Факты о двигателе
Практически до XIX в. человеку были доступны лишь три вида двигателей. Первый из них преобразовывал мускульную силу человека или животного, второй был основан на использовании сил природы — воды и ветра, принцип действия третьего заключался в применении силы расширяющегося пара. С этими типами двигателей мы уже познакомились.
В XIX в. к этому списку добавились двигатели внутреннего сгорания (газовые, бензиновые, дизельные) и электрические моторы. В XX в., несмотря на то, что появилось большое количество принципиально новых двигателей — ядерные, плазменные и реактивные, применения на транспорте и в промышленности они практически не нашли. Поэтому сейчас чаще используются либо усовершенствованные моторы прошлого столетия, либо построенные на их основе новинки (например, в семействе ДВС относительно недавно появились гибридные и роторные двигатели).
Двигатель внутреннего сгорания
В конце XIX в. на смену паровому пришел двигатель внутреннего сгорания. Свое название это устройство получило потому, что горение смеси воздуха с топливом в нем происходит внутри корпуса и здесь же вырабатывается горячий газ, выполняющий работу. Поток газа может быть непрерывным, как в газовой турбине, или периодически повторяющимся, как в машине возвратно-поступательного действия или в роторном двигателе.
Работал на светильном газе
Первый надежно работавший двигатель внутреннего сгорания (ДВС) в 1860 г. сконструировал бельгийский инженер Жан-Жозеф Этьен Ленуар (1822—1900). Такой мотор работал на светильном газе и был двухтактным, то есть полный цикл работы поршня длился в течение двух его ходов.
Карбюратор
Наиболее удачные бензиновые двигатели практически одновременно и независимо друг от друга разработали немецкие инженеры Готтлиб Даймлер (1834—1900) и Карл Бенц (1844—1929). Так как такие моторы работали на жидком топливе, в них было установлено специальное устройство — карбюратор. В нем бензин испарялся, пары смешивались с воздухом и поступали в цилиндры двигателя.
Большая мощность
Первые двигатели внутреннего сгорания были одноцилиндровыми. В конце XIX в. появились двухцилиндровые двигатели, а с начала XX столетия стали распространяться четырехцилиндровые. Благодаря этому удавалось создать компактные ДВС высокой мощности с большим суммарным объемом цилиндров. Современные бензиновые ДВС имеют от 2 до 12 цилиндров, но чаще всего — 4. Движение каждого поршня в цилиндре происходит по четырехтактному циклу, что позволяет мотору работать более равномерно.
Могут работать в любой среде
В реактивных двигателях работа (тяга) создается струей выхлопных газов, выбрасываемых из сопла, расположенного в хвостовой части двигателя. В зависимости от области использования их можно разделить на два основных класса: воздушно-реактивные (для сгорания горючего используют кислород из атмосферы) и ракетные (содержат горючее и окислитель на борту и способны работать в любой среде, в том числе и в безвоздушном пространстве).
Назван в честь Рудольфа Дизеля
В дизельном двигателе воспламенение смеси топлива с воздухом осуществляется за счет сжатия воздуха, при котором происходит его нагревание до высокой температуры (600—650 °С) перед впрыскиванием топлива. Моторы такого типа работают на более низкокачественном топливе и имеют самый высокий термический коэффициент полезного действия среди всех тепловых машин. Патент на такой тип ДВС был получен немецким изобретателем Рудольфом Дизелем (1858—1913) еще в 1892 г. и впоследствии был назван в его честь.
Первый самолет с реактивным двигателем
Значительный вклад в развитие реактивных двигателей сделал английский авиационный инженер Фрэнк Уиттл (1907—1996). Работая над усовершенствованием газовой турбины, он изобрел и в 1930 г. запатентовал реактивный двигатель. В этой же области работал и немецкий инженер Ханс Пабст Охайн (1911—1998), которого также считают отцом реактивного двигателя. В 1939 г. рабочий вариант его двигателя был изготовлен и установлен на самолете фирмы «Heinkel» (Не-178) — первом в мире самолете с реактивным двигателем.
Реактивные двигатели доминируют в авиации
В наши дни реактивные двигатели практически вытеснили из авиации поршневые моторы. Бензиновые ДВС используются в основном на небольших легких самолетах и вертолетах, в сельскохозяйственной и пожарной авиации и мотодельтапланах. Однако на все современные тяжелые летательные аппараты устанавливают реактивные двигатели — турбореактивные, турбовинтовые, турбовентиляторные.
Двигатели для космических кораблей
Ракетные реактивные двигатели делятся на две группы: пороховые двигатели, или двигатели твердого топлива, и жидкостные ракетные двигатели. Различие в них, как говорят сами названия, заключается в характере используемого топлива. Кстати, на американском космическом комплексе «Спейс шаттл» (Space Shuttle) используются одновременно два типа ракетных двигателей.
Постоянное круговое движение
Первый электродвигатель постоянного тока, пригодный для промышленного использования, в 1834 г. построил русский ученый Борис Семенович Якоби (1801—1874). Это устройство, как отмечал сам изобретатель, давало «непосредственное постоянное круговое движение, которое гораздо легче преобразовать в другие движения, чем возвратно-поступательное».
Универсальные двигатели
В наши дни существует несколько типов электродвигателей в зависимости от того, какой ток (постоянный или переменный) течет по обмотке ротора. Есть также универсальные электродвигатели, которые работают как при постоянном, так и при переменном токе, и используются в основном в бытовых приборах.
Возвратно-поступательный принцип
В 1840 г. французский изобретатель Анри Бурбуз (1809—1864) сделал электродвигатель в виде точной копии паровой машины, заменив цилиндры электромагнитами, а поршни — металлическими якорями. Попеременно подавая напряжение на электромагниты, изобретатель заставлял якоря двигаться возвратно-поступательно.
В основе — медные стержни
Один из первых надежно работающих электромоторов переменного тока был создан в 1889 г. русским ученым Михаилом Осиповичем Доливо-Добровольским (1861 — 1919). В его роторе, изготовленном в виде стального цилиндра, по всей длине закладывали медные стержни, которые электрически соединялись друг с другом.