Организовал таки тг канал. Первый пост там про пороховые двигатели.

Для Аи, оно было бы весьма интересно.

Если спросить среднестатистического человека, о том, когда появились первые двигатели внутреннего сгорания, то скорее всего он ответит: «В 19мвеке». Некоторые даже припомнят Ленуара и его газовый двигатель. Но на самом деле всё намного интересней, и первые двс появились ещё в 17м веке, и работали на чёрном порохе.

Вообще, если подходить чисто формально, то артиллерийские пушки или пороховые ракеты для фейерверков — это тоже тепловые машины, преобразующие химическую энергию пороха в механическую работу. Потому можно было бы сказать, что первые двс в Европе появились ещё в 13м веке. Но это отчасти было бы натяжкой, ибо под двс обычно понимается «универсальный» источник механической работы. Пушка же могла только лишь метать ядра, но её нельзя было использовать для , например, откачки воды из шахт, или использовать для помола муки.

Тем не менее постоянно возникали идеи использовать энергию пороха в мирных целях. Первым скорее всего такую идею высказал да Винчи, однако, как и многие его изобретения, пороховой двигатель да Винчи так и не был реализован на практике, хотя был вполне работоспособен и в целом идентичен более позднему воплощённому в металле двигателю. В 1678 году независимо от да Винчи французский аббат Жан де Отефилль выдвинул идею о создании двигателя, использующего порох. Двигатель Отефилля был предназначен для подъёма воды из Сены для нужд Версаля, он представлял из себя U-образную трубку разделённую подвижной перегородкой с водой с одной стороны и воздухом с другой. Когда порох зажигался на стороне, заполненной воздухом, продукты сгорания пороха под высоким давлением двигали передвигали перегородку, тем самым поднимая воду вверх на другой стороне. Данный двигатель так и не был реализован на практике. В том же 1678 году свою модель порохового двигателя представил парижской академии наук Христиан Гюйгенс. Отметим, что в конце 17го века идея буквально витала в воздухе. Тогда проводилось очень много опытов с разрежением воздуха, «пустотой» возникающей при работе только что (1650й год) изобретённого Отто фон Герике поршневого вакуумного насоса. Во многих источниках упоминается, что именно насос Герике натолкнул Гюйгенса, на идею о создании порохового двигателя. Но скорее всего эта идея пришла ему в голову во время посещения Лондонского королевского общества во время которого Гюйгенс присутствовал на демонстрации Бойлем оригинальной модели поршневого воздушного насоса.

После этого события, Гюйгенс начинает работать над собственным воздушным насосом, создавая всё более совершенные модели (чем вызывает зависть Бойля). В конце концов Гюйгенс приходит к революционной мысли, использовать для приведения в движение поршня энергию пороха. и немедленно предлагает последовательную программу исследований Кольберу: «Производить опыт с пустотой при помощи машин и определить вес воздуха. Исследовать силу, заключенную в орудийном порохе, заключая его в небольшом количестве в железный или медный ящик достаточной толщины.» Ранний двс Гюйгенса был устроен следующим образом. В основание цилиндрического сосуда (артиллерийский ствол) помещалась порция пороха и подрывалась, полученные горячие расширяющиеся газы (газообразование при взрыве навески чёрного пороха достигает 450 л/кг) приводили в движение цилиндр, который собственно и выполнял механическую работу. Избыточный газ выводился через отверстия, расположенные выше изначального положения поршня, в результате чего в цилиндре образовывалось разрежение, которое вместе с собственным весом возвращало поршень в исходное положение. Двигатель, разработанный Гюйгенсом, был в целом идентичен ранней модели да Винчи, однако он всё-таки был реализован на практике. Сохранились записи, где утверждалось, что двигатель Гюйгенса смог поднять 8х человек.

Итак, был создан двигатель способный совершать механическую работу за счёт энергии пороха. При том он мог быть достаточно компактным, ему не нужны ни топка, ни котёл… Но почему же он не получил достойного применения в промышленности, и был во многом забыт? Всё дело в топливе. Чёрных порох при сгорании образовывал очень много угольной пыли, которая выступала при детонации как сильный абразив. Значит ресурс такого двигателя был бы очень ограничен. Но самое главное, это скудная сырьевая база пороха. Чёрный порох состоит из трёх основных компонентов: древесный уголь, сера и селитра. Все три компонента дефицитные. Сера была доступна только самородная. Древесный уголь требовал для своего производства большого количества древесины. Но самым дефицитным компонентом была селитра (нитрат калия), которую получали в специальных «селитряницах», ямах с перегнивающими отходами, например, навозом, посыпанные сверху золой. И, наконец, чёрный порох был взрывоопасен.

Получается всё было напрасно? Отнюдь, ибо именно двигатель Гюйгенса стал основой для создания первого поршневого парового двигателя. Дени Папен, создатель атмосферного парового двигателя, был лаборантом у Гюйгенса. По сути его двигатель, это двигатель Гюйгенса, но адаптированный к работе на водяном паре низкого давления. На основе двигателя Папена впоследствии будут созданы машины Ньюкомена и Уатта.

Рассказ о ранних пороховых двигателях был бы неполным без упоминания об одном человеке, пионере авиации Джордже Кэйли. Одном из первых теоретиков в области летательных аппаратов тяжелея воздуха. Именно Кэйли ввёл четыре основных аэродинамических силы: подъемная сила, вес, тяга и лобовое сопротивление. Но Кэйли был не только теоретиком, но и предпринимал попытки построить самолёт. Имеющиеся в начале 19го века паровые двигатели не обладали необходимой для примитивных самолётов тяговооружённостью (отношением создаваемой ими тяги к их собственному весу). Именно поэтому, весьма закономерно, что учёный обратил своё внимание на поровые двигатели, которые несмотря на все свои недостатки обладали неоспоримым преимуществом перед паровыми машинами, высокой тяговооружённостью. Судя по всему, всего было сконструировано два двигателя. Модель 1807го года, и модель 1850го года.

Первая модель была устроена следующим образом: два цилиндра были расположены один над другим, нижний выполнял функцию камеры 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 похожим на лук устройством. По завершении работы пороховых газов, тетива «лука» толкала шток поршня обратно вниз, завершая цикл.

В более поздней версии 1850го года Кейли попытался решить проблему постоянного циклирования. В этой версии камера сгорания была перенесена в отдельный цилиндр, расположенный сбоку от силового цилиндра. Порох хранился в верхней части этой камеры, и небольшие количества отмерялись для попадания в зону сгорания внизу. Затем горячие газы по трубопроводу выводились из зоны сгорания в силовой цилиндр. Он состоял из двух поршней на общем поршневом штоке, при этом газы поступали в разные стороны цилиндра, образуя двигатель двойного действия.

К сожалению, созданные двигатели так и не привели в движение ни один самолёт…