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

После того как древние поняли значение хомута и подковы, которые позволяют лошади тянуть тяжелые телеги, прошло около тысячелетия, прежде чем был сделан новый важный шаг в сухопутных перевозках. Транспортным средством, заменившим конные телеги на больших расстояниях, стали паровозы – железные кони. Хотя первые дорожные локомотивы не были успешными, они имеют определенную историческую важность, потому что стали предками железнодорожных локомотивов. Фламандский иезуит-миссионер, проповедовавший в Китае во времена династии Цин, стал первым создателем самодвижущегося транспортного средства. Используя эолипил Герона Александрийского, знания в области механики, полученные им дома, собственную изобретательность и время, свободное от проповедей язычникам Пекина, Фердинанд Вербист (1623–1688) построил из легкого дерева модель повозки длиной два фута. Ось ее передних колес была соединена с эолипилом, паровой турбиной, которая подпитывалась из сосуда, полного горящих углей. Транспортное средство Вербиста двигалось по кругу в течение часа или около того – столько времени, сколько пар продолжал вырываться из эолипила. Вероятнее всего, Вербист сделал свою паровую повозку в 1665–1681 годах. Рассказ о ней впервые появился в Европе в Диллингене, Бавария, в 1687 году в главе о пневматике книги Вербиста Astronomia Europea.

Французский ученый Дени Папен (1647–1712) создал вторую модель самодвижущегося транспортного средства около 1698 года и использовал в ней свои идеи о цилиндре и поршне. Оно предназначалось для военных целей. Французский военный инженер Никола Жозеф Кюньо (1725–1804) стал первым, кто вывел самодвижущуюся машину на дорогу (рис. 9.11), использовав паровой двигатель, созданный независимо от двигателей Ньюкомена и Уатта. Кюньо использовал идеи Папена относительно цилиндра, поршня и пара. Его двигатель работал при давлении выше атмосферного, без конденсатора – характерной черты британских двигателей. Годом позже паровая машина Кюньо подверглась некоторым усовершенствованиям, чтобы стать трехколесной «огненной телегой», используемой для буксировки артиллерийских орудий. Мощность поступала непосредственно на единственное переднее колесо. Таким образом, изобретатель уходил от проблемы дифференциального механизма или других приспособлений, необходимых, чтобы заставить одно колесо двигаться быстрее другого при резких поворотах. Между тем он подвесил котел на ведущее колесо, вместо того чтобы поставить его внутри транспортного средства, что сделало машину громоздкой, неустойчивой из-за высокого центра тяжести и склонной к опрокидыванию. Кроме того, два цилиндра, установленные изобретателем, не справлялись со своей задачей, хотя их диаметр составлял 13 дюймов. Они должны были работать при относительно высоком давлении, и поступательное движение поршней в цилиндрах преобразовывалось при помощи храпового механизма во вращательное движение ведущего колеса. Переднее колесо поворачивали два толкающих рычага. При этом давление быстро падало, и телегу приходилось часто останавливать, чтобы добавить воды и вновь развести огонь в топке. Паровая телега двигалась со скоростью около 4 миль в час – в лучшем случае. Ее до сих пор можно видеть в парижском музее Conservatoire des Arts et Metiers.

Рис. 9.11. Паровая телега инженера Кюньо, 1770 г.

В Британии тоже велись эксперименты по созданию дорожного транспортного средства. Блестящий помощник Джеймса Уатта, шотландец по рождению Уильям Мердок (1754–1839) построил рабочую модель высотой 1 фут и испытал ее на дороге, ведущей к церкви. Шипящий маленький монстр произвел в высшей степени негативное впечатление на священнослужителя. Уатт подумывал о создании двигателя, который будет везти сам себя, однако раскритиковал идею своего помощника, как это делал со всеми машинами высокого давления, и дело остановилось на стадии модели. Не таким был упрямый житель Корнуолла Ричард Тревитик. Он пожелал во что бы то ни стало или опровергнуть Уатта, или превзойти его.

Тревитик построил модель в 1798 году и к 1801 году превратил ее в полномасштабный локомотив, с помощью которого планировал перевозить пассажиров. Получив патент 24 марта 1802 года, он в 1803 году отправил свой двигатель морем из Плимута в Лондон и действительно вывел машину на улицу. Это была адаптация его двигателя, работавшего на выхлоп, с цилиндром диаметром 5½ дюйма и ходом поршня 2½ фута. Он работал при давлении до 30 фунтов, совершая 50 ходов поршня в минуту. Три колеса машины Тревитика были из дерева с железными «шинами». О скорости машины на дороге информации нет. Однако до важнейшего события в истории перевозок было уже рукой подать. Надо было только, чтобы Тревитик довел дело до конца. Оказалось, что инженерное воображение Тревитика намного богаче, чем его упорство. При первой серьезной поломке он утратил интерес к паровым машинам на дорогах и приступил к разработке паровых машин для рельсов. Его идеи были по-настоящему новаторскими, но и здесь он не довел дело до конца, отвлекшись на другие проблемы, показавшиеся ему еще более интересными.

Тем временем американский конкурент Тревитика в создании парового двигателя высокого давления Оливер Эванс тоже подумывал о «паровых телегах», но достиг большего со стационарными силовыми установками. В том, что Эванс прекратил эксперименты по созданию паровых машин для автодорог, следует винить не столько его, сколько законодательство штата Пенсильвания. Когда он потребовал выдать ему права на паровую перевозку по дорогам, власти посчитали его безумным и проигнорировали требование. Тем не менее изобретатель работал над самодвижущимися колесными средствами достаточно долго, чтобы приспособить один из своих двигателей высокого давления к деревянной драге на колесах (рис. 9.12). Он назвал свое детище Orukter Amphibolos, что в буквальном переводе означает копалка, работающая в обоих направлениях. В июле 1805 года Orukter Amphibolos проехал 1½ мили по Маркет-стрит и несколько раз вокруг центральной площади Филадельфии, после чего въехал в Скулкилл. Там начало работать гребное колесо, и он проплыл 16 миль к причалу на реке Делавэр.

Рис. 9.12. Orukter Amphibolos Эванса

Orukter Amphibolos должен был драгировать у причалов и набережных города. Но после трех лет экспериментов проект был заброшен. Городские власти потратили 4800 долларов на «грязевую машину». Наблюдая за легкостью, с которой это странное устройство двигалось по Маркет-стрит и вокруг площади, Эванс пришел к выводу, что оно преодолеет любой подъем на дорожной магистрали, не превышающий 4 градусов, то есть 7 процентов. Похоже, больше никто так не считал. Изобретатель оценил максимальную скорость – 15 миль в час. Это устройство можно посчитать не более чем историческим курьезом, и уж ни в коем случае не предком современного автомобиля.