na moři. Froudem formulovaný zákon podobnosti pro tělesa plovoucí v kapalině umožňoval námořním inženýrům předpovídat na základě výsledků testů malých modelů velikost odporu vůči pohybu lodí a sílu potřebnou pro jejich pohyb při dané rychlosti. Výsledky práce Froudeho a později jeho syna Roberta byly obrovské a pokryly mnoho problémů v oblasti konstrukce lodí, včetně výběru a konstrukce motorů a kormidelního zařízení, chování v podmínkách odvalování a plavby, jako je pohon a stabilita.
Mezi lety 1861 a 1875 vyvinul Froude lineární hydrodynamickou teorii valení lodí v pravidelných mořích (pro ideální tekutinu), která byla poprvé publikována v roce 1865 a založená na hypotéze, že velikost lodi je malá ve srovnání s velikostí vln. . Zjednodušená teorie válcování od Daniela Bernoulliho je tak nahrazována pokročilejší teorií, která bude následně vědci opakovaně vylepšována, až vstoupí do své moderní podoby jako hlavní nástroj pro stavitele lodí při studiu válcování lodí.
Obrázek získaný Froudem pro příďové vlny a publikovaný v jeho článku věnovaném studiu vlnového odporu má velký význam pro moderní badatele. Je důležité, že již tehdy Froude dobře chápal význam pozorování vzniku vln, která začala být v Japonsku podrobně studována téměř sto let po Froude. Froudeho obrázek formování vln zachycuje charakteristiky lodních vln tak přesně, jako je nejmodernější, což svědčí o Froudově talentu experimentátora.
Pro provedení modelových testů potřeboval Froude kromě bazénové mísy a modelů vytvořit odpovídající vybavení. Aparát, který jako první navrhli William Froude a jeho syn Robert, dodnes nedoznal výrazných změn. Mobilní vozík je namontován a pohybuje se po kolejnicích umístěných po stranách bazénu. Tento vozík je vybaven dynamometrem, pod kterým je namontován zmenšený model. Účelem Froudova vynálezu bylo poskytnout záznam rychlosti a odporu modelu lodi ve stojaté vodě za stejných podmínek, jako když se pohybuje na vlnách, které mohou být uměle generovány generátorem vln. Modely se po desetiletí vyráběly z parafínového vosku, i když se nyní stále více používá sklolaminát. Každý model Froude byl přibližně 20 stop (6,1 m) dlouhý, 2 stopy (0,61 m) široký a asi palec tlustý. Takové velikosti modelů prakticky přežily dodnes, jako optimální.
Dalším důležitým Froudem počinem, kromě modelového výzkumného bazénu, byl v roce 1877 vynález vodní brzdy. Vodní brzda byla součástí konstrukce hydraulického dynamometru, který sloužil ke zjišťování výkonu motorů. Vodní brzda se skládá z rotoru umístěného uvnitř nádrže naplněné vodou, která je spojena s hřídelí motoru. Když se rotor otáčí, voda přenáší točivý moment na tělo a měřením točivého momentu, který se vyskytuje na nádrži, a rychlosti otáčení můžete určit výkon motoru.
William Froude se v roce 1839 oženil s Catherine Henrietta Elizabeth Holdsworthovou, dcerou guvernéra Dortsmouthu, obchodního magnáta a poslance parlamentu, měli pět dětí. Mladší syn Robert Edmond Froude (1846-1924) se později stal jeho hlavním asistentem a následovníkem svého otce.