Справочники. Словари. Энциклопедии

 Энциклопедический словарь юного техника

С древнейших времен люди нуждались в двигательной силе, или в двигателях, которые бы приводили в действие приспособления для подачи воды на поля, вращали жернова, моловшие зерно, и т. д. В странах Древнего Востока, в Древнем Египте, Индии для этой цели использовали животных и рабов.

На смену живым двигателям пришло водяное колесо — 2 диска на одном валу, между которыми помещались плоские дощечки — лопасти. Поток воды в реке давил на лопасти и поворачивал колесо, а через его вал движение передавалось, например, жерновам. В средние века водяные колеса приводили в действие прядильные и ткацкие станки.

В VII в. персы изобрели ветряную мельницу. С появлением таких мельниц началась история ветряных двигателей (см. Ветроэнергетическая установка), использовавшихся для того, чтобы молоть зерно, качать воду. На многих картинах средневековых художников и в книгах  вы  можете  увидеть   изображения   ветряных- мельниц и их описание.

Водяные колеса и ветряные двигатели вплоть до XVII в. оставались единственными типами двигателей. В конце XVII — начале XVIII в. во Франции, Англии, Швеции и Других странах делались неоднократные попытки использовать (вместо воды и ветра) энергию пара — создать паровой двигатель.

Пригодным для практических целей (хотя и не получившим распространения) был паровой двигатель, созданный в 1763 г. русским  механиком   И. И. Ползуновым.

В 1784 г. английский механик Дж. Уатт изобрел универсальный по своему техническому применению двигатель — паровую машину. Главная ее часть — цилиндр, с обоих концов закрытый крышками. Внутрь цилиндра помещен поршень. Пар давит на поршень поочередно то с одной стороны, то с другой и перемещает его от одной крышки цилиндра к другой. Одним концом поршень соединен со штоком (стержнем), пропущенным сквозь одну из крышек цилиндра. Через него движение поршня передается наружу, к рабочим органам машины. Изобретение универсального парового двигателя позволило усовершенствовать многие рабочие машины, создало предпосылки для механизации производства.

Во второй половине XIX в. появились 2 новых типа двигателей: паровая турбина и двигатель внутреннего сгорания.

Первые паровые турбины внешне имели много общего с водяными колесами, только на их лопасти давила не вода, а пар. Были эти турбины маломощны и тихоходны. Однако по мере развития и совершенствования паровые турбины стали в наше время основными двигателями на теплоэлектростанциях. А на смену водяным колесам пришли гидротурбины, которые приводят в действие генераторы тока на гидроэлектростанциях.

В двигателях внутреннего сгорания, так же как и в паровой машине, главная часть — цилиндр с поршнем. Но в отличие от паровой машины в двигателях внутреннего сгорания на поршень давит не пар, а раскаленный сжатый газ, образовавшийся в результате сжигания топлива внутри цилиндра (отсюда и название двигателя). В качестве топлива используются бензин, нефть и специальные горючие смеси. Двигатели внутреннего сгорания, работающие на нефти и другом «тяжелом» топливе, называются дизельными двигателями или просто дизелями (см. Двигатель внутреннего сгорания).

Важнейшим этапом в развитии энергетической базы промышленного производства явилось изобретение и применение электрических двигателей. Принцип действия всех электродвигателей основан на следующем физическом явлении: проводник, по которому течет электрический ток, будучи помещен между полюсами магнита, движется поперек силовых линий магнитного поля. Электродвигатели проще и надежнее всех других двигателей, они всегда готовы к работе, могут управляться на расстоянии, позволяют значительно улучшить эксплуатационные характеристики рабочих машин. Электродвигатели сделали возможным создание современных высокопроизводительных машин, станков-автоматов, автоматических линий, заводов-автоматов. Благодаря им появились удобный электрифицированный инструмент, разнообразные машины и приборы, помогающие человеку в быту (швейные и стиральные машины, холодильники, электробритвы и т. д.). В 70-х гг. XX в. конструкторы автомобилей все чаще обращаются к идее использовать электродвигатель в качестве двигателя автомобиля, так как в отличие от двигателей внутреннего сгорания электрические двигатели не загрязняют окружающую среду.

В первой половине XX в. был создан новый тип теплового двигателя — газотурбинный двигатель, основной частью которого стала газовая турбина. В таком двигателе жидкое топливо впрыскивается через форсунки в камеру сгорания, туда же компрессором нагнетается воздух. При сгорании топлива давление в камере возрастает, и поток раскаленных газов, вырываясь через особые трубы — сопла, устремляется к лопастям газовой турбины, давит на них и заставляет турбину вращаться. Наибольшее распространение газотурбинные двигатели получили в авиации в качестве основных   двигателей   самолетов,   вертолетов   и т. п. Эти двигатели используют также для привода электрогенераторов на тепловых электростанциях, в качестве тяговых двигателей газотурбовозов, большегрузных автомобилей и других транспортных средств, в том числе кораблей, катеров и подводных лодок.

В 1903 г. К. Э. Циолковский в своей статье «Исследование мировых пространств реактивными приборами» впервые в мире описал основные элементы ракетных двигателей, которые являются разновидностью реактивного двигателя.

В 1909 г. русский инженер Н. Герасимов разработал схему первого в мире турбореактивного двигателя. Ныне большинство военных и гражданских самолетов называются реактивными потому, что на них установлены турбореактивные двигатели; эти двигатели устанавливают также и на больших вертолетах.

Принцип действия реактивного двигателя основан на использовании силы реакции (отдачи) струи газов, вытекающей из сопла двигателя. Сила отдачи газовой струи заставляет двигатель перемещаться в пространстве в сторону, противоположную истечению струи. В кинетическую (скоростную) энергию реактивной струи в реактивном двигателе могут преобразовываться различные виды энергии (химическая, ядерная, электрическая, солнечная). Реактивный двигатель сочетает в себе собственно двигатель с движителем, т. е. движет себя сам без участия промежуточных механизмов. Основная часть любого реактивного двигателя — камера сгорания. В ней в результате сгорания топлива образуются горячие газы. Вырываясь с большой скоростью из сопла, горячие газы создают реактивную струю, которая вызывает тягу двигателя и приводит в движение аппарат, на котором этот двигатель установлен.

Различают воздушно-реактивные двигатели и ракетные двигатели. В воздушно-реактивных двигателях в камеру сгорания кроме топлива подается воздух. Поэтому такие двигатели можно использовать лишь там, где плотность атмосферы достаточна, чтобы двигатель не «задохнулся». Ракетный двигатель не нуждается в воздухе: все необходимые компоненты топлива он несет с собой. Поэтому такие двигатели хорошо работают и в безвоздушном пространстве, т. е. в космосе. Их устанавливают главным образом на боевых ракетах и ракетах-, носителях космических кораблей. Отсюда и название — ракетный двигатель. Для достижения нужной скорости на космических ракетах устанавливают 2, 3, а иногда и больше двигателей; такие многодвигательные ракеты называются двухступенчатыми и трехступенчатыми. Отработает одна ступень со своим двигателем и отделяется  от  ракеты.   Тотчас  включается двигатель следующей ступени. Так продолжается до тех пор, пока ракета не достигнет заданной скорости полета.

История развития техники, и особенно машинного производства, тесно связана с созданием и совершенствованием двигателей. И каков бы ни был двигатель — водяное колесо или газовая турбина, электродвигатель или дизель, он является машиной, преобразующей какой-либо вид энергии в механическую работу. Те двигатели, которые для получения механической работы используют природные энергетические ресурсы (топливо, поток воды, ветер и др.), называют первичными (например, паровая машина, гидротурбина, ветродвигатель). Двигатели, преобразующие в механическую работу энергию первичных двигателей, называют вторичными (электрические, пневматические и др.). К двигателям относятся также устройства, способные накапливать механическую энергию, а затем по мере надобности отдавать ее (инерционные, или маховиковые,    пружинные    и    гиревые   механизмы).