Техника

Библиотека

наука

Современные технологии и производство

Детская энциклопедия
оглавление

Двигатели, в которых работает пламя

Бензиновые двигатели

Еще французский физик Д. Папен, тот самый, который первым подметил могучую силу пара, пытался построить двигатель, использующий взрывчатую энергию пороха. Было это в 1687 г.

Лишь через 150 лет изобретатели вновь обратились к идее "взрывчатого" мотора. Бензин тогда не был известен, и единственно пригодным горючим был светильный газ, поэтому первые двигатели были газовые. В конце 30-х годов XIX в. на такой двигатель взял патент англичанин Барнетт, а француз Э. Ленуар в 1860 г. построил первый работающий газовый двигатель, напоминавший паровую машину: смесь газа и воздуха взрывалась попеременно - то с одной, то с другой стороны поршня.

Более удачную конструкцию в 1876 г. предложил немец Н. Отто. Он стал впускать горючую смесь лишь с одной стороны поршня - противоположной штоку. Это нововведение сразу решило массу конструктивных трудностей, с которыми сталкивались изобретатели, пытавшиеся превратить паровую машину в двигатель внутреннего сгорания.

Работа двигателя Отто протекала в четыре такта. Сначала (при движении поршня от головки цилиндра) смесь воздуха и горючего газа через клапан засасывалась в цилиндр, т. е. происходило всасывание - первый такт; потом (при ходе поршня в обратную сторону) клапан закрывался, смесь сжималась - сжатие - второй такт. Далее смесь воспламенялась раскаленной электричеством платиновой проволокой, и расширяющиеся при горении газы толкали поршень, совершая механическую работу,-рабочий ход - третий такт. После этого поршень, двигаясь к головке цилиндра, выталкивал через другой клапан отработавшие продукты сгорания - выхлоп - четвертый такт. Этот принцип работы -всасывание, сжатие, рабочий ход и выхлоп - называется четырехтактным циклом Отто. Русский инженер О. С. Костович в 1880 г. и соотечественник Отто - инженер Г. ДаймЛер в 1886 г. заставили этот двигатель работать на бензине. Для этого они применили специальное устройство - карбюратор. В нем бензин испарялся, пары смешивались с воздухом и поступали в цилиндры двигателя. Современные бензиновые двигатели работают по циклу Отто.

Схема работы четырехтактного двигателя: 1-й такт - всасывание горючей смеси в цилиндр; 2-й такт - сжатие смеси при обратном ходе поршня; 3-й такт - рабочий ход; 4-й такт - выхлоп.

0150-2.jpg

Двигатели легких мотоциклов обычно не четырехтактные, а более простые, двухтактные, поэтому они обходятся без клапанов. При прочих равных условиях (число цилиндров, диаметр и ход поршня) двухтактный двигатель должен быть в 2 раза мощнее четырехтактного, но, как правило, из-за некоторых особенностей конструкции мощность двухтактного двигателя превышает мощность четырехтактного только в 1,5-1,6 раза.

Широко употреблялись, да употребляются и сейчас, звездообразные авиационные двигатели с воздушным охлаждением. Цилиндры (от 5 до 14) располагаются в виде многолучевой звезды вокруг коленчатого вала - отсюда и название. Мощность лучших звездообразных двигателей достигает 3-4 МВт. Применялись в авиации также двигатели с водяным охлаждением. В СССР авиадвигатели этих двух типов создавали конструкторы А. Л. Швецов, А. А. Мику-лин, В. Я. Климов.

Схема газовой турбины.

0150-3.jpg

Дизельные двигатели

В 1897 г. немецкий инженер Р. Дизель (см. ст. "Рудольф Дизель") предложил двигатель с воспламенением от сжатия, который мог бы работать не только на бензине, но и на любом другом топливе: керосине, нефти. Такие двигатели назвали дизелями.

Тракторные и автомобильные дизели выпускаются мощностью от 15 до 750 кВт, дизели для передвижных и стационарных электростанций имеют мощность до 60-70 МВт, а мощность дизелей, устанавливаемых на морских и океанских судах,- до 45 МВт. В 30-40-х годах делались попытки применить дизели на самолетах-бомбардировщиках. Очень удачны оказались дизели в качестве танковых двигателей.

Газовая Турбина

Идея турбины, в которой вместо пара работали бы горячие газы, образующиеся при сгорании топлива, была высказана еще в конце XVIII в. В 1900 г. русский инженер П. Д. Кузьминский построил первую работающую турбину такого типа. В 1939 г. в нашей стране была создана газовая турбина мощностью 750 кВт. Однако у всех этих машин был общий недостаток - недолговечность. Лопатки турбины омываются потоком горячих газов, температура которых дается на трансформатор, преобразуется в нем в ток высокого напряжения, далее по линии электропередачи поступает к месту потребления энергии, здесь преобразуется трансформатором в ток низкого напряжения, после чего поступает к потребителям (см. ст. "Линии электропередачи (ЛЭП)").

До 90-х годов XIX в. использовался однофазный ток, иными словами, от генератора к потребителю шла линия из двух проводов (кстати, в наших квартирах мы пользуемся именно однофазным током). Однако попытки создать мощные электродвигатели однофазного тока оказались неудачными, и долгое время переменный ток применялся главным образом для освещения. Но в конце 80-х годов XIX в. итальянский ученый Г. Феррарис и американский электротехник, серб по происхождению, Н. Тесла практически одновременно и независимо друг от друга разработали теоретические вопросы использования многофазного тока. К потребителю должно поступать не одно, а несколько переменных напряжений, одинаковых по размеру, но различающихся по фазе. Это означает, что перемена полярности напряжений происходит у них не одновременно, а в разные моменты времени. Феррарис и Тесла доказали теоретически и практически, что с помощью многофазного тока можно создать вращающееся магнитное поле, которое будет вращать роторы электродвигателей переменного тока так же хорошо, как постоянное магнитное поле - роторы двигателей постоянного тока, но двигатели при этом станут более простыми по конструкции.

В 1889-1891 гг. русский электротехник М. О. Доливо-Добровольский предложил систему трехфазного тока, быстро завоевавшую всемирное признание. Он разработал схемы и конструкции генераторов, трансформаторов, линий электропередачи, высоковольтных выключателей, измерительных приборов и электродвигателей. После работ М. О. Доливо-Доброволь-ского практически вся электротехника стала электротехникой трехфазного тока. Поэтому все, о чем будет идти речь в дальнейшем, относится по большей части к переменному току.



Авиация и космонавтика, вооружения, hi-tech, открытия, концепции и изобретения...

Наука, техника, изобретения © 2009-