Русские ученые и инженеры. Выпуск 3

БУБНОВ Иван Григорьевич (1872-1919).

       В отличие от героев других моих очерков имя И.Г.Бубнова известно только в России, и то среди сравнительно небольшой группы специалистов по строительной механике кораблей. И это потому, что для нас, специалистов, величие этого человека как ученого предельно понятно. Слава - прихоть судьбы и её скромное внимание к этому человеку никак не умаляет его заслуг. Даже  формальное перечисение  дел, которые он совершил, производят сильное впечатление. Я перечислю, а потом расскажу о его главном научном подвиге.
       Выдающийся русский корабельный инженер, создатель первых русских боевых подводных лодок И.Г. Бубнов родился 6 (18) января 1872 года в Нижнем Новгороде в семье купца, но с детства решил связать свою судьбу не с торговлей, а с морем. В 1887 году он окончил Нижегородское Владимирское реальное училище. После этого уехал в Кронштадт, где поступил в Техническое училище Морского ведомства. Учёбу Иван Бубнов закончил в 1891 году, после чего служил младшим судостроителем на Новом адмиралтействе в Санкт-Петербурге и участвовал в постройке эскадренного броненосца "Полтава".
       В 1894 году И.Г. Бубнов поступил на кораблестроительное отделение Николаевской Морской академии в Санкт-Петербурге. В период обучения в академии (1894-1896) он разработал конкурсный проект океанского быстроходного крейсера, удостоенный в 1895 году 1-й премии, создал первый отечественный прибор для измерения деформаций, провел модельные эксперименты по успокоению качки, кроме того, на броненосном крейсере "Россия" он исследовал динамику спуска корабля на воду.
      В 1896 году И.Г. Бубнов с отличием окончил Морскую академию, его имя было занесено на мраморную доску почета среди самых лучших учеников. В том же году, еще не защитив дипломного проекта, он начинает преподавать в академии курс «Проектирование боевых судов». Одновременно он прослушал курс математики, аналитической механики и теории вероятности в Петербургском университете. С 1896 года и до самой смерти в 1919 году И.Г. Бубнов преподавал на кораблестроительном отделении Морской академии.
      В 1900 году Бубнов по заданию Морского министерства начинает работу по созданию боевой подводной лодки отечественной промышленностью. И.Г. Бубнов был назначен старшим помощником заведующего Опытовым судостроительным бассейном, возглавил разработку проекта "подводного миноносца водоизмещением 113 тонн". В 1901-1902 годах, совместно с М.Н. Беклемишевым и И.С. Горюновым, И.Г. Бубнов спроектировал и построил на Балтийском заводе первую в России боевую подводную лодку с двигателями внутреннего сгорания. Подводная лодка, получившая название «Дельфин», имела в качестве двигателей бензиновый и электрический моторы. Лодка была заложена на Балтийском заводе в 1902 году, а вышла на испытания 21 июня 1904 года; руководителем испытаний и сдачи лодки был И.Г. Бубнов. Последующие серийные подводные лодки явились развитием типа лодки "Дельфин". В 1903 году И.Г. Бубнов стал начальником кораблестроительной чертежной Морского технического комитета, где разработал проекты подводных лодок "Касатка", "Минога", "Акула", типов "Барс" и "Морж" (“Нерпа”). Неосуществленным остался проект И.Г. Бубнова по созданию громадной по тому времени подводной лодки водоизмещением 1260 тонн и с разделенным на отсеки прочным корпусом. Всего же по разработкам ученого для Российского флота были построены 32 первые русские подводные лодки шести проектов. Эти лодки принимали непосредственное участие в боевых действиях, они сыграли выдающуюся роль в русско-японской и Первой Мировой войнах. В 1907 году конструктора зачислили в списки офицеров подводного плавания. Знал, Иван Григорьевич, какую сталь применить, какую толщину прочного корпуса заложить, как шпангоуты расставить. Таких знатоков по миру было меньше, чем пальцев на одной руке.
      С 1903 по 1913 год И.Г. Бубнов преподавал строительную механику корабля на кораблестроительном факультете Петербургского политехнического института, в 1909 году стал его ординарным профессором. В эти же годы он преподавал также на кафедре судостроения в Морской академии (с 1910 года) и Морском кадетском корпусе. Одновременно в 1908-1914 годах он заведовал Опытовым судостроительным бассейном Морского министерства в Петербурге для испытания моделей кораблей. Теоретические положения Бубнова использовались при проектировании и строительстве в 1908-1910 годах линейных кораблей типа “Севастополь”, легли в основу отечественного подводного судостроения.
          Иван Григорьевич вёл разнообразную исследовательскую работу. В 1911 году И.Г. Бубнов провел на черноморском крейсере "Кагул" первое в мире натурное испытание влияния глубины моря на скорость корабля. На линкоре «Измаил» была применена разработанная Бубновым продольная система набора корпуса корабля, позволившая значительно уменьшить массу, усилить бронирование и артиллерию. Впоследствии недостроенные корпуса линкоров этого типа советское правительство продаст за бесценок Германии на металлолом и на вырученные деньги купит в Швеции паровозы. Немецкие специалисты внимательно изучили переданные им на лом конструкции и извлекли для себя серьезные уроки. Российские приемы  конструирования они применили в строительстве своих «карманных линкоров». В этом вины И.Г.Бубнова, разумеется, нет. Это головотяпство руководящих товарищей.
         В 1912 году И.Г. Бубнов получил звание генерал-майора корпуса корабельных инженеров. В том же году по проекту И.Г. Бубнова стали строиться самые совершенные подводные в тот период лодки типа «Барс». Эта субмарина длиной 68 м имела надводное водоизмещение 650 т (подводное – 782 т), развивала скорость до 18 узлов (под водой – 9,5 узлов) и погружалась на глубину до 100 метров. В связи с этим строительством И.Г. Бубнов с 1912 по 1917 год был консультантом Балтийского завода и судостроительного общества «Ноблесснер» в Ревеле.
      И.Г. Бубнову принадлежит приоритет в систематизации основных проблем прочности корабля и разработки их решения. Он был автором фундаментальных работ "О погашении боковой качки судна водным балластом" (1896), "О непотопляемости судов" (1901), "Основы статистики судостроения" (1901), "Напряжения в обшивке судов от давления воды" (1902), "Строительная механика и теория упругости" (1906), "Об одном методе определения главных размеров проектируемого судна" (1916) и других. В своей работе «Спуск судна на воду» (1900) И.Г. Бубнов впервые рассмотрел динамику спуска корабля со стапеля на воду. Многие работы И.Г. Бубнова были переведены на иностранные языки.
    Профессору Бубнову принадлежит также фундаментальный труд «Строительная механика корабля» (литографическое издание 1909-1911, печатное издание 1912-1914), в котором он впервые предложил методы расчета пластин, работающих в составе корпуса корабля, и формулу для вычисления показателей прочности судов. Этот труд являлся в то время единственным по строгой научности, оригинальности и полноте изложения. Практические расчеты прочности ряда линейных кораблей, произведенные под руководством Бубнова, были отлитографированы в пяти больших томах и явились важным руководством по проектированию судов. Задачи, поставленные и решенные Бубновым в этой работе, явились основными для новой самостоятельной научной дисциплины – строительной механики корабля – науки о прочности корпуса судов. В своих последующих работах И.Г. Бубнов дал дальнейшее математическое обоснование вопросов местной и общей прочности судов. За свою научную и практическую деятельность ученый-кораблестроитель был награжден орденами Св. Владимира 3-й и 4-й степеней, Св. Анны 2-й степени.
   Иван Григорьевич первым исследовал деформацию тонких пластин в нелинейной постановке. Он показал, что напряжения, вызываемые распором пластин на опорном контуре, в ряде случаев имеют решающее значение с точки зрения обеспечения их прочности. Такое закрепление, как раз, и отвечает реальности. Хотя это были удлиненные пластины, полученные им важнейшие результаты были вполне пригодны для практического применения. Эти решения им были получены за 9 лет до вывода более общих классических соотношений Кармана, пригодных для пластин любых конфигураций.
     Теперь постараюсь рассказать об одном методе расчета не только судовых, а и любых других конструкций, к которому Иван Григорьевич имеет прямое отношение, которым пользуется весь свет, не догадываясь, кто его первый автор. 
Есть у специалистов по прочности уже более ста лет эффективный рабочий инструмент , назывемый у нас методом Бубнова - Галеркина, а за границей методом Галеркина. Часть отечественных специалистов, особенно из МГУ, стойко назывют этот метод методом Бубнова. Наличие и порядок следования фамилий имеют важное значение. Ситуация похожа на дилемму Попов - Маркони.
       Дело в том, что другой крупнейший специалист в этой области, С.П. Тимошенко в тот период решал свои научные цели, пользуясь исключительно энергетическим подходом, вытекающим из принципа возможных перемещений. С.П. Тимошенко в 1913 году претендовал на очень престижную премию имени Журавского. Рассмотреть работу и сформулировать отзывы было поручено виднейшим специалистам страны, в том числе, И.Г.Бубнову. Иван Григорьевич, не подвергая результаты Тимошенко сомнению, указал другой, более рациональный путь решения задач. Это приближенный метод интегрирования дифференциальных уравнений, (описывающих различные физические явления, в, том числе, относящиеся к теории упругости), основанный на домножении системы уравнений на аппроксимирующие функции и интегрировании результата по объему, занимаемому рассматриваемым телом. Прием, предложенный И.Г.Бубновым, был революционной догадкой, важность которой, он, вероятно, тогда и сам не осознал. Я не буду здесь излагать вывод соотношений, так как уравнениям не место на этом сайте. Укажу лишь, что к предложенным соотношениям можно придти также на базе метода возможных перемещений или на базе метода взвешенных невязок (отклонений).
            Таким образом, метод решения задач, предолженный  И.Г.Бубновым был опубликован в отзыве на работу С.П.Тимошенко в 1913 году и остался в архивах Политехнического института. Интересно, что, возможно, независимо от И.Г.Бубнова в 1915 году такой же прием был предолжен Б.Г. Галеркиным, крупным ученым в области теории упругости.         
          Приоритет в данном вопросе явно принадлежит И.Г.Бубнову. К сожалению, он не озаботился широкой рекламой своего предложения. В отличие от него Б.Г. Галеркин был не судостроителем, занятым решением многочисленных практических задач, а был ученым кабинетного типа, и опубликовал свою интерпретацию математически строгом виде в подходящем академическом журнале, не сославшись на Бубнова. После этого Б.Г. Галеркин стал известен всему научному миру. Это также немного напоминает ситуацию с И.Ньютоном, который свои открытия в области дифференциального исчисления излагал в письмах к коллегам, а Лейбниц добросовестно публиковал то же самое в академических журналах. Хорошо, что потом письма Ньютонв были предъявлены ученому миру всеми его корреспондентами, а тогда письма научного содержания в этом кругу рассматривались как публикации. Свой вклад в решение данного вопроса И.Ньютону удалось доказать. Цитируемость Галеркина в работах, посвященных механике твердого тела, зашкаливает и по сей день, а, по идее, метод первым придумал Бубнов.
    Выдающийся русский инженер и учёный-кораблестроитель, основоположник строительной механики корабля И.Г. Бубнов прожил всего 47 лет. Он умер от тифа в Петрограде 13 марта 1919 года. Это было очень тяжелое время.
    Раз в 3 - 4 года в стране регулярно проходит научно-техническая конференция по строительно механике корабля, посвященная памяти этого замечательного ученого.
    Вопросы о роли И.Г.Бубнова в становлении строительной механики корабля и об истории создании метода Бубнова - Галеркина рассмотрены, в частности, в статьях и работах академика В.В.Новожилова, профессора В.А.Постнова и ряда других авторов, см. приведенную ниже краткую библиографию.
    Библиография.
И.Г.Бубнов. Отзыв о работе проф. С.П.Тимошенко "Об устойчивости упругих систем" Сборник Санкт-Петербургского института путей сообщения , вып.81, 1913 г.стр 33-36.
И.Г. Бубнов Строительная механика корабля. часть II  - Санкт-Петербург, типография морского министерства. 1914 г. 
В.В.Новожилов. "Иван Григорьевич Бубнов и строительная механика". Сборник "Проблемы строительной механики корабля" Издательство Судостроение, 1973 г.
В.А. Постнов. "Численные методы расчета судовых конструкций". Издательство Судостроение, 1977 г.
В.П.Белкин. "Знаменитый кораблестроитель и выдающийся ученый  И.Г.Бубнов". Сборник "Проблемы строительной механики корабля" Издательство Судостроение, 1973 г.