Пороховой двигатель - Gunpowder engine

А пороховой двигатель, также известный как двигатель взрыва или же Двигатель Гюйгенса, это тип двигатель внутреннего сгорания с помощью порох как его топливо. Эта концепция была впервые исследована в 1600-х годах, особенно известными голландцами. эрудит Кристиан Гюйгенс. Джордж Кэли также экспериментировал с дизайном в начале 1800-х годов как авиационный двигатель, и утверждает, что создал модели, которые работали в течение короткого времени. Также существует стойкое утверждение, что обычные карборетированный бензиновый двигатель может работать на порохе, но документальных примеров успешной переоборудования невозможно.

Самые ранние упоминания

Самые ранние упоминания о пороховом двигателе относятся к Сэмюэл Морланд в 1661 году. Он состоит исключительно из патентного письма, написанного Король Карл второй что было получено в Уайтхолл 11 декабря 1661 года. Никаких других сведений об этом «двигателе» не сохранилось, но описание предполагает использование вакуум набрать воду.[1]

Следующая известная ссылка принадлежит Жан де Отфёй в 1678 году, предложенный как решение проблемы подъема воды из Сена поставлять Версаль. Он представил две идеи: в одной использовался вакуум, как идея Морланда, а во второй использовалась U-образная трубка с водой с одной стороны и воздухом с другой. Когда порох зажигался на стороне, заполненной воздухом, повышение давления заставляло воду подниматься на другую сторону.[2]

Как рано паровой двигатель В этих двигателях для непосредственного подъема воды использовался воздух или вакуум, создаваемый порохом. Не было никаких механических частей, как современные двигатели, которые переводили бы мощность давления газа в любую необходимую механическую форму.[3]

Гюйгенс и Папен

Порох и воздушный двигатель Гюйгенса

В 1671 г. Денис Папин получил работу в Академии Королевской библиотеки в г. Париж, где работал под руководством куратора экспериментов, Кристиан Гюйгенс.[4] Гюйгенс поручил Папену провести исследование воздуха и вакуум, в то время предмет широкого международного исследования.[5] В рамках экспериментов Папен измерил силу горения небольшого количества пороха в небольших железных и медных сосудах. Папен опубликовал отчет обо всех этих экспериментах в 1674 году в Новые эксперименты с вакуумом с описанием машин, на которых они производились..[6]

Папин переехал в Лондон вскоре после публикации,[7] и с тех пор больше участвовал в разработке пара. Хотя его разработки указали путь к ранней паровой машине, сам Папен больше заинтересовался скрытая теплота пара и разработал «паровой варочный котел», первый скороварка. Он также задумал ряд устройств, использующих в качестве рабочей жидкости давление воздуха, включая серию фонтанов, насосов и подобных устройств.

Несмотря на то, что со стороны Папена не было других примеров работы с частицами, он продолжал переписку с Готфрид Вильгельм Лейбниц по этой и другим темам. Лейбниц пытался заинтересовать Папена дальнейшим развитием событий, в какой-то момент отметив: «Тем не менее, я бы посоветовал [вам], месье, предпринять более важные дела, которые заставили бы всех дать свое одобрение и действительно изменили бы положение вещей. элементы связывания воедино пневматической машины и пороха и приложения силы огня к транспортным средствам действительно имели бы такой характер "[8] Папин ответил, что сконструировал небольшую модель гребной лодки, но тип двигателя не указан.

Двигатель Гюйгенса

Демонстрация порохового двигателя Гюйгенса в 1682 году, когда пороховая пороха создает достаточно вакуума, чтобы поднять в воздух 8 мальчиков.

Гюйгенса, однако, заинтересовала механическая сила вакуума и возможность его получения из пороха. В 1678 году он обрисовал пороховой двигатель, состоящий из вертикальной трубы, в которой находился поршень. В трубку вставляли порох и зажигали через небольшое отверстие в основании, как из пушки. Расширяющиеся газы будут толкать поршень вверх по трубе, пока он не достигнет точки около вершины. Здесь поршень обнаружил отверстия в трубке, которые позволяли выходить оставшимся горячим газам. Вес поршня и вакуум, создаваемый охлаждающими газами в теперь закрытом цилиндре, втягивали поршень обратно в трубку, поднимая испытательную массу для обеспечения мощности.[9]

Согласно источникам, единственный образец такого двигателя был построен в 1678 или 79 году с использованием пушки в качестве цилиндра. Цилиндр был прижат к основанию, где находился порох, что сделало его казенная нагрузка дизайн. Газы выходили через две кожаные трубки, прикрепленные к верхней части ствола. Когда поршень достиг их, газы открыли трубки, а когда давление упало, сила тяжести стянула кожу вниз, заставляя трубки опускаться в сторону цилиндра, закрывая отверстия.[9]

Гюйгенс представил доклад о своем изобретении в 1680 году. Новая движущая сила с помощью пороха и воздуха.[10] К 1682 году устройство успешно показало, что драм (1/16 унции) пороха в цилиндре высотой семь или восемь футов и диаметром пятнадцать или восемнадцать дюймов может вырастить семь или восемь мальчиков (или около 1100 фунтов). в воздух, который держал конец веревки.[11] Однако в современных источниках ведутся серьезные споры относительно того, мог ли двигатель быть построен. Герметизация поршня внутри цилиндра оказалась очень сложной проблемой в современных автомобилях.[12]

С этого момента можно найти мало упоминаний о ранних пороховых двигателях. Использование пара, особенно после введения атмосферный двигатель в 1712 г. захватил все дальнейшие усилия по развитию.

Кэли

В рамках своих исследований полета с двигателем Джордж Кейли был обеспокоен низким уровнем удельная мощность паровых машин, жалуясь, что «паровая машина до сих пор оказалась слишком тяжелой и громоздкой для большинства целей передвижения».[13] Он приступил к разработке новой конструкции двигателя, начиная с 1807 года, и быстро остановился на пороховых двигателях в качестве предпочтительного решения, отметив, что «ему не хватало простого и легкого первопроходца в небольших масштабах для целей некоторых подготовительных экспериментов по воздушному движению. навигации, я сконструировал тот, в котором использовалась сила пороха и выделяющееся при его взрыве тепло, действующее на некоторое количество обычного воздуха ».[14]

Его записные книжки демонстрируют значительно улучшенный дизайн по сравнению с блокнотами Гюйгенса и ему подобных. В конструкции Кэли два цилиндра были расположены один над другим, нижний действовал как камера сгорания, а верхний содержал поршень. Небольшой заряд пороха вводился в нижнюю часть нижнего цилиндра и зажигался горячим стержнем, нагреваемым свечами. Расширенные газы толкали поршень вверх, и эта энергия улавливалась большим поклон, по сути, натягивает лук назад, как будто готовится пустить стрелу. Тетива толкала шток поршня назад, когда газы выходили и охлаждались, завершая цикл.[15]

В более поздней версии Кэли попытался решить проблему постоянной езды на велосипеде. В этом варианте камера сгорания вынесена в отдельный цилиндр, расположенный сбоку от силового цилиндра. Порох хранился в верхней части этой камеры, и небольшие количества дозировались, чтобы попасть в зону горения внизу. Затем горячие газы выводились из зоны сгорания в силовой цилиндр. Он состоял из двух поршней на общем штоке поршня, при этом газы текли в разные стороны цилиндра, образуя двигатель двойного действия.[13]

В письме Кэли заявил, что сконструировал один из этих проектов (хотя он не упоминается), но также заявил, что он не очень хорошо работает.[13] Со временем он сконструировал несколько летательных аппаратов, использующих двигатель,[16] но попытки создания более крупной рабочей модели не предпринимались.

Пейн и другие

Томас Пейн представила совершенно новый тип конструкции двигателя, более похожий на водяное колесо чем обычный двигатель. В двигателе Пейна ряд чашеобразных камер сгорания располагались вокруг колеса. Когда колесо вращалось, в каждую чашку поступало небольшое количество пороха из центрального контейнера, а затем она зажигалась.[17]

В литературе есть множество других упоминаний о пороховых двигателях, но не похоже, что они использовались в оперативных целях.

В современных двигателях

Идея о том, что обычный бензиновый двигатель может работать на порохе, - постоянная тема для обсуждения. Он был поднят Разрушители легенд на Эпизод 63, и после нескольких попыток он был признан «разоблаченным».[18]

Рекомендации

Цитаты

  1. ^ Галлоуэй 1881 С. 17-18.
  2. ^ Галлоуэй 1881, п. 18-20.
  3. ^ Галлоуэй 1881, п. 20.
  4. ^ Галлоуэй 1881, п. 11.
  5. ^ Галлоуэй 1881, п. 1.
  6. ^ Галлоуэй 1881, п. 15.
  7. ^ Галлоуэй 1881, п. 16.
  8. ^ Филип Валенти, "Лейбниц, Папен и паровой двигатель: пример британского саботажа науки", Слияние, Декабрь 1979 г.
  9. ^ а б Галлоуэй 1881, п. 22.
  10. ^ Галлоуэй 1881, п. 21.
  11. ^ Галлоуэй 1881, п. 24.
  12. ^ "Эпизод 63: Ракета с воздушным цилиндром, Пороховой двигатель", Аннотированные Разрушители мифов
  13. ^ а б c Ди 2007, п. 86.
  14. ^ ""Первый полет"". Архивировано из оригинал на 2012-08-11. Получено 2012-08-21.
  15. ^ Ди 2007, п. 86-87.
  16. ^ Ди 2007, п. 243.
  17. ^ Эльберт Хаббард, «Небольшое путешествие в дом Томаса Пейна», Винсент Парк, 1908, стр. 326
  18. ^ "Эпизод 63: Ракета с воздушным цилиндром, Пороховой двигатель", 18 октября 2006 г.

Библиография