שארלוט דאנדס (ספינת קיטור, 1801)

"שארלוט דאנדֶס" (באנגלית: Charlotte Dundas) הייתה ספינת הקיטור השימושית הראשונה בעולם, חלוצה ופורצת דרך מבחינה טכנולוגית, והמבשרת של ספינות המשוטה הגדולות, תחילה באמריקה ואחר כך גם בבריטניה ובאירופה. היא תוכננה על ידי הממציא הסקוטי ויליאם סימינגטון (William Symington) כספינה נסיונית לגרירת אַרְבּוֹת-מַשָּׂא בתעלת פורת' אנד קלייד בסקוטלנד (אנ'), וערכה הפלגות מבחן בשנים 1801–1803. במהלך אחת מהפלגות המבחן גררה לאורך התעלה שתי אֲרָבוֹת, תפוסת כל אחת מהן 70 טון, למרחק כ-20 ק"מ ב-6 שעות מול רוח נגדית. למרות הצלחתה המוכחת סירבו בעלי חברת התעלה ומנהליה להפעיל את הספינה, מחשש שהאֲדָווֹת שיצרה תוך כדי שיוטה יהרסו את גדות התעלה. הספינה הושבתה ונזנחה וב-1861 נגרטה. ארבע שנים אחרי השבתתה של "שארלוט דאנדֶס", ב-1807, השיק רוברט פולטון בנהר הדסון בניו יורק את "נורת' ריוור" (North River), ספינת הקיטור המסחרית הראשונה בעולם, המוכרת יותר בשם "קלרמונט". ויליאם סימינגטון (1764–1831) נולד בלידסהיל, כפר כורים בדרום לנרקשיר שבסקוטלנד. אביו ואחיו ג'ורג' עבדו כמהנדסי מכונות במכרות הפחם במקום. הוא יועד לכמורה בכנסייה הסקוטית, אך החליט ללכת בעקבות אביו. בשלהי שנות ה-70 של המאה החל לעבוד במכרה ונלוקהד (Wanlockhead), וסייע שם לאחיו להתקין מנוע קיטור מתוצרת בּוּלטוֹן אֶנד וָאט. תוך כדי עבודתם עסקו האחים סימינגטון ומפקח המכרה ג'ון טיילור בתכנון כרכרת קיטור, ואף בנו דגם קטן כדי להציגו בפני משקיעים פוטנציאליים. מנהל המכרה, ג'ילברט מִיסון, שהבחין בכישרונו יוצא הדופן של סימינגטון הצעיר, שלח אותו ללימודי מדעים באוניברסיטת אדינבורו. במהלך לימודיו המשיך סימינגטון לעסוק בשכלול מנוע הקיטור האטמוספירי של ואט, וב-1787 רשם פטנט על המצאתו. פטריק מילר מדלסווינטון ויליאם סימינגטון שמעו של סימינגטון הגיע לאוזני הבנקאי הסקוטי פטריק מילר מדֶלְסווינטוֹן (אנ'). מילר התעניין בהנעה מכנית של כלי שיט, רשם על כך מספר פטנטים, ואף בנה סירות קָטָמָרָן לפנאי שהונעו על ידי גלגלי משוטות (paddle wheels) בכוח השרירים. השניים נפגשו בביתו של ג'ילברט מיסון, וסימינגטון הציג בפניו את דגם כרכרת הקיטור והסביר כי לדעתו אפשר גם אפשר להתאים את מנוע הקיטור להנעת סירות. מילר השתכנע, ויחד בנו את סירת המשוטות הקיטורית הראשונה שלהם. הייתה זו אחת מסירות הקטמרן של מילר, אורכה 25 רגל ורוחבה 7 רגל, עשויה פח ברזל, ובה התקין סימינגטון מנוע קיטור קטן של שני צילינדרים פרי תכנונו (קוטר 4 אינץ' ואורך מהלך 18 אינץ') שיוצר על ידי בית יציקות ברונזה באדינבורו. באוקטובר 1788 נוסתה הסירה בהצלחה באגם דלסווינטון (Dalswinton Loch) והגיעה למהירות של 5 מייל לשעה. מילר היה שבע רצון מתוצאות הניסוי והחליט להמשיך בניסויים בכלי שיט גדול יותר. מנהלי "בית היציקה קֶרון" (Carron Iron Works) (אנ'), שנכחו גם הם בניסוי, הצטרפו למיזם כמשקיעים. הספינה הנסיונית השנייה הייתה גם היא של מילר – קטמרן באורך 60 רגל ולה שני גלגלי משוטים. סימינגטון התקין בה מנוע שני צילינדרים (קוטר 18 אינץ', אורך מהלך 3 רגל) שיוצר על פי הנחיותיו בבית היציקה קֶרון. מנוע הקיטור סובב את שני גלגלי המשוטות שלה באמצעות שרשרת וגלגל מחגר (ratchet), מתכנונו של סימינגטון. בניית המנוע ארכה זמן רב מהמתוכנן וגם עלות ייצורו הייתה גבוהה משהעריך סימינגטון. הפלגת המבחן הראשונה נערכה בתחילת דצמבר 1789 בתעלת פורת' אנד קלייד בהשתתפות מנהלי חברת קֶרוֹן; בתחילה שטה הסירה היטב, אך כאשר הגדילו למקסימום את מהירות המנוע, לא עמדו גלגלי המשוטים במאמץ והתפרקו. נבנו גלגלי משוטים חדשים וחסונים יותר, ובהפלגת המבחן הנוספת ב-26 בחודש הגיעה הספינה למהירות של 7 מייל לשעה ללא כל תקלות. מילר, שלא השתתף בניסוי השני, סבר כי מנגנון ההנעה של גלגלי המשוטים באמצעות שרשרת וגלגל מחגר אינו אמין, ולאחר התייעצות עם ג'יימס ואט זנח את המיזם. המנוע פורק והוחזר למפעלי קֶרוֹן, וסימינגטון שב לעבודתו בייעוץ הנדסי ובהתקנת מנועים במכרות בוונלוקהד. העניין של סימינגטון בהנעת כלי שיט על ידי מנוע קיטור לא פסק, אך רק ב-1800 נקרתה לו הזדמנות נוספת לממש את רעיונותיו. תומאס, לורד דאנדס (אנ'), איש אצולה ופוליטיקאי סקוטי, שהחזיק בנתח המניות הגדול ביותר של חברת תעלת פורת' אנד קלייד והיה מנהלה הראשי, הכיר את המיזם של מילר וסימינגטון; הוא פנה אל סימינגטון בהצעה לתכנן ספינת קיטור שתגרור את ארבות-המשא בתעלה במקום סוסי העבודה. הספינה עצמה, שנקראה "שארלוט דאנדס" על שם בתו של לורד דאנדס, תוכננה כנראה על ידי קפטן ג'ון סכֶנק (אנ') מן הצי המלכותי (אנ') ונבנתה על ידי ג'ון הארט מגריינג'מאות'. הניסויים נעשו בקֶרוֹן באוגוסט 1801, אך ביצועי הספינה היו בלתי מספקים, וסימינגטון החליט לבנות כלי שיט חדש ומשופר. בניית הספינה השנייה, שנקראה גם היא "שארלוט דאנדס", מומנה על ידו ועל ידי חברת קֶרון. "שארלוט דאנדס" השנייה הייתה בעלת גוף עץ ונבנתה על ידי ג'ון אלן מגריינג'מאות' בפירת' אוף פורת' מיולי עד ספטמבר 1802. אורכה 65 רגל, רוחבה 16 רגל ועומקה 8 רגל (19.8 x 2.4 x 4.9 מטר). גלגל המשוטות הותקן בתוך גומחה מוארכת באמצע חלקה האחורי, וההיגוי נעשה על ידי שני לוחות הגה. מנוע הקיטור החדשני שלה תוכנן על ידי סימינגטון, ונבנה יחד עם דוד הקיטור (אנ') והארובה על ידי חברת קֶרוֹן. המנוע היה בעל צילינדר אחד אופקי, מסוג פעולה כפולה, כלומר הקיטור סופק לשני צדדי הבוכנה לסירוגין. קוטר הצילינדר 22 אינץ', אורך המהלך 48 אינץ' (0.56 x 1.22 מטר), וההספק הנומינלי 10 כוחות סוס. החידוש במנוע, שסימינגטון רשם עליו פטנט ב-1801, היה באופן המרת התנועה הקווית של הבוכנה לתנועה סיבובית של החלק המונע, במקרה זה גלגל משוטות; הוא נבדל בכך שהעברת התנועה נעשתה בצורה ישירה, ללא תיווכה של קורה עילית, כנהוג אז בכל מנועי הקיטור. קצה מוט הבוכנה במנועו של סימינגטון התחבר לראש צלב (אנ') שנשען על גלגלון והחליק קדימה ואחורה לאורך מסילה על מסגרת המנוע; הטלטל שהתחבר לפין ראש הצלב סובב ארכובה על ציר גלגל המשוטות. סידור זה הקטין במידה משמעותית את גובה המנוע ואת משקלו, תרם למהירות קצובה של גלגל המשוטות והיה יעיל יותר. הפלגת הניסוי הראשונה נערכה ב-4 בינואר 1803 בתעלת פורת' אנד קלייד, ובמהלכה גררה "שארלוט דאנדס" ארבת משא מסטוקינגפילד אל פורט דאנדס לעיני קהל רב שנאסף על גדות התעלה. לאחר שיפורים ושינויים נוספים יצאה "שארלוט דאנדס" ב-28 במרץ 1803 להפלגת המבחן השנייה, אליה הצטרפו לורד דאנדס וג'נטלמנים נוספים. במהלך הניסוי גררה הספינה שתי ארבות-משא בנות 70 טון כל אחת – "אֶקטיב" ו"יוּפֶמיה" (Active, Euphemia) למול רוח נגדית ולמרחק של 19.5 מייל ב-6 שעות (מהירות 3.25 מייל לשעה = 5.2 קמ"ש), מלוא אורכה כמעט של תעלת פורת' אנד קלייד. סימינגטון כתב לימים, כי אף כלי שיט אחר לא העז להפליג באותו יום בתעלה במעלה הרוח. למרות התוצאות המוצלחות התנגדו בעלי המניות של חברת התעלה להפעלת "שארלוט דאנדס", מחשש שהגלים שיצר גלגל המשוטות שלה יהרסו את גדות התעלה והנזק שייגרם יהיה גדול מהתועלת. וכאילו לא די בכך, דוכס ברידג'ווטר (אנ'), הבעלים של תעלת ברידג'ווטר בצפון-מערב אנגליה (אנ'), שהתעניין בעבודתו של סימינגטון ותכנן לבנות שמונה גוררות קיטור מסוגה של "שארלוט דאנדס" אם תוצאות הניסויים יעלו יפה, מת זמן קצר אחרי הפלגת המבחן השנייה. סימינגטון לא יכול היה להמשיך ללא כל חסות פיננסית, ובלית ברירה פורקו מכונותיה של "שארלוט דאנדס" והיא הושבתה במפרצון בתעלה, שם שכבה נרקבת עד 1861, אז פורקה ונגרטה. Bowie, Robert (1833), A Brief Narrative proving the right of the late William Symington, civil engineer, to be considered the inventor of Steam Land Carriage Locomotion; and also the inventor and introducer of Steam Navigation. London, Messrs. Sherwood, Gilbert, and Piper. Digitized copy in HathiTrust. "Charlotte Dundas" (2007) in: J. Hattendorf (editor), Oxford Encyclopedia of Maritime History. Oxford University Press, 2007. Vol. 1, pp. 390-391. Article written by Lincoln P. Paine. Charlotte Dundas Heritage Trail (2023): "The Charlote Dundas". MacPherson, Hamish (2019): "William Symington – the steam pioneer overtaken by competitors". The National, 2 December 2019. Museums Victoria, Item ST 4184: Engineering Drawing – William Symington, 'Charlotte Dundas' etc. Rankine, J. & W.H. (1862): Biography of William Symington, Civil Engineer. Falkirk, A. Johnston, Bookseller. Digitized copy in Internet Archive. Royal Institution (1802). "An Account of Mr. Symington's New Steam Boat". Journals of the Royal Institution of Great Britain, Vol. I, pp. 195-197. London, Royal Institution of Great Britain, 1802. Digitized copy in Internet Archive. Symington, William (1829): A Brief History of Steam Navigation. Reprinted from original copy (Falkirk 1829). In Possession of James Blaikie, Late of Panmure Foundry, Edinburgh, 1863. Transcribed in the site "William Symington". "Symington, William" (2013) in: Oxford Dictionary of National Biography. Article written by T.H. Beare (2004), revised by Michael S. Moss (2013). The Scots Magazine 1780-11, Vol. 50, Nov. 1788, p. 566. Digitized copy in Internet Archive. Woodcroft, Bennet (1854): Alphabetical Index of Patentees of Inventions from March 2, 1617 (14 James I.) to October 1, 1852 (16 Victoriae). First published 1854. London, Evelyn, Adams and Mackay, 1969. p. 554. Digitized copy in Hathitrust.org. Woodcroft, B. (1846-1847): "Steam Naviagtion" in: Transactions of the Society for the Encouragement of Arts & c. 1846-1847. Vol. 1, part 1, New series, pp. 301-340. London. מדיה וקבצים בנושא שארלוט דאנדס בוויקישיתוף שארלוט דאנדס, באתר אנציקלופדיה בריטניקה (באנגלית) "The Charlote Dundas" in: The Charlotte Dundas Heritage Trail, 2023. "William Symington" by W.S. Harvey (2001). Archived. J. and W.T. Rankine (1862), Biography of William Symington, Civil Engineer. Digitized copy, archived, last modified 2002. Scott, Ian (2005), "Forth and Clyde Canal". Falkirk Local History Society. "William Symington, British engineer" in: Britannica online. פירוסקאף (ספינת קיטור, 1783) קלרמונט (ספינת קיטור, 1807) קומט (ספינת קיטור, 1812) על הפטנט של סימינגטון מ-5 ביוני 1785: ‏Woodcroft (1846-47), p. 318; השיפור שהגה סימינגטון היה בשיטת עיבוי הקיטור בצילינדר, שהגדילה את הספק המנוע האטמוספירי של ואט ב-20% באותה תצרוכת הפחם. כמו כן המציא שיטה חדשה להמרת התנועה הקווית של בוכנת המנוע לתנועה סיבובית של משאבה, על ידי שרשרת, גלגל מחגר וציפורניים חוגרות. על הפטנט של מילר מ-1787:‏ Woodcroft (1846-47), p. 329. Oxford DNB (2004, 2013); Charlotte Dundas (2007), pp. 390-391; Bowie (1833), pp. 7-10. תיאור הניסוי הראשון על ידי סימינגטון: Symington (1829); תיאור הניסוי הראשון על ידי ג'ון טיילור: Woodcroft (1846-47), p. 335; ידיעה בעיתון: The Scots Magazine (1788), p. 566. Oxford DNB (2004, 2013); Charlotte Dundas (2007), pp. 391. תיאור הניסוי השני על ידי סימינגטון: Symington (1829); תיאור הניסוי השני על ידי טיילור: Woodcroft (1846-47), p. 337. Oxford DNB (2004, 2013); ‏Woodcroft (1846-47), pp. 353-355; ‏Charlotte Dundas Heritage Trail (2023); ‏Symington, William (1829). מאוספי Museums Victoria באוסטרליה. הכיתוב: "ספינת הקיטור שהמציא ויליאם סימינגטון והציג את יכולותיה בסדרת הפלגות מבחן בתעלת פורת' אנד קלייד ליד בית היציקה קֶרון בשנים 1801–1803 בחסותו של לורד דאנדס." השרטוט הוכן על ידי סימינגטון בסביבות 1828, ככל הנראה מן הזיכרון, כאיור לפמפלט שהוציא שנה אחר כך בשם Brief History of Steam Navigation, שבו תבע לקבל הכרה ממשלתית וציבורית – גם אם מאוחרת – להיותו חלוץ ספנות הקיטור. Museums Victoria, Item ST 4184. הספק נומינלי (nominal horsepower) הוא ההספק התאורטי שמפתח מנוע קיטור כשהוא פועל בלחץ קיטור סטנדרטי של 7 ליברות לאינץ' מרובע ולא בלחץ הקיטור השורר בצילינדר שלו בפועל. פרמטר זה שימש לאומדן ההספק של מנועי הקיטור הראשונים בתחילת המאה ה-19. הוא חושב על פי הנוסחה: 7 ליברות לאינץ' מרובע x שטח הבוכנה באינצ'ים מרובעים x מהירות הבוכנה הממוצעת ברגל לשנייה חלקי 33,000. (אנ') Woodcroft (1854) p. 554. לקצה אחד של הקורה, שנעה כנדנדה מעל הצילינדר, חובר מוט הבוכנה, ולקצה השני טלטל וארכובה (המצאה של ג'יימס פיקארד, 1780) או טלטל ותמסורת שמש וירח (המצאה של ויליאם מרדוך, 1781). Museums Victoria, Item ST 4184; Bowie (1833), pp. 10-12; ‏Symington, William (1829). Symington, William (1829); Woodcroft (1846-47), pp. 353-355; Charlotte Dundas Heritage Trail (2023); Oxford DNB (2004, 2013). Oxford DNB (2004, 2013); Symington, William (1829).