Какие бывают двигатели?

Самым первым двигателем было простое водяное колесо. На колесе крепились лопатки, оно опускалось в реку, и течение воды приводило его в движение. Прикрепив к колесу различные механизмы, люди выполняли всевозможные работы: орошали поля, мололи зерно, ковали металл.

В истории не указано, кто первым применил гидравлический двигатель. В Индии еще за тысячу лет до нашей эры существовали водосиловые установки. О водяных мельницах на Руси упоминается в документах, относящихся к XI веку. Первые гидравлические двигатели представляли собой деревянные колеса с лопатками. Нижняя часть колеса опускалась в водяной поток. Такие водяные колеса назвали нижнебойными.

А если направить поток воды сверху на колесо, вода будет давить почти на половину его лопаток и мощность двигателя увеличится еще больше! К этому очевидному выводу пришли не сразу. Такое водяное колесо назвали верхненаливным.

Нижнебойное водяное колесо	Верхненаливное водяное колесо

Позднее были придуманы ветряные двигатели. К небольшому колесу крепились огромные деревянные крылья. Они вращались под действием ветра и приводили в движение мельничные жернова. Ветряные мельницы строились на открытых местах, холмах. Их можно встретить и в наше время.

В наше время научились преобразовывать энергию ветра в электрическую энергию с помощью специальных установок - ветрогенераторов.

Ветряные мельницы	Ветрогенераторы ("ветряки")

Ветряным и водяным двигателям не требуется топливо. Они очень экономичные. Их приводят в действие силы природы, от которых они и зависят. В этом их недостаток.

Паровой двигатель более независим. В паровой машине имеются печь и котел. Печь топится дровами и углем и нагревает котел с водой. Вода закипает и превращается в пар. Он и приводит в движение механизмы. Изобретение парового двигателя способствовало развитию промышленности. Заработали паровые станки, паровозы, пароходы.

Схема паровой машины Д. Уатта (1775 г.)	Паровоз

Однако паровая машина тоже имеет недостаток: она слишком велика и прожорлива и требует много топлива.

Изобретатели сконструировали новый двигатель. Топливо в нем сгорает не в печи, а внутри самого двигателя. Его так и назвали - двигатель внутреннего сгорания. Он экономичнее и сильнее, так как в нем используется более качественное топливо (бензин и керосин), меньше и легче паровой машины, потому что не имеет котла. Двигатели внутреннего сгорания сейчас используются в автомобилях, самолетах, тепловозах, теплоходах и других машинах.

Честь изобретения двигателя внутреннего сгорания следует отдать французу Филиппу Лебону. В 1801 г. он взял патент на конструкцию газового двигателя, основанного на воспламенении смеси открытого им светильного газа (смесь водорода (50%), метана (34%), окиси углерода (8%) и других горючих газов) с воздухом, при котором выделялось большое количество теплоты. К сожалению, Лебон не успел воплотить свои идеи в жизнь - он погиб в 1804 г. Ее реализовал бельгийский механик Жан Этьен Ленуар в 1864 г. Однако, разбогатев, Ленуар перестал работать над усовершенствованием своей машины, и она была вытеснена более совершенным двигателем Августа Отто. В 1877 году он изобрел четырехтактный газовый двигатель. Цикл Отто по сей день лежит в основе работы большинства газовых и бензиновых двигателей.

Рядный четырёхцилиндровый двигатель внутреннего сгорания

Схема работы четырёхтактного двигателя внутреннего сгорания (цикл Отто)

Газовые двигатели были несовершенны, и поэтому не прекращались попытки поиска нового горючего. Первый работоспособный двигатель, работающий на бензине, изобрел немецкий инженер Готлиб Даймлер вместе с Вильгельмом Майбахом в 1885 году. Впоследствии они изобрели еще несколько типов бензиновых двигателей внутреннего сгорания, придумали карбюратор, разработали первый мотоцикл, один из первых автомобилей, лодочный мотор...

Как ни пытались усовершенствовать двигатель внутреннего сгорания, его так и не удалось использовать для вывода искусственных спутников на земную орбиту. Новый, реактивный двигатель решил эту проблему.

Дрова, уголь, бензин и керосин горят потому, что воздух поддерживает огонь. Космическая ракета летит там, где воздуха нет. Его нужно искусственно подавать. Но воздух состоит из трех частей: кислорода, углекислого газа, азота. Из всех этих газов только кислород поддерживает горение. Решили «брать» в космос только его, причем в жидком виде: так экономичнее и удобнее. В ракете керосин и жидкий кислород хранятся в отдельных баках. Затем насосом они подаются в камеру сгорания, где перемешиваются и поджигаются электрической искрой. Сгорая, кислород и керосин образуют раскаленные газы, которые через узкое горлышко вырываются наружу. Они и толкают ввысь ракету.

Устройство реактивного двигателя

Классический реактивный двигатель самолета F-15

Турбореактивный авиационный двигатель изобрели выдающиеся инженеры-конструкторы - Ганс фон Охайн (Hans von Ohain) из Германии, и Фрэнк Уиттл (Frank Whittle) из Великобритании. Первый патент на работающий газотурбинный двигатель был получен в 1930 году Фрэнком Уиттлом, однако первую рабочую модель создал именно Охайн. Он же является отцом первого турбореактивного самолета, который поднялся в небо 2 августа 1939 года.