| William Froude | |
|---|---|
| Fødselsdato | 28. november 1810 [1] [2] [3] […] |
| Fødselssted | |
| Dødsdato | 4. maj 1879 [1] [2] [3] (68 år) |
| Et dødssted | |
| Land | |
| Alma Mater | |
| Priser og præmier | Fellow of the Royal Society of London ( 6. februar 1870 ) Kongelig Medalje ( 1876 ) |
| Mediefiler på Wikimedia Commons | |
William Froude ( Eng. William Froude ; 28. november 1810 , Devon , - 4. maj 1879 , Simonstown ) - engelsk ingeniør, grundlægger af skibshydrodynamik . Han blev uddannet i Oxford . Han udviklede en teori, der gør det muligt at beregne vandets modstand mod bevægelse af et fartøj baseret på resultaterne af modeltests. Han er skaberen af verdens første eksperimentelle pool . I 1870 indførte han Froude-nummeret .
William Froude blev født i 1810 i Darktinton (Devon) i en intelligent familie. Hans far, Robert Froude (1771–1859), tjente som ærkediakon af Totnes; ældre bror Richard Froude (1803-1836) var en anglikansk præst og en af grundlæggerne af Oxford-bevægelsen; yngre bror James Anthony Froude (1818-1894) er en berømt historiker.
William Froude modtog sin primære uddannelse først på Buckfast Preparatory School og senere på Westminster School i London og Oriel College, Oxford University . Han modtog sin videregående uddannelse på Oxford University, hvor han studerede matematik i dybden. Han dimitterede fra Oxford University i 1832 med en grad i ingeniør.
Froude begyndte at arbejde som landmåler på South Eastern Railroad, som stod færdig i 1837. Han var ansvarlig for strukturerne på strækningen fra Bristol til Exeter . Det var her, han udviklede og introducerede sin empiriske metode til at lægge de buede sektioner af sporet og introducerede et alternativt murværksskråningsdesign til de skrå buer på broerne i Exeter-området.
Mellem 1836 og 1838 tjente han som civilingeniør og sluttede sig derefter til Isambard Kingdom Brunel , chefingeniør for Great Western Railway, for at arbejde på forskellige ingeniørprojekter i det sydlige England.
Selvom Brunels designs ikke altid var succesfulde, indeholdt de ofte innovative løsninger på tekniske problemer. Det var Brunel, der henledte Froudes opmærksomhed på problemet med at sikre stabiliteten af skibe på kursen. Havet og skibene har altid tiltrukket Froude, så han begyndte snart at udføre eksperimenter for at bestemme modstanden på små modeller af skibe på floden Dart. Fra 1859 eksperimenterede han med skibsmodeller, først privat i Paignton, hvor han flyttede efter sin fars død, og derefter ved forskningsbassinet i Torquay. I 1861 sendte Froude det videnskabelige værk "On the rolling of Ships" til Institut for Naval Designers, som senere fik stor indflydelse på skibenes design.
Fra 1867 bugserede Froude modeller i par, med det ene skrog modsat det andet. Froude mente, at friktionsmodstand og bølgemodstand blev beskrevet af forskellige love, så han begyndte at trække helt nedsænkede brædder med forskellig overfladeruhed. Dette gjorde det muligt for ham at etablere en formel, der forudsiger friktionsmodstanden i et skrog med rimelig nøjagtighed og formulere en lov kendt som Froudes lighedskriterium (lov) . Denne lov siger, at bølgedannelsesfænomener vil være ens for et objekt i fuld skala og en model, hvis modellens hastighed er mindre end kvadratroden af forholdet mellem deres størrelser. Med disse to analytiske resultater fandt Froude en pålidelig måde at estimere den kraft, der kræves for at holde et skibs skrog i bevægelse med en given hastighed.
Froude offentliggjorde resultaterne af eksperimenter om cirkulation af skibe i andet bind af forhandlingerne fra Institute of Naval Designers, og gennem dette mødte han Edward Reed , forfatteren til stabilitetsdiagrammet , kendt som Reed-diagrammet . Froude udførte også eksperimenter med modeller og teoretiske belæg for problemet med skibsstabilitet.
Efter at have tjent i 1868 i komiteen for undersøgelse af flådeprojekter, foreslog Froude det britiske admiralitet en række eksperimenter ved hjælp af modeller til at etablere de fysiske love, der styrer bevægelsen af skibe i fuld størrelse. Froude fik hurtigt ideen til at bygge sit eget testbassin, hvor han kunne arbejde uden udefrakommende. Hans forslag, med bistand fra Edward Reid, den tids chefskibsbygger, blev accepteret i 1870. Og så, i nærheden af Torquay, begyndte man opførelsen af en forskningspulje, hvortil admiralitetet bevilgede et tilskud på 2.000 pund sterling til dækning af byggeomkostningerne og udgifterne til driften af poolen, samt et mindre gebyr til hans søn og chefassistent, Robert Edmond Froude. William Froude selv nægtede at betale.
Sænkningen af slagskibet HMS Captain den 6. september 1871 i Biscayabugten, med tab af næsten hele besætningen på omkring 500 mennesker, bidrog til at fremskynde arbejdet med konstruktionen af bassinet. Slagskibsprojektet var kendetegnet ved mange mangler, der førte til kæntring. Denne store tragedie bekræftede Froude i hans beslutning om at udføre arbejde for at fastslå de permanente fejl i projekter og design af skibe.
William Froude byggede verdens første forskningspulje til modeltestning. Froudebassinet var 85 m langt, 14 m bredt og 3 m dybt.Årene 1871-1872 blev et vendepunkt i skibsbyggeriets verdenshistorie, da det var på det tidspunkt, at dampmaskinen begyndte at erstatte sejlene, og det blev vigtigt på forhånd at bestemme den kraft, der skulle til for at fremdrive skibet med indstillet fart.
Siden umindelige tider har udformningen af skroget på engelske skibe i vid udstrækning været baseret på tommelfingerregler, opnået som et resultat af den akkumulerede erfaring fra mestre inden for skibsbygning og skibsreparation. Endnu tidligere, under oplysningstiden, forsøgte amatøreksperimentører at finde videnskabelige begrundelser for disse regler, som William Froude. Disse var for eksempel John Franklin, Charles Bossu og Mark Bufoy, som grundlagde Society for the Improvement of Naval Design så tidligt som i 1791.
De første eksperimenter blev udført af Froude på skalamodeller af skruekanonbådene Swan, 3,6 fod (1,1 m) lang, og Raven, 12 fod (3,66 m) lang. Han brugte dem i bugseringstest til at bestemme trækkraften og udvikle en genberegningsteknik. Til disse eksperimenter designet Froude et nyt, mere præcist instrument til registrering af resultaterne af målinger under test. Raven-modellen havde en spids stævn og agterstavn ved vandlinjen, lavet i henhold til anbefalingerne fra John Scott Russell . "Svanen"-modellen havde en afrundet kontur ud fra den antagelse, at dette ville føre til en reduktion i luftmodstanden. Det var som et resultat af disse eksperimenter, at Froude opdagede, at hovedkomponenterne i modstand mod bevægelse er kroppens friktion og dannelsen af bølger under bevægelse.
I 1876 blev Froude hædret af Royal Society of London med Royal Medal for teoretiske og praktiske studier af stabilitet, rulning, modstand mod bevægelse og fremdrift af skibe.
I seks på hinanden følgende år var Froude ekspert i et nyt kapitel i flydende dynamik, hvor han tjente i mange nationale udvalg og interagerede med kolleger rundt om i verden. Sådant arbejde underminerede hans helbred, og han tog som officiel gæst fra Royal Navy til Sydafrika for at forbedre sit helbred på samme tid. Men på vejen blev han syg af dysenteri og døde den 4. maj 1879 i Simonstown nær Cape Town , hvor han blev begravet med fuld flådehæder.
Efter William Froudes død, allerede den 27. maj 1879, skrev Admiralitetets første herre følgende brev til Robert Froude:
"My Lordship ønsker at udtrykke dig og alle medlemmer af din familie meget oprigtig medfølelse på tidspunktet for det uoprettelige tab, som du har lidt - et tab, der ikke kan betragtes som andet end nationalt. Vi føler, at hr. Froude har ydet en stor tjeneste for flåden og landet, efter at have givet sine enestående evner, viden og observationsevner til at forbedre skibsdesign, og hans fortjenester kan ikke efterlades uden en sådan pris som taknemmelighed på væggen. Admiralitet.
Anerkendelsen af William Froude som en innovativ ingeniør kom allerede i løbet af hans levetid. Den historiske konsekvens af far og søn Froudes pionerarbejde var Storbritanniens overvægt som søfartsnation gennem hele den victorianske periode . De videnskabelige artikler skrevet af William og Robert Froude bruges den dag i dag af skibsbyggere, da de giver grundlæggende løsninger på de grundlæggende problemer med at studere en skibsmodel. Froude gav en videnskabelig tilgang til udviklingen af skroget og propellen, hvilket var afgørende for deres forbedring og i sidste ende førte til mere pålidelig og omkostningseffektiv forsendelse.
Som et resultat af sin forskning opnåede Froude en praktisk metode til at designe skibe for at eliminere defekter, der kunne føre til store og ubrugelige tab af menneskeliv på havet. Lighedsloven formuleret af Froude for kroppe, der flyder i en væske, gjorde det muligt for flådeingeniører at forudsige, baseret på resultaterne af test af små modeller, mængden af modstand mod skibes bevægelse og den nødvendige kraft til deres bevægelse ved en given hastighed. Resultaterne af Froudes og senere hans søn Roberts arbejde var enorme og dækkede mange problemer inden for skibsdesign, herunder valg og design af motorer og styretøj, adfærd under rullende forhold og sødygtighed såsom fremdrift og stabilitet.
Mellem 1861 og 1875 udviklede Froude en lineær hydrodynamisk teori om skibe, der ruller i regulære hav (for en ideel væske), som først blev offentliggjort i 1865 og baseret på den hypotese, at skibets størrelse er lille sammenlignet med størrelsen af bølgerne . Således bliver den forenklede teori om rulning af Daniel Bernoulli erstattet af en mere avanceret teori, som efterfølgende vil blive forbedret af videnskabsmænd gentagne gange, indtil den kommer ind i sin moderne form som det vigtigste værktøj for skibsbyggere i studiet af skibsrulning.
Billedet opnået af Froude for buebølger og offentliggjort i hans artikel om studiet af bølgemodstand er af stor betydning for moderne forskere. Det er vigtigt, at Froude allerede dengang godt forstod betydningen af observationer af bølgedannelse, som begyndte at blive nærstuderet i Japan næsten hundrede år efter Froude. Froudes billede af bølgedannelse fanger karakteristikaene af skibsbølger lige så præcist, som det er state of the art, et vidnesbyrd om Froudes talent som eksperimentator.
For at udføre modeltests havde Froude, udover poolskålen og modellerne, brug for at skabe det passende udstyr. Apparatet, først designet af William Froude og hans søn Robert, har ikke gennemgået væsentlige ændringer den dag i dag. Den mobile vogn er monteret og bevæger sig langs skinnerne placeret på siderne af poolen. Denne vogn er udstyret med et dynamometer, hvorunder en skalamodel er monteret. Formålet med Froudes nuværende opfindelse var at give en registrering af hastigheden og modstanden af et modelskib i stille vand under de samme forhold, som når det bevæger sig på bølger, der kan genereres kunstigt af en bølgegenerator. Modeller er blevet lavet af paraffinvoks i årtier, selvom glasfiber nu i stigende grad bruges. Hver Froude-model var cirka 20 fod (6,1 m) lang, 2 fod (0,61 m) bred og omkring en tomme tyk. Sådanne størrelser af modeller har praktisk talt overlevet til denne dag, som optimale.
En anden vigtig bedrift af Froude, ud over modelforskningspuljen, var opfindelsen i 1877 af vandbremsen. Vandbremsen var en del af designet af det hydrauliske dynamometer, som blev brugt til at bestemme motorernes kraft. Vandbremsen består af en rotor placeret inde i en tank fyldt med vand, som er forbundet til motorakslen. Når rotoren roterer, overfører vandet drejningsmoment til kroppen, og ved at måle det drejningsmoment, der opstår på tanken og omdrejningshastigheden, kan man bestemme motoreffekten.
William Froude giftede sig i 1839 med Catherine Henrietta Elizabeth Holdsworth, datter af guvernøren i Dortsmouth, en kommerciel stormand og medlem af parlamentet, de havde fem børn. Den yngre søn Robert Edmond Froude (1846-1924) blev senere hans hovedassistent og tilhænger af sin far.