Под высоким, потемневшим от времени куполом парижского "Хранилища искусств и ремесел" стоят ветераны автомобильного транспорта. Среди них - самая первая в мире самодвижущаяся повозка - паровая телега Кюньо.
Кюньо не изобретал двигателя (на телеге был установлен двигатель, напоминающий известную машину Ползунова), а сосредоточил внимание на главном - спроектировать самодвижущуюся повозку, используя все достижения тогдашней техники.
Рулевое управление. Перед изобретателем был лишь один образец - конная повозка, у которой передняя ось поворачивается на шкворне. Кюньо заменил два колеса одним: поворачивать его на месте легче. Телега стала трехколесной. Потом Кюньо добавил цепной привод от рукоятки управления к колесу.
Размышляя над передачей усилия от двигателя к колесам, Кюньо снова обратился к экипажной практике: лошадь находится впереди и тянет за переднюю ось. Значит, двигатель следует поставить в носовой части телеги. Но шток паровой машины должен перемещаться в плоскости, параллельной плоскости колеса! И Кюньо смонтировал весь двигатель на колесе, и двигатель, как лошадь в упряжке, отклонялся при поворотах влево и вправо.
Начались пробные поездки с грузом до трех тонн. Не беда, что телегу мог обогнать любой пешеход и приходилось останавливаться каждую четверть часа для добавки топлива. Ужасались и ликовали парижане. Кюньо и его помощник-кочегар в поте лица вращали рукоятку управления. Однажды, когда они не успели повернуть колесо, телега врезалась в стену арсенала и пробила ее как таран; котел сорвался с подрамника, упал и взорвался "с грохотом на весь Париж" (так писали в газетах).
В первой четверти прошлого века наступила эпоха английских паровых омнибусов, еще более громоздких, чем телега Кюньо, но работоспособных. Они соревновались с конными дилижансами. Двигатель находился сзади или внизу и вращал задние колеса, а также передвигал "ноги", которые, по замыслу конструкторов, должны были помогать колесам. Для управления служила особая третья ось на поворотном рычаге как руль у лодки. Обеспокоенные конкуренцией, хозяева дилижансов добились, чтобы парламент принял закон "О дорожных локомотивах". Закон гласил, что перед каждым паровиком должен идти человек с красным флагом для предупреждения прохожих и проезжих о близкой опасности. Тем самым сводился на нет главный козырь омнибусов - скорость. Они исчезли с английских дорог, но возродились во Франции. Двигатели их оснастили керосиновыми горелками. Отпала нужда в запасе угля и разогреве. Машины стали легче и мощнее.
Французский инженер Леон Серполле сконструировал змеевиковый котел. Запас воды уменьшился, змеевик быстро разогревался, непрерывно образовывалось необходимое для работы машины небольшое количество пара; не было его скопления, которое приводило к взрывам котлов прежних повозок.
На одной из своих машин Серполле выиграл три раза подряд кубок Ротшильда в Ницце, установил в 1902 году мировой рекорд скорости 120 км/час, а через год - 144 км/час (в 1905 году американец Мариотт превысил 200 км/час опять-таки на паровом автомобиле).
В 80-х годах прошлого века появились автомобили с двигателями внутреннего сгорания. Их главными преимуществами был малый вес и быстрый запуск. Они сразу стали победителями гонок и пробегов.
Но совершенствование паровых автомобилей продолжалось, и не без успеха. Последние модели паровиков поразительно бесшумны, долговечны, просты в управлении, быстро запускаются, не загрязняют воздух (см. ТМ, 1968, № 4). Лишь в одном они далеко отстают от бензиновых, и разрыв этот все увеличивается. На единицу их мощности приходится вдвое-втрое больший вес. Не случайно отступили паровозы перед дизельными и электрическими локомотивами.
Паровая машина сыграла важную роль в автомобильной технике. С ее помощью была доказана собственно возможность механического передвижения. На паровых автомобилях были опробованы и усовершенствованы механизмы будущего автомобиля - рулевая трапеция, дифференциал, тормоза. Соревнование с паровыми автомобилями способствовало быстрому развитию бензиновых. Остался от паровиков и такой след: слово "шофер" по-французски означает "кочегар", и зовут водителя так до сего дня, хотя уже давно нет у автомобиля топки. Но серьезных перспектив у парового автомобиля пока нет. Есть у него только некоторые шансы конкурировать с дизельными и газотурбинными большегрузными автомобилями.
Паровая телега Кюньо. Франция. 1769 г.
1. Паровая телега Кюньо. Франция. 1769 г. Грузоподъемность 3 т. 2 цил., 2 л.с., 4 км/час.
Паровой омнибус Гюрнея. Англия, 1824 г.
2. Паровой омнибус Гюрнея. Англия, 1824 г. 16 мест, 1 цил., около 10 л.с., 12 км/час.
Паровой автомобиль Де-Дион-Бутон, один из победителей в гонке Париж - Руан. Франция, 1894 г.
3. Паровой автомобиль Де-Дион-Бутон, один из победителей в гонке Париж - Руан. Франция, 1894 г., 4 места (с полуприцепом), 2 цил., 4 л.с., 24 км/час.
Рекордный паровой автомобиль Серполле. Франция, 1902 г.
4. Рекордный паровой автомобиль Серполле. Франция, 1902 г., 4 цил., 40 л.с., 120 км/час.
Рекордный паровой автомобиль Стенлея. США, 1960 г.
5. Рекордный паровой автомобиль Стенлея. США, 1960 г., 2 цил., 250 л.с., 204 км/час.
Паровой автомобиль братьев Уильямс. США, 2 места, 4 цил., 43 л.с., 130 км/час.
6. Паровой автомобиль братьев Уильямс. США, 2 места, 4 цил., 43 л.с., 130 км/час. Как и другие современные паровые автомобили, машина внешне отличается от обычных только тем, что из выхлопной трубы идет пар, а не газы, но ее подкапотное пространство и багажник до отказа заполнены агрегатами паросиловой установки.
В 1893-1894 годах на улицах Парижа можно было встретить автомобили ряда фирм, копировавших свои конструкции у Даймлера и Бенца.
Коляску Бенца копировал его первый покупатель Эмиль Роже. Подражателями Даймлера были Пежо, Панар и другие. Кроме того, к услугам пассажиров были паровой автомобиль Серполе, омнибус Болей и электроаккумуляторная коляска Жанто. Все эти «разношерстные» машины в 1894 году приняли участие в первых гонках «экипажей без лошадей» по маршруту Париж-Руан.
Первым прибыл в Руан автомобиль «Дион» с котлом Серполе.
Котёл Серполе представлял собою длинную металлическую спираль, омываемую пламенем горелки, и являлся, таким образом, прототипом современного прямоточного котла. Вторым пришёл к финишу автомобиль Пежо с мотором Даймлера.
Успехи, достигнутые конструкторами паровых автомобилей, скоро были использованы в авиации. Взяв за основу установку братьев Добль, американская фирма «Беслер» в 1933 году построила и испытала паровой самолёт. Несмотря на то, что силовая установка была ещё довольно громоздкой, испытания дали прекрасные результаты. Весьма ценными особенностями аэроплана «Беслер» явились бесшумность полёта и малая посадочная скорость. Этими же качествами обладал паровой аэроплан Джонстона, построенный несколько позже. Таким образом, первые же попытки применить современную паровую машину в авиации увенчались полным успехом.
Джеймс Уатт (James Watt, 1736-1819) - шотландский инженер, изобретатель-механик. Усовершенствовал паровую машину Ньюкомена (Томас Ньюкомен, англ. Thomas Newcomen; 1663-1729), которая использовалась для откачки воды в шахтах. Изобрёл универсальную паровую машину двойного действия. Работы Уатта положили начало промышленной революции в мире. Его именем названа единица мощности - Ватт.
Николя-Жозеф Кюньо (Куньо) (Nicolas-Joseph Cugnot, 1725-1804) - французский инженер. В 1769-70 построил паровую повозку, которую предполагал использовать для перевозки орудий (с 1800 хранится в Музее искусств и ремёсел в Париже).
Николя Леонар Сади Карно (Nicolas Léonard Sadi Carnot, 1796-1832) - французский физик и математик. В 1824 году вышла первая и единственная работа Сади Карно - «Размышления о движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу» (Réflexions sur la puissance motrice du feu et sur les machines propres à développer cette puissance). Эта работа считается основополагающей в термодинамике. В ней был произведён анализ существовавших в то время паровых машин, и были выведены условия, при которых КПД достигает максимального значения. Там же были введены основные понятия термодинамики: идеальная тепловая машина, идеальный цикл, обратимость и необратимость термодинамических процессов.
Слово "автомобиль" означает "самодвижущаяся повозка". Первые изобретения самодвижущихся повозок, оснащенных паровыми двигателями относятся к концу 17 века.
Монах-иезуит Фердинандо Фербиста из Бельгии построил (1672г.) действующую модель-игрушку самодвижущейся повозки. Его модель имела 60 см в длину и приводилась в движение паровым двигателем. Эта конструкция была затем описана в сочинении "Астрономия Европы".
Еще в начале 18 века И. Ньютон спроектировал, а кузнец Т. Ньюкомен воплотил в жизнь "паровую телегу", которая, вследствие своей громоздкости и чрезвычайной прожорливости топлива, не смогла выйти за рамки рудничных дворов, где топливо было дешево и имелось в неограниченных количествах.
Например, работоспособный безрельсовый паровоз изобрел, построил и продемонстрировал Ричард Тревитик в 1797-м году. Ещё одну паровую повозку он построил в 1801-м.
Но ещё раньше, в 1769-м году свою паровую повозку изобрел французский офицер Никола Кюно. Собственно, пытались и до него, но фишка была в том, что котлы были настолько тяжелыми, что мощности парового двигателя не хватало, чтобы сдвинуть с места самого себя. Кюно первому удалось сделать это. Его телега выглядела вот так:
Паровой автомобиль Никола Кюно
К слову, назвал Кюно свою шайтан-машину не как-нибудь, а автомобилем.
В 1786 году заявку на патент на изобретение «Самодвижущаяся повозка с паровым двигателем» подал в Национальную патентную комиссию американец Оливер Эванс. Ему отказали. Потому что чушь и бред, разумеется. Где это видано, чтобы повозки сами по себе двигались!
В 1804, однако, Эванс такую повозку построил. Причем не просто повозку, а амфибию, которая одновременно была ещё и землечерпалкой.
Паровая землечарпалка Эванса
Вот так она выглядела в полном снаряжении:
Самым первым автомобилем в натуральную величину стал тягач с паровым двигателем, созданный в 1769 году Николасом Жозефом Куньо в Парижском арсенале для перевозки орудий. Машина двигалась со скоростью 3,6 км/час. Второй тягач, более крупный, был построен в мае 1771 года. Он сохранился до наших дней и сейчас находится в Музее произведений искусства и предметов быта в Париже.
Американец Оливер Эванс в 1804 году изобрел автомобиль-амфибию.
Английский изобретатель Ричард Трейвисик в 1801 году представил на суд публике «Пыхтящего Дьявола» — первый компактный паровой автомобиль, предназначенный для перевозки людей, а два года спустя — более удачный «Лондонский паровой экипаж». Скорость передвижения достигала 15 км/час и 6 км/час на подъеме.
7 досужих заблуждений о паровой тяге
1. Увлечение паровыми двигателями прошло, и наступило время двигателей внутреннего сгорания.
В 1801 году по улицам Камборна покатился четырёхколёсный экипаж, способный с относительным комфортом и небыстро перевозить восемь пассажиров. Автомобиль приводился в движение одноцилиндровым паровым двигателем, а топливом служил уголь. Созданием паровых транспортных средств занялись с энтузиазмом, и уже в 20-х годах XIX века пассажирские паровые омнибусы перевозили пассажиров со скоростью до 30 км/час, а средний межремонтный пробег достиг 2,5–3 тыс. км.
Теперь сопоставим эти сведения с другими. В том же 1801 году француз Филипп Лебон получил патент на конструкцию поршневого двигателя внутреннего сгорания, работавшего на светильном газе. Случилось так, что через три года Лебон погиб, и развивать предложенные им технические решения пришлось другим. Лишь в 1860 году бельгийский инженер Жан Этьен Ленуар собрал газовый двигатель с зажиганием от электрической искры и довёл его конструкцию до степени пригодности к установке на транспортное средство.
Итак, автомобильные паровой двигатель и двигатель внутреннего сгорания — практически ровесники. КПД паровой машины той конструкции и в те годы составлял около 10%. КПД двигателя Ленуара был всего 4%. Только через 22 года, к 1882-му, Август Отто усовершенствовал его настолько, что КПД теперь уже бензинового двигателя достиг… аж 15%.
2. Паровая тяга — всего лишь краткий миг в истории прогресса.
Начавшись в 1801 году, история парового транспорта активно продолжалась без малого 159 лет.
В 1960-м (!) в США всё ещё строились автобусы и грузовики с паровыми двигателями. Паровые машины за это время усовершенствовались весьма значительно. В 1900 году в США 50% парка автомобилей были «на пару». Уже в те годы возникла конкуренция между паровыми, бензиновыми и — внимание! — электрическими экипажами. После рыночного успеха «Модели-Т» Форда и, казалось бы, поражения парового двигателя новый всплеск популярности паровых авто пришёлся на 20-е годы прошлого столетия: стоимость топлива для них (мазут, керосин) была значительно ниже стоимости бензина.
Фирма Stanley производила до 1927-го примерно 1 тыс. паровых автомобилей в год. В Англии паровые грузовики успешно конкурировали с бензиновыми до 1933 года и проиграли лишь по причине введения властями налога на тяжёлый грузовой транспорт и снижения тарифов на импорт жидких нефтепродуктов из США.
3. Паровая машина неэффективна и неэкономична.
Да, когда-то это было именно так. «Классический» паровой двигатель, который выпускал отработанный пар в атмосферу, имеет КПД не более 8%. Однако паровой двигатель с конденсатором и профилированной проточной частью имеет КПД до 25–30%. Паровая турбина обеспечивает 30–42%. Парогазовые установки, где используются «в связке» газовые и паровые турбины, имеют КПД до 55–65%. Последнее обстоятельство подвигло инженеров компании BMW начать проработки вариантов использования этой схемы в автомобилях. К слову сказать, КПД современных бензиновых двигателей составляет 34%.
Стоимость изготовления парового двигателя во все времена была ниже стоимости карбюраторного и дизельного моторов той же мощности. Расход жидкого топлива в новых паровых двигателях, работающих в замкнутом цикле на перегретом (сухом) пару и оснащённых современными системами смазки, качественными подшипниками и электронными системами регулирования рабочего цикла, составляет всего 40% от прежнего.
4. Паровой двигатель медленно запускается.
И это было когда-то… Даже серийные автомобили фирмы Stanley «разводили пары» от 10 до 20 минут. Усовершенствование конструкции котла и внедрение каскадного режима нагрева позволило сократить время готовности до 40–60 секунд.
5. Паровой автомобиль слишком нетороплив.
Это не так. Рекорд скорости 1906 года — 205,44 км/час — принадлежит паровому автомобилю братьев Стэнли. В те годы автомобили на бензиновых моторах так быстро ездить не умели.
В 1985-м на паровом автомобиле разъезжали со скоростью 234,33 км/час. А в 2009 году группа британских инженеров сконструировала паротурбинный болид Inspiration с паровым приводом мощностью 360 л. с., который был способен перемещаться с рекордной средней скоростью в заезде — 241,7 км/час.
6. Паровой автомобиль дымит: он неэкологичен и неэстетичен.
Рассматривая старинные рисунки, на которых изображены первые паровые экипажи, выбрасывающие из своих труб густые клубы дыма и огня (что, кстати, свидетельствует о несовершенстве топок первых «паровиков»), понимаешь, откуда взялась стойкая ассоциация паровой машины и копоти.
Что касается внешнего вида машин, дело тут, конечно, зависит от уровня дизайнера. Вряд ли кто-то скажет, что паровые автомобили Абнера Добля (США) некрасивы. Напротив, они элегантны даже по теперешним представлениям. И ездили к тому же бесшумно, плавно и быстро — до 130 км/час.
Интересно, что современные изыскания в области водородного топлива для автомобильных моторов породили ряд «боковых ответвлений»: водород в качестве топлива для классических поршневых паровых двигателей и в особенности для паротурбинных машин обеспечивает абсолютную экологичность. «Дым» от такого мотора представляет собой… водяной пар.
7. Паровой двигатель капризен.
Это неправда. Он конструктивно значительно проще двигателя внутреннего сгорания, что само по себе означает большую надёжность и неприхотливость. Ресурс паровых моторов составляет многие десятки тысяч часов непрерывной работы, что не свойственно другим типам двигателей. Однако этим дело не ограничивается. В силу принципов работы паровой двигатель не теряет эффективности при понижении атмосферного давления. Именно по этой причине транспортные средства на паровой тяге исключительно хорошо подходят для использования в высокогорье, на тяжёлых горных перевалах.
Интересно отметить и ещё одно полезное свойство парового двигателя, которым он, кстати, схож с электромотором постоянного тока. Снижение частоты вращения вала (например, при возрастании нагрузки) вызывает рост крутящего момента. В силу этого свойства автомобилям с паровыми моторами принципиально не нужны коробки передач — сами по себе весьма сложные и порой капризные механизмы.
Когда-то, на старте, ДВС стремительно обогнал паровую машину по нескольким важным параметрам. Экономичность, компактность, быстрый запуск заставили автомобилистов мириться с дороговизной горючего. Чтобы уменьшить шумность пришлось разработать изощренные системы глушения. Крайне невыгодные тяговые характеристики ДВС обернулись применением дорогих и тяжелых коробок передач и трансмиссий. И тем не менее…
Последний (к сожалению) паромобиль американской фирмы “Добл”, выпущенный в 30-х гг. прошлого века, обладал удивительными характеристиками. Плавно поворачивая дроссельный клапан, водитель мог так мягко регулировать скорость, что пассажиры не замечали ускорения и торможения. Но можно было ускорить автомобиль настолько резко, что рвались шины. Тот же диапазон регулирования скорости полностью сохранялся и на заднем ходу. Причем лишь прикосновения к педалям было достаточно для переключения с полного переднего на полный задний.
Такие поразительные свойства паромобиля получаются автоматически, как следствие чрезвычайно выгодных тяговых характеристик паровой машины, способной на малых оборотах создавать большой крутящий момент на колесах.
И хотя паровик пока по-прежнему остается на задворках технического прогресса, именно эти качества возбуждают растущий интерес и просто поклонников, и изобретателей. Свидетельство тому — появление новых патентов в области паровой техники. Сообщается, например, о разработке американского изобретателя Вильямса. На его паромобиле нет ни сцепления, ни коробки передач, ни стартера. Простого поворота клапана достаточно, чтобы за 10 с. ускорить экипаж до 100 км/ч. Мощность парового двигателя 230 л.с. при 4800 об/мин. Максимальная скорость 280 км/ч. Всего 50 л воды хватает на 1500 км пробега.
