Входит и выходит
Входит и выходит
Шотландский инженер и изобретатель Джеймс Уатт (James Watt; 1736–1819) родился в семье владельца корабля и торговца. Когда ему исполнилось 18 лет, отец отправил его в Лондон для обучения слесарному делу. Джеймс был способным учеником и семилетнюю программу освоил за год. Вернувшись в Глазго, он получил место механика при университете.
Два университетских физика, Дж. Блэк и Дж. Робинсон, занимались экспериментами по определению теплоты парообразования. Дж. Уатт изготовлял оборудование для этих экспериментов.
Те, кто говорит, что Уатт изобрел паровую машину, неправы. Паровые машины уже были изобретены и даже работали, в основном на откачке воды из шахт. Правда, работали медленно и требовали непрерывного наблюдения машиниста. Машинист открывал кран и запускал горячий пар в цилиндр, потом перекрывал доступ пара и открывал другой кран, для холодной воды, которая цилиндр охлаждала. От этого пар внутри цилиндра конденсировался, возникало разрежение. Под воздействием атмосферного давления поршень вдвигался в цилиндр, совершая полезную работу (например, поднимая на поверхность шахтную воду). Эксперименты Блэк и Робинсон ставили не любопытства ради, а для того, чтобы усовершенствовать конструкцию существовавших уже паровых машин.
Впрочем, не так уж и далеки от истины те, кто утверждает, что Уатт изобрел паровую машину. Хотя гениальный механик внес только некоторые усовершенствования и дополнения в конструкцию паровых машин, эти изменения превратили неторопливых и неповоротливых гигантов в настоящие промышленные двигатели, в первых механических помощников человека.
Каковы же были изобретения Уатта? Во-первых, он придумал конденсатор. Пар конденсировался теперь не внутри цилиндра, а снаружи. Это и качество охлаждения улучшило, и позволило избавиться от накопления внутри цилиндра конденсата, который периодически следовало удалять, для чего приходилось останавливать машину. Второе изобретение Уатта – цилиндр двойного действия. Пар с помощью специального золотникового клапана (еще одно изобретение Уатта) подавался попеременно на разные стороны цилиндра, толкая его то в одну, то в другую сторону. Возвратно-поступательное движение поршня в цилиндре преобразовывалось во вращательное движение массивного маховика посредством кривошипно-шатунного механизма. Маховик и кривошипно-шатунный механизм тоже были внедрены в конструкцию паровой машины Уаттом. Это было четвертое и пятое изобретения скромного механика. Еще Уатт изобрел центробежный регулятор для поддержания постоянства числа оборотов вала паровой машины, новую топку, обеспечивавшую более качественный нагрев пара и тепловую изоляцию цилиндров. Ему было понятно: чем больше разница в температуре между цилиндром и конденсатором, тем производительнее будет новая машина. Почти через 40 лет это теоретически докажет французский физик Сади Карно.
Уатт запатентовал все свои изобретения и совместно с фабрикантом М. Болтоном начал в 1775 году выпуск паровых машин. Первые образцы продавали владельцам шахт для откачки воды. У старых машин был низкий коэффициент полезного действия, но они применялись уже полвека, вполне устраивали большинство хозяев, и тратить деньги на инновации тем не хотелось. Тут Дж. Уатт показал, что он не только в изобретении паровых машин силен, но и коммерческой сметки не лишен. Он объявил, что изготовленные машины будут поставляться бесплатно! Более того, фирма брала на себя расходы по демонтажу старой техники и по обслуживанию новой – всего только за одну треть стоимости сэкономленного угля, однако в течение 25 лет. Довольно скоро хозяева шахт поняли, что сильно переплатили, польстившись на дармовщинку, но было уже поздно. Уговор дороже денег.
Через четверть века, в 1800 году, в Англии уже работала 321 паровая машина Уатта, собранная на заводах Болтона. И это было только начало новой технической революции. Со времен Прометея огонь вторично поставили на службу человеку. Паровая машина Уатта превращала тепло в работу и открывала безграничный (как тогда казалось) ресурс повышения производительности труда. Началась эра машинного производства.
В 1770 году Уатт ввел в повсеместное использование единицу мощности, которую назвал horse power, то есть лошадиной силой (л. с.). Здесь тоже сказалась деловая смекалка великого изобретателя. Как объяснить покупателю, насколько мощное изделие он приобретает за свои кровные денежки? Достаточно сказать, работу скольких лошадей выполнит эта машина, и сразу покупатель понимает: сделка выгодна (сколько стоила на рынке лошадь, тогда знали все). Хитрый Уатт установил эту единицу таким образом, чтобы она была на 50 процентов выше, чем средняя тягловая мощность, развиваемая обычной тогдашней английской лошадью в течение 8-часового рабочего дня. Мощность паровой машины, измеряемая такими лошадиными силами, была гарантированно выше мощности соответствующего количества лошадей.
Эта единица измерения жива и поныне, хотя уже в 1889 году английские ученые предложили другую единицу измерения мощности, которую назвали в честь своего знаменитого земляка – ватт (была утверждена в качестве международной единицы только в 1893 году на Международном конгрессе электриков в Чикаго). Однако мощность автомобилей мы все равно по привычке определяем в «лошадках».
Несколько реже применяется в обычной жизни единица измерения работы, джоуль, названная по имени другого англичанина, физика Джеймса Прескотта Джоуля (James Prescott Joule; 1818–1889). Джоуль был выдающимся экспериментатором и прославился исследованиями в самых различных областях физики – механике, термодинамике, теории газов, электромагнетизме, молекулярной физике, акустике. Наиболее известна открытая им (совместно с Э. Х. Ленцем) зависимость между силой тока, проходящего по проводнику, и выделяемым при этом теплом (закон Джоуля – Ленца), а также коэффициент, связывающий количество затраченной работы с количеством произведенного этой работой тепла; этот коэффициент называется механическим эквивалентом тепла.
Иной раз кажется: ну что еще можно придумать, усовершенствовать для автомобиля? Однако изобретатели придумывают, совершенствуют. А производители тут же воплощают в жизнь все новшества. Хотя наряду с ними в автомобиле «живут» и изобретения очень старые. Чемпионом является, конечно, колесо. А вот на второе место совершенно спокойно выходит карданный вал, передающий крутящий момент от коробки передач к колесам. Это изобретение было сделано в XVI веке.
Когда в 1541 году испанский король Карл V завоевал Милан, его приветствовала вся городская аристократия. Среди них был и почтенный председатель городской коллегии врачей Джероламо Кардано (Gerolamo Cardano; 1501–1576). Кардано считал себя искусным лекарем, не менее искусным, чем древние врачеватели Гиппократ и Авиценна. По его словам, он описал приемы излечения 5 тысяч болезней. Другой своей специальностью он называл астрологию и с гордостью упоминал имена знаменитых людей, которые воспользовались его услугами (среди них был сам римский папа).
Таких, как Кардано, принято называть энциклопедистами. Его автобиографическая книга «De vita propria» («О моей жизни») была переведена на русский язык в 1938 году. Кардано закончил ее за четыре месяца до смерти. Читая эту автобиографию, иной раз удивляешься, с каким простодушием автор рассказывает о себе: «Цель, к которой я стремился, заключалась в увековечивании моего имени, поскольку я мог этого достигнуть, а вовсе не в богатстве или праздности, не в почестях, не в высоких должностях, не во власти». Да, широкая известность могла прокормить и в XVI веке, особенно человека ученого, закончившего курс наук в Падуанском университете.
Кардано занимался медициной и астрологией, которые числились науками высокими, но также и низкой наукой, механикой. Новому владыке Милана, Карлу V, он предложил: не сделать ли экипаж с осями специальной конструкции, которые могли бы вращать колеса, даже находясь под некоторым углом к ним. Такая шарнирная подвеска, по словам ученого, обеспечила бы движение без тряски даже на неровных и плохих дорогах.
Надо сказать, что это придумал не Кардано. Подобное соединение знали с античных еще времен, а старший современник Дж. Кардано, Леонардо да Винчи (1452–1519), тоже энциклопедист, предложил применять на судах шарнирную подвеску компаса, чтобы тот показывал правильный курс даже при значительной качке. В первой половине XVI века такие компасы появились на европейских кораблях – правда, ни Леонардо, ни Кардано к этому отношения не имели. Похоже, что и королевский экипаж на шарнирной подвеске в реальность не воплотился.
Занимался Кардано и математикой. Тем, кто учил алгебру, известна формула решения кубического уравнения, которая называется «формулой Кардано», хотя Кардано о формульной записи понятия еще не имел и способ решения (или, как мы сейчас сказали бы, алгоритм) изложил словами в своем трактате «Ars magna» («Великое искусство»). Да и здесь первенство Кардано под вопросом. Изобретателем «формулы Кардано» считается Никколо Тарталья (около 1499–1557).
Но если с формулой Кардано встречаться довелось не каждому, то уж то, что в автомобиле есть кардан (карданный вал), известно всякому. Так что Кардано поминают и 400 лет спустя после его смерти. Заявленная цель достигнута, пусть и несколько извилистым путем.
Еще одну фамилию нельзя не упомянуть, когда говоришь об автомобилях. Да и не только об автомобилях – о тепловозах, теплоходах, тракторах и танках тоже. Везде, где от двигателя требуется большая мощность и непривередливость к горючему, используют дизель. Этот двигатель внутреннего сгорания, работающий на жидком топливе, которое воспламеняется от сжатия, называется так потому, что его придумал в конце XIX века немецкий инженер Рудольф Дизель (Rudolf Diesel; 1858–1913).
Дизель родился в немецкой семье, проживавшей в Париже. Его отец по немецкой традиции занимался делом, которое кормило поколения предков, – был переплетчиком и книготорговцем. В 1870 году началась Франко-прусская война. Принадлежать к немецкому меньшинству во Франции стало довольно опасно, и семья переехала в Англию. А получать образование сына отправили в Германию.
Рудольф, живя у родственников в Аугсбурге, закончил с отличием реальное училище и поступил в одно из лучших высших учебных заведений Германии – Высшую политехническую школу в Мюнхене. Ее он тоже закончил блестяще в 1878 году. Способности юноши были просто удивительны, а упорство в достижении цели – абсолютно немецким.
Дизель проработал два года в Швейцарии, на заводе братьев Зульцер, потом стал директором парижского отделения холодильной фирмы профессора Карла фон Линде. Он стремился осуществить давнюю мечту – построить двигатель внутреннего сгорания, более производительный, чем паровые машины, которые в те годы приводили в движение всю европейскую и американскую индустрию.
В 1890 году Дизель переехал в Берлин. В том же году он придумал новую схему двигателя, в котором воздух сжимался в камере сгорания до высокой температуры, после чего в него впрыскивалось горючее, которое тут же воспламенялось, дополнительно нагревало воздух, а горячий воздух, расширяясь, совершал работу. Двигатель Дизеля был запатентован в 1892 году. И сразу же на заводе в Аугсбурге началось опытное производство. Работы частично финансировались Фридрихом Круппом, а частично – братьями Зульцер, поверившими в идею Дизеля, начинавшего свою инженерную деятельность на их предприятии. Двигатель действительно оказался «всеядным». Первый дизельный двигатель работал на буроугольной пыли, горючем очень низкокалорийном, но показал хорошие результаты. Однако впрыскивать в цилиндр пыль оказалось технически сложнее, чем жидкое топливо. В конце 1896 года был построен окончательный, третий по счету, вариант опытного двигателя мощностью 20 л. с. Этот двигатель работал на керосине и был экономичнее всех существовавших тогда тепловых двигателей.
Двигатель Дизеля был представлен на выставке паровых машин в Мюнхене в 1898 году. Точнее, представлено было три двигателя: один приводил в действие насос, второй – машину для сжижения воздуха, а третий качал воду в фонтан, вздымавший струю на 40-метровую высоту. Изобретение вызвало всеобщий восторг. Как положено у деловых людей, восторг имел денежное выражение. Лицензии на производство новых двигателей расхватывались, как жареные пирожки. Патент, заявленный Дизелем 6 лет назад, принес ему 6 миллионов марок за несколько месяцев.
Катастрофа разразилась вскоре. Двигатель был плохо подготовлен для серийного производства. Из-за этого немецкие промышленники отказывались выпускать новые двигатели. Дизель обратился к старым знакомым, и его двигатель начал производить завод братьев Зульцер в Швейцарии. Братья Зульцер модифицировали изобретение Дизеля, почти вдвое увеличив его мощность. В Швейцарии же создали первый в мире дизельный локомотив – тепловоз.
На Всемирной промышленной выставке в Париже в 1900 году двигатели Дизеля получили главный приз, и вскоре их уже производили во Франции и в Бельгии.
Одной из первых стран, начавших выпускать разнообразные дизельные моторы, была Россия. Петербургский завод Нобеля организовал производство дизельных двигателей еще в 1899 году и с тех пор назывался «Русский дизель». В России был построен первый теплоход «Сармат». Дизель-моторы устанавливали на военных кораблях.
Дизельные двигатели довольно быстро вытеснили паровые машины на заводах, фабриках и электростанциях, но бензиновый двигатель не заменили. Хотя и менее экономичный, он был гораздо легче, поэтому в начале XX века дизельному двигателю прорваться в автомобилестроение не удалось.
Коммерческие успехи Рудольфа Дизеля омрачало то, что именно в Германии его изобретение было встречено в штыки. Причины? Технологические недостатки конструкции и элементарная зависть коллег-инженеров. С разных сторон на него сыпались обвинения в плагиате, в нарушении патентного права и даже в непатриотичности. Ведь топливом для двигателя в конце концов оказалась нефть (которой у Германии не было), а не уголь (который имелся в избытке), как первоначально планировалось. Бесконечные судебные процессы довели изобретателя до нервного срыва. Все же на родине заслуги Дизеля признали и присвоили ему почетное звание доктора-инженера. Дизельные двигатели стали устанавливать на военных кораблях, началось проектирование дизельных силовых установок вместо паровых для крупных боевых кораблей – крейсеров и броненосцев.
Вероятно, это послужило причиной гибели изобретателя. Гибели загадочной. В ночь с 29 на 30 сентября 1913 года Рудольф Дизель, плывший из Антверпена в Лондон, таинственным образом исчез. Через 10 дней его труп был найден в водах Северного моря. Выдвигались разные версии случившегося: несчастный случай, самоубийство. Среди версий есть и такая: изобретателя устранили немецкие спецслужбы, не желавшие, чтобы Дизель рассказал в Англии о работах по модернизации флота, которые велись в Германии.
Но двигатель, с которым уже прочно было связано имя изобретателя, завоевывал все новые области. На автомобили он попал кружным путем. В период между мировыми войнами дизельные двигатели попали на танки. Кроме экономичности и мощности эти моторы обладали еще одним важным для военной техники свойством – они не воспламенялись так легко, как бензиновые моторы. Военные заказы подстегнули двигателестроение, и после войны дизельные двигатели стали уже настолько легкими, что их начали устанавливать сперва на большегрузные самосвалы, а позже – и на легковые автомобили.
Данный текст является ознакомительным фрагментом.