Эолипил , aeolipyle или eolipile , от греческого "Αἰόλου πύλη," букв. ' Эоловые ворота ' , также известный как двигатель Герона (или Герона ) , представляет собой простую безлопастную радиальную паровую турбину , которая вращается при нагревании центрального водяного контейнера. Крутящий момент создается струями пара, выходящими из турбины. Греко-египетский математик и инженер Герон Александрийский описал устройство в I веке нашей эры, и многие источники приписывают ему заслугу его изобретения. [1] [2] Однако Витрувий был первым, кто описал это устройство в своем труде De architectura ( ок. 30-20 до н. э. ). [3]
Эолипил считается первым зарегистрированным паровым двигателем или реактивной паровой турбиной , но он не является ни практическим источником энергии, ни прямым предшественником типа парового двигателя, изобретенного во время промышленной революции . [4]
Название, происходящее от греческого слова Αἴολος и латинского слова pila , переводится как «шар Эола », поскольку Эол был греческим богом воздуха и ветра.
Поскольку для выполнения работы используется пар, эолипил (изображенный в профиль) используется в качестве символа для ставки техника по котельному оборудованию ВМС США, как и для более ранних званий водометчика, котельщика и кочегара.
Эолипил обычно состоит из сферического или цилиндрического сосуда с противоположно изогнутыми или изогнутыми соплами, выступающими наружу. Он предназначен для вращения вокруг своей оси. Когда сосуд находится под давлением пара, газ выталкивается из сопел, что создает тягу по принципу ракеты [5] как следствие 2-го и 3-го законов движения Ньютона . Когда сопла, направленные в разных направлениях, создают силы вдоль разных линий действия, перпендикулярных оси подшипников , тяги объединяются, чтобы привести к вращательному моменту (механической паре ) или крутящему моменту , заставляя сосуд вращаться вокруг своей оси. Аэродинамическое сопротивление и силы трения в подшипниках быстро нарастают с увеличением скорости вращения ( об/мин ) и поглощают ускоряющий крутящий момент, в конечном итоге отменяя его и достигая скорости стационарного состояния .
Обычно, и как описал устройство Геро, вода нагревается в простом котле , который является частью подставки для вращающегося сосуда. В этом случае котел соединен с вращающейся камерой парой труб, которые также служат шарнирами для камеры. В качестве альтернативы вращающаяся камера сама может служить котлом, и такое расположение значительно упрощает расположение шарниров/подшипников, поскольку тогда им не нужно пропускать пар. Это можно увидеть на иллюстрации модели для класса, показанной здесь.
И Герон, и Витрувий опираются на гораздо более раннюю работу Ктесибия (285–222 до н. э.), также известного как Ктесибий или Тесибий, который был изобретателем и математиком в Александрии , Птолемеевском Египте . Он написал первые трактаты по науке о сжатом воздухе и его использовании в насосах.
Витрувий (ок. 80 г. до н.э. – ок. 15 г. до н.э.) упоминает эолипилов по имени:
Эолипила — это полые медные сосуды, имеющие отверстие или устье небольшого размера, посредством которого они могут быть наполнены водой. До того, как вода нагреется на огне, выбрасывается лишь небольшой ветер. Однако, как только вода начинает кипеть, выбрасывается сильный ветер. [6]
Герой (ок. 10–70 гг. н. э.) придерживается более практичного подхода, давая инструкции по изготовлению:
№ 50. Паровая машина. ПОСТАВЬТЕ котел над огнем: шар должен вращаться на оси. Огонь разжигается под котлом AB (рис. 50), содержащим воду и закрытым у горла крышкой CD; с ним сообщается изогнутая трубка EFG, конец трубки вставлен в полый шар H K. Напротив конца G поместите ось LM, опирающуюся на крышку CD; и пусть шар содержит две изогнутые трубы, сообщающиеся с ним на противоположных концах диаметра и изогнутые в противоположных направлениях, изгибы должны быть под прямым углом и пересекать линии FG, L M. По мере того, как котел нагревается, будет обнаружено, что пар, поступающий в шар через EFG, выходит через изогнутые трубки к крышке и заставляет шар вращаться, как в случае с танцующими фигурами. [1]
Неизвестно, использовался ли эолипил на практике в древние времена, и рассматривался ли он как прагматическое устройство, причудливая новинка, объект почитания или что-то еще. Источник описал его как просто диковинку для древних греков или «трюк для вечеринки». [7] Рисунок Герона показывает отдельное устройство и, предположительно, предназначался как «храмовое чудо», как и многие другие устройства, описанные в Pneumatica . [ требуется разъяснение ] [1]
Витрувий , с другой стороны, упоминает использование эолипила для демонстрации физических свойств погоды. Он описывает их как:
медные эолипилы, которые ясно показывают, что внимательное изучение человеческих изобретений часто приводит к познанию общих законов природы. [6]
Описав конструкцию устройства (см. выше), он заключает:
Таким образом, простой эксперимент позволяет нам установить и определить причины и следствия великих процессов, происходящих на небе и ветру. [6]
В 1543 году Бласко де Гарай , ученый и капитан испанского флота, якобы продемонстрировал императору Священной Римской империи Карлу V и комитету высокопоставленных чиновников изобретение, которое, по его словам, могло приводить в движение большие корабли при отсутствии ветра с помощью аппарата, состоящего из медного котла и движущихся колес по обе стороны корабля. [8] Этот отчет был сохранен в королевских испанских архивах в Симанкасе . [9] Предполагается, что де Гарай использовал эолипил Герона и объединил его с технологией, используемой в римских лодках и позднесредневековых галерах. [8] Здесь изобретение де Гарая представило новшество, в котором эолипил имел практическое применение, а именно, для придания движения гребным колесам, демонстрируя осуществимость паровых лодок. [9] Это утверждение было опровергнуто испанскими властями. [10]
