Пороховой двигатель , также известный как двигатель взрыва или двигатель Гюйгенса , представляет собой тип двигателя внутреннего сгорания, использующего порох в качестве топлива . Эта концепция была впервые исследована в 1600-х годах, в частности, известным голландским эрудитом Христианом Гюйгенсом . Джордж Кейли также экспериментировал с конструкцией в начале 1800-х годов в качестве авиационного двигателя и утверждает, что создал модели, которые работали в течение короткого времени. Существует также настойчивое утверждение, что обычный карбюраторный бензиновый двигатель может работать на порохе, но никаких примеров успешной конверсии не задокументировано.
Пороховой двигатель основан на многих предыдущих идеях и научных открытиях, разработанных несколькими людьми независимо друг от друга.
Ранние устройства были предназначены только для подъема и/или удержания веса (обычно для изучения и демонстрации физики), в то время как двигатели были нацелены на непрерывное выполнение работы (обычно с намерением сделать что-то полезное).
Леонардо да Винчи описал в 1508 году устройство для «поднятия тяжелого груза с помощью огня» с использованием ствола пушки и пороха. [1] [2] [3]
Галилео Галилей провел тщательные эксперименты по подъему тяжестей с использованием вакуума. [1] Отто фон Герике исследовал вакуум на практике, но использовал насосы для создания вакуума. [4]
Роберт Гук спрятал фразу, которая переводится как «Вакуум», оставленный огнем, поднимает вес» в своей книге 1676 года «Описание гелиоскопов и других инструментов» . [5] [6] [7] [8]
Самые ранние упоминания о пороховом двигателе, по-видимому, принадлежат Сэмюэлю Морланду в 1661 году. Они состоят исключительно из патентного письма, написанного королем Карлом Вторым , которое было получено в Уайтхолле 11 декабря 1661 года. Никакой другой информации об этом «двигателе» не сохранилось, но описание включает использование вакуума и пороха для подачи воды. [9] [10]
Следующее известное упоминание принадлежит Жану де Отфейлю в 1678 году, который предложил решение проблемы подъема воды из Сены для снабжения Версаля . Он представил две идеи: одна с использованием вакуума, как у Морланда, и вторая, в которой использовалась U-образная трубка с водой на одной стороне и воздухом на другой. Когда порох поджигался на стороне, заполненной воздухом, повышение давления поднимало воду на другую сторону. [11]
Как и ранние конструкции паровых двигателей , эти двигатели использовали воздух или вакуум, создаваемый порохом, для непосредственного подъема воды. Не было никаких механических частей, как в современных двигателях, которые преобразуют мощность давления газа в любую необходимую механическую форму. [12]
В 1671 году Дени Папен получил работу в Академии Королевской библиотеки в Париже , где он работал под руководством куратора экспериментов Христиана Гюйгенса . [13] Гюйгенс поручил Папену провести исследование воздуха и вакуума , что в то время было предметом широкомасштабного международного изучения. [14] В рамках экспериментов Папен измерил силу небольшого количества пороха, зажженного в небольших железных и медных сосудах. Папен опубликовал отчет обо всех этих экспериментах в 1674 году в «Новых экспериментах по вакууму» с описанием машин, используемых для их создания . [15]
Папен переехал в Лондон вскоре после публикации [16] и с тех пор больше занимался разработкой пара. Хотя его разработки указали путь к раннему паровому двигателю, сам Папен больше интересовался скрытой теплотой пара и разработал «паровой реактор», первую скороварку . Он также задумал ряд устройств, использующих давление воздуха в качестве рабочей жидкости, включая ряд фонтанов, насосов и подобных устройств.
Несмотря на отсутствие дальнейших примеров работы с частицами со стороны Папена, он продолжал переписываться с Готфридом Вильгельмом Лейбницем по этой и другим темам. Лейбниц пытался заинтересовать Папена в дальнейшем развитии, в какой-то момент заметив: «И все же я бы посоветовал [вам], месье, предпринять более значительные вещи, которые заставили бы всех дать свое одобрение и действительно изменили бы положение вещей. Два пункта — связывание вместе пневматической машины и пороха и применение силы огня к транспортным средствам — действительно были бы такого рода». [17] Папен ответил, что он построил небольшую модель лодки с гребным колесом, но тип двигателя не указан.
Однако Гюйгенс заинтересовался механической силой вакуума и возможностью использования пороха для ее получения. В 1678 году он описал пороховой двигатель, состоящий из вертикальной трубы, содержащей поршень . Порох вставлялся в трубу и поджигался через небольшое отверстие в основании, как в пушке. Расширяющиеся газы двигали поршень вверх по трубе, пока он не достигал точки около верха. Здесь поршень открывал отверстия в трубе, которые позволяли выходить любым оставшимся горячим газам. Вес поршня и вакуум, образованный охлаждающими газами в теперь закрытом цилиндре, втягивали поршень обратно в трубу, поднимая испытательную массу для обеспечения мощности. [18]
Согласно источникам, единственный пример такого типа двигателя был построен в 1678 или 79 году с использованием пушки в качестве цилиндра. Цилиндр был прикреплен к основанию, где находился порох, что делало его заряжаемым с казенной части . Газы выходили через две кожаные трубки, прикрепленные к верхней части ствола. Когда поршень достигал их, газы разрывали трубки, а когда давление падало, гравитация тянула кожу вниз, заставляя трубки опускаться по бокам цилиндра, закрывая отверстия. [18]
Гюйгенс представил доклад о своем изобретении в 1680 году, «Новая движущая сила с помощью пороха и воздуха» . [19] К 1682 году устройство успешно показало, что драхма (1/16 унции) пороха в цилиндре высотой семь или восемь футов и диаметром пятнадцать или восемнадцать дюймов могла поднять в воздух семь или восемь мальчиков (или около 1100 фунтов), которые держали конец веревки. [20] Однако в современных источниках ведутся серьезные споры о том, можно ли было построить двигатель. Герметизация поршня внутри цилиндра оказалась очень сложной проблемой в современных развлечениях. [21]
С этого момента упоминаний о ранних пороховых двигателях встречается немного. Использование пара, особенно после внедрения атмосферного двигателя в 1712 году, захватило все дальнейшие усилия по развитию.
В рамках своих исследований в области управляемого полета Джордж Кейли был обеспокоен низким отношением мощности к весу паровых двигателей, жалуясь, что «паровой двигатель до сих пор оказался слишком тяжелым и громоздким для большинства целей передвижения». [22] Он занялся разработкой новой конструкции двигателя, начиная с 1807 года, и быстро остановился на пороховом двигателе как на предпочтительном решении, отметив: «Необходимость в простом и легком первом двигателе небольшого масштаба для некоторых подготовительных экспериментов по воздушной навигации, я сконструировал такой, в котором использовалась сила пороха и тепло, выделяемое при его взрыве, действуя на некоторое количество обычного воздуха». [23]
Его записные книжки показывают конструкцию, значительно улучшенную по сравнению с конструкциями Гюйгенса и ему подобных. В конструкции Кейли два цилиндра были расположены один над другим, нижний действовал как камера сгорания, а верхний содержал поршень. Небольшой заряд пороха был введен в нижнюю часть нижнего цилиндра и подожжен горячим стержнем, нагретым свечами. Расширенные газы толкали поршень вверх, и эта энергия была захвачена в большом луке , по сути, оттягивая лук назад, как будто готовясь выпустить стрелу. Тетива толкала поршневой шток обратно вниз, когда газы выходили и охлаждались, завершая цикл. [24]
В более поздней версии Кейли попытался решить проблему непрерывного цикла. В этой версии камера сгорания была перемещена в отдельный цилиндр, размещенный сбоку от силового цилиндра. Порох хранился в верхней части этой камеры, и небольшие количества отмерялись для попадания в зону сгорания ниже. Затем горячие газы направлялись из зоны сгорания в силовой цилиндр. Он состоял из двух поршней на общем штоке поршня, при этом газы текли в альтернативные стороны цилиндра, образуя двигатель двойного действия. [22]
В письме Кейли заявил, что он построил одну из таких конструкций (хотя какая именно, не упоминается), но также заявил, что она не очень хорошо работала. [22] Со временем он спроектировал несколько летательных аппаратов, использующих этот двигатель, [25] но, по-видимому, не было предпринято никаких попыток создать более крупную рабочую модель.
Томас Пейн представил совершенно новый тип конструкции двигателя, который больше напоминал водяное колесо , чем обычный двигатель. В двигателе Пейна ряд чашеобразных камер сгорания был расположен вокруг колеса. Когда колесо вращалось, каждая чаша получала небольшое количество пороха из центрального контейнера, а затем поджигалась. [26]
В литературе встречаются и другие многочисленные упоминания о пороховых двигателях, однако ни один из них, по-видимому, не использовался в боевых действиях.
Идея о том, что обычный бензиновый двигатель может работать на порохе, является постоянной темой для обсуждения. Она была подхвачена MythBusters в 63-м эпизоде, и после ряда попыток она была признана «разоблаченной». [21]
