Просматривая руководства, различные справочники — русские и иностранные, — Крылов опять столкнулся с тем же вопросом, над которым он задумывался уже, работая у Колонга, — вычисления производились с ненужной для практики точностью, они были очень громоздки.
«Зачем так делать? — думал Крылов. — Это ведь только напрасная трата времени».
В некоторых справочниках он обнаружил до 90 процентов ненужной работы.
И свою первую лекцию по теории корабля Крылов посвятил приближенным вычислениям.
Различные расчеты и вычисления должны производиться только с той точностью, которая необходима для практики.
Не для чего выписывать большое количество цифр еще и потому, что, по сути дела, исходя из возможной точности измерений, бывают обычно верными лишь первые две или три. Остальные же цифры не верны и не нужны. И незачем напрасно расходовать свои силы и время.
— Всякая неверная цифра составляет ошибку, — сказал Крылов. — Всякая лишняя цифра — половину ошибки.
Этот взгляд Крылова на метод вычислений был совершенно новым, необычным, оригинальным. Он учил при расчетах смотреть в самую суть вещей, трезво оценивать, для чего производится данный расчет и из каких условий он исходит.
Впоследствии положения, которые дал Крылов во вступительной лекции, он развил в большой самостоятельный курс — «Лекции о приближенных вычислениях». Ни в русской, ни в иностранной технической литературе в то время не существовало подобного курса. «Лекции о приближенных вычислениях» подняли на новую ступень практику вычислений в технике вообще и в кораблестроении в частности, во много раз облегчив работу инженеров при различных технических расчетах.
Перейдя дальше в своих лекциях к расчету основных элементов корабля, Крылов предложил свои схемы, основанные на формулах знаменитого русского математика Пафнутия Львовича Чебышева. Чебышев вывел эти формулы для другого случая, но Крылов с успехом применил их к кораблестроению и доказал, что они значительно точнее и требуют в десять раз меньше затраты времени, чем формулы английского математика Симпсона, по которым велись расчеты до сих пор.
Свои соображения Крылов доложил в том же году на собрании корабельных инженеров в Петербургском техническом обществе. Ему пришлось здесь выдержать большую борьбу. Старые инженеры с высокими чинами упрямо отстаивали формулы английского математика. Они говорили о том, что по ним делают расчеты везде за границей, и не хотели слушать о каком-то новом методе.
Но Крылов, хотя был молод и имел совсем небольшой чин, не побоялся отстаивать свое мнение. Он смело выступил против рутины и слепого преклонения перед иностранным. Позднее Крылов написал статью о новом методе расчета. В конце концов он победил. Формулы Чебышева получили всеобщее признание. По ним во всем мире стали производить вычисления элементов корабля. За границей метод Чебышева называли «чудом анализа».
Во всей своей дальнейшей научной деятельности Крылов являлся последователем и пропагандистом учения Чебышева, лекции которого он изучал еще по запискам Ляпунова в Морском училище. Так же, как и Чебышев, Крылов говорил о необходимости сближения теории и практики.
«Теория должна руководствоваться указаниями практики, согласовать свои допущения с действительностью, проверять свои выводы опытом и наблюдениями, доставляемыми практикой, работая и развиваясь с нею в полном единении. В этом единении лежит залог, правильного развития как теории, так и практики», — писал Крылов.
Свои лекции по теории корабля, прочитанные в Морской академии, Крылов впоследствии обработал и издал. Это был систематический, оригинальный и полный курс по теории корабля, который в дальнейшем переиздавался несколько раз и до сих пор является ценным пособием для кораблестроителей.
Один из вопросов этого курса был впервые в мире разработан Крыловым. Он получил название «теории Крылова».
«ТЕОРИЯ КРЫЛОВА»
Хотя можно было рассчитать основные части корабля, но все же еще многое в науке о корабле оставалось неясным.
В 1861 году известный английский ученый-кораблестроитель Фруд писал:
«Когда вновь построенный корабль выходит в море, то его строитель следит за его качествами на море с душевным беспокойством и неуверенностью, как будто бы это был воспитанный и выращенный им зверь, а не им самим обдуманное и исполненное сооружение, которого качества должны бы быть ему вперед известны…»
Вторая половина XIX века явилась для кораблестроения эпохой больших новшеств. На смену парусу пришел паровой двигатель, на смену дереву — железо и сталь.
Теперь можно было независимо от ветра распоряжаться ходом и курсом корабля. Исчезла также одна из причин, ведущих к потере остойчивости. Однако вместе с преимуществами появился ряд трудностей, возникли новые задачи.
Применение механического двигателя потребовало умения определить ту необходимую мощность, которую должен иметь двигатель для получения заданной скорости судна.
Работа машин вызывала нежелательную тряску, вибрацию судна, которая иногда достигала больших размеров. Надо было исследовать вопрос вибрации.
Применение нового материала все же не гарантировало суда от аварий. При посадке на подводные камни в корпусах судов образовывались вмятины, трещины и пробоины, судно быстро наполнялось водой и тонуло. В боях корабли тонули иногда даже от незначительных пробоин. Встал вопрос об обеспечении непотопляемости судов.
На прочность металлических кораблей большое влияние оказывала качка. Удары волн вызывали напряжения, то есть усилия в материале корпуса корабля, которые вели иногда к крупным авариям. Нужно было изучить действие качки на корабль.
Все эти вопросы были поставлены жизнью перед кораблестроителями, и их необходимо было решить. Однако сделать это было совсем нелегко. Русские кораблестроители внесли большой вклад в исследование и решение этих трудных задач.
Одним из самых сложных вопросов являлся вопрос качки. Здесь многое было неясно.
Какие напряжения возникают в корпусе корабля на волнении?
Почему на одной и той же волне одни корабли почти не испытывают качки, а другие бросает; как щепку? И даже разламывает пополам, как это произошло, например, в 1874 году с английским пароходом «Мэри».
Как влияет скорость хода корабля на качку?
Какие размеры и обводы нужно придавать кораблю, чтобы он наименьшим образом реагировал на качку?
Никто не мог ответить на эти вопросы. Ученые всего мира бродили в потемках. Одно было ясно: качка очень сильно влияет на корабль.
Так ведь с любым сооружением.
Если какая-либо сила действует на него с одной стороны, она, может быть, не производит на него почти никакого действия. Но стоит этой же силе начать все время изменять свое направление, то есть ударять сооружение то с одной, то с другой стороны, как она его быстро может расшатать и даже разрушить. Беспрерывные удары волн о корпус судна и есть эта быстро меняющаяся сила.
В 1861 году Фруд дал расчет боковой качки корабля, то есть качания корабля с борта на борт.
Но это было только частью решения поставленной задачи. Другая часть — килевая качка, то есть качания корабля с носа на корму и обратно, — оставалась невыясненной. А с некоторых пор именно килевая качка приобрела главное значение.
С применением нового материала, в погоне за увеличением скорости хода корабля, стали строить длинные корабли. В тот момент, когда на качке нос и корма такого корабля оказываются на вершинах двух соседних волн, середина его провисает. В другой раз корабль серединой попадает на гребень волны, — тогда нос и корма его провисают. И в том и в другом случае корабль испытывает большие напряжения.
Однако рассчитать напряжения, которые вызываются килевой качкой, а тем более одновременно и килевой и бортовой качкой, определить, какой нужно строить корабль, чтобы он минимально реагировал на качку, казалось по сложности невозможным.
«В попытках определить усилия, действующие на корабль на море, мы встречаемся с большими трудностями. Можно даже выразить сомнение в том, что весьма разнообразные и постоянно изменяющиеся усилия, действующие на корабль на волнении, когда-либо будут полностью выражены математическим языком и рассчитаны».
Это писал Рид — главный кораблестроитель Англии, прекрасный математик и инженер, тот, который в свое время предсказал гибель «Кэптена».
В 1870 году он, развивая идеи Эйлера, дал расчет корабля на тихой воде, без учета действия качки. И хотя Рид признавал, что влияние качки является наиболее важным, но, — писал он, — «в настоящее время ее решение выше наших сил».
Вопрос качки интересовал молодого Крылова. Еще в то время, когда он готовился к лекциям по теории корабля, вопрос этот волновал и мучил его, как географа «белое пятно».
Неужели Рид прав? Неужели невозможно выяснить влияние качки на корабль?
Конечно, Крылов уважал авторитеты. Но уважать — это не значит слепо верить.
Ведь решил же великий Лобачевский математическую задачу, которая до него казалась неразрешимой, хотя потратил на это немало времени.
В одном Рид прав, — что это очень трудная задача. Но на свете нет ничего невозможного. Есть только явления и вещи, уже познанные и еще не познанные. Но нет таких вещей, которые нельзя познать.
И он решил дерзать. Всю силу своего ума, весь свой запас знаний Крылов направил на выяснение этого вопроса Еще и еще раз он просматривал сочинения классиков математики и физики — вот когда снова пригодилось знание латыни. Работал многие часы с огромным упорством человека, влюбленного в свое дело и понимавшего, что эта задача поставлена жизнью и ее необходимо решить.
Крылов никогда не верил в старую притчу о том, что Архимед нашел свой закон случайно, сидя в ванне. Он смеялся над этим и говорил, что это вздор. Хотя Архимед был величайшим гением, но и он потратил немало труда на открытие и обоснование своего закона. Во всякое дело, кроме способностей, нужно вкладывать труд. И он продолжал искать.
Строчку за строчкой и страницу за страницей он покрывал математическими вычислениями, формулами, уравнениями. Иногда все написанное перечеркивал и начинал снова. Ему нужно было ясно представить себе физическую сущность явления и суметь выразить ее математически. В этом было самое главное и самое трудное.
Однажды ему пришла мысль применить к качке корабля те же математические методы, какими астрономы исследуют движение небесных тел. Это была совершенно новая, необычная идея. Но Крылов доказал, что таким путем можно успешно решить задачу.
«Я достиг успеха, приложив к разбору такого чисто морского явления те же способы математических исследований, которые астрономы прилагают к изучению движения небесных тел», — писал он.
В 1895 году в Петербурге произошло интересное событие.
Царской яхте «Полярная звезда» было приказано прибыть в Либаву. Царь собирался идти на яхте из Либавы в Петербург.
На море было свежо. Сильный ветер поднимал крупную волну. Командир яхты остановился у входа в Либавский канал и отказался идти дальше. Он ссылался на то, что канал, ведущий к Либавскому порту, недостаточно глубок и при килевой качке яхта может удариться о дно.
Произошел крупный скандал. Царь был разгневан. Что это еще за килевая качка? Ведь другие суда беспрепятственно входят в Либавский порт. Уж не подготовляется ли тут какой-либо революционный заговор!
Но командир говорил о большой осадке яхты и упорно настаивал на своем. Пришлось царю ехать в Петербург по железной дороге.
Дело о царской яхте поступило для выяснения в Морское министерство. Министерство передало в Морскую академию. В Академии его поручили разрешить капитану Крылову.
Прошло несколько дней, и Крылов представил свои выводы.
Да, командир яхты был прав — ее нельзя было вводить в Либавский порт. Как показали вычисления, при килевой качке в Либавском канале яхта могла быть повреждена. Эти вычисления Крылов сделал на основании разработанной им теории и расчета килевой качки корабля.
Труднейший вопрос о качке, над которым более ста лет бились ученые всего мира, был, наконец, разрешен! Это явилось крупным вкладом в науку о корабле.
О новой теории качки корабля Алексей Николаевич сделал сообщение в Русском техническом обществе и опубликовал статью. Статья была переведена на иностранные языки. Алексей Николаевич получил приглашение от Английского научного общества корабельных инженеров сделать у них доклад.
В 1896 году Крылов отправился в Лондон. Английское общество корабельных инженеров считалось в то время одним из самых авторитетных. На его годичные заседания съезжались кораблестроители всего мира.
Доклад Крылова был прослушан с огромным вниманием. Он вызвал небывалый интерес у присутствующих. Наконец-то был решен вопрос, который столько лет мучил кораблестроителей. Причем такой сложнейший математический вопрос был сведен к форме, удобной для практических вычислений.
Кораблестроители разных стран поздравляли Крылова. В их числе был и знаменитый английский кораблестроитель Рид.
Все присутствовавшие выразили надежду, что русский ученый сумеет теперь сделать расчет качки для общего случая, когда корабль испытывает и боковую и килевую качку.
И они не ошиблись. И этот расчет Крылов выполнил. В 1898 году Алексей Николаевич сделал в Английском обществе корабельных инженеров второй доклад — об общей теории качки корабля. Он доказал, что теория Фруда является лишь частным случаем его теории.
Английское общество корабельных инженеров наградило Крылова золотой медалью. Это была первая медаль, которую общество присуждало иностранцу.
Теория качки Крылова была переведена на многие языки и включена во все издававшиеся тогда руководства по теории корабля. Она получила название «теории Крылова».
Теперь можно было заранее, когда корабль проектировался, сказать, как поведет он себя на море. Рассчитать те напряжения, которые возникнут в нем при движении на волне. Принять меры для уменьшения качки. И вообще подобрать все размеры, расположение грузов и очертания корабля таким образом, чтобы получить необходимые мореходные качества.
«ДЕДУШКА» РУССКИХ ЛЕДОКОЛОВ
И вот Крылов, наконец, познакомился с тем, кем он восхищался еще в детские и юношеские годы. Их разделяла большая разница в годах и чинах. Но они оба одинаково беззаветно любили русский флот и отдавали все силы, чтобы сделать его мощным и непобедимым.
Крылов пришел к контр-адмиралу Макарову, когда тот был главным инспектором морской артиллерии, и поделился своими замыслами относительно некоторых усовершенствований в артиллерии.
Макаров сразу понял, что перед ним незаурядный человек. Его манера выражаться точно и определенно, его глубокие познания поразили Макарова, и с тех пор он не терял связи с Крыловым.
Макаров к тому времени уже вернулся из кругосветного плавания. Он привез массу интереснейших научных наблюдений и за свою работу «Витязь» и «Тихий океан» был удостоен премии и золотой медали Русского географического обществу.
На величественном здании Международного океанографического музея в Монако среди других названий всемирно прославленных судов золотой вязью было выгравировано имя «Витязь».
Теперь уж это все было позади и Макаровым владела новая идея. Он хотел построить мощный ледокол и этим ледоколом покорить льды Финского залива и Балтийского моря. И даже больше — он мечтал на нем пройти к Северному полюсу.
«Ни одна нация не заинтересована в ледоколах столько, сколько Россия», — пишет Макаров.