Двигатель типичного автомобиля имеет мощность 100-200 л. с. или 70-150 кВт. На самые мощные спортивные автомобили ставят двигатели мощностью более 1000 л. с. А каковы пределы мощности современных двигателей, какие двигатели самые мощные и где они используются? Об этом — в данном посте.
1) Самый мощные двигатели внутреннего сгорания (дизельные) выпускает фирма Wartsila. Используются такие двигатели на кораблях, а их мощность достигает почти 110 тысяч л. с. или 80 мВт (миллионов Ватт).
Wartsila — Sulzer — RTA96-C
2) Весьма мощные двигатели — это паровые турбины, которые используются на АЭС. В настоящий момент мощность самых крупных из таких турбин превышает 1700 мВт.
Монтаж новой мощной турбины для Нововоронежской АЭС
3) Но самые мощные двигатели — это те, которые используются в космических ракетах. Правда, основной характеристикой ракетных двигателей является не мощность, а тяга, которая измеряется в килограммах. Но мощность такого двигателя тоже можно посчитать, и она достигает невероятных значений. Так, мощность ракетного двигателя рд-170 составляет около 27 гВт (т. е. 27 миллиардов Ватт)! Для достижения такой гигантской мощности двигатель сжигает 2,5 тонны топлива в секунду.
Разработка первого двигателя внутреннего сгорания длилась почти два века, пока автомобилисты смогут узнать прототипы современных моторов. Все начиналось с газа, а не с бензина. В число людей, которые приложили свою руку к истории создания, являются - Отто, Бенц, Майбах, Форд и другие. Но, последние научные открытия перевернули весь автомир, поскольку отцом первого прототипа считался совсем не тот человек.
Леонардо и здесь руку приложил
До 2016 года основателем первого двигателя внутреннего сгорания считался Франсуа Исаак де Риваз. Но, историческая находка, сделанная английскими учеными, перевернула весь мир. При раскопках вблизи одного из французских монастырей, были найдены чертежи, которые принадлежали Леонардо да Винчи. Среди них был чертеж двигателя внутреннего сгорания.
Конечно, если смотреть на первые двигатели, которые создавали Отто и Даймлер, то можно найти конструктивные сходства, а вот с современными силовыми агрегатами их уже нет.
Легендарный да Винчи опередил свое время почти на 500 лет, но поскольку был скован технологиями своего времени, а также финансовыми возможностями, так и не смог сконструировать мотор.
Детально исследовав чертеж, современные историки, инженеры и автоконструкторы с мировым именем, пришли к выводу, что данный силовой агрегат мог работать и довольно продуктивно. Так, компания Форд занялась разработкой прототипа двигателя внутреннего сгорания, основываясь на чертежах да Винчи. Но, эксперимент удался только наполовину. Двигатель завести не удалось.
Но, некоторые современные доработки позволили, все-таки дать жизнь силовому агрегату. Он так и остался экспериментальным прототипом, но кое-что компания Форд, все-таки почерпнула для себя - это размер камер сгорания для легковых автомобилей В-класса, который составляет 83,7 мм. Как оказалось - это идеальный размер для сгорания воздушно-топливной смеси для такого класса моторов.
Инженерия и теория
Согласно историческим фактам, в XVII веке голландский ученый и физик Кристиан Хагенс разработал первый теоретический двигатель внутреннего сгорания на пороховой основе. Но, как и Леонардо был скован технологиями своего времени и воплотить свою мечту в реальность так и не смог.
Франция. 19 век. Начинается эпоха массовых механизаций и индустриализаций. В это время, как раз и можно создать, что-то невероятное. Первый, кто сумел собрать двигатель внутреннего сгорания, был француз Нисефор Ньепс, который он назвал - Пирэолофор. Он работал с братом Клодом, и они вместе до создания ДВС презентовали несколько механизмов, которые не нашли своих заказчиков.
В 1806 году в национальной французской академии прошла презентация первого мотора. Он работал на угольной пыли и имел ряд конструктивных недоработок. Несмотря на все недостатки, мотор получил положительные отзывы и рекомендации. Вследствие этого братья Ньепсе получили финансовую помощь и инвестора.
Первый двигатель продолжал развиваться. Более совершенный прототип был установлен на лодки и небольшие корабли. Но, Клоду и Нисефору этого было не достаточно, они хотели удивить весь мир, поэтому изучали разные точные науки, чтобы совершенствовать свой силовой агрегат.
Так, их старания увенчались успехами, и в 1815 году Нисефор находит труды химика Лавуазье, который пишет, что «летучие масла», которые являются частью нефтепродуктов, при взаимодействии с воздухов могут взрываться.
1817 год. Клод едет в Англию, с целью получения нового патента на двигатель, так как во Франции срок действия подходил к концу. На этом этапе братья расстаются. Клод начинает работать над мотором самостоятельно, не уведомив об этом брата, и требует с него денег.
Разработки Клода нашли подтверждение только в теории. Изобретенный двигатель не нашел широкого производства, поэтому стал частью инженерной истории Франции, а Ньепса увековечили памятником.
Сын известного физика и изобретатель Сади Карно издал трактат, который сделал его легендой автомобилестроительной индустрии и делает его знаменитым на весь мир. Работа насчитывала 200 экземпляров и называлась «Размышления о движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу» изданная в 1824 году. Именно с этого момента начинается история термодинамики.
1858 год. Бельгийский ученый и инженер Жан Жосефа Этьен Ленуара собирает двухтактный двигатель. Отличительными элементами было то, что он имел карбюратор и первую систему зажигания. Топливом служил каменноугольный газ. Но, первый прототип работал всего несколько секунд, а потом навсегда вышел со строя.
Случилось это потому, что мотор не имел систем смазки и охлаждения. При этой неудачи Ленуар не сдался и продолжил работу над прототипом и уже в 1863 году мотор, установленный на 3-х колесный прототип автомобиля, проехал исторические первые 50 миль.
Все эти разработки положили начало эре автомобилестроения. Первые двигатели внутреннего сгорания продолжали разрабатываться, и их создатели увековечили свои имена в истории. Среди таких были - австрийский инженер Зигфрид Маркус, Джордж Брайтон и другие.
Руль принимают легендарные немцы
В 1876 году эстафету начинают принимать немецкие разработчики, чьи имена в наши дни гремят громко. Первый, кого следует отметить, стал Николас Отто и его легендарный «цикл Отто». Он первый разработал и сконструировал прототип двигатель на 4-х цилиндрах. После этого уже в 1877 году он патентует новый двигатель, который лежит в основе большинства современных моторов и самолетов начала 20 века.
Еще одно имя в истории автомобилестроения, которое многие знают и сегодня - Готлиб Даймлер. Он со своим другом и братом по инженерии Вильгельмом Майбахом разработали мотор на газовой основе.
1886 год стал переломным, поскольку именно Даймлер и Майбах создали первый автомобиль с двигателем внутреннего сгорания. Силовой агрегат получил название «Reitwagen». Этот движок ранее устанавливался на двухколесные транспортные средства. Майбах разработал первый карбюратор с жиклерами, который также эксплуатировался достаточно долго.
Для создания работоспособного двигателя внутреннего сгорания великим инженерам пришлось объединить свои силы и умы. Так, группа ученых, в которую вошли Даймлер, Майбах и Отто начали собирать моторы по две штуки в день, что на тот момент было большой скоростью. Но, как и всегда бывает, позиции ученых в совершенствовании силовых агрегатов разошлись и Даймлер уходит с команды, чтобы основать свою компанию. Вследствие этих событий Майбах следует своему другу.
1889 год Даймлер основывает первую автомобилестроительную фирму «Daimler Motoren Gesellschaft». В 1901 году Майбах собирает первый Мерседес, который положил начало легендарному немецкому бренду.
Еще одним не менее легендарным немецким изобретателем становится Карл Бенц. Его первый прототип двигателя мир увидел в 1886 году. Но, до момента создания первого своего мотора, он успел основать фирму «Benz & Company». Дальнейшая история просто потрясающая. Впечатленный разработками Даймлера и Майбаха, Бенц решил слить все компании воедино.
Так, сначала «Benz & Company» сливается с «Daimler Motoren Gesellschaft», и становиться «Daimler- Benz». Впоследствии соединение коснулось и Майбаха и компания стала называться «Mersedes- Benz».
Еще одно знаменательное событие в автомобилестроение случилось в 1889 году, когда Даймлер предложил разработку V-образного силового агрегата. Его идею подхватил Майбах и Бенц, и уже в 1902 году V-образные двигатели начали выпускаться на самолеты, а позже на автомобили.
Отец основатель автоиндустрии
Но, как не крути, самый большой взнос в развитие автомобилестроения и автодвигательных разработок внес американский конструктор, инженер и просто легенда - Генри Форд. Его лозунг: «Автомобиль для всех» нашел признание у простых людей, что и привлекло их. Основав в 1903 году компанию «Форд», он не только принялся за разработку нового поколения двигателей для своего автомобиля Форд А, но и дал новые рабочие места простых инженерам и людям.
В 1903 году против Форда выступил Селден, который утверждал, что первый использует его разработку двигателя. Судебный процесс длился целых 8 лет, но при этом, ни один из участников, так и не смог выиграть процесс, поскольку суд решил, что права Селдена не нарушены, а Форд использует свой тип и конструкцию мотора.
В 1917 году, когда США вступила в первую мировую войну, компания Форд начинает разработку первого тяжелого двигателя для грузовых автомобилей с повышенной мощностью. Так, к концу 1917 года Генри представляет первых бензиновый 4-х тактный 8-ми цилиндровый силовой агрегат Форд М, который начала устанавливаться на грузовые автомобили, а в последствие и во время 2-й мировой на некоторые грузовые самолеты.
Когда другие автомобилестроители переживали не самые лучшие времена, то компания Генри Форда процветала и имела возможность разрабатывать все новые варианты двигателей, которые нашли применение среди широкого автомобильного ряда автомобилей Форд.
Вывод
По сути, первый двигатель внутреннего сгорания изобрел Леонардо да Винчи, но это было только в теории, поскольку он был скован технологиями своего времени. А вот первый прототип поставил на ноги голландец Кристиан Хагенс. Потом были разработки французских братьев Ньепс.
Но, все же массовой популярности и разработки двигатели внутреннего сгорания получили с разработками таких великих немецких инженеров, как Отто, Даймлер и Майбах. Отдельно стоит отметить заслуги в разработках моторов отца основателя автоиндустрии - Генри Форда.
Вечный двигатель (или Perpetuum mobile) - воображаемая машина, которая, будучи единажды приведенной в движение, сама по себе удерживается в этом состоянии сколь угодно долго, совершая при этом полезную работу (КПД больше 100 %). На протяжении всей истории лучшие умы человечества пытаются сгенерировать такое устройство однако в даже в начале 21 века вечный двигатель - это всего лишь научный проект.
Начало истории интереса к понятию вечный двигатель можно просдедить уже в греческой философии. Древние греки были буквально очарованы кругом и считали, что по круговым траекториям движутся как небесные тела так и человеческие души. Однако небесные тела движутся по идеальным окружностям и потому движение их вечно, а человек не способен «проследить начало и конец своей дороги» и тем самым осужден на смерть. О небесных телах, движение которых было бы действительно круговым, Аристотель (384 - 322 до н.э., величайший философ античной Греции, ученик Платона, воспитатель Александра Македонского) говорил, что они не могут быть ни тяжелыми, ни легкими, так как эти тела «не способны приближаться к центру или удаляться от него естественным или вынужденным образом». Это заключение привело философа к главному выводу, что движение космоса - это мера всех других движений, так как оно одно является постоянным, неизменным, вечным.
Августин Блаженный Аврелий (354 - 430) христианский теолог и церковный деятель также описывал в своих трудах необычную лампу в храме Венеры, испускающую вечный свет. Пламя ее было мощным и сильным и его не могли загасить дождь и ветер, несмотря на то, что лампу эту никогда не заправляли маслом. Данное устройство по описанию можно также считать своего рода вечным двигателем, так как действие - вечный свет - обладало неограниченными во времени постоянными характеристиками. В летаписях также есть информацию о том, что в 1345 г. на могиле дочери Цицерона (известного древнеримского правителя, философа) Туллии был найден похожий светильник и дегенды утверждают, что он испускал свет без перерыва около полторы тысячи лет.
Однако самое первое упоминание о вечном двигателе датируется примерно 1150 г.. Индийский поэт, математик и астроном Бхаскара описывает в своем стихотворении необычное колесо с прикрепленными наискось по ободу длинными, узкими сосудами, наполовину заполненными ртутью. Ученый обосновывает принцип действия устройства на различии различии моментов сил тяжести, создаваемых жидкостью, перемещавшейся в сосудах, помещенных на окружности колеса.
Уже примерно с 1200 г. проекты вечных двигателей появляются в арабских летаписях. Несмотря на то, что арабские инженеры использовали собственные комбинациями основных конструктивных элементов, главной частью их устройств оставалось большое колесо, вращавшееся вокруг горизонтальной оси и принцип действия был сходен с работой индийского ученого.
В Европе первые чертежи вечных двигателей появляются одновременно с введением в обиход арабских (по своему происхождению индийских) цифр, т.е. в начале XIII века. Первым европейским автором идеи вечного двигателя считается средневековый французский архитектор и инженер Вийяр д"Оннекур, известный как строитель кафедральных соборов и создатель целого ряда интересных машин и механизмов. Несмотря на то, что по принципу действия машина Вийяра сходна со схемами, предложенными арабскими учеными ранее, отличие заключается в том, что вместо сосудов со ртутью или сочлененных деревянных рычагов Вийяр размещает по периметру своего колеса 7 небольших молоточков. Как строитель соборов, он не мог не отметить на их башнях конструкцию из барабанов с прикрепленными к ним молоточками, которая постепенно заменяла в Европе колокола. Именно принцип действия таких молоточков и колебания барабанов при откидывании грузов навели Вийяра на мысль об использовании аналогичных железных молоточков, установив их по окружности колеса своего вечного двигателя.
Французский ученый Пьер де Марикур, занимавшийся в то время опытами с магнетизмом и исследованием свойств магнитов,через четверть века после появления проекта Вийяра, предложил иную схему вечного двигателя, основанную на использованиив то время практически не известных магнитных сил. Принципиальная схема его вечного двигателя напоминала скорее схему вечного космического движения. Возникновение магнитных сил Пьер де Марикур объяснял божественным вмешательством и потому источниками этих сил считал «небесные полюса». Однако он не отрицал того обстоятельства, что магнитные силы всегда проявляют себя там, где поблизости присутствует магнитный железняк, поэтому эту взаимосвязь Пьер де Марикур объяснял тем, что данный минерал управляется тайными небесными силами и воплощает в себе все те мистические силы и возможности, которые помогают ему осуществлять в наших земных условиях непрерывное круговое движение.
Знаменитые инженеры эпохи возраждения, среди которых были знаменитые Мариано ди Жакопо, Франческо ди Мартини и Леонардо да Винчи, также проявляли интерес к проблеме вечного двигателя, однако не один проект не был подтвержден на практике. В 17 веке некий Иоганн Эрнст Элиас Бесслер утверждал, что изобрел вечный двигатель и готов продать идею за 2 000 000 талеров. Свои слова он подтверждал публичными демонстрациями работающих прототипов. Самая впечатляющая демонстрация изобретения Бесслера произошла 17 ноября 1717 года. Вечный двигатель с диаметром вала больше 3,5 м был приведен в действие. В этот же день комната, в которой он находился, была заперта, и открыли ее только 4 января 1718 года. Двигатель все еще работал: колесо крутилось с той же скоростью, что и полтора месяца назад. Репутацию изобретателя подмочила служанка, заявив, чтоб ученый обманывает обывателей. после этого скандала интерес к изобретениям Бесслера утратили абсолютно все и ученый умер в нищите, но все чертежи и прототипы он перед этим уничтожил. На данный момент принципы действия двигателей Бесслера точно не известны.
И в 1775 г. Парижская академия наук - наивысший в ту пору научный трибунал Западной Европы - выступила против безосновательной веры в возможность создания вечного двигателя и приняла решение не рассматривать больше заявки на патентование данного устройства.
Таким образом, не смотря на появление все новых и новых невероятных, но не подтвержающих себя в реальной жизни, проектов вечного двигателя, он пока остается в человеческих представлениях лишь бесплодной идеей и свидетельством как тщетных усилий многочисленных ученых и инженеров разных эпох, так и их невероятной изобретательности...
А вы знаете, что Россия – первая страна, где было запущенно успешное массовое производство дизельных двигателей? В Европе их называли «Русскими дизелями».
Несмотря на то, что патент на дизельный двигатель один из самых дорогих в истории, путь становления этого устройства тяжело назвать успешным и гладким, как и жизненный путь его создателя - Рудольфа Дизеля.
Первый блин комом – так можно охарактеризовать первые попытки производства дизелей. После успешного дебюта, лицензии на производство новинки раскупались как горячие пирожки. Однако промышленники столкнулись с проблемами. Двигатель не работал! В адрес конструктора все чаще звучали обвинения в том, что он обманул общественность и продал негодную технологию. Но дело было вовсе не в злом умысле, опытный образец был исправен, вот только производственные мощности заводов тех лет не позволяли воспроизвести агрегат: требовалась недостижимая тогда точность.
Дизельное топливо появилось через долгие годы после создание самого двигателя. Первые, наиболее успешные в производстве агрегаты, были адаптированы под сырую нефть. Сам Рудольф Дизель на ранних этапах разработки концепции предполагал использовать как источник энергии угольную пыль, но по результатам экспериментов отказался от этой идеи. Спирт, масло - вариантов было множество. Однако и сейчас опыты с дизтопливом не прекращаются. Его пытаются сделать дешевле, экологичнее и эффективнее. Наглядный пример - меньше, чем за 30 лет, в Европе было принято 6 экологических стандартов дизтоплива.
В далеком 1898 году инженер Дизель подписал договор с Эммануилом Нобелем, крупнейшим в России нефтепромышленником. Два года длились работы по усовершенствованию и адаптации дизельного двигателя. И в 1900 году началось полноценное серийное производство, что стало первым настоящим успехом детища Рудольфа.
Однако мало кому известно, что в России существовала альтернатива установке Дизеля, которая могла его превзойти. Тринклер-мотор, создаваемый на Путиловском заводе, пал жертвой финансовых интересов могущественного Нобеля. Невероятно, но КПД этого двигателя составляло на стадии разработки 29%, а ведь Дизель потряс мир 26,2%. Но Густаву Васильевичу Тринклеру в приказном порядке было запрещено продолжать работы над своим изобретением. Разочарованный инженер уехал в Германию и в Россию вернулся через годы.
Рудольф Дизель, благодаря своему детищу, стал по-настоящему богатым человеком. Но интуиция изобретателя отказывала ему в коммерческой деятельности. Череда неудачных вложений и проектов истощила его состояние, а тяжелый финансовый кризис 1913 года добил его. Фактически он стал банкротом. По словам современников, последние месяцы перед гибелью он был мрачен, задумчив и рассеян, однако его поведение свидетельствовало, что он что-то задумал и как будто прощается навсегда. Доказать невозможно, но вероятно, что расстался с жизнью он добровольно, стремясь сохранить достоинство в разорении.
Сядьте в лодку с грузом в виде большого камня, возьмите камень, с силой отбросьте его от кормы, - и лодка поплывет вперед. Это и будет простейшая модель принципа работы ракетного двигателя. Средство передвижения, на котором он установлен, содержит в себе и источник энергии, и рабочее тело.
Ракетные двигатели: факты
Ракетный двигатель работает до тех пор, пока в его камеру сгорания поступает рабочее тело – топливо. Если оно жидкое, то состоит из двух частей: горючего (хорошо горящего) и окислителя (повышающего температуру горения). Чем больше температура, тем сильнее вырываются газы из сопла, тем больше сила, увеличивающая скорость ракеты.
Ракетные двигатели: факты
Топливо бывает и твердым. Тогда оно запрессовывается в емкость внутри корпуса ракеты, служащую одновременно и камерой сгорания. Твердотопливные двигатели проще, надежнее, дешевле, легче транспортируются, дольше хранятся. Но энергетически они слабее, чем жидкостные.
Из применяющихся в настоящее время жидких ракетных топлив наибольшую энергетику дает пара «водород + кислород». Минус: чтобы хранить компоненты в жидком виде, нужны мощные низкотемпературные установки. Плюс: при сгорании этого топлива образуется водяной пар, так что водородно-кислородные двигатели экологически чистые. Мощнее них теоретически только двигатели со фтором в качестве окислителя, но фтор – вещество крайне агрессивное.
На паре «водород + кислород» работали самые мощные ракетные двигатели: РД-170 (СССР) для ракеты «Энергия» и F-1 (США) для ракеты «Сатурн-5». Три маршевых жидкостных двигателя системы «Спейс Шаттл» также работали на водороде и кислороде, но их тяги все равно не хватало, чтобы оторвать сверхтяжелый носитель от земли, - пришлось для разгона использовать твердотопливные ускорители.
Меньше по энергетике, но проще в хранении и использовании топливная пара «керосин + кислород». Двигатели на этом топливе вывели на орбиту первый спутник, отправили в полет Юрия Гагарина. По сей день, практически без изменений, они продолжают доставлять на Международную космическую станцию пилотируемые «Союзы ТМА» с экипажами и автоматические «Прогрессы М» с топливом и грузами.
Топливную пару «несимметричный диметилгидразин + азотный тетраоксид» можно хранить при обычной температуре, а при смешивании она сама воспламеняется. Но это топливо, носящее имя гептил, очень ядовито. Уже которое десятилетие оно применяется на российских ракетах серии «Протон», одних из самых надежных. Тем не менее, каждая авария, сопровождающаяся выбросом гептила, превращается в головную боль для ракетчиков.
Ракетные двигатели единственные из существующих помогли человечеству сначала преодолеть притяжение Земли, затем отправить автоматические зонды к планетам Солнечной системы, а четыре из них – и прочь от Солнца, в межзвездное плавание.
Существуют еще ядерные, электрические и плазменные ракетные двигатели, но они либо не вышли из стадии проектирования, либо только начинают осваиваться, либо неприменимы при взлете и посадке. Во втором десятилетии XXI века подавляющее большинство ракетных двигателей – химические. И предел их совершенства практически достигнут.
Теоретически описаны еще фотонные двигатели, использующие энергию истечения квантов света. Но пока еще нет даже намеков на создание материалов, способных выдержать звездную температуру аннигиляции. А экспедиция к ближайшей звезде на фотонном звездолете вернется домой не ранее чем через десять лет. Нужны двигатели на ином принципе, чем реактивная тяга…
