ТВОРЦЫ ПЕРВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

 

 

Тархит Таренский

Герон Александрийский

Архимед

Леонардо

     Христиан Гюйгенс

     Дени Папен

Томас Сейвери

 Томас Ньюкомен

Джеймс Уатт

    Филипп Лебон

Жозеф Ньепс

Этьен Ленуар

Альфонс Бо де Роша

   Николаус Август Отто 

Готлиб Даймлер 

  Рудольф  Дизель

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

«Человек не имеет крыльев и по отношению веса

своего тела к весу мускулов в 72 раза слабее птицы… Но я думаю, что он полетит, опираясь не на силу своих мускулов, а на силу своего разума".

 

Н.Е. Жуковский, 1898 г.

 

Ради человека Прометей похитил у зазевавшихся богов Олимпа огонь. Люди, заполучив даровую энергию, конечно, стали более лучше наслаждаться жизнью: жарить на огне шашлык, читать  при свете костра палеолитные новости.

Результатом приручения огня стало свободное время. В связи с этим, обнаружилось замечательное человеческое свойство – лень. Которая, как ныне известно, — то ли двигатель, то ли движитель прогресса.

Человек начал изобретать способы превращения заключенной в дарах природы силы в различного рода полезные для себя и вредные для врагов действия.

В 400 году до н.э. греческий философ, ученый, полководец и друг Платона Архит (Archytas) Таренский изготовил для потехи публики  деревянного голубя, который был понуждаем силой истекаемого из него воздуха двигаться вдоль проволоки.

 В первом веке н.э. Герон Александрийский (Heronus Alexandrinus) изготовил вращающийся под действием пара Эолипил (шар бога ветров Эола), прототип появившегося два тысячелетия спустя реактивного двигателя.

В рукописях Леонардо да Винчи остались эскизы навеянного идеями Архимеда артиллерийского парового орудия: заклепанная с одной стороны труба, с дульного среза которой вставляется ядро. Для производства выстрела часть  трубы нагревается до высокой температуры, вливается вода, и образовавшийся пар выталкивает из пушки ядро. Система ядро-ствол  — прототип  системы поршень-цилиндр.

В 1680 году физики голландец Христиан Гюйгенс (Christian Huygens)  и  француз Дени Папен (Danny Papene) разработали пороховой двигатель внутреннего сгорания. В вертикальном цилиндре размещался перемещающийся вверх вниз поршень, который посредством перекинутого через блок троса соединялся с грузом-противовесом. Когда поршень находился в нижнем положении, в цилиндр насыпался порох и поджигался. Образовавшиеся газы толкали поршень вверх. Затем цилиндр снаружи обливался водой, газ охлаждался, терял давление, поршень опускался, поднимая груз.

2 июля 1698 года английский механик, управляющий одной из угольных шахт  Томас Сейвери (Thomas Savery) получил королевский патент на «новое изобретение для подъема воды и создания движения на любом заводе посредством движущей силы огня, которое будет иметь большое применение и преимущество для осушения шахт, снабжения городов водой, и для работы любых заводов при отсутствии водных потоков или постоянно дующих ветров…».

В водяном насосе, предназначенном для откачке воды из глубоких шахт и названном автором «Друг рудокопа», Сейвери отказался от использования поршня, зато для производства пара предусмотрел отделенный от цилиндра паровой котел. Насос имел кпд  порядка одного процента и требовал  участия рабочего для периодического включения и отключения кранов.

В 1705 году английский кузнец Томас Ньюкомен (Thomas Newcomen)  использовал для паровой машины цилиндр с поршнем, но, как и Сейвери, производил пар не в цилиндре, а в отдельном паровом котле.

Рабочих, уныло переключавших краны паровых машин, отправил на заслуженный отдых шотландский механик и будущий член Эдинбургского и Лондонского королевских обществ, а также Парижской Академии наук Джеймс Уатт (James Watt). Этому родившемуся с хлипким здоровьем человеку было суждено  создать универсальный паровой двигатель, который положил начало промышленной революции в Европе. Усовершенствования Уатта:

—   конденсатор, позволяющий не тратить энергию на периодическое охлаждение и нагрев цилиндра;

—   двойное действие поршня (оба хода, вверх и вниз, рабочие);

— кривошипно-шатунный механизм, преобразующий возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение колеса;

— парораспределительный механизм (автоматическое переключение клапанов впуска и выпуска пара).

Первый патент на паровой двигатель с конденсатором Уатт получил в 1768 году. Уатт предложил понятие «лошадиная сила», его именем названа единица мощности — ватт.

Универсальный двигатель требовался промышленности,  транспорту.  Однако, паровой котел занимал слишком много места.  К тому же приходилось долго разогревать котел.  Возникла идея ДВС, двигателя внутреннего сгорания — сжигать горючее непосредственно в рабочих цилиндрах. Отвечающие запросу техники изобретения не заставили себя ждать.

1801 год – патент французского инженера Филиппа Лебона (Philippe Lebon) на конструкцию газового двигателя, аналога двигателя парового, в котором пар заменен взрывающейся смесью светильного газа с воздухом – начало воплощения в жизнь идеи ДВС.

1806 год – создание братьями Жозефом Нисефором и Клодом Ньепсом (Nisefor & Cloude Niepce) двигателя внутреннего сгорания, названного авторами «pireolofor», в переводе с греческого — «влекомая огненным ветром». Братья поставили свой двигатель на лодку и без помощи весел весело ходили на ней по речке против течения.

1859  год — бельгийский инженер Жан Жозеф Этьен Ленуар (Jean Joseph Etienne Lenoir) построил двухтактный двигатель, в котором горючая смесь светильного газа с воздухом засасывалась в цилиндр, и на половине хода поршня воспламенялась электрической искрой от индукционной катушки.  В 1863 году Этьен Ленуар улучшил конструкцию своего двигателя, применив керосин вместо газового топлива. Этот двигатель был установлен на трехколесный прототип современных машин с ременным приводом на заднюю ось. Ленуар также разработал карбюратор под нефтяное топливо.

1862 год — французский инженер Альфонс Бо де Роша (Alphonse Beau de Rochas) запатентовал четырехтактный ДВС.

1866 год — немецкий инженер Николаус Август Отто (Nikolaus August Otto) усовершенствовал конструкции Ленуара и де Роша. Через 10 лет Отто запатентовал четырехтактный ДВС, почти в пять раз более экономичный, чем  двигатели Ленуара.

1885 год — Готлиб Даймлер (Gottlieb Daimler) изобрел  двигатель с вертикальными цилиндрами и бензином, вводимым через карбюратор. В 1889 году Даймлер предложил V-образное расположение цилиндров и использование клапанов, намного увеличивших удельную мощность двигателя.

28 февраля  1892 года — Дизель Рудольф Кристиан Карл (Diesel Rudolf Christian Karl) получил патент на поршневой двигатель, работающий по принципу самовоспламенения распыленного топлива от воздействия разогретого от сжатия воздуха. В 1897 году на заводе в Аугсбурге, Рудольф Дизель создает первый практический дизельный двигатель. Термический КПД двигателя  составлял 26 % — вдвое выше, чем у паровой машины.

 

По мере своего появления на свет тепловые двигатели расхватывались промышленностью и транспортом как горячие пирожки на ярмарке. В 1852 году совершил полеты дирижабль Анри Жифара с воздушым винтом, который приводился во вращение паровой машиной мощностью 3 л.с.  К началу ХХ века двигатели внутреннего сгорания  применялись на заводах и фабриках, служили делу комфортного перемещения человека в земной, водной и воздушной стихиях.

Отставали в этой сфере лишь летательные аппараты тяжелее воздуха. Этим капризным созданиям требовались не любые лошадиные силы, но лишь такие, которые можно было упаковать в силовую установку минимальной массы и объема. Паровая машина Уатта, производившая одну лошадиную силу сооружением в тонну массой, ни для каких Икаров не годилась.

Спасение утопающих – дело рук самих утопающих. Пионеры авиации, разрабатывая проекты, разрабатывали и способы приведения их в действие.

Маленькие модели самолетов и геликоптеров использовали для полета аккумуляторы энергии в виде согнутого лука, закрученной пружины или закрученной упругой резинки.

Леонардо да Винчи, будучи мизантропом, предложил использовать человека в качестве двигателя: заставить его ввинчивать летательный аппарат в воздух. Однако даже гениальный творец эпохи кватроченто не мог заставить хлипкое существо, способное развивать мощность всего в одну пятую от одной лошадиной силы, прыгнуть выше головы. 

Один из первых примеров разработки одновременно геликоптера и мотора к нему, это блистательная работа француза Густава-Понтона Д'Амекура. В 1863 году героический энтузиаст вертикального взлета построил модель соосного аппарата с двухцилиндровым паровым двигателем. Масса мотора с паровым котлом составляла 2 кг – 70% от массы всего аппарата. Паровик развивал мощность порядка половины лошадиной силы, удельная мощность q составила 0,05 л.с./кг. Вращающиеся несущие винты давали 0,7 кг подъемной силы, модель облегчалась на четверть веса.

В 1885 году неудавшуюся попытку взлета предпринял самолет конструкции  русского изобретателя Александра Федоровича Можайского. На самолете с взлетной массой 1266 кг была установлена паросиловая установка, состоящая из двух двигателей, с индикаторной мощностью 20 и 10 л.с., и общего парового котла с конденсатором. Масса силовой установки составляла 167 кг, соответственно, q = 0,18 л.с./кг.

В 1893 году английский инженер и промышленник, изобретатель многоступенчатой реактивной паровой турбины Чарлз Алджерон Парсонс (Charles Algernon Parsons), производил опыты с моделью  геликоптера, оснастив аппарат легким паровым двигателем собственной конструкции. Модель поднималась на высоту нескольких метров.

Энергетический барьер пилотируемого летательного аппарата удалось преодолеть французскому изобретателю и промышленнику Клементу Адеру, который установил на свой самолет «Эол» паровую машину мощностью 20 л.с. и массой 63 кг (q = 0,32 л.с./кг). 

Установленный на биплане Флаер-1 конструкции братьев Райт бензиновый двигатель внутреннего сгорания, был изготовлен механиком Чарли Тэйлором. Для снижения веса двигателя основные его части были сделаны из алюминия. Мощность двигателя составляла 9 кВт, вес силового агрегата — 77 кг. Система впрыска и подачи топлива как таковая отсутствовала, бензин поступал свободным способом из бака по трубопроводу. Удельная мощность ДВС самолета, совершившего в 1902 году  первый настоящий полет с пилотом на борту, равнялась 0,16 л.с./кг.

Геликоптер, который, как известно, еще тяжелее воздуха, чем самолет, смог оторваться от грешной земли с 24-сильным мотором «Анзани», удельная мощность которого составляла 0,41  л.с./кг (этот мотор, массой 65 кг, имел 26-килограммовый маховик; в 1909 году он стоил 3000 франков – тогдашняя зарплата квалифицированного рабочего за полтора года).

Добавить комментарий

WordPress SEO