Пороховой двигатель
Пороховой двигатель , также известный как двигатель взрыва или двигатель Гюйгенса , представляет собой тип двигателя внутреннего сгорания, использующего порох в качестве топлива . Эта концепция была впервые исследована в 1600-х годах, в первую очередь известным голландским эрудитом Христианом Гюйгенсом . Джордж Кэли также экспериментировал с конструкцией авиационного двигателя в начале 1800-х годов и утверждает, что создал модели, которые работали в течение короткого времени. Существует также настойчивое утверждение, что обычный карбюраторный бензиновый двигатель может работать на порохе, но никаких примеров успешной переоборудования не существует.
Самые ранние упоминания
[ редактировать ]Пороховой двигатель основан на многих предыдущих идеях и научных открытиях, разработанных несколькими людьми независимо.
Ранние устройства были предназначены только для подъема и/или удержания веса (обычно для изучения и демонстрации физики), тогда как двигатели нацелены на непрерывное выполнение работы (обычно с намерением сделать что-то полезное).
Вакуумные устройства для подъема/удержания тяжестей
[ редактировать ]Леонардо да Винчи описал в 1508 году устройство, позволяющее «поднимать тяжелые предметы огнем» с помощью пушечного ствола и пороха. [1] [2] [3]
Галилео Галилей провел тщательные эксперименты по поднятию тяжестей с помощью вакуума. [1] Отто фон Герике практически исследовал вакуум, но для его создания использовал насосы. [4]
Роберт Гук скрыл фразу, которая переводится как «Вакуум», оставленный огнем, поднимает груз. в своей книге 1676 года «Описание гелиоскопов и других инструментов» . [5] [6] [7] [8]
Ранние двигатели
[ редактировать ]Самые ранние упоминания о пороховом двигателе, по-видимому, принадлежат Сэмюэлю Морланду в 1661 году. Оно состоит исключительно из патентного письма, написанного королем Карлом Вторым и полученного в Уайтхолле 11 декабря 1661 года. Никакой другой информации об этом «двигателе» не сохранилось. , но описание предполагает использование вакуума и порошка для забора воды. [9] [10]
Следующее известное упоминание принадлежит Жану де Отфейлю в 1678 году и предложено как решение проблемы подъема воды из Сены для снабжения Версаля . Он представил две идеи: одна использовала вакуум, подобный идее Морланда, а вторая использовала U-образную трубку с водой на одной стороне и воздухом на другой. Когда порох зажигался на стороне, наполненной воздухом, повышение давления поднимало воду вверх на другую сторону. [11]
Как и ранние конструкции паровых двигателей , эти двигатели использовали воздух или вакуум, создаваемый порохом, для прямого подъема воды. В современных двигателях не было механических частей, которые преобразуют мощность давления газа в любую необходимую механическую форму. [12]
Гюйгенс и Папен
[ редактировать ]
В 1671 году Дени Папен получил работу в Академии Королевской библиотеки в Париже , где работал под руководством куратора экспериментов Христиана Гюйгенса . [13] Гюйгенс поручил Папену провести исследование воздуха и вакуума , что в то время было предметом широкомасштабных международных исследований. [14] В рамках экспериментов Папен измерял силу действия небольшого количества пороха, зажжённого в небольших железных и медных сосудах. Папен опубликовал отчет обо всех этих экспериментах в 1674 году в книге « Новые эксперименты с вакуумом» с описанием машин, использованных для их проведения . [15]
Папен переехал в Лондон вскоре после публикации. [16] и с тех пор более активно участвовал в разработке пара. Хотя его разработки указали путь к созданию первого парового двигателя, сам Папен больше интересовался скрытой теплотой пара и разработал «паровой варочный котел», первую скороварку . Он также задумал ряд устройств, использующих давление воздуха в качестве рабочей жидкости, включая серию фонтанов, насосов и подобных устройств.
Несмотря на то, что со стороны Папена больше не было примеров работы с частицами, он продолжал переписываться с Готфридом Вильгельмом Лейбницем по этой и другим темам. Лейбниц все время пытался заинтересовать Папена дальнейшим развитием, в какой-то момент отметив: «Тем не менее, я бы посоветовал [вам, месье, предпринять более значительные дела, которые заставили бы всех дать свое одобрение и действительно изменили бы положение вещей. элементы соединения пневматической машины и пороха и применения силы огня к транспортным средствам действительно были бы такого рода». [17] Папен ответил, что он построил небольшую модель гребной лодки, но тип двигателя не указан.
Двигатель Гюйгенса
[ редактировать ]
Гюйгенс, однако, заинтересовался механической силой вакуума и возможностью использования пороха для его производства. В 1678 году он разработал пороховую машину, состоящую из вертикальной трубки с поршнем . Порох вставлялся в трубку и поджигался через небольшое отверстие в основании, как в пушке. Расширяющиеся газы будут толкать поршень вверх по трубке, пока он не достигнет верхней точки. Здесь поршень обнаружил отверстия в трубке, через которые могли выйти оставшиеся горячие газы. Вес поршня и вакуум, образуемый охлаждающими газами в уже закрытом цилиндре, втянули поршень обратно в трубку, поднимая испытательную массу для обеспечения мощности. [18]
Согласно источникам, единственный экземпляр такого типа двигателя был построен в 1678 или 79 году с использованием пушки в качестве цилиндра. Цилиндр прижимался к основанию, где находился порох, что делало его загружаемым с казенной части конструкцией. Газы выходили через две кожаные трубки, прикрепленные к верхней части ствола. Когда поршень достиг их, газы открыли трубки, а когда давление упало, сила тяжести потянула кожу вниз, в результате чего трубки опустились в сторону цилиндра, закрывая отверстия. [18]
В 1680 году Гюйгенс представил статью о своем изобретении « Новая движущая сила с помощью пороха и воздуха» . [19] К 1682 году устройство успешно показало, что драма (1/16 унции) пороха в цилиндре высотой семь или восемь футов и диаметром пятнадцать или восемнадцать дюймов может поднять семь или восемь мальчиков (или около 1100 фунтов). в воздух, который держал конец веревки. [20] Однако в современных источниках ведутся серьезные споры о том, можно ли было построить двигатель. Герметизация поршня внутри цилиндра оказалась очень сложной проблемой в современных играх. [21]
С этого момента встречается мало упоминаний о ранних пороховых двигателях. Использование пара, особенно после появления атмосферного двигателя в 1712 году, захватило все дальнейшие разработки.
Кэли
[ редактировать ]В рамках своих исследований полета с двигателем Джордж Кэли был обеспокоен низким соотношением мощности и веса паровых двигателей, жалуясь, что «паровой двигатель до сих пор оказался слишком тяжелым и громоздким для большинства целей передвижения». [22] Он приступил к разработке новой конструкции двигателя, начиная с 1807 года, и быстро остановился на пороховых двигателях как на предпочтительном решении, отметив, что «поскольку ему нужен простой и легкий перводвигатель небольшого масштаба для целей некоторых подготовительных экспериментов по воздушным навигации, я построил устройство, в котором использовалась сила пороха и тепло, выделяющееся при его взрыве, действующее на некоторое количество обычного воздуха». [23]
Его записные книжки значительно усовершенствованы по сравнению с записными книжками Гюйгенса и ему подобных. В конструкции Кэли два цилиндра были расположены один над другим: нижний служил камерой сгорания, а верхний содержал поршень. Небольшой заряд пороха вводился в дно нижнего цилиндра и поджигался раскаленным стержнем, нагретым свечами. Расширенные газы подтолкнули поршень вверх, и эта энергия была уловлена в большом луке , по сути, оттягивая лук назад, как будто он готовился выпустить стрелу. Тетива толкала шток поршня обратно вниз, когда газы выходили и охлаждались, завершая цикл. [24]
В более поздней версии Кэли попытался решить проблему непрерывной езды на велосипеде. В этой версии камера сгорания была вынесена в отдельный цилиндр, размещенный сбоку от силового цилиндра. Порох хранился в верхней части этой камеры, а небольшие его количества дозировались и попадали в зону горения внизу. Затем горячие газы выводились из зоны сгорания в силовой цилиндр. Он состоял из двух поршней на общем поршневом штоке, при этом газы поступали в разные стороны цилиндра, образуя двигатель двойного действия. [22]
В письме Кэли заявил, что он сконструировал одну из этих конструкций (хотя о чем не упоминается), но также заявил, что она работала не очень хорошо. [22] Со временем он сконструировал несколько летательных аппаратов, использующих этот двигатель. [25] но, судя по всему, попыток создать более крупную рабочую модель не предпринималось.
Пейн и другие
[ редактировать ]Томас Пейн представил совершенно новый тип конструкции двигателя, который больше напоминал водяное колесо , чем обычный двигатель. В двигателе Пейна вокруг колеса располагался ряд чашеобразных камер сгорания. Когда колесо вращалось, каждая чашка получала небольшое количество пороха из центрального контейнера и затем поджигалась. [26]
В литературе встречается множество других упоминаний о пороховых двигателях, но, судя по всему, ни один из них не использовался в эксплуатации.
В современных двигателях
[ редактировать ]Идея о том, что обычный бензиновый двигатель может работать на порохе, является постоянной темой дискуссий. Его подхватили «Разрушители мифов» в 63-й серии, и после ряда попыток его сочли «разрушенным». [21]
Ссылки
[ редактировать ]Цитаты
[ редактировать ]- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б http://www.eoht.info/page/Da%20Vinci%20engine [ только URL ]
- ^ О'Мэлли, Чарльз Дональд (1969). «Наследие Леонардо: Международный симпозиум» .
- ^ «Принцип Гука — Хмолпедия» .
- ^ http://www.eoht.info/page/Gunpowder%20engine [ только URL ]
- ^ «Принцип Гука — Хмолпедия» .
- ^ Инвуд, Стивен (4 марта 2011 г.). Человек, который знал слишком много: Странная и изобретательная жизнь Роберта Гука 1653–1703 гг . Пан Макмиллан. ISBN 9780330532181 .
- ^ Гук, Роберт (1676). Описание гелиоскопов и некоторых других приборов . напечатано TR для Джона Мартина. Бибкод : 1676dhso.book.....H . дои : 10.3931/e-rara-2171 .
- ^ страница 32, элемент списка 10 представляет собой анаграмму на латыни, которая декодируется в латинскую фразу.
- ^ Галлоуэй 1881 , стр. 17–18.
- ^ «Сэмюэл Морланд — биография, история и изобретения» . 4 января 2021 г.
- ^ Галлоуэй 1881 , с. 18-20.
- ^ Галлоуэй 1881 , с. 20.
- ^ Галлоуэй 1881 , с. 11.
- ^ Галлоуэй 1881 , с. 1.
- ^ Галлоуэй 1881 , с. 15.
- ^ Галлоуэй 1881 , с. 16.
- ^ Филип Валенти, «Лейбниц, Папен и паровой двигатель: пример британского саботажа науки» , Fusion , декабрь 1979 г.
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б Галлоуэй 1881 , с. 22.
- ^ Галлоуэй 1881 , с. 21.
- ^ Галлоуэй 1881 , с. 24.
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б Beyond Television Productions (18 октября 2006 г.). Разрушители мифов : Воздушный цилиндр смерти (телепродукция). Том. Эп 63.
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б с Ди 2007 , с. 86.
- ^ « Первый полёт » . Архивировано из оригинала 11 августа 2012 г. Проверено 21 августа 2012 г.
- ^ Ди 2007 , с. 86-87.
- ^ Ди 2007 , с. 243.
- ^ Элберт Хаббард, «Маленькое путешествие в дом Томаса Пейна», Винсент Парк, 1908, с. 326
Библиография
[ редактировать ]- Галлоуэй, Роберт Линдсей (1881). Паровая машина и ее изобретатели . Макмиллан.
- Брэди, Тим (2001). Опыт американской авиации: история . СИУ Пресс. ISBN 9780809323715 .
- Ди, Ричард (2007). Человек, открывший полет: Джордж Кэли и первый самолет . Макклелланд.