Автомобили: Детская энциклопедия

Я познаю мир. Автомобили

Еще в древние времена человек обратил внимание на то, что струя водяного пара, вырываясь из сосуда, поставленного на огонь, способна сместить препятствие (например, лист бумаги), оказавшееся на ее пути. Поэтому, когда встал вопрос о применении для движения экипажа двигателя, решили использовать в нем в качестве рабочего тела пар.

ПАРОВОЙ КОТЕЛ

Первый паровой котел был построен англичанином Томасом Севери в 1698 г. Это был железный бак, под которым в топке разводили огонь. Через некоторое время вместо бака стали применять длинный (до 10 м) цилиндр диаметром около 1,5 м. Его окружали каменной кладкой, а под ним разводили огонь. Поверхность, омываемая горячими газами, у таких котлов была очень маленькой. Поэтому пара они производили очень мало, а из-за того, что горячие газы в основном уходили в трубу, эффективность такого котла была очень низкой. Большая часть топлива при этом сгорала впустую.

В начале XVIII в. конструкция парового котла была изменена. Горячие газы начали пускать по трубам, со всех сторон окруженным водой. Такие котлы получили название «газотрубных» и стали широко применяться в паровозах и пароходах.

В конце XIX в. были изобретены прямоточные котлы. Вода в них превращалась в пар по мере движения по трубам: с одной стороны в трубы подается вода, а с другой — выходит пар.

Беговая машина Драйза. 1816 г.

Паровая машина была создана Джеймсом Уаттом в 1774—1784 гг. До конца XIX в. она была практически единственным универсальным двигателем и сыграла огромную роль в развитии транспорта.

ПАРОВАЯ МАШИНА

Изобретение паровой машины послужило толчком для дальнейшего развития транспортных средств. В течение ста лет она была единственным промышленным двигателем, универсальность которого позволяла использовать ее на предприятиях, железных дорогах и на флоте. Паровые машины были установлены и на первых автомобилях. На транспорте они работали вплоть до 50-х гг. XX в. В некоторых странах пароходы и паровозы используют и сегодня.

Первая паровая машина была построена Джеймсом Уаттом в 1784 г. Главной ее частью был цилиндр, закрытый с обоих концов крышками. В крышках цилиндра имелись отверстия, через которые поступал пар. Вначале его впускали с одной стороны, а когда поршень доходил до противоположного конца цилиндра — с другой.

Паровая машина — устройство, выполняющее механические движения с целью преобразования энергии пара. Рабочим телом в таких машинах является водяной пар.

ЭКИПАЖС ПАРОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ

Теоретически задача постройки автомобиля, то есть повозки, которая бы ездила сама, была уже почти решена. Необходимо было лишь построить экипаж с механизмом управления, приводимый в движение находящимся в нем двигателем. В XVIII в. таким двигателем могла стать только паровая машина.

Впервые эту идею высказали Дени Папен и Томас Севе-ри — авторы единицы мощности «лошадиная сила», но, к сожалению, они не могли подтвердить свои мысли практически. Реализация оставшихся в теории английских проектов Севери и Уатта удалась французу Никола Жозефу Кюньо.

Кюньо родился в 1725 г. в Лотарингии. Он был хорошо образован и с детства проявил исключительный интерес к технике. К несчастью, он не имел капитала, который позволил бы юноше посвятить себя изобретательству. Чтобы стать материально независимым, Кюньо поступает на службу в армию и вскоре получает звание капитана инженерных войск. Уже тогда он проявил глубокие знания в строительстве современных укреплений, причем попутно осуществил ряд ценных изобретений. Некоторые из его проектов дожили до наших дней.

Инженер детально интересовался приспособлением паровой машины для привода «безлошадного экипажа», досконально знал конструкцию машины Папена и ряда паровых машин Уатта. К сожалению, слишком большие размеры этих конструкций не позволяли разместить их на повозке. Кюньо начал постройку собственной паровой машины небольших размеров. Но так как получавшиеся конструкции все равно были слишком велики, изобретатель вскоре был вынужден прекратить работы, на которые уже не хватало средств, а попытки добиться дополнительного финансирования от правительства не дали результата.

На рисунке, выполненном неизвестным художником согласно указаниям Исаака Ньютона, показано устройство упрощенного экипажа, использующего для движения реактивную силу струи пара.

Однако в 1764 г., когда изобретатель был готов полностью отказаться от исполнения своей мечты, ему улыбнулась удача. Подаваемая много раз просьба об аудиенции у министра обороны была удовлетворена. Естественно, министр не имел намерения интересоваться работой и проектами Кюньо, а поручил генералу де Грибьеву, знающему толк в механике, ознакомиться с изобретением. Генерал, исключительно интеллигентный и умный человек, сразу понял, какой переворот может совершить в армии «механический мул» в качестве артиллерийского тягача. Он поддержал идею построения опытного образца машины Кюньо. Однако первых пробных поездок пришлось ждать пять лет. Они с полным успехом прошли в Брюксе в присутствии небольшого числа зрителей. Результат этих испытаний позволил устроить демонстрацию машины в Париже, на которую был приглашен министр обороны Франции.

Первый автомобиль, так называемая малая телега Кюньо, с собственным именем «Фардье», развивал на дороге скорость 4,5 км/ч, но только в течение 12 мин, поскольку на большее не хватало ни воды, ни пара. Необходимо было наполнить котел водой и вновь разжечь под ним костер, так как у первого автомобиля отсутствовала даже топка. Несмотря на свои недостатки, телега так понравилась министру, что он приказал тотчас же приступить к постройке улучшенного и увеличенного экземпляра, который можно было бы изготовлять в больших количествах для использования в войсках для транспортировки пушек.

Первый в мире паровой автомобиль, построенный в 1769 г. Кюньо.

Известный французский изобретатель Никола Жозеф Кюньо одним из первых попытался использовать паровую машину для нужд транспорта. Построенный Кюньо в 1769 г. паровой экипаж в настоящее время хранится в Музее искусств и ремесел в Париже, а его изображение стало эмблемой французского общества автомобильных инженеров.

Получив в свое распоряжение 20 000 франков в качестве вознаграждения за первую конструкцию, Кюньо с энтузиазмом взялся за дело. В конце 1770 г. были проведены испытания нового, более мощного парового автомобиля Кюньо в присутствии официальных военных экспертов. Они дали похвальное заключение, когда тягач полностью выполнил поставленные перед ним задачи, хотя его скорость не превышала 4 км/ч вместо требуемых 15. Движение было непрерывным, поскольку котел имел собственную топку и не требовалось разжигать на земле костер. К тому же Кюньо уже придумал, как увеличить скорость хотя бы до скорости марша войсковых колонн, чтобы артиллерия не оставалась позади. Дальнейшая судьба новшества и получение заказа на большую серию паровых тягачей зависели от официального показа действующей машины перед высшей государственной властью и аристократией.

Наконец настал день демонстрации. Кюньо, как обычно, занял место водителя. Передвинув рычаг и открыв клапан подачи пара, он обеими руками взялся за рукоятки руля, требовавшие приложения очень большой силы во время поворота, что необходимо было исправить в следующих образцах. Телега, шипя выходящим из цилиндров паром, под удивленные возгласы собравшихся зрителей с большой скоростью проехала вдоль улицы. Наконец-то успех! Но что это? Телега свернула с дороги и поехала прямо в стену! Заклинило механизм управления. Стоп!

К несчастью, Кюньо не хватило сил, чтобы своевременно повернуть переднее колесо с закрепленной над ним паровой машиной и тяжелым котлом, наполненным водой. Он растерялся и забыл о возможности остановить телегу простым перекрытием подачи пара. Разогнавшаяся телега всей своей массой в три тонны ударилась в стену и разнесла ее буквально на кирпичики. Массивный водяной котел взорвался, как писали газеты того времени, «с грохотом на весь Париж;». Среди поднявшейся суматохи, толкнули кого-то из важных чинов, наступили на ногу маршалу королевского двора и сбили шляпу с головы министра обороны...

Возмущение было единодушным. Присутствующие во весь голос выражали свое недовольство. Как ни пытался изобретатель объяснить причины этого неприятного инцидента, дальнейшие испытания были прекращены.

К счастью, телегу Кюньо не постигла участь многих подобных технических новинок, она не сгнила и не заржавела на свалке. В 1794 г. ее сдали в появившееся в этот год «хранилище машин, инструментов, моделей, рисунков и описаний по всем видам искусств и ремесел» в качестве очередной механической диковинки.

Позднее она заняла центральное место в Парижском музее искусств и ремесел, а ее изображение стало эмблемой французского общества автомобильных инженеров. На родине Кюньо, в Лотарингии, ему поставили памятник, где в 1969 г. было торжественно отмечено двухсотлетие «паровой телеги».

В начале XIX в. возникли и начали быстро развиваться железные дороги. Но из-за того что необходимо было прокладывать рельсы для паровоза, это не могли сделать на всей территории государства.

Для подвозки грузов и пассажиров к железной дороге стали широко применять экипажи. К этому времени мощность паровых экипажей увеличилась в 10 раз по сравнению с повозкой Кюньо, значительно были уменьшены размеры машин и расход топлива. Однако развитие безрельсового парового транспорта, в отличие от железнодорожного, шло недостаточно быстро. Истории известен такой случай, когда церковь заподозрила Уильяма Мердока в общении с нечистой силой во время опытов с паровой машиной и изобретателю пришлось остановить все работы.

Вокруг паровых машин тоже возник скандал, связанный с тем, что Джеймс Уатт обвинил своего бывшего сотрудника Ричарда Тревитика, планировавшего установить паровую машину на свою повозку, в краже идей фирмы «Болтон и Уатт». Уатт пытался даже провести через английский парламент закон о запрещении опасных паровых экипажей. Ему это не удалось, но Тревитику так или иначе пришлось остановить все работы. Это было связано с отсутствием в окрестностях Лондона хороших дорог, пригодных для его парового экипажа. На расчистку трасс от камней и деревьев ушло все состояние Тревитика, отчаявшийся изобретатель умер в нищете. Лишь в 20-х гг. XIX в., после значительного улучшения качества дорог, паровые повозки вновь стали появляться в Англии.

Со временем к дилижансу присоединили повозку с запасами топлива и воды. Это позволило пятнадцатиместным паровым дилижансам совершить около 700 рейсов и преодолеть почти 7 тыс. км со скоростью 30 км/ч. Едва паровые дилижансы стали более уверенно вести себя на дорогах, появилось новое препятствие. Владельцы конного почтового и пассажирского транспорта, видя в паровых автомобилях серьезного конкурента, убедили парламент Англии в том, что машины портят дороги. Правительство ввело налоги на паровые автомобили. Сокрушительным ударом по владельцам любых механических повозок стал принятый парламентом «Закон о дорожных локомотивах», который уничтожил самое главное преимущество парового транспорта — скорость, ограничив ее до 15 км/ч.

Паровоз — локомотив с самостоятельной паросиловой установкой (паровой котел и паровая машина), движущийся по проложенным рельсам. Первые паровозы были созданы в Великобритании в 1803 г. Р. Тревитиком и в 1814 г. — Дж.Стефенсоном. В России первый паровоз построен в 1833 г. отцом и сыном Черепановыми.

Рисунок «дорожного локомотива», построенного Тревитиком и Виваном в 1803 г.

В 1865 г., когда железные дороги покрыли своей сетью основную часть территории Англии, их владельцы совместно с владельцами конного транспорта нанесли окончательный удар по паровым каретам. Начиная с этого года паровые машины должны были на загородных участках дороги двигаться со скоростью 7 км/ч, в пределах города — до 4 км/ч. Кроме этого, перед паровой повозкой обязательно должен был бежать специальный человек с красным флажком, предупреждая всех о приближающейся опасности.

Так, в Англии на несколько десятилетий был уничтожен такой вид транспорта, как паровые дилижансы. Однако паровозы, приводимые в движение тем же паровым двигателем, беспрепятственно и с выгодой для их владельцев продолжали катить по рельсам. Принятый закон был смягчен лишь в 1878 г. и полностью отменен в 1896 г., когда по дорогам Европы ездили десятки сотен автомобилей с бензиновыми двигателями.

Появление паровых двигателей повлекло за собой дальнейшее развитие велосипедов и возникновение мотоциклов. Считается, что первый мотоцикл был создан в 1868 г. французом Эрне Мишо. Он имел маленький паровой двигатель, очень большое переднее колесо и очень маленькое заднее. Паровой мотор работал ненадежно, и для подстраховки Мишо поставил на свое детище педали с приводом на переднее колесо. Однако он довольно быстро разочаровался в собственном творении и стал заниматься только велосипедами. Россия тоже не отставала от всеобщего увлечения паровыми двигателями. И хотя проектов создания паровых автомобилей в России было достаточно много, воплощены в жизнь были лишь единицы. Первым наиболее реальным проектом стал «быстрокат» Казимира Янкевича, датированный 1830 г. Однако он так и не был построен, несмотря на то, что по заверениям автора был способен развивать скорость до 30 км/ч.

Первый паровой колесный тягач в России был построен в 1874 г. на Мальцевском заводе в Людиново. В качестве прототипа был взят английский автомобиль «Эвелин Портер», однако русский тягач получился мощнее и тяжелее. Кроме этого, он был приспособлен к работе на дровах, а не на угле. Всего было построено семь таких тягачей.

Как и во Франции, большой интерес к паровым тягачам в России проявило военное ведомство. Как только в России появился первый рутьер, приобретенный бароном Буксгев-деном для своего имения под Ригой, военные провели его испытания. Паровой тягач «системы Томсона» достойно выдержал испытания, и в 1876 г. после испытаний еще нескольких моделей рутьеров было принято решение об их закупке для нужд российской армии.

Следующим паровым автомобилем после рутьеров Мальцевского завода был построенный в 1901 г. легковой паромобиль московского велосипедного завода «Дукс». На машине этой довольно удачной конструкции был совершен не только пробег в Крым и обратно, но и восхождение на Ай-Петри. Однако паровым автомобилям так и не удалось прижиться в России. Последней попыткой в этом направлении стала постройка в конце 1949 г. двух паровых грузовых автомобилей НАМИ-012. Испытания подтвердили работоспособность и долговечность машин, при этом их ходовые качества были не хуже, чем у дизельного грузовика.

Рутьер — паровой тягач, способный буксировать специальные вагоны, платформы или прицепы.

Вслед за французом Эрне Мишо проблемой велосипеда с мотором (мотоцикла) занялся америкапский изобретатель Сильвестр Рупер. Он установил на свою конструкцию двухцилиндровый паровой мотор Для непрерывной его работы приходилось постоянно поддерживать огонь в топке, чтобы вода все время кипела. Рупер изготовил десяток таких мотоциклов, но не сумел продать ни одного и показывал это чудо техники на ярмарках. ло время одного из представлений он умер от разрыва сердца.

Лесовозный автопоезд с тягачом НАМИ-012.

Максимальная скорость — 42 км/ч, запаса дров в бункерах хватало на 80 км пробега.

Вернемся во Францию конца XIX в. Здесь в это время паровые автомобили пережили свое второе рождение. Двигатели оснастили керосиновыми горелками вместо угольных топок, теперь они не нуждались в запасе угля и долгом разогреве. Леон Серполле (1858—1907) в своей модели парового экипажа заменил водяной котел длинной многократно изогнутой трубой — змеевиком. Это была настоящая удача, поскольку такая замена позволила уменьшить объем используемой воды. Кроме этого, на повозке Серполле были установлены эластичные шины, повышающие комфорт поездки, и специальный механизм, соединяющий вал паровой машины и ведущие колеса — кардан. Он получил свое название от имени итальянского изобретателя Джероламо Кардано и позволял передать вращение от неподвижно закрепленной паровой машины к покачивающимся на рессорах колесам повозки.

Аналогичным образом были построены паровые экипажи отца и сына Болли. Занимаясь литьем колоколов, Болли-отец увлекся изучением технологии обработки металлов, а затем и устройством различных машин. На выставке в Париже, проходящей в 1867 г., двадцатилетнего юношу поразили велосипеды и паровые омнибусы.

У Амадея Болли зародилась идея создать паровую повозку личного пользования, которая, как писал сам мастер, «предоставила бы удобства велосипеда людям пожилого возраста и далеким от спорта». Начало франко-прусской войны на время отодвинуло реализацию этой идеи, но уже в 1875 г. первая паровая машина Болли была продемонстрирована в Париже. Она представляла собой паровой дилижанс, рассчитанный на 12 мест, и получила название «Послушная». Имея общую массу 5 т, паровик расходовал на 1 км пути 2,5 кг угля и 14 л воды. По этим показателям Болли удалось опередить подобные паровые омнибусы англичан в 1,5—2 раза. Впереди сидел управляющий поездом (по терминологии тех лет — кондуктор), а сзади — кочегар (шофер), который обслуживал паровой котел. Четырехцилиндровая паровая машина (точнее, две двухцилиндровые) давала возможность на ровной горизонтальной дороге развивать скорость до 40 км/ч.

Болли продолжал совершенствовать свою паровую повозку и через некоторое время придал ей более традиционный вид. Его новая модель, изготовленная в 80-х гг. XIX в. и получившая название «Новая», имела еще более высокие показатели. Масса омнибуса составляла 3,5 т, при этом на 1 км пути ей требовалось 1,5 кг угля и 7 л воды. По своим скоростным характеристикам машина Болли могла соревноваться даже с только что появившимися бензиновыми автомобилями. Кстати, если отбросить паровой двигатель, то по конструкции и внешнему виду повозка Болли больше была похожа на современный автомобиль, чем первые бензиновые «безлошадные экипажи», официально считающиеся автомобилями. В ее конструкции присутствовали даже такие элементы, как независимая подвеска колес и металлический кузов, получившие распространение на автомобилях лишь в середине 30-х гг. XX в.

В дальнейшем часто использовали паровую машину в качестве двигателя легких трех- и четырехколесных повозок. Во Франции этим занимались Леон Серполле и фабрика «Де Дион-Бутон и Трепарду». Использование вертикального трубчатого котла намного меньшего размера, чем обычные, позволило уменьшить массу двигателя, упростить обслуживание и устранить опасность взрыва. Получившиеся в результате усовершенствования небольшие, похожие на брички четырехместные паровые экипажи были очень популярны в начале XX в. во Франции и особенно в США, где паровые автомобили выпускались до начала 30-х гг.

Омнибус — ногоместная карета, совершавшая регулярные рейсы в городах и между ними. Один из первых образцов общественного транспорта.

В 1533 г, еще будучи студентом медицинского университета, итальянский математик и философ Джероламо Кардано (1506-1576) предложил способ соединения двух вращающихся валов, находящихся под углом друг к другу. Благодаря этому открытию вотуже пятое столетие человечество использует карданную передачу.

Паровая машина «Послушная», построенная Амадеем Болли в 1875 г.

Трехколесный паровик Серполле. 1891 г.

Модель первого российского паровоза, построенного механиками отцом и сыном Черепановыми в 1833 г.

Но несмотря на все усовершенствования, паровые автомобили второй половины XIX в. оставались весьма неудобными для эксплуатации. Водитель должен был владеть теми же знаниями и сноровкой, что и машинист на

железной дороге.

Это привело к тому, что паровая машина была практически недоступна массовому потребителю. Несмотря на это, именно она сыграла важную роль в развитии автомобильной техники. Благодаря этой машине была доказана реальная возможность механического передвижения экипажа, опробованы и усовершенствованы различные механизмы будущего автомобиля. Со времен паровых автомобилей нам осталось и слово «шофер» (его раньше писали через два «ф»), что в переводе с французского означает «кочегар». И хотя на автомобиле давно уже нет ни котла, ни топки, часто современного водителя называют шофером.

К началу XX в. паровые двигатели могли достигать мощности 15 млн. Вт, а скорость вращения их вала составляла 1000 об/мин. На одной из своих поздних машин Серполле в 1902 г. установил мировой рекорд скорости автомобиля — 120 км/ч. Годом позже он установил еще один рекорд — 144 км/ч. А еще через два года, в 1905 г., американец Ф. Мариотт на паровом автомобиле превысил скорость 200 км/ч.

Казалось, еще чуть-чуть и паровой автомобиль будет признан всеми и завоюет себе будущее. Усилия Серполле и других автомобильных конструкторов вызывали одобрение, и люди мирились с хлопотами, связанными с обслуживанием паровых машин.

В 80-х гг. XIX в. появились автомобили с бензиновыми двигателями. Их главное преимущество заключалось в малой массе и быстром запуске, хотя они были не лишены ряда недостатков, от которых уже «вылечились» паровые машины.

Несмотря на все старания ученых и инженеров спасти паровики, они уже не соответствовали современным требованиям. Паровые двигатели были тяжелыми, громоздкими, требовали большого количества топлива и воды и не обещали дальнейшего повышения экономичности. На транспорте их все больше вытесняли появившиеся в конце XIX в. двигатели внутреннего сгорания.

Один из первых омнибусов на улицах Нью-Йорка.

ЗАРОЖДЕНИЕ ДВУХКОЛЕСНОГО ТРАНСПОРТА

Параллельно с развитием первых автомобилей изобретатели продолжали совершенствовать конструкции мотоциклов и установленных на них моторов. Наиболее интересными работами в этой области были аппараты французского инженера Луи Гийома Перро, который создал собственный паровой мотоцикл. Начал он, как и его соотечественник Эрне Мишо, с велосипеда, оснастив его в 1868 г. большим маховиком, благодаря чему ездок мог определенное время двигаться по инерции. Через год Перро стал применять в своих конструкциях одинарную трубчатую раму.

Революционным стал велосипед, разработанный Луи Перро, с электроприводом на заднем колесе. А ведь это было во времена, когда электротехника только зарождалась и хороших электромоторов не существовало, поэтому фантастический для того времени проект тик и остался на бумаге.

Итогом всех этих изобретений стала паровая машина для велосипеда, разработанная Перро в 1871 г. Через некоторое время мотоцикл был изготовлен и опробован на ходу. Топливом для горелки должны были служить винный спирт, керосин или растительное масло. Двигатель — одноцилиндровая паровая машина. Вдоль рамы крепился рабочий цилиндр, а бачки для топлива и воды располагались поперек рамы. С помощью специального регулятора можно было менять количество подаваемого в цилиндр пара, изменяя тем самым скорость мотоцикла. Тормоза на машине Перро не было.

Основой рамы была толстая изогнутая труба, которая крепилась к рулевой колонке и проходила к заднему колесу. Обода колес были деревянными, заделанными снаружи металлом. Металлическими были и спицы. Седло крепилось на длинной рессоре и могло перемещаться вдоль машины — вперед летом, дабы отодвинуться от горячего мотора, а зимой назад, чтобы согреться от него. Перро предлагал свое детище за три тысячи франков. Но, к сожалению, накануне франко-прусской войны его изобретение не смогло завоевать поклонников и принести прибыль.

Мотоцикл Перро имел трубчатую раму с закрепленным на ней рабочим цилиндром и бачками для топлива и воды.

«Моторный велосипед» с деревянной рамой.

Стоит упомянуть еще об одном изобретателе «пароциклов» — американце Луисе Копленде. В 1884 г. он поставил провой мотор впереди водителя над маленьким передним колесом, чтобы разгрузить заднее (масса водителя плюс масса двигателя). Этот мотоцикл мог разогнаться до 18 км/ч, несясь по улицам, как «исчадие ада», и пугая граждан. Позднее Копленд основал собственную фирму по производству мотоциклов.

В дальнейшем развитие мотоциклов приостановилось. Люди, занимавшиеся их изготовлением, столкнулись с той же проблемой, что и автомобильные мастера, — с отсутствием легкого и экономичного двигателя. Лишь появление двигателя внутреннего сгорания в корне изменило ситуацию, дав мощный толчок дальнейшему развитию этого оригинального вида транспорта.