Огненный поршень , иногда называемый огненным шприцем или огненным стартером со стержнем , — это устройство древнего происхождения из Юго-Восточной Азии , которое используется для разжигания огня. На малайском языке его называют «gobek api». Он использует принцип нагревания газа (в данном случае воздуха) путем быстрого и адиабатического сжатия для воспламенения куска трута , который затем используется для поджигания растопки. [1]
Пожарный поршень состоит из полого цилиндра, запечатанного с одного конца и открытого с другого. Размеры варьируются в длину от 3 до 6 дюймов (от 7,5 до 15 см) с отверстием диаметром около 0,25 дюйма (6–7 мм) до 10–14 дюймов (от 25 до 35 см) с отверстием диаметром около 0,5 дюйма (14 мм). В цилиндр вставлен поршень с герметичным круглым уплотнением . Для создания герметичного, но скользкого уплотнения используется струнная набивка, смазанная водой, или резиновая прокладка, смазанная консистентной смазкой. На конце поршня сделана небольшая полость, куда можно вставить трут , не раздавливая его во время последующих операций. Поршень можно полностью вынуть из цилиндра для установки или снятия трута.
Поршень (или цилиндр) имеет ручку на конце, чтобы его можно было крепко схватить, или достаточно большую площадь поверхности, чтобы ударить по нему резко, не причиняя боли, в то время как цилиндр (или поршень) закреплен или ударен о твердую поверхность. Сжатие воздуха, когда поршень быстро вдавливается в цилиндр, приводит к резкому повышению внутренней температуры до более чем 400 °F (260 °C), температуры самовоспламенения трута. Это достаточно горячо, чтобы трут в поверхности поршня воспламенился с видимой вспышкой, которую можно увидеть, если цилиндр сделан из полупрозрачного или прозрачного материала. Затем поршень быстро вынимают, прежде чем горящий трут истощит доступный кислород внутри цилиндра. Затем тлеющий трут можно удалить с поверхности поршня и перенести в большее гнездо из трута. Затем уголек энергично раздувают или дуют на него, чтобы создать пламя, в это время можно добавлять различные стадии более крупной растопки, пока не разгорится полномасштабный огонь.
Древние и современные версии огненных поршней изготавливались из дерева , рогов животных , рогов оленя , бамбука или металла. Сегодня огненные поршни обычно изготавливаются из дерева, металла или пластика. Стали доступны самодельные конструкции с использованием деревянных штифтов, ПВХ и медных труб и резиновых уплотнительных колец, чтобы построить версии стоимостью менее 2 долларов США каждая. [ требуется цитата ]
Быстрое сжатие газа одновременно увеличивает его давление и температуру. Если это сжатие выполняется слишком медленно, тепло будет рассеиваться в окружающую среду, поскольку газ возвращается к тепловому равновесию с ними. Если сжатие выполняется достаточно быстро, то времени для достижения теплового равновесия не остается. Абсолютная температура газа может внезапно стать намного выше, чем у его окружения, увеличиваясь от исходной комнатной температуры газа до температуры, достаточно высокой, чтобы поджечь трут. Воздух в цилиндре действует как источник тепла, так и как окислитель для топлива трута.
Тот же принцип используется в дизельном двигателе для воспламенения топлива в цилиндре, устраняя необходимость в свече зажигания, которая используется в бензиновом двигателе . Принцип работы ближе к двигателю с горячей лампой , раннему предшественнику дизеля, поскольку топливо (трут) сжимается вместе с газом, тогда как в дизеле топливо впрыскивается, когда газ уже сжат и имеет высокую температуру.
Поршни огня имеют степень сжатия около 25 к 1. Это сопоставимо с примерно 20:1 для современного дизельного двигателя и между 7:1 и 11,5:1 для бензинового двигателя. Поршень огня намеренно сделан узким, чтобы без посторонней помощи человеческая сила могла приложить достаточно силы, чтобы сжать воздух в цилиндре до его максимальной степени. Для достижения высокой степени сжатия конечный сжатый объем трута и воздуха должен быть небольшим по сравнению с длиной поршневой трубки. Эти два фактора вместе означают, что только небольшое количество трута может быть зажжено поршнем огня, но этого может быть достаточно, чтобы зажечь другой трут, и в свою очередь зажечь более крупный огонь.
Лучше всего подходят труты, которые воспламеняются при очень низкой температуре. Легко воспламеняющиеся материалы, такие как обугленная ткань или амаду, хорошо подходят в качестве трута и также могут удерживать тлеющий уголь. Напротив, хлопковые волокна воспламеняются при температуре 455 °F (235 °C) и будут ярко вспыхивать, но не будут удерживать тлеющий уголь. Яркой вспышки света иногда достаточно для демонстрационных целей, но она не станет причиной постоянного пожара.
Конструкция ручного насоса, например, обычного велосипедного насоса , очень похожа, за исключением того, что насос также имеет клапаны и шланг для подачи сжатого воздуха на выходе. В случае насоса нагревание сжатого воздуха является нежелательным побочным эффектом. Как в пожарном поршне, так и в насосах механизм и смазочные материалы должны быть выбраны так, чтобы выдерживать высокие пиковые температуры и давления.
Огненные поршни были изобретены юго-восточными азиатами (вероятно, австронезийскими народами ). Их использование было в основном сосредоточено в австронезийских регионах, особенно на Малайском полуострове , Филиппинах , Борнео , Суматре , Яве , некоторых островах к востоку от Явы, включая Флорес , и на Мадагаскаре . Они также встречаются в Бирме , Таиланде и Лаосе в материковой части Юго-Восточной Азии , а также в некоторых частях Юньнани и в Японии . [3] [4] [5] [6]
Огненные поршни в Юго-Восточной Азии изготавливались по-разному: из бамбука, дерева, металла, слоновой кости, кости и рога. Основная трубка обычно была около 3,25 дюйма (8,3 см) в длину и 0,5 дюйма (1,3 см) в диаметре, с размером отверстия около 0,375 дюйма (0,95 см). [7] Конец трубки обычно расширялся в небольшую полость, используемую для хранения трута. [2] Используемый трут обычно получали из оснований листьев пальм и ротанговых лоз и обычно хранили в коробке для трута, которую носили вместе с поршнем. Сообщалось, что они были известны как lek phai tok на тайском языке ; и gobek api на малайском языке (буквально «огненная ступка и пестик »). [8]
Древность огненного поршня в Юго-Восточной Азии неизвестна, но он определенно предшествовал австронезийской колонизации Мадагаскара (ок. 100-500 гг. н. э.). Это было одно из ранних определенных доказательств, связывающих Мадагаскар с юго-восточноазиатским происхождением. [6]
Принципы, управляющие огненными поршнями, также использовались для создания поршневых мехов Юго-Восточной Азии из бамбука. Эти поршневые мехи могли закачивать достаточно воздуха в печь, чтобы создавать температуры, достаточно высокие для плавления металла, что привело к независимому развитию сложной бронзовой и железной металлургии в Юго-Восточной Азии, начиная примерно с 1500 г. до н. э. В частности, в развитии бронзовых гонгов (например, культуры Донг Сон ), которые затем экспортировались по древним морским торговым сетям Юго-Восточной Азии. [6] [9] Эти поршневые мехи достигли Мадагаскара до контакта с европейцами. [10] Технология бамбуковых поршневых мехов также была рано принята китайцами, полностью заменив коренную китайскую технологию кожаных мехов. [6] [11]
Вопрос о том, были ли европейские огненные поршни под влиянием юго-восточноазиатских огненных поршней, был предметом споров. Но Бальфур (1908) и Фокс (1969) убедительно продемонстрировали, что европейские огненные поршни были независимо обнаружены с помощью пневматических ружей. Фокс, однако, пытается утверждать, что юго-восточноазиатские огненные поршни были завезены из Европы, но это отвергается как неубедительное другими учеными. Наличие производной поршне-меховой технологии и существование огненных поршней даже в изолированных и далеко разделенных культурах, таких как качины северной Бирмы и игороты высокогорного Лусона , определенно делает известным, что юго-восточноазиатские огненные поршни существовали задолго до европейских версий. [4] [10]
Несмотря на независимое изобретение европейских огненных поршней, именно юго-восточноазиатские огненные поршни вдохновили Рудольфа Дизеля на создание дизельного двигателя около 1892 года, а не европейские версии (которые к концу 19 века были в значительной степени заменены спичками). Дизель был учеником изобретателя Карла фон Линде . Он усвоил идею двигателя внутреннего сгорания после того, как стал свидетелем того, как Линде зажег сигарету с помощью огненного поршня. Этот огненный поршень был приобретен Линде из Юго-Восточной Азии во время лекции в Пенанге . [5] [12] [13]
Первый известный задокументированный огненный поршень на Западе был изготовлен в 1745 году аббатом Агостино Руффо из Вероны, Италия, который делал пару воздушных ружей для короля Португалии Жуана V. Когда Руффо проверял воздушный насос ружья на герметичность, заткнув его выходное отверстие куском дерева, он заметил, что после того, как он нагнетал давление в насосе, дерево обгорело. Впоследствии он обнаружил, что трут воспламенялся от насоса. Руффо создал аппарат для дальнейшего изучения этого явления, [14] но его изобретение не было популяризировано.
Зафиксировано, что первый огненный поршень дебютировал перед учеными в 1802 году, [15] и был запатентован в 1807 году одновременно в Англии и Франции. [16] Огненные поршни, или «огненные шприцы», как их тогда называли, пользовались кратковременной популярностью в некоторых частях Европы в начале девятнадцатого века, пока их не вытеснила фрикционная спичка , изобретенная в 1826 году. [17]
В США описания публиковались много лет. [18] [19] [20]
