Сидней Уитингтон - История инженерного дела. Важнейшие технические достижения с древних времен до ХХ столетия

Бурный рост количества автомобилей и скорости их движения в 1920-х годах стимулировал появление новых автомагистралей. Разумеется, для этого нужны были средства. Частично проблему решил закон о федеральной автостраде 1921 года, а к 1926 году все штаты, кроме четырех, ввели газолиновый налог для строительства автомагистралей. В 1951 году налог был уже во всех штатах. Он варьировался от 2 центов на галлон в Миссури до 9 центов на галлон в Луизиане. В 1925 году была создана государственная американская система автомобильных дорог.

В первой половине XX века, кроме камнедробилки и парового катка, появились и другие машины, повышающие эффективность дорожного строительства. В начале XX века пневматические бурильные машины, давно использовавшиеся при прокладке тоннелей, существенно облегчили строительство дорог в горах. А после Первой мировой войны земляные работы стали выполнять с использованием бульдозеров и экскаваторов. Бетономешалки разных видов заняли место традиционного ручного перемешивания. Особенно полезными были новые катки и трамбовочные машины, а также устройства для быстрой чистовой обработки поверхностей. Газолиновые и дизельные двигатели практически полностью вытеснили ручной труд. В строительстве дорог все чаще стал применяться научный подход. Быстрый рост количества, веса и скоростей транспортных средств усложнил проблему. Теперь было недостаточно обеспечить надежную и гладкую поверхность. Расположение и профиль дороги должны были обеспечивать безопасность всех автомобилистов на дороге – и опытных, предпочитающих высокие скорости, и новичков.

Изменение конструкции дорог – процесс не быстрый. США и Европа продвигались вперед с разными скоростями. Автоматические светофоры были установлены в американских городах в начале 1920-х годов, в Британии – несколькими годами позже. Освещение прожекторами участков с наиболее напряженным движением появилось в 1930-х годах, объезды перегруженных центров по новым дорогам – примерно в это же время. Учитывая то, что допустимые скорости на некоторых автомагистралях приближаются к скорости скоростного поезда, первостепенное значение приобрели линии обзора при проектировании автомобильных дорог. Теперь на хороших дорогах водитель мог в любой момент времени видеть путь далеко впереди, даже если приближался к гребню холма или ехал по кривой. Большинство криволинейных участков были расширены и получили ограждения по краям.

Рис. 12.15. Одна из первых «клеверных» развязок в Соединенных Штатах, Вудбридж, Нью-Джерси, около 1930 г.

Автострады высшего класса с засеянной травой разделительной полосой начали строить в 1930-х годах. В Нью-Джерси раньше начали строить перекрестки с круговым объездом в 1920-х годах, а одна из первых «клеверных» развязок в Соединенных Штатах была построена в Вудбридже, Нью-Джерси, около 1930 года (рис. 12.15). Скоростные автострады, или дороги ограниченного доступа, предназначенные в первую очередь для скоростного транспорта, начали строить после 1925 года. На такие дороги местный транспорт допускается только в установленных местах, и развязки делаются многоуровневыми. В Италии и Германии такие дороги начали строить несколько раньше, и к 1937 году в Италии было почти 300 миль автострад, на которых ограничения скорости не устанавливали. Автострады шли в объезд городов, не имели железнодорожных переездов и уклонов круче 3 градусов. Существенная часть немецких Autobahnen, которые должны были стать 4375-мильной сетью, была построена в 1937 году. Как и другие, они не имели железнодорожных переездов и только несколько крутых уклонов. Немецкое правительство строило Autobahnen, в основном имея целью обеспечить четырехполосные шоссе с разделительной полосой к каждому крупному городу.

В целом дизайн и конструкция автодорог, как правило, отставали от возможностей автомобилей, однако в наше время сочетание современных улиц и новых автомагистралей является одним из инженерных достижений, быстро меняющих образ жизни людей.

Самолеты начали летать только в XX веке, и их эволюция в первой половине века происходила удивительно быстро. Уже в середине века они обеспечивали общество самыми быстрыми перевозками. На самом деле величайший вклад авиации в перевозки – скорость. Ее коммерческая важность, если не считать скорости, незначительна. Кроме того, авиация может обеспечить доступ в недоступные для другого транспорта регионы. Быстрая перевозка на большие расстояния оказывает заметное влияние на политическую, социальную и экономическую деятельность.

Хотя желание человека летать имеет многовековую историю, его первый полет на воздушном шаре состоялся во второй половине XVIII века. Братья Монгольфье построили шар из холста и наполнили его горячим воздухом от горящей соломы. Человеком, впервые поднявшимся в воздух на шаре братьев Монгольфье, стал Пилатр де Розье. Это было 21 ноября 1783 года. Он вместе с другом поднялся в воздух на 500 футов, пролетел 5 миль и плавно опустился на землю. Полет длился 25 минут. В том же году другой француз, Жак Александр Сезар Шарль (1746–1823), тоже с другом, поднялся в воздух на шаре конструкции Шарля. Он открыл названный его именем закон: при постоянном объеме давление идеального газа прямо пропорционально его абсолютной температуре, и впервые использовал для заполнения шара новый газ – водород. Водород был открыт Кавендишем в 1766 году, но свое название получил в 1783 году от Лавуазье. Полеты на воздушных шарах очень скоро стали популярным, хотя и довольно опасным спортом.

Аэростаты имеют занимательную историю, которая ведет отсчет с 1784 года, когда братья Роберт сделали попытку управлять наполненным водородом шаром с помощью легких весел, покрытых шелком. Впоследствии многие другие изобретатели старались усовершенствовать управление воздушным шаром, но только французу Анри Жиффару (1825–1882) в 1852 году удалось построить первый надежный управляемый аэростат. В течение полувека развитие аэростатов шло в основном во Франции, а в 1900 году немец Фердинанд фон Цеппелин (1838–1817) построил дирижабль. Хотя воздушные шары и дирижабли широко использовались в связи с военными операциями, они оказались непригодными в коммерческом отношении. Эволюция воздушных шаров и дирижаблей имела незначительное влияние – если вообще его имела – на ранние аэропланы. Интересно, что из всех ранних изобретателей аэроплана только бразилец Альберто Сантос-Дюмон (1873–1932) имел опыт обращения с аппаратами легче воздуха.

История авиации – это, в сущности, история инженерных решений двух проблем – движущей силы и аэродинамики. Николаус Отто изобрел четырехтактный двигатель внутреннего сгорания в 1876 году, а десятью годами позже Отто Лилиенталь (1848–1896) начал эксперименты с планерами, стремясь расширить свои знания теории парения. Две группы экспериментаторов, работавшие после этих немцев, действовали независимо друг от друга, но их общие усилия, так же как и усилия многих других изобретателей, в конечном счете сделали возможным изобретение аэроплана американцами – братьями Райт.