.jpg/1280px-Thinktank_Birmingham_-_object_1961S01404(1).jpg)
Фредерик Уильям Ланчестер , доктор юридических наук , почётный член Королевского общества [1] (23 октября 1868 г. — 8 марта 1946 г.) — английский учёный-энциклопедист и инженер , внёсший важный вклад в автомобилестроение и аэродинамику , а также ставший одним из создателей темы исследования операций .
Ланчестер стал пионером британского автомобилестроения, и это хобби привело к созданию им первого британского автомобиля в 1895 году [2] и созданию успешной автомобильной компании .
Некоторые из инноваций, разработанных Lanchester, нашли широкое применение в автомобильной промышленности. [3]
Ланчестер родился в Сент-Джонс-Вуд , Лондон, у Генри Джонса Ланчестера (1834–1914), архитектора, и его жены Октавии (1834–1916), [4] репетитора латыни и математики. Он был четвертым из восьми детей; его старший брат Генри Воган Ланчестер также стал архитектором; его младшая сестра Эдит Ланчестер была социалисткой и суфражисткой ; а его братья Джордж Герберт Ланчестер и Фрэнк присоединились к нему в создании Lanchester Motor Company .
Когда ему был год, его отец перевез семью в Брайтон , и юный Фредерик посещал подготовительную школу и близлежащую школу-интернат, где ничем себя не проявил. Сам он, оглядываясь назад, заметил, что «казалось, Природа сберегала его энергию». Однако ему удалось выиграть стипендию в Институте Хартли в Саутгемптоне , а через три года он выиграл еще одну стипендию в Кенсингтонском колледже, который сейчас является частью Имперского колледжа . Он дополнял свое обучение прикладной инженерии, посещая вечерние занятия в Технической школе Финсбери . К сожалению, он закончил свое образование, не получив формальной квалификации.
Когда он закончил свое образование в 1888 году, он получил работу чертежника в Патентном бюро за 3 фунта в неделю. Примерно в это же время он зарегистрировал патент на изометрограф, чертежный инструмент для штриховки, затенения и других геометрических дизайнерских работ. [5]
В 1919 году, в возрасте пятидесяти одного года, Ланчестер женился на Доротее Купер, дочери Томаса Купера, викария церкви Святого Петра в Филд-Броутоне в Ланкашире . Пара переехала в дом 41 на Бедфорд-сквер в Лондоне, но в 1924 году Ланчестер построил дом по собственному проекту (Дайотт-Энд) на Оксфорд-роуд, Мосли , Бирмингем. Пара оставалась там до конца своей совместной жизни, но детей у них не было. [6]
В 1922 году он был избран членом Королевского общества [1] , а в 1926 году Королевское авиационное общество наградило его стипендией и золотой медалью [7] .
В 1925 году Ланчестер основал компанию Lanchester Laboratories Ltd. для выполнения промышленных исследований и разработок. Хотя он разработал усовершенствованный радио- и граммофонный динамик, он не смог успешно его продать из-за Великой депрессии . [8] Он продолжал работать, перерабатывая, пока в 1934 году его здоровье не ухудшилось, и компания была вынуждена закрыться. В конце концов ему поставили диагноз болезнь Паркинсона , и, как сообщается, он был очень огорчен тем, что это, наряду с катарактой обоих глаз, не позволило ему «выполнять какую-либо официальную работу» во время Второй мировой войны . [9]
В 1941 году он был награжден золотыми медалями Института инженеров-строителей, а в 1945 году — Института инженеров-механиков .
Хотя он и добился известности благодаря своему творческому гению как инженера, Фредерик Ланчестер был человеком разносторонних интересов, наделенным прекрасным певческим голосом. [9] Под псевдонимом Пол Нетертон-Херрис он опубликовал два тома стихов. [9]
Ланчестер, который никогда не был успешным в коммерческом плане, прожил остаток своей жизни в стесненных обстоятельствах, и только благодаря благотворительной помощи он смог остаться в своем доме. Он умер в своем доме, Дайотт-Энд, 8 марта 1946 года. [5]
Ближе к концу 1888 года Ланчестер поступил на работу в компанию Forward Gas Engine Company в Солтли , Бирмингем, в качестве помощника управляющего производством. В его трудовой договор был включен пункт, в котором говорилось, что любые технические усовершенствования, которые он сделает, будут интеллектуальной собственностью компании. Ланчестер благоразумно вычеркнул это перед подписанием. Этот поступок оказался пророческим, поскольку в 1889 году он изобрел и запатентовал маятниковый регулятор для управления скоростью двигателя, за что получил гонорар в размере десяти шиллингов за каждый, установленный на Forward Engine. В 1890 году он запатентовал маятниковый акселерометр для регистрации ускорения и торможения автомобильных и железнодорожных транспортных средств.
После смерти нынешнего управляющего заводом Ланчестер был повышен до его должности. Затем он спроектировал новый газовый двигатель большего размера и мощности, чем любой другой, произведенный компанией ранее. Двигатель был вертикальным с горизонтальными, оппозитными тарельчатыми клапанами для впуска и выпуска. Двигатель имел очень низкую степень сжатия , но был очень экономичным в эксплуатации. [ необходима цитата ]
В 1890 году Ланчестер запатентовал самозапускающееся устройство для газовых двигателей. Впоследствии он продал права на свое изобретение компании Crossley Gas Engine Company за солидную сумму.
Он арендовал небольшую мастерскую рядом с заводом Forward Company и использовал ее для собственных экспериментальных работ. В этой мастерской он изготовил небольшой вертикальный одноцилиндровый газовый двигатель мощностью 3 л. с. (2,2 кВт), работающий на 600 об./мин. Он был напрямую соединен с динамо-машиной , которую Ланчестер использовал для освещения офиса компании и части фабрики. [5]
Ланчестер начал находить конфликт между своей работой в качестве управляющего производством и своей исследовательской работой утомительным. Поэтому в 1893 году он оставил свою работу в пользу своего младшего брата Джорджа. Примерно в то же время он создал второй тип двигателя, похожий по конструкции на его предыдущий, но работающий на бензоле со скоростью 800 об/мин. Важной частью его нового двигателя был революционный карбюратор , для правильного смешивания топлива и воздуха. Его изобретение было известно как фитильный карбюратор, потому что топливо втягивалось в ряд фитилей, откуда оно испарялось. Он запатентовал это изобретение в 1905 году.
Ланчестер установил свой новый бензиновый двигатель в плоскодонном катере, который приводился в движение кормовым гребным колесом . Ланчестер построил катер в саду своего дома в Олтоне , Уорикшир . Лодка была спущена на воду на стапеле Солтера в Оксфорде в 1904 году и стала первой моторной лодкой, построенной в Британии. [5]
Поместив бензиновый двигатель в лодку, следующим логическим шагом было использование его для дорожного транспорта. Ланчестер приступил к проектированию четырехколесного транспортного средства, приводимого в движение бензиновым двигателем. Он спроектировал новый бензиновый двигатель мощностью 5 л. с. (3,7 кВт) с двумя коленчатыми валами , вращающимися в противоположных направлениях, для образцовой плавности [10] и воздушного охлаждения с помощью лопастей, установленных на маховике. [11] Была революционная [11] планетарная коробка передач (за много лет до того, как Генри Форд принял ее) [11], дающая две скорости вперед и назад, и которая приводила в движение задние колеса с помощью цепей. С корпусом из орехового дерева он вмещал троих, бок о бок. [11] (Для сравнения, трехколесный велосипед Рудольфа Эгга имел 3 л. с. (2,2 кВт) 402 куб. см {24½ дюйма 3 ) [12] одинарный двигатель de Dion-Bouton и был способен развивать скорость 40 км/ч {25 миль в час}, [12] а трехколесный велосипед Леона Болле имел двигатель 1,9 кВт {2,5 л. с.} 650 куб. см (40 дюймов 3 ) [12] собственной конструкции, способный развивать скорость более 50 км/ч {30 миль в час}. [12]
Автомобиль Ланчестера был закончен в 1895 году и впервые испытан в 1896 году, и оказался неудовлетворительным, будучи недостаточно мощным и имея проблемы с трансмиссией. Ланчестер спроектировал новый двигатель с воздушным охлаждением 8 л. с. (6 кВт) объемом 2895 куб. см (177 дюймов 3 ) [11] с двумя горизонтально расположенными оппозитными цилиндрами, по-прежнему с двумя коленчатыми валами. Он также перепроектировал планетарную коробку передач и объединил ее с двигателем. Карданный вал соединял коробку передач с ведущим мостом . Новый двигатель и трансмиссия были установлены на оригинальный автомобиль 1895 года.
Ланчестер переместил свой бизнес в более крупные мастерские на Ladywood Road, Fiveways, Birmingham, поскольку работа над автомобилем продвигалась, а также продал свой дом, чтобы помочь профинансировать расходы на свои исследования. Затем был построен второй автомобиль с тем же двигателем и трансмиссией, но с собственной конструкцией подвески с консолью Ланчестера . Он был завершен в 1898 году и получил Золотую медаль за свой дизайн и производительность на Автомобильной выставке и испытаниях в Ричмонде. Он стал известен как Золотой Фаэтон .
В 1898 году Ланчестер спроектировал версию своего двигателя мощностью 8 л. с. (6,0 кВт) с водяным охлаждением, которая была установлена на лодке и приводила в движение винт. В 1900 году Gold Medal Phaeton был заявлен на первый заезд Королевского автомобильного клуба на 1000 миль и успешно завершил его после одной механической поломки в пути. [5]
В декабре 1899 года Ланчестер и его братья создали Lanchester Engine Company для производства автомобилей, которые можно было бы продавать населению. Был приобретен завод на Монтгомери-стрит, Спаркбрук , Бирмингем , известный как Armourer Works. [13] [n 2] На своем новом заводе Ланчестер спроектировал новый двухцилиндровый двигатель мощностью десять лошадиных сил. Он решил использовать червячную передачу и спроектировал машину для нарезки червячных шестерен. Он запатентовал эту машину в 1905 году, и она продолжала производить все червячные передачи Lanchester в течение 25 лет. Он также ввел использование шлицевых валов и муфт вместо шпонок и шпоночных пазов, еще одно нововведение, которое он запатентовал. Задняя ось имела роликовые подшипники, и Ланчестер спроектировал машины для их производства. Его автомобиль был спроектирован с двигателем, размещенным между двумя передними сиденьями, а не спереди, и также имел боковой румпель вместо рулевого колеса. Трансмиссия также включала систему, похожую на современные дисковые тормоза , которая зажимала диск сцепления для торможения, а не использовала отдельную систему, как в большинстве автомобилей. [5] 1 декабря 1902 года Ланчестер получил патент № 26,407 на дисковый тормоз. [21]
Новый автомобиль мощностью 10 л. с. появился в 1901 году и оставался в производстве до 1905 года, с небольшими изменениями в конструкции. Он стал другом Редьярда Киплинга и отправлял ему экспериментальные модели для испытаний. В 1905 году Ланчестер выпустил четырехцилиндровый двигатель мощностью 20 л. с., а в 1906 году — шестицилиндровый двигатель мощностью 28 л. с. Хотя сэр Генри Ройс уже занимался проблемой крутильных колебаний коленчатого вала и последующей вибрации в рядных 6-цилиндровых двигателях, Ланчестер проанализировал проблему с научной точки зрения и изобрел гаситель крутильных колебаний коленчатого вала как решение проблемы балансировки двигателя. [22] Его конструкция, запатентованная в 1907 году, использовала вторичный маховик, соединенный с концом коленчатого вала с помощью вязкостной муфты . Примерно в то же время Ланчестер также запатентовал гармонический балансир для устранения неуравновешенных вторичных сил в четырехцилиндровом двигателе, используя два балансировочных груза, вращающихся со скоростью, вдвое превышающей скорость коленчатого вала, в противоположных направлениях. [22]
Lanchester Engine Company продала около 350 автомобилей различных конструкций в период с 1900 по 1904 год, когда они обанкротились из -за некомпетентности Совета директоров. Она была немедленно преобразована в The Lanchester Motor Company . В этот период он также экспериментировал с впрыском топлива , турбокомпрессорами , добавил рулевое колесо в 1907 году и изобрел педаль акселератора, чтобы помочь контролировать работу двигателя, которая ранее не останавливалась, если у оператора возникали проблемы. Он изобрел (или был первым, кто использовал) съемные проволочные колеса, подшипники, которые подавались маслом под давлением, штампованные стальные поршни , поршневые кольца , полые шатуны , гаситель крутильных колебаний для 6-цилиндровых двигателей и гармонический балансир для 4-цилиндровых конструкций.
В конце концов Ланчестер разочаровался в деятельности директоров компании и в 1910 году ушел с поста генерального директора, став их внештатным консультантом и техническим советником. Его братья Джордж и Фрэнк взяли на себя техническую и административную ответственность за компанию.
В 1909 году Ланчестер стал техническим консультантом компании Daimler , где он принял участие в ряде инженерных проектов, включая двигатель Daimler-Knight, варианты которого использовались в бензиново-электрическом автобусе KPL и автопоезде Daimler-Renard [23] , а также в первых британских тяжелых танках Первой мировой войны , а также во всех автомобилях Daimler с 1909 по середину 1930-х годов, завоевав в 1909 году желанный приз RAC Dewar Trophy .
Работая с Даймлером в Ковентри , американский изобретатель Чарльз Найт получил британский патент на свой модифицированный двигатель Knight 6 июня 1908 года, а в сентябре 1908 года Даймлер объявил о первом 4-цилиндровом двигателе Даймлера-Найта [24] с двухклапанной конструкцией , разработанной на основе патентов Найта 1904 года. [25] [26] Даймлер вложил все свои ресурсы в этот «довольно неудовлетворительный двигатель» (по словам Гарри Рикардо), но хотя Ланчестер продолжал разрабатывать и работать над конструкцией, «он с самого начала понимал, что это было безнадежной надеждой». [23]
Гибридный бензиново-электрический автобус KPL (Knight-Pieper-Lanchester) использовал пару 4-цилиндровых двигателей Daimler-Knight мощностью 12 л. с. (рейтинг RAC), каждый из которых был соединен с динамо-мотором , приводящим в движение одно из задних колес, используя патент Анри Пипера . [27] Автобус был анонсирован в июне 1910 года, но компания Tilling-Stevens (партнер London General Omnibus Company ) пригрозила иском о нарушении патентных прав, и автобус был отозван в мае 1911 года, после того как было изготовлено всего 10 автобусов. [28]
Daimler начал импортировать автопоезд Renard в феврале 1907 года. [29] Daimler установил несколько четырехцилиндровых двигателей «до Knight» на автопоезд; [30] Разработка Lanchester привела к созданию 6-цилиндрового двигателя Daimler-Knight мощностью 75/80 л. с. для тягача Daimler-Renard в 1910 году. [31] Компания Birmingham Small Arms (BSA) купила Daimler в 1910 году, и Lanchester стал инженером-консультантом новой материнской компании. [23]
Более крупный 6-цилиндровый двигатель мощностью 100 л. с. с двумя коленчатыми валами, каждый из которых приводил в действие золотниковый клапан [32] , появился в январе 1912 года и был установлен на большем из двух сельскохозяйственных тракторов Daimler-Foster («Agritractors»), произведенных совместно с William Foster & Co. из Линкольна . [33] По словам Гарри Рикардо , дублирование всего механизма привода клапанов влекло за собой чрезмерное механическое усложнение и создавало серьезные трудности в плане механической синхронизации. [34] [n 3] Ланчестер разработал новую головку блока цилиндров для двигателей с золотниковым клапаном и запатентовал ее совместно с Даймлером в феврале 1913 года. [35] Получив дополнительные 5 л. с. к апрелю 1913 года, двигатель Даймлера-Найта мощностью 105 л. с. [36] (в сочетании с массивной трансмиссией трактора, разработанной Уильямом Триттоном ) приводил в действие артиллерийский тягач Даймлера-Фостера, машину Линкольна № 1, Литтл Вилли и британские танки Mark I-IV во время Первой мировой войны . [37]
Контракт Lanchester с Daimler был расторгнут после краха Уолл-стрит в 1929 году; овердрафт Lanchester Motor Company также был отозван, что привело к немедленной ликвидации ее активов. Группа BSA, владельцы Daimler с 1910 года, завершила покупку компании Lanchester в январе 1931 года и перенесла производство в Рэдфорд, Ковентри . [38] [39] [40]
Ланчестер начал серьезно изучать воздухоплавание в 1892 году, за одиннадцать лет до первого успешного полета с двигателем. Во время пересечения Атлантики во время путешествия в Соединенные Штаты Ланчестер изучал полет серебристых чаек , наблюдая, как они могут использовать неподвижные крылья, чтобы ловить восходящие потоки воздуха. Он измерял различных птиц, чтобы увидеть, как центр тяжести сравнивается с центром опоры. В результате своих размышлений Ланчестер в конечном итоге сформулировал свою циркуляционную теорию полета. Это основа аэродинамики и фундамент современной теории аэродинамического профиля . В 1894 году он проверил свою теорию на ряде моделей. В 1897 году он представил Физическому обществу доклад под названием «Парение птиц и возможности механического полета» , но он был отклонен, поскольку был слишком передовым для своего времени. Ланчестер понял, что для полета с двигателем требуется двигатель с гораздо большим отношением мощности к весу, чем любой существующий двигатель. Он предложил спроектировать и построить такой двигатель, но ему сообщили, что никто не воспримет его всерьез. [5]
Ланчестер был обескуражен отношением к его теории воздухоплавания и в течение следующих десяти лет сосредоточился на разработке автомобилей. В 1906 году он опубликовал первую часть двухтомного труда « Воздушный полет» , посвященного проблемам полета с двигателем (Lanchester 1906). В нем он разработал модель вихрей, возникающих за крыльями во время полета, [41] которая включала первое полное описание подъемной силы и сопротивления . Его книга не была хорошо принята в Англии, но вызвала интерес в Германии, где ученый Людвиг Прандтль математически подтвердил правильность теории вихрей Ланчестера. Во втором томе Ланчестер обратил свое внимание на устойчивость самолета, «Аэродонетика» (Lanchester 1908), разработав свою теорию фугоидов , которая содержала описание колебаний и сваливания. Во время этой работы он изложил основную компоновку, используемую в большинстве самолетов с тех пор. Вклад Ланчестера в аэронавтическую науку не был признан до конца его жизни.
В 1909 году был создан Консультативный комитет по аэронавтике HH Asquith , и Ланчестер был назначен его членом. Ланчестер правильно предсказал, что самолеты будут играть все более важную роль в войне, в отличие от военного командования, которое представляло себе войну такой же, какой она была в прошлом.
В том же 1909 году Ланчестер запатентовал винты противоположного вращения . [42]
В 1914 году он прочитал в Институте гражданских инженеров «Лекцию Джеймса Форреста» на тему «Летающая машина с инженерной точки зрения». [43]
Ланчестер был особенно заинтересован в прогнозировании результатов воздушных сражений. В 1914 году, перед началом Первой мировой войны , он опубликовал свои идеи о воздушной войне в серии статей в журнале Engineering . [44] Они были опубликованы в виде книги в 1916 году под названием Aircraft in Warfare: The Dawn of the Fourth Arm (Ланчестер, 1916) и включали описание ряда дифференциальных уравнений , которые сейчас известны как законы силы Ланчестера . [45] Эти законы описывали, как две силы будут истощать друг друга в бою, и демонстрировали, что способность современного оружия действовать на больших расстояниях кардинально изменила характер боя — сила, которая была вдвое больше, была вдвое мощнее в прошлом, но теперь она была вчетверо, квадрат частного. [46]
Законы Ланчестера изначально применялись на практике в Соединенных Штатах для изучения логистики , где они развились в исследование операций (ИО) ( операционное исследование в Великобритании ). Методы ИО в настоящее время широко используются, возможно, больше всего в бизнесе.
После войны компания представила более традиционный двигатель Forty, конкурента Rolls-Royce 40/50 л. с.; в 1924 году к нему присоединился шестицилиндровый двигатель с верхним распредвалом мощностью 21 л. с. (рейтинг RAC). В 1921 году Lanchester стала первой компанией, экспортировавшей автомобили с левым рулем. На этих автомобилях впервые появились тонированные стекла. На ралли в Саутпорте 1928 года был представлен рядный восьмицилиндровый двигатель объемом 4440 куб. см, снова с верхним распредвалом: он оказался последним «настоящим» Lanchester, в 1931 году компанию приобрела BSA, которая также владела компанией Daimler с 1909 года. С тех пор и до 1956 года автомобили Lanchester производились на заводе Daimler в Ковентри как родственные автомобили с Daimler, как RR с Bentley [ссылка на трилогию Lanchester Legacy].
Ланчестер пользовался уважением большинства коллег-инженеров как гений, но у него не было деловой хватки, чтобы превратить свою изобретательность в финансовую выгоду. В то время как Джеймс Уатт нашел способного делового партнера в лице Мэтью Болтона , который управлял делами, у Ланчестера такой помощи не было. На протяжении большей части своей карьеры ему не хватало финансовой поддержки, чтобы иметь возможность развивать свои идеи и проводить исследования, как ему бы хотелось. Тем не менее, он внес большой вклад во многих различных областях. Он написал более шестидесяти технических статей для различных учреждений и организаций и получил награды от ряда органов.
Документы, записные книжки и сопутствующие материалы Ланчестера разбросаны по ряду архивных коллекций, включая коллекции Университета Ковентри , Библиотеки Университета Саутгемптона , Бирмингемского музейного фонда , Национальной аэрокосмической библиотеки , Института инженеров-механиков , Архивного центра Черчилля Кембриджского университета и Бодлианской библиотеки Оксфордского университета . [47]
В 1970 году несколько колледжей в Ковентри объединились в Ланчестерский политехнический институт , названный так в память о Фредерике Ланчестере. [48] В 1987 году он был переименован в Ковентрийский политехнический институт , а в 1992 году стал Университетом Ковентри .
Библиотека Ланчестера Университета Ковентри открылась в 2000 году. Ее название увековечивает память Фредерика Ланчестера и предыдущее воплощение университета как Политехнического института Ланчестера. Как и многие работы самого Ланчестера, по-видимому, независимо от условностей, ее форма отображает способ ее функционирования.
Его отличительный внешний вид обусловлен энергоэффективными характеристиками здания, в котором используются световые колодцы и вытяжные трубы для подачи воздуха через здание, что обеспечивает естественную вентиляцию.
Скульптура под открытым небом , Памятник автомобилю Ланчестера , в районе Блумсбери, Хартлендс, Бирмингем, спроектированная Тимом Толкином , находится на месте, где компания Ланчестера построила свой первый четырехколесный бензиновый автомобиль в 1895 году. Она была открыта дочерью Фрэнка Ланчестера, миссис Марджори Бингеман, и историком Ланчестера Крисом Кларком на митинге в честь столетия в 1995 году.
{{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )Тома 1 и 2 представляют собой подробные иллюстрированные отчеты об автомобилях Lanchester. Том 3 охватывает другие изобретения Lanchester.
