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约翰·阿诺德 与 托马斯·恩肖 ——《航海天文钟:连载十四》
添加日期:2022/2/16    访问 373 次   
约翰·阿诺德(John Arnold)
 
开发一台简单而可靠的航海天文钟是两个竞争同乡的共同目标,这种航海天文钟的制造成本要能使其成为远洋船只都能负担得起的必要设备。
 


约翰·阿诺德(John Arnold)
 
约翰 · 阿诺德于1736年出生于康沃尔郡的博德明(Bodmin, Cornwall)。作为当地表匠的儿子,他很自然地成为了他父亲的学徒;然而,看来乡下的生活并不适合约翰,他违反了契约,逃到荷兰,在那里找到了一份钟表行业的工作。20岁时,他来到伦敦,在那里过着朝不保夕的生活,直到他遇到了一位麦奎尔先生(Mr McGuire),麦圭尔先生资助他,让他成为一名表匠。阿诺德证明了自己是一名优秀的商人,也是一名优秀的工匠,他的生意蒸蒸日上。他在荷兰学到的德语知识,在他觐见乔治三世时派上了用场。1764年,他因向国王展示一块非凡的表,从而声名鹊起。它装在一个指环上,直径大约12毫米,它不仅能保持准确的时间,还是一个“两问”表(quarter repeater),小巧的音簧可以报时报刻。这是一个不可思议的成就,在当时引起了轰动。阿诺德得到了500基尼(英国旧时金币或货币单位)作为奖励,并拒绝了俄罗斯凯瑟琳大帝(Catherine the Great of Russia)提供的制造类似表的双倍报酬,理由是他希望乔治国王的表是独一无二的。他事业上的成功使他有更大的自由度去尝试,很快他就看中了航海计时器。1770年,他向经度委员会提交了一台机器,正如5月26日的会议记录显示:
 
阿诺德先生,波尔迈尔(Pall Mall)的一名表匠,他带着一个新制造的计时器出席了会议,向委员会展示,并强烈推荐。他被告知,如果他再制造这样一台计时器,便可以进行海试。
 
阿诺德按时制造了第二台计时器,并在第二年提交给了委员会,报告称其成本只有大约60基尼,仅为哈里森、肯德尔和马奇之前计时器成本的一小部分。委员会向他预付了300英镑,条件是这笔款项应从他向委员会提供的任何计时器的成本中扣除。
 
阿诺德早期计时器的摆轮布置和温度补偿与哈里森相同;然而,他使用了一种枢轴式棘爪擒纵机构,理论上,这是在哈里森和马奇设计上的一个重大改进。这个擒纵机构似乎与勒·罗伊(Le Roy)和贝尔索德(Bertoud)的擒纵机构没有什么关系,虽然缺乏法国设计的优雅简洁,但它确实表明阿诺德也是沿着同样的路线独立前进。
 
此时,海军部正在为库克第二次南大洋航行装备两艘船只——“决心号”(Resolution)和“冒险号”(Adventure)。肯德尔的K1已经注定要陪同探险队,阿诺德渴望能在这次航行中测试他的计时器。因此,阿诺德的三个计时器都进行了测试;但结果并不如阿诺德所希望的那样:所有三台计时器的表现都非常糟糕,在计时方面表现出了巨大的误差。问题似乎出在他的温度补偿上,它似乎已经停止工作了;这可以解释在不同温度下的巨大误差。可以理解地,委员会拒绝向阿诺德支付任何进一步的款项,“直到他们有更好的证据能证明他们手中的表的优点,或者满意阿诺德已经取得了相当大的改进”。
 
阿诺德没有因为这次挫折而沮丧,继续努力改进他的航海天文钟。他在1776年取得了几个重要的进展。他采用了柱状游丝(the helical form of balance spring)和一种将双金属条内置在摆轮中的新型温度补偿装置。他还开发了一种简化的、大大改进了的枢轴式棘爪擒纵机构,此时,阿诺德决定用专利保护他的改进发明;虽然这些早期的专利是如此含糊不清,以至于它们对阿诺德几乎没有什么保护,这些专利倒过来还会阻碍他从经度委员会那里得到任何进一步的支持,因为获得支持的条件之一就是所有发明不应该申请专利。


约瑟夫·班克斯(Joseph Banks)向阿诺德支付100英镑用于购买一枚便携式航海天文钟的收据
 
很快,这些改进取得了巨大成功,阿诺德开始生产不少便携式航海天文钟,毫无疑问,他看到了自己的计时器开辟新市场的机会。与悬挂在万向支架上使其始终保持水平位置的航海天文钟不同,便携式表必须经过在不同的位置调校才能准确计时。尽管有这一严重的缺点,阿诺德的便携式航海天文钟的性能还是非常好。一枚在正常使用情况下的便携式航海天文钟,经过了一年多的正式测试,每天的误差从未超过三秒。
 
不清楚阿诺德到底是什么时候设计出锁簧式棘爪擒纵机构;后来成为了与托马斯·恩肖的激烈争论,他声称自己对这一重要发展成果拥有优先权。早期的枢轴和游丝被淘汰,减少了摩擦以及给棘爪枢轴加油的必要,使整个装置布局更加坚固可靠。


阿诺德锁簧式棘爪擒纵机构
 
在阿诺德推出他的锁簧式棘爪擒纵机构的同时,他还开发出最终形式的补偿摆轮,并于1782年获得专利。这种形式的摆轮使用双金属补偿带作为摆轮的轮缘,并带有可移动的砝码,用于调整温度补偿量。这种温度补偿摆轮的设计,后来经过恩肖的改进,成为下一个半个世纪航海天文钟和高档表中所有平衡摆轮的设计标准。
 
与经度委员会的争论仍在继续,他对奖金的申请没有任何进展。与此同时,阿诺德正忙于建立一家航海天文钟的工厂,并于1785年将工厂迁至埃塞克斯的奇维尔(Chigwell in Essex)。这是一个非常重要的发展,因为他终于能够以相对简单的设计制造出可靠的航海天文钟,而成本只是以前仪器的一小部分。1790年,他让他的儿子约翰·罗杰·阿诺德(John Roger Arnold)成为了这个蓬勃发展行业的合伙人,约翰·罗杰曾在巴黎接受宝玑(Breguet)先生的培训。
 


阿诺德的“Z型”摆轮,带有双金属带和金制螺旋型游丝
 


阿诺德一家

老阿诺德于1799年去世,享年63岁。泰晤士报(Times)刊登了讣闻:
 
上周日早上,约翰·阿诺德先生去世,他住在肯特郡埃尔瑟姆附近的威尔霍尔(Well Hall near Eltham in Kent)。作为一名机械师,他的能力和勤奋将被他的国家铭记。他是现在的自由式擒纵机构的发明者,也是第一位将金制螺旋型游丝应用于计时器摆轮上的艺术家。大约三年前,他从商界退休,但是他那活跃的头脑仍在努力完成他最热爱的研究,他称之为计时器制造的终极之作,制造出一台航海天文钟,与目前公开的任何计时器都大不相同,并且更加优越。他的儿子继承了他的事业,J9九游会(www.j9.com) 知道,他掌握着他父亲所有的绘图和模型,如今,J9九游会(www.j9.com) 希望从他那里完成这一宏伟目标——通过计时器发现经度。
 
不用说,这些夸张的说法引起了激烈的争论,尤其是对恩肖,J9九游会(www.j9.com) 应该看到,他在航海天文钟设计中的许多重要发展方面,同样占有一席之地。遗憾的是,约翰·罗杰·阿诺德(John Roger Arnold)不是像他父亲那样的出色钟匠或商人,他的母亲似乎在这家企业中占据主导地位。尽管委员会在1806年为表彰他父亲的成就而给予了迟来的1678英镑的奖金,但这家企业还是萎靡不振。1830年,他与才华横溢的丹特(E.T. Dent)合伙,使公司重现昔日光芒。约翰·罗杰逝世于1843年,公司由查尔斯·弗罗德沙姆(Charles Frodsham)接管。


约翰·阿诺德的便携式表
 
托马斯·恩肖(Thomas Earnshaw)

恩肖于1749年出生于阿什顿(Ashton),也许在伦敦成为了一名表匠学徒。他很快以一流的工匠而闻名,并为包括约翰·布罗克班克(John Brockbank)和托马斯·赖特(Thomas Wright)在内的几位著名制表师完成表的最终组装。后来他开始专攻表中宝石,制造红宝石轴承和擒纵机构零件。
 


托马斯·恩肖(Thomas Earnshaw)
 
在他1806年出版的《经度——公众呼吁》(Longitude - an Appeal to the Public)一书中,他声称,在1780年为布罗克班克工作时,正如贝尔索德和阿诺德所开发的那样,以同样的方式制造枢轴式棘爪擒纵机构。有一天,他突然想到他可以改进设计,他意识到,棘爪的轴榫和复位游丝可以通过在游丝上安装完整的棘爪来替换:拥有弹性的棘爪可以朝侧移动,并在产生脉冲后恢复到原始位置。这种装置避免了给棘爪轴榫上油的需要,使擒纵机构更简单、更可靠、更坚固。恩肖声称,1782年,他在保密承诺的情况下向布罗克班克展示了他新的擒纵机构。不幸的是,恩肖有一个大家庭要供养,他负担不起申请专利所需的100基尼。1783年,他与托马斯·赖特达成协议,由托马斯·赖特将获得这项专利,并允许恩肖生产带有新擒纵机构的表,前提是向赖特支付每只手表一基尼的版税。与此同时,恩肖声称布罗克班克违背了他的保密承诺,将这项发明透露给了阿诺德,几天之内,阿诺德就获得了一项非常类似的擒纵机构专利,比莱特的专利早了一年。


恩肖的摆轮

恩肖的第二个重要创新是改进了制造补偿摆轮的方法。阿诺德制造双金属带的方法是把黄铜和钢带焊接在一起,将它们弯曲成形,然后用螺丝固定在摆轮上。恩肖发明了一种将黄铜和钢带熔合在一起的方法,使得双金属带更加稳固。
 
这些发明的优先权一直存在激烈的争议,且从未得到解决;然而,事实证明,恩肖的模式更为成功。与阿诺德的设计不同,他的设计不需要在擒纵轮齿上润滑油,这是一个相当大的优势;恩肖的设计也更容易,因此生产成本更低。过了好几年,他才自己创业。由于缺乏阿诺德和其他伦敦顶尖制造商的人脉和商业头脑,恩肖被迫以制造航海天文钟的机芯为生,让其他制造商以他们的品牌销售——这些机芯通常都印有“赖特专利”(Wright's Patent)的印记。当时的制表业已是一个高度组织化的行业,工匠们专门生产许多零部件中的每一个,这些零部件被“制造者”购买并进行最后处理和组装。和后来的几个世纪一样,零售商购买完整的手表,并以自己的品牌销售,这是普遍的做法。
 
恩肖一直在寻找改善其财务状况的方法,他把注意力转向了经度奖的10,000英镑,只要符合严格的测试规则,任何制造者都可以得到这个奖。内维尔·马斯基林(Neville Maskelyne)被说服对恩肖的一个便携式航海天文钟进行私下试验;毫无疑问,仪器上制造商的名字“威廉·休斯”(Wm Hughes)让他大吃一惊。恩肖解释说,他“不得不为其他有客户需求的表匠制作这些计时器......尽管这些表匠与这些计时器的制造没有任何关系,如同那些购买者一般。”脾气暴躁的马斯基林似乎对恩肖留下了很好的印象,并特意在委员会面前称赞他;他对这台航海天文钟的性能印象深刻,据说如果另外两台仪器能够生产出来,便会安排正式海试,但结果什么也没有。
 
最终,恩肖得以摆脱对其他制造者的依赖,自己正式创业。到了1791年,他的生意已经做得不错,可以雇用几个工人来帮助他生产便携式和大一些的盒式航海天文钟。那一年,威廉·布莱船长被派往南大洋进行第二次远征,以完成采集面包果树的任务,这是他在命运多舛的邦蒂号(HMS Bounty)上已经首次尝试过的。海军部命他购买一个计时器,于是他请制造商将他们的航海天文钟样品送到格林威治进行测试;恩肖带着5枚便携式航海天文钟参加,阿诺德和布罗克班克带着盒式航海天文钟参加。布莱最终选择了恩肖的其中一台仪器,并颁发了以下证书:
 
兹向英国皇家海军的主要官员和专员证明,托马斯·恩肖先生以四十基尼的价格将一枚编号1503带有金属壳的航海天文钟交给了我。我进一步证明,这只表曾在Flamsteed House(皇家天文台)与其他价格高得多的表进行比较,而它的误差更小,基于此,我将其纳入政府账目。
1791年7月 (署名)威廉·布莱
 
恩肖与经度委员会的关系仍然很难说得清楚;他抗辩说,他们为经度奖强加的条件使得成功几乎变得不可能。到目前为止,他已经取得了相当大的成功,在经过数年他认为不公平的海试后,他放弃了获奖的希望,干脆向委员会申请他们认为合适的任何奖励。尽管委员会承认恩肖的仪器性能表现一直优于其他制造商的,但他不得不回应竞争对手的指控,即他从阿诺德那里窃取了一些他的改进发明。委员会对这些指控进行了调查,由此产生的对其他行家的尖刻指责没有给他们带来任何好处,最终,除了会长约瑟夫·班克斯(Joseph Banks)之外(他是阿诺德的赞助人),整个委员会都站在恩肖这边。他们得出结论,所有的证据都倾向于恩肖这边,尽管他不能证明自己的改进发明有绝对的优先权,但它们确实是原创的。
 


恩肖的航海精密计时器
 
委员会最终决定给阿诺德和恩肖同等的3000英镑的奖金,以表彰他们的成就;虽然恩肖很不情愿地接受了这个奖项,但他还是决定向国会请愿,要求得到他认为应得的公正。因此,这段令人遗憾的插曲持续争吵了多年,两派的支持者都沉迷于铺张浪费的出版物;恩肖本人也出版了一本300页的书,以最无节制的措辞阐述自己的情况。负责审查各项主张的国会委员会得出结论认为,无法根据现有的证据来决定各项发明的优先权,并且他们没有理由干涉经度委员会的结论。
 
尽管在这些纠纷中浪费了大量的时间和精力,恩肖还是比任何其他早期的制造商做了更多的工作,使得英国航海天文钟的制造拥有了坚实的基础,事实证明,正是他的设计最为成功,并很快占据了行业的主导地位。1829年在他去世后,他的儿子接手了他的事业直到1850年。

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