Аэрофил
Эолипил двигателя , эолипил или эолипил , от греческого «Αἰόλου πύλη», также известный как Героя (или Герона ) двигатель , представляет собой простую безлопастную радиальную паровую турбину , которая вращается при нагревании центрального резервуара с водой. Крутящий момент создается струями пара, выходящим из турбины. Греко -египетский математик и инженер Гер Александрийский описал это устройство в I веке нашей эры, и многие источники отдают ему должное за его изобретение. [1] [2] Однако Витрувий был первым, кто описал это устройство в своей книге «Об архитектуре» (ок. 30–20 до н.э.). [3]
Эолипил считается первым зарегистрированным паровым двигателем или реакционной паровой турбиной , но он не является ни практическим источником энергии, ни прямым предшественником типа паровой машины, изобретенной во время промышленной революции . [4]
Название происходит от греческого слова Αἴολος и латинского слова « pila » и переводится как «шар Эола », причем Эол — греческий бог воздуха и ветра.
Из-за использования пара в качестве средства для выполнения работ, Эолипил (в профиль) был принят в качестве символа уровня котлотехника ВМС США, который сформировался на основе рейтингов Watertender, Boilermaker и Boilerman (в которых использовались тот же символ).
Физика
[ редактировать ]
Эолипил обычно представляет собой сферический или цилиндрический сосуд с противоположно изогнутыми или изогнутыми выступающими наружу соплами . Он предназначен для вращения вокруг своей оси. При наддуве судна паром газ выбрасывается из сопел, что создает тягу за счет ракетного принципа. [5] как следствие 2-го и 3-го законов движения Ньютона . Когда сопла, направленные в разные стороны, создают силы по разным линиям действия, перпендикулярным оси подшипников , тяги объединяются, образуя вращательный момент (механическая пара ) или крутящий момент , заставляющий судно вращаться вокруг своей оси. Аэродинамическое сопротивление и силы трения в подшипниках быстро нарастают с увеличением скорости вращения ( об/мин ) и поглощают ускоряющий момент, в конечном итоге сводя его на нет и достигая установившейся скорости.
Обычно, как описал устройство Герой, вода нагревается в простом котле , который является частью подставки для вращающегося сосуда. В этом случае котел соединяется с вращающейся камерой парой труб, которые также служат шарнирами камеры . Альтернативно, вращающаяся камера сама может служить котлом, и такое устройство значительно упрощает шарнирно-опорные устройства, поскольку в этом случае им не требуется пропускать пар. Это можно увидеть на иллюстрации модели классной комнаты, показанной здесь.
История
[ редактировать ]
И Герой, и Витрувий опираются на гораздо более раннюю работу Ктесибия (285–222 до н.э.), также известного как Ктесибий или Тесибиус, который был изобретателем и математиком из Александрии , Птолемеевского Египта . Он написал первые трактаты по науке о сжатом воздухе и его использовании в насосах.
Описание Витрувия
[ редактировать ]Витрувий (ок. 80 г. до н. э. – ок. 15 г. до н. э.) упоминает эолипилы по имени:
Эолипилы — полые медные сосуды, имеющие отверстие или устье небольшого размера, посредством которого они могут наполняться водой. До этого вода нагревается над огнем, но выделяется небольшой ветер. Однако как только вода начинает закипать, поднимается сильный ветер. [6]
Описание героя
[ редактировать ]Герой (ок. 10–70 гг. н.э.) использует более практичный подход, поскольку дает инструкции, как его сделать:
№ 50. Паровая машина.ПОСТАВЬТЕ котел над огнем: шар должен вращаться на оси. Огонь зажигается под котлом АВ (рис. 50), наполненным водой и закрытым у устья крышкой CD; с ним сообщается изогнутая трубка EFG, конец трубки вставлен в полый шар H K. Напротив конца G поместите ось LM, опирающуюся на крышку CD; и пусть шар содержит две изогнутые трубы, сообщающиеся с ним на противоположных концах диаметра и изогнутые в противоположные стороны, причем изгибы расположены под прямым углом и поперек линий FG, L M. По мере нагревания котла будет найдено что пар, попадая в шар через EFG, выходит через изогнутые трубки к крышке и заставляет шар вращаться, как в случае с танцующими фигурками. [1]
Практическое использование
[ редактировать ]
Неизвестно, нашел ли эолипил какое-либо практическое применение в древние времена и рассматривался ли он как прагматическое приспособление, причудливая новинка, предмет почитания или что-то еще. Источник описал это как простое любопытство древних греков или «праздничный трюк». [7] На рисунке Геро показано автономное устройство, предположительно задуманное как «храмовое чудо», как и многие другие устройства, описанные в «Пневматике ». [ нужны разъяснения ] [1]
Витрувий , с другой стороны, упоминает использование эолипила для демонстрации физических свойств погоды. Он описывает их как:
наглые эолипилы, которые ясно показывают, что внимательное рассмотрение человеческих изобретений часто приводит к познанию общих законов природы. [6]
Описав конструкцию устройства (см. выше), он заключает:
Таким образом, простой эксперимент позволяет нам установить и определить причины и следствия великих действий неба и ветров. [6]
В 1543 году Бласко де Гарай , учёный и капитан испанского флота, якобы продемонстрировал императору Священной Римской империи Карлу V и комитету высокопоставленных чиновников изобретение, которое, как он утверждал, могло приводить в движение большие корабли в отсутствие ветра с помощью аппарата, состоящего из медного котла и движущихся колес по обе стороны корабля. [8] Этот отчет хранился в королевских испанских архивах в Симанкасе . [9] Предполагается, что де Гаре использовал эолипил Геро и объединил его с технологией, использовавшейся в римских лодках и галерах позднего средневековья. [8] Здесь изобретение де Гарэ представило инновацию, в которой эолипил имел практическое применение, а именно приводить в движение гребные колеса, демонстрируя возможность создания лодок с паровым приводом. [9] Это утверждение было опровергнуто испанскими властями. [10]
См. также
[ редактировать ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с Герой (1851 г.), «Раздел 50 - Паровой двигатель» , «Пневматика Героя Александрийского » , перевод Беннета Вудкрофта, Лондон: Тейлор Уолтон и Маберли, Бибкод : 1851phal.book.....W , заархивировано с оригинала на 11 февраля 2012 г. - через Рочестерский университет.
- ^ Герой (1899). «Пневматика, книга II, глава XI» . Типография «Александрийские цапли» и театр «Автомат» (на греческом и немецком языках). Вильгельм Шмидт (переводчик). Лейпциг: Б. Г. Тойбнер. стр. 228–232.
- ^ Кирк, Уильям. «Географическое значение архитектуры Витрувия». Шотландский географический журнал 69.1 (1953): 1–10.
- ^ «Эта игрушка [Эолипил] не была предшественницей настоящего парового двигателя ни тогда, ни позже. Такие устройства представляют собой техническую изобретательность, но не технологический прогресс». См. А. Г. Драхманн, «Классическая цивилизация», стр. 55–56.
- ^ Эолипил
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с Витрувий (17 мая 2008 г.). Об архитектуре, книга 1 . Десять книг по архитектуре. Глава VI, параграф 2 (стр. 24–25) . Проверено 9 декабря 2021 г.
- ^ Грантман, Майк (2004). Прокладывая путь: ранняя история космических кораблей и ракетной техники . Рестон, Вирджиния: Американский институт аэронавтики и астронавтики, Inc., с. 1. ISBN 156347705X .
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Кицикопулос, Гарри (2015). Инновации и распространение технологий: экономическая история первых паровых двигателей . Оксон: Рутледж. п. 5. ISBN 9781138948112 .
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Стоун, Джо (2015). Плавучие дворцы Великих озер: история пассажирских пароходов во внутренних морях . Анн-Арбор: Издательство Мичиганского университета. п. 9. ISBN 9780472071753 .
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Мэлони, Дэн (6 октября 2020 г.). «Создание современной версии старинного парового двигателя» . Хакадей . Проверено 6 октября 2020 г.
- Кейзер, Пол (1 июня 1992 г.). «Новый взгляд на «паровой двигатель» Герона » (PDF) . Университет Нотр-Дам . Проверено 25 марта 2023 г.