Райан Норт - Как изобрести все. Создай цивилизацию с нуля

Рис. 23.Машина, которая могла бы двигать древнегреческую цивилизацию: эолипил

Пар, выходящий из сопл, превращает их в подобия реактивных двигателей и вращает сферу. Это ракетный двигатель на пару, но изобретшие его эллины смотрели на него исключительно как на игрушку. Вы можете утереть им всем нос, превратив ваш эолипил в чертову динамо-машину.

Как вы увидите в разделе 10.6.2, динамо-машины трансформируют механическое вращение в электричество, используя тот факт, что провода, двигающиеся в магнитном поле, порождают проходящий через них электрический ток. Поместив внутри сферы неподвижный магнит и обмотав саму сферу проводами, вы сможете использовать устройство как маленькую электростанцию.

Если же и эолипил вас не привлекает, вы всегда можете направить струи пара на лопасти турбины – почти так же, как вы направляли воду на лопасти турбины Пелтона, – чтобы получить то же вращательное движение (и электричество, если захотите) уже этим способом [109].

Ну а теперь плохие новости: все паровые двигатели, с поршнями ли, с соплами или другие, по большому счету неэффективны. Не важно, что вы делаете, крупные объемы энергии будут рассеиваться с теплом, и даже с паром под высоким давлением, дополнительными конденсаторными камерами и паровыми машинами многократного расширения (двигатель, использующий пар для того, чтобы двинуть поршень больше одного раза) вы не добьетесь эффективности намного больше 20 %.

Даже самые продвинутые паровые двигатели нашего времени имеют эффективность от 40 до 50 %, и все же они движут наш мир, так что не переживайте, ваш мир тоже придет в движение.

Другой большой проблемой для паровых двигателей является их соотношение энергии к весу. Все металлические детали, да и вода, весят достаточно много, и да, они отлично работают в зданиях или в колоссальных средствах транспорта, где их вес не имеет особого значения (вспомним паровозы и пароходы), но в небольших конструкциях вроде самолетов или автомобилей их использовать трудно.

Для последних вам придется изобрести более легкий двигатель внутреннего сгорания.

Паровой двигатель пользуется внешним сгоранием: вы сжигаете нечто за пределами двигателя для того, чтобы получить пар, и тот уже направляете к двигателю. Внутреннее сгорание убирает потребность в транспортировке пара, вы просто взрываете что-то внутри поршня, чтобы он двигался. Летучее топливо смешивается с воздухом, так что оно легко загорается, потом впрыскивается в цилиндр поршня и резко сжимается. Электрическая искра производит воспламенение, выталкивает поршень, и когда тот отодвигается, то выхлоп выходит наружу [110].

Каждый поршень проходит через четыре такта: втягивание, сжатие, горение, выхлоп, и когда один из поршней вспыхивает, то второй как раз возвращается в исходное положение. Подобный двигатель определенно немного сложнее, чем паровой (здесь вы полагаетесь на контролируемую серию взрывов, а вовсе не на старый добрый кипяток), но проблемы, связанные с их созданием, не выглядят непреодолимыми.

Четыре поршня можно расположить так, что они будут попарно работать в противофазе, и это даст вам более постоянную тягу, и прикрепить их эксцентриками к общему валу. Подобное расположение позволяет контролировать вентили для поступления топлива и удаления выхлопа. Второй вал можно изогнуть и присоединить к пистонам, чтобы скоординировать их толчки, и на этот вал повесить маховое колесо, которое делает равномерным получаемое движение (рис. 24).

Рис. 24.Двигатель внутреннего сгорания: поршень 1 сжигает топливо, поршень 2 избавляется от выхлопа, поршень 3 впрыскивает топливо, и поршень 4 сжимает топливо, готовясь поджечь его.

Вот и все!

Но прежде чем вы броситесь изобретать двигатель внутреннего сгорания, запомните: их труднее сконструировать, дороже эксплуатировать, и они требуют более качественного топлива. В эпоху, когда вам приходится изобретать все с нуля, штука вроде парового двигателя, который работает на воде и не требует ничего, кроме буквально любого горючего материала, будет просто незаменимой.