Иван Петрович Кулибин — механик, инженер, изобретатель.
Иван Петрович Кулибин
Выдающийся русский механик, инженер и изобретатель, основоположник отечественной технологии производства оптического стекла, создатель новых мостовых конструкций.
«Кулибин» — так до сих пор называют талантливых мастеров-самоучек. И это не случайно. Вклад Ивана Петровича Кулибина в российскую и мировую науку столь значителен, что он по праву считается символом русского изобретательства. Он намного опередил свое время: создал механические устройства и предложил проекты, многие из которых были оценены лишь спустя столетие. Он был многогранно талантлив, оставил в наследие потомкам множество изобретений, полезных в разных сферах жизни.
Иван Петрович Кулибин родился 10 апреля 1735 года по старому стилю в Нижнем Новгороде, в семье мелкого торговца мукой. Его отец был старообрядцем и воспитывал сына в строгости, с ранних лет приучая к труду. Иван освоил грамоту и счет у дьячка, а затем встал за прилавок, чтобы помогать отцу. Однако больше всего юношу увлекало чтение книг и создание разных игрушек — «флюгеров, толчей, меленок». Убедившись в исключительных способностях сына, Кулибин-старший позволил ему заниматься слесарным и токарным делом.
После смерти отца 23-летний Иван Кулибин открывает в Нижнем Новгороде часовую мастерскую. И с тех пор, как он починил «замысловатый снаряд, показывающий делянки суток» губернатору Аршеневскому, пошла народная молва о необыкновенном умельце. Нижегородская знать, дворяне, помещики, купцы стали постоянными клиентами Кулибина.
В 1767 году, во время поездки Екатерины II по волжским городам, представленный губернатором Иван Кулибин продемонстрировал государыне свои изобретения, а также рассказал о часах, которые замыслил смастерить в ее честь.
Часы.
Часы подаренные императрице.
Через два года он привез царице телескоп, микроскоп, электрическую машину и уникальные часы размером с гусиное яйцо, которые в полдень исполняли музыку, сочиненную Кулибиным в честь приезда императрицы Екатерины II в Нижний Новгород. Государыню поразил встроенный механизм театра-автомата: «В нем ежечасно растворялись маленькие царские двери, за которыми виднелся Гроб Господень, по сторонам двери стояли два воина с копьями. Отворялись двери златого чертога, и появлялся ангел. Камень, приваленный к двери, отваливался, дверь, ведущая в гроб, открывалась, стража падала ниц. Через полминуты появлялись жены-мироносицы, куранты играли три раза молитву «Христос Воскресе», и двери затворялись».
Поднесенный императрице дар произвел на нее столь сильное впечатление, что она предложила талантливому мастеру возглавить механические мастерские Академии наук. Кулибин принял предложение. Так начался новый, самый яркий, этап в жизни и творчестве «нижегородского посадского, вельми прилежного до всякого сотворения премудростей диковинных».
Однако часы оставались самой большой страстью «главного механикуса отечества», он создавал проекты разнообразных часовых механизмов от «часов в перстне» до башенных гигантов. Карманные «планетные» часы Кулибина, кроме указания на время, показывали месяцы, дни недели, времена года, фазы Луны.
Изобретательство к этому времени стало неотъемлемой частью жизни Ивана Петровича. Одним из первых он обратил внимание на необходимость мостостроительства. В 70-х годах XVIII века Кулибин спроектировал первый однопролетный деревянный мост через реку Неву, а в конце 1776 года успешно прошли испытания 14-саженной модели этого моста.
Часы.
Прожектор Кулибина, дающий мощный световой поток от одной свечи.
В 1779 году увлекавшийся оптическими приборами Кулибин представил петербургской публике свое изобретение — прожектор. Системы отражающих зеркал существовали и до него (в частности, использовались на маяках), но конструкция Кулибина была значительно ближе к современному прожектору: одна-единственная свеча, отражаясь от размещенных в вогнутой полусфере зеркальных отражателей, давала сильный и направленный поток света. «Чудесный фонарь» был положительно принят Академией наук, расхвален в прессе, одобрен императрицей, но остался лишь развлечением и не был применен для освещения улиц, как полагал Кулибин изначально. Сам мастер впоследствии изготовил ряд прожекторов по индивидуальным заказам кораблевладельцев, а также сделал на базе этой же системы компактный фонарь для кареты — это принесло ему определенный доход. Мастера подвело отсутствие защиты авторского права — каретные «кулибинские фонари» начали массово делать другие мастера, что сильно обесценило изобретение.
Также Кулибин создал карманные электрофоры. С тех пор, как при помощи обыкновенных зеркал Кулибин осветил темные переходы Царскосельского дворца, он неизменно участвовал в оформлении различных карнавалов, празднеств, торжественных ассамблей, балов, устраивая всевозможные фейерверки, «световые шутихи», оптические забавы, аттракционы.
Самобеглая коляска и другие истории.
Самокатка Кулибина.
Нередко Кулибину, помимо действительно изобретенных им конструкций, приписывают множество других, которые он действительно совершенствовал, но не был первым. Например, Кулибину очень часто приписывают изобретение педальной самокатки (прообраза веломобиля), в то время как такую систему создал на 40 лет раньше другой русский инженер-самоучка, а Кулибин был вторым. Рассмотрим некоторые из распространенных заблуждений.
Итак, в 1791 году Кулибин построил и представил Академии наук самодвижущийся экипаж, «самобеглую коляску», по сути являвшуюся предшественницей веломобиля. Она была рассчитана на одного пассажира, а в движение машину приводил слуга, стоящий на запятках и поочередно давящий на педали. Самобеглая коляска некоторое время служила аттракционом для знати, а затем затерялась в истории; сохранились только ее чертежи. Кулибин не был изобретателем веломобиля — за 40 лет до него аналогичную по конструкции самобеглую коляску построил в Петербурге другой изобретатель-самоучка Леонтий Шамшуренков.
Протез ноги.
Протез ноги разработанный Кулибиным.
На рубеже XVIII—XIX вв.еков Кулибин представил Санкт-Петербургской Медико-хирургической академии несколько проектов «механических ног» — весьма совершенных по тем временам протезов нижних конечностей, способных сымитировать потерянную выше колена (!) ногу. «Испытателем» первого варианта протеза, сделанного в 1791 году, стал Сергей Васильевич Непейцын — на тот момент поручик, потерявший ногу при штурме Очакова. Впоследствии Непейцын дослужился до генерал-майора и получил у солдат прозвище Железная Нога; он вел полноценную жизнь, и не все догадывались, почему генерал чуть-чуть прихрамывает. Протез системы Кулибина, несмотря на благоприятные отзывы петербургских медиков во главе с профессором Иваном Федоровичем Бушем, был отвергнут военным ведомством, а серийное производство механических протезов, имитирующих форму ноги, позже началось во Франции.
Подъемное кресло —
Подъёмное кресло (прообраз лифта) Кулибина.
первый в мире лифт — стало одним из любимейших развлечений высших сановников и дворцовой челяди.
Мосты
В 1770-х годах Иван Кулибин спроектировал деревянный одноарочный мост через реку Неву с длиной пролета 298 м (вместо 50-60 м, как строили в ту пору). В 1766 он построил модель этого моста в 1/10 натуральной величины. Она была испытана специальной академической комиссией. Проект получил высокую оценку математика Л. Эйлера, по модели Кулибина проверившего правильность своих теоретических формул. Однако проект не был осуществлен, хотя мост облегчил бы жизнь петербуржцев в периоды наводнений. С 1891 года Кулибин работал над вариантами металлического моста, но проект, несмотря на полную техническую обоснованность, был отклонен правительством.
Мост 
Мост через Неву.
Оптический телеграф, «водоход», машины для добычи соли, мельницы, водяное колесо, даже фортепиано и многое другое — вот многообразное наследие Ивана Петровича, который был награжден Екатериной II специальной именной золотой медалью на Андреевской ленте с надписью «Достойному. Академия наук — механику Ивану Кулибину».
Гениальный изобретатель, конструктор и ученый не только вызывал восхищение современников, но и оставил потомкам удивительные приборы и оригинальные научные догадки, не вполне еще оцененные. Как сказал великий математик Эйлер Ивану Кулибину: «Теперь Вам остается построить нам лестницу на небо».
Геодезические, гидродинамические и акустические приборы, готовальни, астролябии, электрические банки, телескопы, подзорные трубы, микроскопы, солнечные и иные часы, барометры, термометры, ватерпасы, точные весы — таков далеко не полный перечень сделанного в мастерских под руководством Кулибина. Поле деятельности его необозримо. Особенно удивляет обилие оставленных им чертежей — около 2000 штук, от чертежей оптических и физико-химических приборов до грандиозных проектов мостов, машин, судов и зданий
Черты личности Кулибина
Неутомимый новатор, Иван Петрович был консервативен в привычках и домашнем быту. Никогда не курил табак и не играл в карты. Писал стихи. Любил званые вечера, хотя на них только балагурил и шутил, так как был абсолютным трезвенником. При дворе, среди расшитых мундиров западного покроя, Иван Кулибин в длиннополом кафтане, высоких сапогах и с окладистой бородой казался представителем другого мира. Но на балах он с неистощимым остроумием отвечал на насмешки, располагая к себе добродушной словоохотливостью и прирожденным достоинством в облике
Семейная жизнь
Кулибин был трижды женат, третий раз женился уже 70-летним стариком, и третья жена принесла ему трех дочерей. Всего у него было 12 детей самого разного возраста: и бородатые мужчины и малолетние девочки. Всем своим сыновьям он дал образование.
Последний период жизни.
Последние десять лет своей жизни Кулибин провел в большой нужде, и в день его смерти в доме не было ни копейки. В свое время он легко мог бы разбогатеть, например, на изобретенном им протезе — каждая война увеличивала число инвалидов. Но, оказывается, Кулибин «в секрете» давно уже работал над вечным двигателем. Эта работа отнимала у него большую часть времени и средств и была любимой. «Более 40 лет времени занимался я во изыскивании самодвижущейся машины, упражнялся в делании опытов ее секретно, потому что многие ученые почитают сие изобретение за невозможное, даже смеются и ругаются над теми, кто в том изыскании упражняются» (1817).
Предыстория самодвижущихся экипажей
Первыми отдаленными предками автомобиля, который заимствовал у них в ранний период своего развития общую компоновку, раму, колеса, оси, подвеску и кузов, были экипажи, приводимые в движение мускульной силой животных. Человечество использует колесо в транспортных целях уже свыше 5 тыс. лет. Различные колесницы, парадные и военные, применялись в странах античной культуры — в Древней Греции и Риме. С отдаленных времен повозки, запряженные лошадьми и быками, использовались для перевозки грузов, но пассажирские экипажи еще в XV в. были редки, так как предпочтение отдавалось верховой езде. Лишь в XVI в. пассажирские экипажи становятся обычным средством передвижения. Но поскольку первоначально ими пользовались лица привилегированных сословий, то совершенствование пассажирских экипажей опережало совершенствование грузовых повозок. Эта же тенденция позже сохранилась и в случае с легковыми автомобилями. В это же время появился гужевой общественный транспорт — наемные экипажи и многоместные рейсовые омнибусы.
Эволюция конных экипажей происходила следующим образом. Ранние экипажи имели открытый кузов, который позже стали снабжать складным парусиновым или кожаным верхом. В 1599 г. в Париж из Италии была доставлена первая карета с закрытым кузовом и застекленными дверцами. Закрытые кареты с кузовом, подвешенным для амортизации на ремнях, получили широкое распространение лишь сотню лет спустя. В XVII в. после убийства французского короля Генриха IV стекла карет, предназначенных Для “сильных мира сего” , стали делать пуленепробиваемыми. Правда, место кучера оставалось открытым.
В XVIII в. центром производства пассажирских экипажей становится самая развитая в то время в экономическом отношении страна Европы—Англия. Там в 1704 г. впервые были применены листовые полностью эллиптические рессоры, а в 1792 г. Колридж изобрел “патентованные оси” , сделанные из технического железа и имеющие на концах резьбу для навинчивания гаек, крепящих колеса. Ступицы колес имели бронзовые втулки и камеры для смазки, а также колпаки, закрывающие гайки.
Обода колес и спицы делали из дерева. “Врезные” спицы вставляли в отверстия, высверленные в ступице. Позже нашли применение “артиллерийские” колеса, заимствованные от орудийных лафетов: нижние концы спиц зажимались между двумя половинками ступиц, которые имели разъем в вертикальной плоскости и стягивались болтами. На ободья колес надевали стальные шины (сплошные резиновые шины появились в 30-х годах XIX в., а пневматические еще позже, когда ими стали снабжать велосипеды).
В 1816 г. немецкий изобретатель, придворный кучер Ланкенш-пергер сконструировал переднюю экипажную ось с колесами, поворачивающимися на шкворнях, которая в 1818 г. была усовершенствована англичанином Аккерманом и впоследствии (как и другие перечисленные изобретения) перешла на ранние модели автомобилей.
Автомобиль заимствовал от конных экипажей типы их кузовов, а также обивку и отделку. Заимствованы были и названия кузовов: фаэтон, виктория, визави (’’лицом к лицу”), дозадо (’’спина к спине”), догкарт, ландоле и др. Подобные названия применительно к автомобилю сохраняются и теперь — кабриолет, брогам и т. п., а тип конного экипажа “багги” стал даже названием целого класса спортивных автомобилей, предназначенных для кросса. Нелишне отметить и такую особенность конного экипажа, как средства безрельсового транспорта, перешедшую на автомобиль, — способность доставлять грузы и пассажиров “от двери до двери” .
Конные экипажи положили начало безрельсовому общественному транспорту. При короле Людовике XIV (1638—1715) в Париже появились наемные экипажи — “фиакры” , ставшие прообразом современного такси. Там же в 1662 г. герцог де Роанес учредил регулярное движение 8-местных общественных экипажей для “чистой” публики, к которой не относились солдаты, лакеи и рабочие. Дело вскоре заглохло: народ встречал эти экипажи бранью и камнями. Только в 1819 г. в Париже прочно утвердились многоместные конные экипажи, названные латинским словом “омнибус” , которое означало “всем” или “для всех”.
Многие экипажные фабрики впоследствии занялись производством автомобилей. Ограничимся примером американской фирмы “Студебекер” , известной своими грузовиками времен второй мировой войны.
Экипажи, приводимые в движение мускульной силой человека
Наиболее совершенное воплощение экипажи, приводимые в движение мускульной силой человека, нашли в велосипеде как средстве индивидуального транспорта. Простота конструкции — вот основное качество, которое при всей ограниченности физических возможностей человека сделало велосипед жизнеспособным. Здесь велосипед рассматривается лишь как предшественник мотоцикла и в некоторой степени — автомобиля.
Идея создания “самодвижущегося экипажа” (т. е. приводимого в действие находившимся на нем человеком) витала в воздухе давно. В 1420 г. итальянец Джованни де Фонтан соорудил повозку, приводимую в движение человеком, который тянул за веревку, намотанную на барабан, расположенный на одной из осей экипажа. Около 1520 г. известный немецкий художник А. Дюрер сконструировал для императора Максимилиана I триумфальный экипаж с ручным приводом при помощи рычагов.
Принято считать, что велосипед “произошел” от построенного в 1817 г. немецким лесничим фон Драйсом двухколесного одноколейного экипажа в виде деревянной скамеечки, сидя на которой, можно было передвигаться, отталкиваясь от земли ногами. Изобретение по имени его создателя получило название “дрезина” , которое впоследствии приобрело другое значение. В 1836 г. англичанин Далсел приделал к Подобному экипажу подножки-педали. Прообраз современного велосипеда, производство которого имело коммерческий успех, был изобретен французом Muiuo в 1869 г. У этого велосипеда было огромное переднее колесо и маленькое заднее, чтобы человеку было удобно работать педалями, вращающими переднее колесо. В конструкцию этого велосипеда, названного впоследствии “пауком” , в дальнейшем были внесены усовершенствования: француз Мажи заменил деревянные детали стальными, а англичанин Каупер снабдил велосипед проволочными колесами. Примерно одновременно с Мишо англичанин Дж. Старлей построил “безопасный велосипед” с колесами одинакового диаметра. Велосипед имел стальную трубчатую раму и передачу — роликовую цепь на заднее колесо. Диаметр колес в 28 дюймов (примерно 700 мм) стал впоследствии стандартным. В 1883 г. в Германии специально для велосипедов было начато производство шариковых подшипников. Резиновые сплошные шины были заменены в 1888 г. англичанином Данлопом на пневматические (патент на которые был выдан еще раньше, в 1845 г. его соотечественнику Томпсону). В результате усовершенсувований при езде на велосипеде затрата энергии человеком была в 4 раза меньше, чем при ходьбе с той же скоростью, а при одинаковой затрате энергии скорость передвижения была примерно в 4 раза выше.
В последние два десятилетия прошлого века Англия становится центром производства велосипедов, которое было сосредоточено в г. Бирмингеме. В конце 80-х — начале 90-х годов XIX в. в Западной Европе и Северной Америке возник настоящий велосипедный бум. Велосипедные фабрики росли, как грибы, хотя большинство из них выписывало основные детали из Англии, изготовляя самостоятельно лишь рамы и некоторые другие несложные детали велосипеда. К сказанному можно добавить, что различные фирмы выпускали не только 2-колесные, но и 3-колесные велосипеды для взрослых — трициклы, и 4-колесные — квадрициклы (предки появившихся в наши дни “веломобилей” ).
Значение велосипеда для последующего развития моторных видов транспорта состояло в следующем. Мотоцикл “унаследовал” все конструктивные особенности велосипеда, вплоть до педального привода, который использовался в течение примерно трех десятилетий для пуска мотоцикла. Педали присущи и современным мопедам. Многие ранние автомобили с двигателями небольшой мощности получили от велосипеда раму из тонкостенных стальных труб, цепную передачу на ведущие колеса, подшипники, пневматические шины. И, как указывал специалист в области автомобильного дела А. Бодри де Сонье, автомобиль “заимствовал у велосипеда” расчет ходовой части.
Как и в случае с производителями конных экипажей, многие велосипедные фабрики превратились в солидные автомобильные фирмы. В Европе это были “Пежо” , “Даррак” , “Ришар” , “Клеман” , “Адлер” и другие, в США — “Пирс” .
Итак, нами были рассмотрены предшественники автомобиля, которые приводились в движение живой энергией. Их совершенствование шло в направлении повышения прочности, снижения собственной массы, повышения общей комфортабельности и касалось, естественно, лишь ходовой части и частично передаточного механизма(трансмиссии) в случае с велосипедом.
Теперь обратимся к тем видам транспорта, источником движения которых служит не ограниченная в своих возможностях мускульная сила живых организмов, а энергия, присущая неживой природе. Об ее использовании в транспортных целях люди мечтали уже в далеком прошлом. Так, английский философ и естествоиспытатель Роджер Бэкон писал в XIII в., что “только с помощью науки и искусства будет возможно построить экипажи, которые будут двигаться с невероятной скоростью без помощи животных” . По-видимому, этот мыслитель предполагал, что источник движущей силы будет находиться на самых экипажах, поскольку в его время уже давно человечество использовало силу ветра и движущейся воды, в том числе и для транспортных целей (парусное судоходство и сплав по рекам). Для полноты изложения материала заметим, что идея передвижения по суше с помощью ветра имеет давнее происхождение. Письменные источники сообщают, например, что за 300 лет до н. э. во время войны с Персией Александр Македонский применил повозки с парусами. В XVI в. многоместную парусную повозку построил в Голландии, изобилующей ветрами, Симон Стевин. Такие источники энергии, как сила ветра и воды, находятся в прямой зависимости от географических и климатических (часто сезонных) условий, а для промышленности и особенно для транспорта требовалось создание автономной энергетической установки. Ею стала паровая машина.
Экипажи, приводимые в движение силой пара
Первыми настоящими “самодвижущимися” средствами транспорта стали экипажи, приводимые в движение силой пара. Они также прошли долгий путь своего развития, обусловленного изобретением устройств, способных преобразовывать энергию пара в механическое движение. Приблизительно в I в. до н. э. древнегреческий инженер и ученый Герон Александрийский предложил устройство, представляющее собой полый шар, свободно вращающийся на оси. В этот шар наливалась вода и нагревалась пламенем до кипения. Выходящий через Г-образные трубочки пар приводил шар во вращение. Пользуясь современной терминологией, такое устройство можно было бы назвать реактивной паровой турбиной. Идею применения силы пара для движения экипажа изобразил на рисунке, относящемся к 1663 г., великий английский ученый Исаак Ньютон (1642—1727). На тележке установлена реторта с водой. При ее нагреве образуется пар, который, выходя через отверстие в узком конце реторты, создает реактивную силу, толкающую тележку. Здесь мы имеем дело с прямоточным реактивным паровым двигателем. В 1672 г. фламандский иезуит Иоганн Вербист, миссионер в Пекине, построил для сына китайского императора небольшую тележку, которая была снабжена примитивным котлом и могла двигаться с помощью того, что можно было бы “окрестить” турбиной. Все описанные здесь изобретения не нашли практического применения, поскольку в то время в них не было общественной по1 требности. С технической точки зрения упомянутые изобретения реализовали простейшие идеи тепловых двигателей, которые можно охарактеризовать как “однотактные” .
К началу XVII в. в Европе уже имелись некоторые теоретические предпосылки для создания работоспособных паровых машин: были доказаны весомость воздуха и факт производимого им давления. Зная этот факт, итальянец Джованни делла Порта предложил в 1601 г. способ получения разрежения (вакуума) посредством конденсации пара в замкнутом сосуде. Впервые практически эту идею реализовал в 1698 г. англичанин Томас Севери в своей машине, предназначенной для откачки воды из шахт. Машина Севери (рис. 1) помещалась в шахте. Она имела резервуар с четырьмя трубами. Одна труба была опущена ниже уровня находящейся в шахте воды, а другая выходила на поверхность шахты. Обе трубы были снабжены клапанами. Работала машина вдва такта(что важно учесть для понимания последующей эволюции тепловых машин). Во время первого такта через третью трубу в резервуар из котла впускался пар. При этом клапан нижней трубы закрывался и открывался клапан трубы, выведенной на поверхность. По этой второй трубе вытесненная паром вода поднималась на поверхность, а резервуар заполнялся паром. Во время второго такта доступ пара в резервуар прекращали и по четвертой тонкой трубе в него впускали небольшое количество холодной воды. В результате конденсации пара в резервуаре создавалось разрежение и под действием атмосферного давления вода из шахты заполняла резервуар. Далее весь цикл работы машины повторялся. Эту машину можно охарактеризовать как двухтактную, атмосферную, беспоршневую. При этом следует отметить, что впуск пара и холодной воды в резервуар машины осуществлялся вручную; машина не обладала способностью к самоуправлению и саморегулированию. Подобная машина имелась и в Петербурге. Испытывавший ее там англичанин Кларк пришел к выводу, что 91% пара конденсировался в резервуаре бесполезно.
Возникла необходимость повысить коэффициент полезного действия (к. п. д.) паровой машины, сделать ее более экономичной. Одно из решений этой задачи было реализовано французом Дени Па-пеном, который в 1690 г. построил поршневую паровую машину (поршневые насосы были уже известны в странах древнего Востока, в Греции и Риме времен античности). В закрытом снизу и открытом сверху вертикальном цилиндре машины Папена был помещен поршень. На дно цилиндра наливали немного воды, которая закипала в результате подогрева цилиндра огнем. Образовывавшийся в цилиндре пар поднимал поршень вверх до “мертвой” точки. Поршень закрепляли штырем в этом положении вручную. Затем в цилиндр впускали немного холодной воды, что вело к конденсации пара и созданию вакуума. Затем штырь вынимали, и поршень под действием атмосферного давления и собственной массы двигался вниз, производя механическую работу. Эту работу можно было использовать, соединив, например, поршень канатом, переброшенным через блок с поднимаемым грузом. Машина Папена явилась прототипом для целого класса поршневых “атмосферных” паровых машин.
Рис. 1. Паровая машина Т. Севери 1698 г.
Использовав идею предшественника, англичанин Томас Ньюкомен с подручным Дж. Каули сконструировал в 1705 г. “атмосферную” паровую машину, также предназначенную для откачки воды из шахт. На ее улучшенном варианте выпуска 1711 —1712 гг. впервые было применено коромысло (балансир). В отличие от машины Папена Ньюкомен использовал для образования пара отдельный котел.
В 1718 г. англичанин Г. Бейтон заменил ручное управление впуском пара и воды в машине Ньюкомена автоматическим, при котором соответствующие краны приводились в действие самой машиной. Этим было положено начало автоматизации управления процессами в тепловых машинах, продолжающейся и в наши дни. Справедливости ради следует признать, что различные автоматы существовали и раньше, например такие, как часовой механизм с регулятором.
Усовершенствованием машины Ньюкомена занялся выдающийся английский изобретатель Джеймс Уатт (1736—1819). Инженерные достижения Уатта основывались на его теоретических обобщениях, которые состояли в установлении им зависимости между давлением, температурой и объемом, пара, а также в найденной им теплоте парообразования (т. е. количестве теплоты, необходимом для превращения единицы массы жидкости в пар той же температуры). В 1736 г. он пришел в выводу, что необходимо поддерживать цилиндр машины горячим, чтобы его температура была равной температуре поступающего в него пара. Для этого цилиндр должен быть изолирован от внешней среды, а машина должна быть снабжена конденсатором (холодильником), в котором, наоборот, следует поддерживать низкую температуру. Эти выводы были получены Уаттом из экспериментов с принципиально новой паровой машиной с конденсатором, построенной в 1765 г. и запатентованной тремя годами позже совместно с изготовителем машины Робаком.
В 1769 г. Уаттом был получен патент № 013, в котором наряду с другими требованиями к паровой машине указывалось также, что для получения полезной работы следует использовать упругое давление пара, а не атмосферное давление, как в старых “огненных машинах” . Таким образом, Уатт предлагал заменить “атмосферную” паровую машину машиной “прямого действия” . Нельзя не отметить, что известный “цикл идеальной тепловой машины” 1 был открыт Н. Л. Сади Карно только в 1824 г., т. е. через 5 лет после смерти Уатта.
1 Цикл Карно — циклический процесс, при котором тепло переносится от тела с более высокой температурой к телу с более низкой температурой при помощи некоторого посредника — рабочего тела (водяного пара, газа), которое, расширяясь, производит работу. К- п. д. тепловой машины тем выше, чем больше перепад температур между горячим и холодным телами. Отсюда следует, что к. п. д. не может быть выше 100% (практически из-за тепловых и механических потерь он всегда ниже).
Вскоре паровая машина “прямого действия” нашла свое применение в транспортных целях. В том же 1769 г. французский военный инженер Никола Жозеф Кюньо (1725—1804) построил свой первый самодвижущийся трехколесный экипаж, предназначенный для перевозки орудий. Котел и двухцилиндровая паровая машина были расположены перед передним колесом. Усилие от поршней машины передавалось на это колесо при помощи зубчатых реек и храповиков. В 1770 г. (как считают историки) был построен второй подобный экземпляр экипажа, но больших размеров (рис. 2). Его испытания дали неудовлетворительные результаты, и в 1800 г. он был помещен в Музей искусств и ремесел в Париже, где хранится по сей день. Можно сказать, что это был отдаленный прототип переднемоторного и переднеприводного автомобиля.
Рис. 2. Паровой экипаж Н. Ж. Кюньо 1770 г.
Революционным шагом в развитии тепловых двигателей было создание Уаттом универсальной паровой машины, на которую в 1784 г. им был получен патент № 1432. Машина имела вертикальный цилиндр, в котором пар попеременно оказывал давление на поршень то с одной, то с другой его стороны (’’двойное действие”). Шток передавал усилие от поршня через “параллелограмм Уатта” на плечо расположенного сверху балансира (коромысла). От другого плеча балансира усилие при помощи шатуна передавалось на кривошип ведущего вала. Таким образом возвратно-поступа-тельное движение поршня превращалось во вращательное движение вала машины. Парораспределение (впуск и выпуск пара из цилиндра) осуществлялось при помощи скользящего золотника, приводимого в движение от эксцентрика, расположенного на коленчатом валу. Частота вращения этого вала поддерживалась в заданных пределах центробежным регулятором Уатта, работавшим по принципу отрицательной обработки связи. Все это можно видеть на фотографии (рис. 3).
Созданная Уаттом универсальная паровая машина освободила промышленные предприятия от зависимости их от физико-геогра-фических условий местности (наличия или отсутствия рек и постоянных ветров). Наряду с другими крупными изобретениями она стала одним из важнейших факторов становления Первого промышленного переворота последней трети XVIII — начала XIX вв. в Англии, а затем и в других странах северного полушария.
Существовавшие, до конца XVIII в. паровые машины имели низкий к.п.д., не превышавший 5—8%, работали при низком давлении пара (менее 12 кгс/см2), температура которого не превышала 120°С. Их удельная масса1 равнялась сотням килограммов на 1 л. с. Машины первоначально занимали много места: на 1 л. с. приходились метры полезной площади.
Рис. 3. Универсальная паровая машина Дж. Уатта 1784 г.
Но прогресс не замедлил последовать. Начала реализовываться тенденция получения максимальной мощности при минимальных массе и объеме. В 1797 г. американец Оливер Эванс получил патент на машину высокого давления (по современной классификации — среднего давления пара) от 12 до 60 кгс/см2. Это позволило увеличить к.п.д. до 10—11% и снизить удельную массу машины до 100 кг/л. с. За изобретением Эванса последовали другие, сделавшие паровую машину пригодной для использования в транспортных целях.
В 1802 г. англичанин Ричард Тревитик построил машину высокого давления и в том же году установил ее на дорожный экипаж, а в 1804 г. им был создан первый паровоз, предназначенный для передвижения вагонеток с углем по железным рельсам (с подобной целью металлические рельсы изготовлялись в Англии уже с 1767 г.). У этого паровоза усилие от поршня машины передавалось при помощи зубчатой рейки на зубчатое колесо, а оттуда — посредством шестерен на ведущие колеса. В такой сложной системе передачи не было никакой необходимости: паровая машина имеет большой крутящий момент, в результате чего усилие от поршня может быть передано на колеса без лишних опосредующих звеньев. Этим и занялся английский изобретатель Джордж Стивенсон, построивший в период с 1813 по 1825 г. несколько паровозов, из которых последний — “Роккет” ("Ракета”) оказался наиболее удачным. У паровоза Стивенсона, первого из работоспособных, шатуны паровых машин действовали непосредственно на кривошипы колес.
В 1825 г. в Англии была открыта первая в мире железная дорога Стоктон—Дарлингтон, по которой курсировали паровозы Стивенсона, а в 1831 г. было впервые организовано регулярное движение паровых омнибусов (дилижансов) по обычным дорогам на линии Лондон—Стратфорд. В результате последующей конкуренции между этими видами транспорта в Англии победили железные дороги. Для этого были две причины.
Одна из них носила технический характер: затрачивая ту же энергию, в железнодорожных вагонах можно перевозить гораздо больше груза, чем в безрельсовых экипажах, поскольку сопротивление движению поезда по рельсам составляет не более 1/200 его массы на горизонтальном участке пути.
Другая причина “вымирания” паровых дилижансов была социальная. В 1861 г. английский парламент принял в интересах владельцев железных дорог “Закон красного флага” , согласно которому перед каждым самодвижущимся безрельсовым экипажем должен был идти человек с красным флагом (ночью — с красным фонарем), предупреждая публику об “опасности” . Этот закон, ограничивающий скорость движения механических экипажей, делал их неконкурентоспособными не только по отношению к железным дорогам, но и к обычным конным экипажам, с которыми он разделял преимущество — способность доставлять пассажиров и грузы “от двери до двери” . Негативные последствия указанного законодательного акта для Англии очевидны. Страна, которая внесла большой вклад в развитие конных и паровых экипажей, а также велосипеда, окажется, как мы увидим, позади таких стран, как Германия и Франция, в автомобильном деле. “Закон красного флага” был отменен только в 1896 г.
Хотя между паровыми экипажами и автомобилями находится еще период развития двигателей внутреннего сгорания и попыток приспособить их к экипажам, есть смысл сказать о том, что заимствовал автомобиль от своих предшественников.
Прежде всего двигатель внутреннего сгорания автомобиля от паровой машины получил следующие системы: цилиндр—поршень, кривошипно-шатунный механизм и центробежный регулятор оборотов (в будущем родственный ему механизм опережения зажигания).
Заимствовал будущий автомобиль многое и от ходовой части и трансмиссии паровых экипажей. Стоит перечислить лишь некоторые конструкции, соблюдая хронологическую их последовательность. В 1825 г. англичанин Джеймс предложил конструкцию 4-ко-лесного парового тягача со всеми ведущими колесами, привод к которым осуществлялся валами с универсальными шарнирами. Эти шарниры были ранее изобретены итальянским математиком Дж. Кардано и предназначались для подвешивания компаса корабля. Вал с такими шарнирами впоследствии стал называться карданным валом. В 1828 г. француз Пеке построил грузовик с паровым двигателем (рутьер) и механизмом дифференциала. Англичане Гиббс и Чаплин взяли патент на паровой экипаж с независимой подвеской всех четырех колес и всеми управляемыми колесами.
Мотоцикл тоже имел своих “паровых предков” . В 1818 г. в ряде западноевропейских журналов было помещено шутливое изображение парового велосипеда “Велосипедрейзивапориана” , а в 1869 г. француз Перро впервые установил небольшую паровую машину с котлом на велосипед своего соотечественника Мишо. Гибриду было присвоено имя “Мишо-Перро” .
Экипажи, приводимые в движение тихоходными двигателями внутреннего сгорания
Непосредственными предками автомобиля можно считать экипажи, приводимые в движение тихоходными двигателями внутреннего сгорания. Появление таких экипажей, которые можно назвать “проавтомобилями” , было обусловлено созданием двигателя нового типа, который в конечном счете одержал победу над паровыми машинами, несмотря на имеющиеся у них достоинства: относительную простоту конструкции, возможность пуска под нагрузкой (что не требовало при установке их на экипаж сложной трансмиссии), “всеядность” (способность работать на любых видах топлива, в том числе и на твердом — угле, дровах, торфе), долговечность и легкость регулировки хода. Основным преимуществом же нового двигателя, сокращенно обозначаемого д.в.с., было то, что процесс сгорания топлива происходил внутри цилиндра, не требуя наличия промежуточного рабочего тела (пара), генерируемого отдельным агрегатом — котлом. В результате снижалась удельная масса всей энергетической установки. Однако реализовать это преимущество двигателю внутреннего сгорания удалось не сразу. Одной, хотя и не единственной, причиной задержки создания, а затем и внедрения в производство такого двигателя было отсутствие подходящего топлива, которое можно было бы легко вводить в цилиндр, равно как и удалять продукты его сгорания. Кроме того, в отличие от паровой машины в цилиндре д.в.с. создавались высокие давления и температуры, что повышало требования к конструкционным материалам и удорожало их.
Отдаленной предпосылкой создания д.в.с. было изобретение в средневековом Китае черного или дымного пороха (смеси калийной селитры, серы и угля). В Европе порох был открыт заново в XIV в. В отличие от созданных позже бризантных взрывчатых веществ (у которых быстрое выделение газов и тепла происходит одновременно по всей их массе, т. е. в виде детонации) порох был способен к устойчивому постепенному сгоранию с выделением большого объема газа. Поэтому он как метательное взрывчатое вещество и нашел применение в огнестрельном оружии.
В 1673 г. выдающийся голландский механик, физик и математик Христиан Гюйгенс (1629—1695), долгое время живший в Париже, предложил конструкцию “пороховой машины” , предназначенной для подъема воды для полива садов в Версале. Идея пороховой машины (рис. 4) состояла в следующем. На дно вертикального цилиндра,закрытого снизу и открытого сверху, должны были засыпать порох, поджигаемый фитилем. Находящийся в нижнем положении поршень под действием пороховых газов, преодолевая атмосферное давление, должен был подниматься вверх. Отработавшие газы предполагалось выводить наружу через окна в верхней части цилиндра (как это показано на рисунке). В цилиндре под поршнем образовывался вакуум, в результате чего под действием атмосферного давления и собственной массы поршень должен был возвращаться в нижнее положение, производя полезную работу. Построен этот двигатель не был, но сохранилась его идея, запечатленная в чертеже, но не только.
Рис. 4. “Пороховая машина” X. Гюйгенса 1673 г.
Это была первая идея двигателя внутреннего сгорания, который можно охарактеризовать как двухтактный и атмосферный, и была также предвосхищена идея газораспределения, осуществляемого поршнем машины (в данном случае выпускные окна должны были открываться и закрываться как у более поздних двухтактных двигателей, например, мотоциклетных). Можно добавить, что на примере Гюйгенса мы видим, что все большую роль в развитии техники начинают играть не самоучки, а профессиональные ученые-теоретики.
В 1688 г. бывший ассистент Гюйгенса, француз Дени Папен (1647—1710), с 1687 г. профессор Марбургского университета построил пороховую машину, отличающуюся от гюйгенсовской в частности тем, что отработавшие газы выходили не через окна в цилиндре, а через специальный клапан. Опыты показали непригодность пороха в качестве топлива: температура его горения достигала 3000°С, что примерно на одну треть превышает температуру сгорания бензина в цилиндре двигателя. Потерпев неудачу с порохом, Папен построил в 1690 г. паровую машину, основанную на том же принципе (об этой машине уже говорилось ранее). Опыт не дал положительных результатов: парообразование внутри цилиндра происходило медленно — поршень не мог делать больше одного хода в минуту. Любопытно, что практические опыты с двигателем внутреннего сгорания опережали опыты с поршневой паровой машиной.
В 1794 г. англичанин Роберт Стрит предложил конструкцию двигателя внутреннего сгорания, работающего на жидком углеводородном топливе. Принцип работы этого двигателя состоял в том, что поршень, проходя полхода, всасывал в цилиндр горючую смесь, которая затем воспламенялась через специальное отверстие открытым пламенем. Остальную часть хода поршень совершал в результате давления образовавшихся газов. В металле двигатель не был реализован, но идея замены “атмосферного” двигателя на двигатель “прямого действия” оказалась плодотворной.
Важным событием явилось открытие в 1799 г. французским инженером, профессором механики Филиппом Лебоном (1769— 1804), способа получения светильного газа путем сухой перегонки древесины, а затем и каменного угля. Как показывает данное газу название, он стал использоваться в Западной Европе для освещения. Первый двигатель, работавший на светильном газе (смеси метана с водородом), сконструировал сам Лебон в 1801 г. По устройству двигатель был похож на паровую машину двойного действия. Смесь газа с воздухом подавалась попеременно с одной и другой стороны цилиндра отдельным поршневым насосом. Так говорится в описании патента, сведений же о постройке этого двигателя не имеется. В будущем, когда в Западной Европе было налажено производство светильного газа, наибольшее распространение получили и газовые двигатели внутреннего сгорания (в отличие от России, богатой нефтью, где распространение получили двигатели внутреннего сгорания, работающие на жидком топливе).
Следующую страницу истории техники открывает майор швейцарской армии Франсуа Исаак де Риваз (1752—1829), который 30 января 1807 г. получил во Франции первый патент на экипаж, приводимый в движение двигателем внутреннего сгорания. Этому предшествовали следующие обстоятельства. Де Риваз находился по приглашению в Высшей военной школе Сен-Сир во Франции в то время, когда там демонстрировал свои изобретения знаменитый итальянский физик Алессандро Вольта. Одним из них был “вольтов столб” — первый в мире гальванический элемент (впоследствии этот источник постоянного тока послужил прототипом для “сухих элементов” , широко использовавшихся в системе зажигания двигателей внутреннего сгорания). Вторым изобретением был “пистолет Вольта” , зарядом для которого служила смесь водорода с кислородом (гремучий газ). Заряд поджигался электрической искрой от упомянутого источника тока.
За год до получения своего патента де Риваз обратился к Наполеону с предложением построить по принципу “пистолета Вольта” самодвижущийся экипаж для передвижения артиллерийских орудий, аналогичный по назначению паровому экипажу Кюньо (как уже отмечалось, с 1800 г. экспонирующемуся в музее Парижа).
Рис. 5. Экипаж И. де Риваза (патент 1807 г.)
Самодвижущийся экипаж де Риваза (рис. 5) представлял собой 4-колесную повозку, на которой был помещен большой вертикальный цилиндр, закрытый снизу и открытый сверху (как в пороховой и паровой машинах Папена). Во время первого такта работы двигателя вручную открывали отверстие для впуска в цилиндр воздуха, который всасывался в цилиндр поршнем по прохождении половины хода. Затем в цилиндр впускали заряд водорода, который поджигали электрической искрой от столба Вольта. Отверстие для впуска воздуха перед этим закрывали. В результате взрыва поршень двигался вверх остальную часть хода, противодействуя атмосферному давлению. Под действием последнего во время второго такта поршень двигался вниз, вращая при помощи связанной с ним рейки зубчатое колесо, прикрепленное к установленному наверху барабану. От верхнего барабана усилие при помощи каната передавалось на барабан передней ведущей оси экипажа. (Передающий механизм близок к механизму, примененному в 1420 г. Джованни де Фонтандом на его повозке с ручным приводом. По-видимому, здесь мы имеем дело с совпадением, а не с заимствованием). Историки техники отмечали, что патент не полностью описывает функционирование и устройство экипажа де Риваза. Двигатель же его можно охарактеризовать как двухтактный, “атмосферный” без предварительного сжатия рабочей смеси. Некоторые современные авторы утверждают, что экипаж де Риваза был построен и испытывался в швейцарском городе Веве в 1813 г., хотя и не приводят свидетельств современников. Тем не менее читатель увидит, что изобретение этого экипажа не прошло бесследно.
Рис. 6. “Летающая газовая машина” С. Брауна 1826 г.
Следуя хронологическому принципу изложения материала, нам придется прервать рассказ о двигателях внутреннего сгорания, чтобы упомянуть еще об одном изобретении. В 1816 г. шотландский священник Роберт Стирлинг предложил конструкцию поршневой тепловой машины, получившей впоследствии название двигателя внешнего сгорания. Головка цилиндра этого двигателя все время поддерживалась в горячем состоянии каким-либо внешним источником тепла. Специальным поршнем-вытеснителем в нагретую часть цилиндра подавался холодный воздух, который, нагреваясь, расширялся и давил на рабочий поршень, производя полезную работу. Затем нагретый воздух вытеснялся в холодильник, охлаждался и вновь поступал в нагретую часть цилиндра и так далее. Теоретически цикл работы двигателя Стирлинга (или как теперь его называют — “стирлинг” ) ближе всего подходит к описанному нами ранее циклу “идеальной” тепловой машины Карно. Отсутствие в те дни жаропрочных материалов (нержавеющей стали и т. п.) не позволило поднять к.п.д. таких двигателей выше 1%. Несмотря на это, такие “стирлинги” в силу их “всеядности” и бесшумности получили некоторое распространение. Но к концу прошлого века были вытеснены более совершенными паровыми машинами и двигателями внутреннего сгорания. В настоящее время к ним снова возник интерес, и последние разработки позволили поднять их к.п.д. почти до 50%. Сведения о современных экспериментах с двигателями Стирлинга и их применении к автомобилю можно почерпнуть из литературы.
Но вернемся к двигателям внутреннего сгорания. В 1820 г. англичанин У. Сесил демонстрировал Кембриджскому философскому обществу действующую модель “атмосферной” газовой машины. Эта машина была в 1823 г. усовершенствована Сэмьюэлом Брауном и даже имела некоторый коммерческий успех. 1826 г. ознаменовался созданием первого самодвижущегося экипажа с двигателем внутреннего сгорания — “летающей газовой машины” С. Брауна (рис. 6). Конечно, этот экипаж еще нельзя назвать автомобилем. Он был примитивным и двигался по рельсам. О его испытании имеются свидетельства современников, опубликованные в двух номерах журнала “Попюлер Микеникс”. Испытания проводились в Лондоне. Они показали, что экипаж способен преодолевать подъемы 1:10. В 1827 г. машину Брауна ради опыта устанавливали даже на судно.
На рисунке видно, что двигатель “летающей газовой машины” по своей компоновке напоминает паровую машину Уатта с балансиром и имеет два отдельно расположенных цилиндра, закрытых снизу и открытых сверху (как в машинах Папена и де Риваза). В то время как поршень проходил полхода вверх, в цилиндр всасывалась смесь светильного газа с воздухом. Затем смесь поджигалась открытым пламенем (как у фитильного ружья), и на оставшемся пути под действием расширяющихся газов поршень совершал работу по преодолению атмосферного давления. Под действием последнего поршень двигался вниз и через коромысло, шатун, кривошип и шестерни приводил в движение экипаж: Двигатель оставался двухтактным, “атмосферным” без предварительного сжатия рабочей смеси. Новым в двигателе Брауна были водяная “рубашка” цилиндров и поршневая помпа, создающая циркуляцию воды в системе охлаждения. Из-за неэкономичности и громоздкости производство таких двигателей прекратилось.
Рис. 7. Омнибус Э. Ленуара (патент 1862 г.)
Не останавливаясь на существовавших тогда двигателях других систем, как не имевших отношения к будущему автомобилю, рассмотрим двигатель внутреннего сгорания, впервые получивший довольно широкое применение. Изобретен этот двигатель был в 1858 г. люксембуржцем по происхождению, работавшим официантом в Париже, Жаном Жозефом Этьеном Ленуаром (1822—1900). По своей компоновке двигатель Ленуара был подобен горизонтальной паровой машине двойного действия: рабочий процесс протекал в цилиндре по обе стороны поршня. Проходя полхода, поршень всасывал газовоздушную смесь. Затем она поджигалась электрической искрой, и результирующий взрыв на оставшемся отрезке пути поршня производил полезную работу. То же самое происходило и по другую сторону поршня. Г азораспределение (открытие и закрытие впускных и выпускных каналов) осуществлялось при помощи скользящих золотников, приводимых в действие от эксцентриков, находящихся на коленчатом валу. Патент на этот двигатель Ленуар получил в 1860 г.
Своего завода у изобретателя не было, и его двигатель стали строить французские фирмы “Маринони” , “Лефевр” и “Готье” , а также немецкая “Кун” . О том, что Ленуар знал о двигателях своих предшественников, свидетельствует рекламный проспект Лефев-ра: “В машине Ленуара применен поршень по патенту Стрита. Она двойного действия, как двигатель Лебона, воспламенение электрической искрой, как у машины Риваза, она обязана Сэмьюэлу Брауну охлаждением цилиндра водой. ” .
В 1862 г. во французском журнале “Иллюстрасьон” были опубликованы чертеж (рис. 7) и описание 3-колесного 8-местного омнибуса Ленуара, снабженного двигателем его системы. Интересно отметить, что у омнибуса было предусмотрено рулевое колесо, а не длинный рычаг, получивший впоследствии распространение на автомобилях выпуска до 1898 г. и названный во Франции “коровьим хвостом” . Много лег спустя Ленуар утверждал, что его автомобиль был построен и уже в 1863 г. работал на бензине. Документально это утверждение не было подтверждено.
Рассмотренные конструкции двигателей свидетельствуют о тенденции перехода от “атмосферных” двухтактных двигателей к двигателям прямого действия, но остающимся двухтактными без предварительного сжатия рабочей смеси. На последнее обстоятельство следует обратить особое внимание, так как без его уяснения трудно будет понять значение вклада, внесенного отечественными конструкторами в развитие двигателя внутреннего сгорания. Отсутствие предварительного сжатия рабочей смеси приводило к тому, что на начальном процессе сгорания топлива происходило бесполезное расширение газов, не успевавших оказывать давление на поршень. В результате к.п.д. двигателя оставался невысоким. Напротив, он возрастал с повышением степени сжатия (отношения полного объема цилиндра к объему камеры сгорания). Об ограничениях, накладываемых на степень сжатия, будет сказано в свое время.
Новую эру в развитии двигателей внутреннего сгорания открыл выдающийся немецкий конструктор Николаус Аугуст Отто (1832— 1891). В 1860 г. он познакомился с двигателем Ленуара, а в 1863 г. сам получил патент на 2-тактный “атмосферный” двигатель. Хотя это и было шагом назад, но практика показала, что возможности “атмосферных” двигателей еще не были полностью исчерпаны. В 1864 г. Отто совместно с Ойгеном Лангеном основал в Кёльне фирму “Отто и Ко” для производства таких двигателей. Наиболее удачной оказалась модель двигателя 1867 г., который имел вертикальный цилиндр, открытый сверху (как у двигателей де Риваза и Брауна). Усилие от поршня через зубчатую рейку и шестерни передавалось на рабочий вал. Двигатель был очень высоким и для интересующих нас самодвижущихся экипажей явно не подходил, но как стационарный получил широкое распространение. Для производства подобных двигателей в 1872 г. предприятие Отто и Лангена было переведено в г. Дойц, и фирма получила новое название “Гасмоторен-фабрик Дойц” , сокращенно “Дойц” .
В конце 1875 г. Отто закончил разработку проекта принципиально нового двигателя и 5 июня 1876 г. подал на него патентную заявку. Немецкий патент ДРП № 532 был получен 4 августа 1877 г. Срок действия патента истекал 5 июня 1891 г.: по существовавшему тогда законодательству длительность действия патентов ограничивалась 15-ю годами.
Рис. 8. 4-тактный двигатель Н. А. Отто 1876 г.
Сконструированный Н. А. Отто и построенный в 1876 г. фирмой “Дойц” двигатель (рис. 8) работал по хорошо известному теперь 4-тактному циклу: всасывание рабочей смеси, ее сжатие, воспламенение и рабочий ход, выпуск отработавших газов. Хотя этот цикл и совершался за два оборота коленчатого вала, и из четырех тактов лишь во время одного производилась полезная работа — двигатель имел ряд существенных преимуществ перед двухтактным: хорошее наполнение цилиндра свежей рабочей смесью, которая к тому же охлаждала его внутреннюю поверхность и поршень; сжатие рабочей смеси, ведущее к повышению к.п.д; полная очистка цилиндра от продуктов сгорания.
Двигатель Отто имел горизонтальное расположение цилиндра (подобно многим паровым машинам и двигателю Ленуара). Параллельный цилиндру распределительный вал приводил в действие два скользящих золотника (один из них контролировал впускной канал, другой — отверстие, через которое пламенем производился запал смеси) и тарельчатый выпускной клапан. Топливом для двигателя служил светильный газ. Позже стали применять жидкие углеводородные топлива — керосин, бензин и другие. Первый двигатель Отто развивал 3 л. с. при 180 об/мин, т. е. был тихоходным.
Многие фирмы приобрели патент Отто на 4-тактный двигатель. Среди первых были английская “Кросслей” и американская “Дойц” , находившаяся в Филадельфии (здесь и далее будут упоминаться преимущественно те фирмы, на которые придется ссылаться впоследствии).
Сам Н. А. Отто широко трактовал свой патент на 4-тактный двигатель и возбуждал судебное преследование даже тех фирм, которые строили 2-тактные д.в.с. с предварительным сжатием рабочей смеси. Этим был вызван грандиозный судебный процесс, в ходе которого выяснилось, что уже в 1862 г. французский инженер Альфонс Бо де Роша опубликовал брошюру, в которой достаточно точно был изложен принцип работы 4-тактного двигателя, а с 1873 г. двигатель такого типа практически использовал мюнхенский придворный часовщик Христиан Райтман. В целях подтверждения своего приоритета Отто утверждал, что еще в 1860 г. он проводил опыты с 4-тактным, 4-цилиндровым двигателем, оказавшимся неудачным из-за попытки применить свободно движущиеся поршни. Чертеж этого двигателя был изготовлен во время судебного процесса 1885 г. Постановлением суда от 30 января 1886 г. патент Отто на 4-тактный двигатель был ликвидирован (правда, в Англии и, возможно, в России он продолжал действовать до 1891 г.).
Для реального процесса развития техники важно, чтобы новая идея была правильно понята, стала известной и была внедрена. Поэтому пусть даже с опозданием, но Н. А. Отто был первым, кто дал жизнь двигателю, наиболее распространенному и в наши дни.
Вернемся к ранним экипажам с двигателями внутреннего сгорания, развитие которых началось с патента де Риваза 1807 г. и продолжалось до того времени, когда начался коммерческий выпуск автомобилей. Период первоначального экспериментирования с такими экипажами длился около 80-ти лет, в течение которых изобретателями разных стран делались разрозненные малоизвестные попытки использовать д.в.с. в транспортных целях. О них становилось известно лишь “постфактум” . Несмотря на малую достоверность имеющихся сведений, упомянем некоторые из них.
В конце прошлого века Зигфрид Маркус демонстрировал фотографию повозки с вертикальным “атмосферным” двигателем, которая была якобы построена им в Вене в 18б4 г. Там же общественности был представлен в 1898 г. автомобиль Маркуса, изготовление которого относили к 1875 г. На автомобиле был установлен 4-тактный двигатель с горизонтальным цилиндром. Усиление от поршня передавалось на коленчатый вал при помощи шатунов и балансира. Зажигание включало в себя магнето с качающимся якорем. Поскольку такой тип магнето был изобретен Симмсом в 1895 г., вызывает сомнение дата постройки. Несмотря на это, австрийцы считают изобретение Маркуса первым автомобилем в мире. Во время захвата Австрии нацисты пытались уничтожить автомобиль Маркуса на том основании, что его изобретатель — “неариец” . Но австрийские патриоты замуровали автомобиль в стену музея, чем спасли его от уничтожения.
К 1875 г. относят также постройку немцем Ю. Зёнлайном экипажа с бензиновым 2-тактным двигателем с предварительным сжатием рабочей смеси и кривошипно-камерной продувкой, аналогичной современному мотоциклетному. Есть и в Венгрии свой предок автомобиля — карета с двигателем, созданная как будто в 1875 г. Дьердем Бессели. Фактом этого является то, что в 1877 г. американец Джордж Селден подал заявку на экипаж с двигателем внутреннего сгорания (об этом будет рассказано позже). Сообщают, что в немецком городе Шёнхайде в 1883 г. эксплуатировался автомобиль с 2-тактным двигателем, построенный J1. Тухшерером. В том же году французами Э. Деламарр-Дебутевилем и Маланденом был якобы построен газовый трицикл, который взорвался при испытании, а в 1884 г. — 4-колесный автомобиль. Тогда же в Лондоне на выставке велосипедов был показан рисунок Батлера, на котором был изображен 3-колесный экипаж с 2-тактным двигателем и пульверизационным карбюратором. Построен он был в 1887 г. Бельгийцы считают, что их первый автомобиль “де ла О” [de la Hault] с 2-тактным двигателем был построен в 1886 г. К этому же году относят в Дании постройку автомобиля Хаммеля с 4-тактным двигателем. Как мы увидим, были и свои претенденты на постройку автомобиля в России.
Подводя итог предыстории автомобиля, отметим, что основной предпосылкой его возникновения было создание двигателя внутреннего сгорания, который прошел в своем развитии путь, аналогичный пути, пройденному паровой машиной. Эволюция паровой поршневой машины выражалась в переходе от “атмосферных” машин к машинам прямого действия. Все паровые машины работали по 2-тактному циклу. Первые двигатели внутреннего сгорания также были 2-тактными, сначала — “атмосферными” , а позже — прямого действия, но без предварительного сжатия рабочей смеси. Затем был создан 4-тактный двигатель, в цикл работы которого входило предварительное сжатие рабочей смеси, повышавшее его к.п.д.
Компоновка двигателя внутреннего сгорания также была заимствована от паровой машины. Существовали две основные компоновочные схемы. Согласно первой из них закрытый снизу и открытый сверху цилиндр располагался вертикально, а коленчатый вал помещался над ним. При второй компоновке цилиндр был расположен горизонтально.
Подобно самым первым паровым машинам, парораспределение у которых осуществлялось вручную, двигатели внутреннего сгорания также имели ручное газораспределение. Затем газораспределение было автоматизировано. Впоследствии автоматизацию претерпели и другие процессы (смесеобразования, зажигания и т. д.).
Первые двигатели внутреннего сгорания были “тихоходными” — частота вращения коленчатого вала колебалась в пределах от 100 до 250 об/мин. Это и сдерживало создание автомобиля.
Самодвижущийся экипаж. Как появился первый российский автомобиль
125 лет назад, 14 июля (1 июля по старому стилю) 1896 года, на Всероссийской промышленной и художественной выставке в Нижнем Новгороде состоялась первая публичная демонстрация "самодвижущегося экипажа" Евгения Яковлева и Петра Фрезе. Первого, по сути, российского автомобиля.
Двигатели прогресса
Началась эта история со знакомства двух жителей Санкт-Петербурга, которое случилось в американском городе Чикаго.
Евгений Яковлев, отставной лейтенант военно-морского флота, инженер-механик, увлекся разработкой моторов. И довольно успешно — двигатели конструкции Яковлева имели по тем временам немало передовых инженерных решений (электрическое зажигание, съемная головка цилиндра, смазка под давлением). И в апреле 1891 года, взяв кредит, он основал "Машиностроительный, чугунно- и меднолитейный завод Е.А. Яковлева". Предприятие с таким громким названием размещалось в большом сарае, в Санкт-Петербурге, на Большой Спасской, 28. На заводе наладили выпуск нефтяных, газовых и бензиновых двигателей внутреннего сгорания (собственной конструкции), а также систем отопления на их основе. По тем временам завод был неплохо оборудован и выпускал до сотни двигателей в год.
Уже в 1893 году Евгения Яковлева пригласили на Всемирную "Колумбову" промышленную выставку (она была организована в честь 400-летия открытия Америки Колумбом). Да, двигатели внутреннего сгорания на жидком топливе, выпущенные на "Первом русском заводе газовых и керосиновых двигателей" (под таким брендом Яковлев продавал свою продукцию на экспорт), демонстрировалась в Америке! Выставочный комитет наградил завод и его владельца бронзовой медалью и почетным дипломом. И именно там, на выставке, Яковлев познакомился с другим инженером из России — Петром Фрезе, действительным статским советником, владельцем известных каретных мастерских в Петербурге. Он тоже был удостоен бронзовой медали выставки. Вдвоем они внимательно изучали представленный на стенде один из первых серийных автомобилей — немецкий "Бенц" модели "Вело". И тут же решили объединить усилия и построить подобную машину в России.
Понятно, что Яковлев и Фрезе не собирались "открывать Америку". Просто мир в это время бредил новыми техническими идеями; в эти годы, по сути, "родился" и первый автомобиль, и первый самолет, и многое другое. Начиналась новая промышленная революция! В те же годы Генри Форд совершил первый выезд на своем "квадрицикле" (Ford Quadricycle), во Франции стартовала первая автомобильная гонка Париж — Марсель — Париж, а Эдуард Мишлен начал выпускать пневматические шины.
В том же 1896 году, когда российские инженеры собрали свой первый автомобиль, в нашей стране появились первые правила дорожного движения, а в Англии парламент отменил закон о человеке с красным флагом, который должен был идти впереди любого безлошадного экипажа. И Фрезе, и Яковлев внимательно наблюдали за экспериментами по созданию самодвижущихся экипажей во Франции, Германии, США… И первый русский автомобиль по конструкции следовал общим тенденциям. Например, конструкция кузова повторяла, по сути, конструкцию легких конных колясок. Колеса с деревянными ободьями и литыми резиновыми шинами вращались не на шариковых подшипниках, а на бронзовых втулках. Но примерно так же были устроены тогда практически все "самобеглые экипажи".
Двигатель и трансмиссия были изготовлены на заводе Яковлева, а корпус, ходовая часть и колеса — на фабрике Фрезе. "Журнал новейших открытий и изобретений", который в 1896 году посвятил этому автомобилю большую статью, отмечал ряд существенных улучшений в конструкции ходовой части, трансмиссии и кузова автомобиля по сравнению с автомашинами других фирм.
Он поехал!
По сути, это была усиленная пролетка с четырехтактным одноцилиндровым двигателем внутреннего сгорания, который размещался в задней части кузова и развивал мощность до 2 л.с. Для охлаждения цилиндра использовалась вода, а теплообменниками работали два латунных бака (по 30 л каждый), размещенные вдоль бортов в задней части машины. Зажигание было электрическим (батарея сухих элементов и патентованная свеча), что в то время было передовым решением. Вроде бы все похоже на конструкцию автомобиля Бенца, но двигатель Яковлева был проще, легче и мощнее — он разгонял двухместную коляску весом 300 кг до 20 км/ч.
Также испарительная система охлаждения была собственной разработки. Во время работы мотора вода постоянно закипала. Пар шел в конденсатор (он располагался за спинкой дивана), частично испарялся, а частично охлаждался и снова превращался в воду. Водитель должен был постоянно следить за уровнем воды, так как большая часть ее выкипала. Для того чтобы проехать 100 км пути, мотор потреблял 150 л воды и 21 л топлива.
Для подачи топлива использовался простейший карбюратор испарительного типа. Коробка передач была похожа по конструкции на ту, что использовалась в машинах Бенца, но кожаные ремни были заменены на более надежные, из многослойной прорезиненной ткани. У коробки было две передачи: вперед и режим холостого хода (нейтраль).
Конструкция шасси была полноценной разработкой Фрезе. Русский автомобиль имел более широкую колею, чем машина Бенца, и комплектовался складным верхом из кожи. В машине было два тормоза. Основной — ножной — действовал на ведущий вал коробки передач. Ручной тормоз прижимал резиновые бруски к покрышкам задних колес. Кстати, задние колеса были больше передних, с цельными резиновыми шинами.
Первый русский автомобиль с двигателем внутреннего сгорания прошел испытания в мае 1896 года. 14 июля он был выставлен на Всероссийской промышленно-художественной выставке в Нижнем Новгороде и совершал там демонстрационные поездки.
Выставка достижений народного хозяйства
Что такое Нижегородская ярмарка для России? Это крупнейшая ярмарка империи, которая начала работать с 1822 года. Ежегодно с начала июля и до сентября там совершались тысячи сделок на сотни миллионов рублей. Со всего мира туда съезжалось до 200 тыс. человек, тогда как в самом Нижнем Новгороде в середине ХIХ века проживало меньше 20 тыс. Это привело к быстрому развитию инфраструктуры города — был построен не только ярмарочный городок с множеством павильонов, но и церкви, гостиницы, трактиры, рестораны, чайные — развивалась сфера услуг. Также процветало судоходство, было проложено Московское шоссе.
А летом 1896 года рядом с ярмаркой по указу императора Николая II развернулась Всероссийская промышленная и художественная выставка (на этом месте сейчас расположен Парк имени 1 Мая). К открытию выставки в Нижнем Новгороде постарались: пустили первый в России электрический трамвай, фуникулеры, которые доставляли пассажиров с нижней части города в верхнюю; построили здания драматического театра, окружного суда, Волжско-Камского банка…
На выставке публике демонстрировали многие новейшие достижения в самых разных областях. В одном из павильонов будущий пролетарский писатель, а тогда репортер "Нижегородского листка" Максим Горький впервые попал в синематограф братьев Люмьер: "Вчера я был в царстве теней… И вдруг что-то щелкает, все исчезает, и на экране является поезд железной дороги. Он мчится стрелой прямо на вас — берегитесь! Кажется, что вот-вот он ринется во тьму, в которой вы сидите, и превратит вас в рваный мешок кожи, полный измятого мяса и раздробленных костей, и разрушит, превратит в обломки и в пыль этот зал и это здание, где так много вина, женщин, музыки и порока. Но это тоже поезд теней".
Там же инженеры Фрезе и Яковлев продемонстрировали первый российский автомобиль, и публике он, похоже, понравился. А вот император Николай II во время посещения выставки 19 июля (по новому стилю) куда больше внимания уделил павильону крымских вин. "Нижегородский листок" от 20 июля 1896 года писал, что, "осмотрев кустарный отдел, их Императорские Величества прошли в отдел экипажного дела… После обзора этого отдела был демонстрирован первый русский бензиномотор". И все. Так демонстрация первого русского автомобиля прошла для власти практически незамеченной.
Тем не менее Яковлев и Фрезе настойчиво рекламировали свое изделие. Однако в 1898 году внезапно в возрасте 41 года умирает Евгений Яковлев — сейчас бы сказали, что он "сгорел на работе". Его вдова осталась с тремя малолетними детьми и продала завод человеку, который автомобилями и моторами не интересовался.
Петр Фрезе, страстный поклонник технического прогресса, продолжил экспериментировать и строить автомобили. Правда, уже с моторами импортного производства. В 1899 году на его предприятии собирали первые российские электрические экипажи и электрические омнибусы (предтеча автобусов) конструкции инженера Ипполита Романова. В августе 1902 года под Курском состоялись большие военные маневры, на которых армия впервые в своей истории применила автомобили. Восемь из десяти используемых машин предоставила фирма "Фрезе & К°": четыре легковые (с моторами мощностью 6 и 8 л.с.), один восьмисильный омнибус и еще три восьмисильных грузовика.
На Первой Международной автомобильной выставке в Петербурге в 1907 году компания "Фрезе" получила Большую золотую медаль "за производство автомобильных кузовов и инициативу в распространении автомобилей в России". Ведь помимо собственной фабрики, в начале ХХ века Петр Фрезе представлял в России интересы многих иностранных автомобильных компаний — De Dion-Bouton, Lorraine-Dietrich, Minerva и Renault. В конце 1910 года он все же отошел от дел (ему было уже под 60) и продал фабрику Петербургскому отделению Русско-Балтийского вагонного завода — того самого "Руссо-Балта".
К сожалению, ни одного экземпляра автомобиля Яковлева — Фрезе не сохранилось; неизвестно даже, сколько машин собрали. Одно можно сказать точно: он создавался именно как серийный коммерческий автомобиль.
Вместо эпилога
Когда я готовил этот материал, пришлось пересмотреть, перечитать, изучить массу литературы, так я наткнулся на несколько интересных фактов.
Например, на той самой Чикагской выставке, где познакомились Евгений Яковлев и Петр Фрезе, в те же дни побывал один из "отцов" автомобиля — Готлиб Даймлер (немецкий инженер, конструктор и промышленник). Он привез в Америку экспозицию газовых двигателей. Интересно, успели ли русские из Санкт-Петербурга и немец познакомиться? Думаю, что все-таки нет, потому как первый российский автомобиль напоминал не самодвижущийся экипаж Daimler-Motorwagen, а скорее машину его соперника Карла Бенца.
Что касается изображения автомобиля, то сохранилась одна-единственная его фотография. Она сделана известным нижегородским мастером Максимом Дмитриевым. Причем работал он с универсальной дорожной складной фотокамерой, выпущенной московской мастерской "Н.К. Клячко и Д.П. Езучевский", — самым, пожалуй, компактным аппаратом на тот момент (84х71х84 см с фотопластинками 45х55 см).
В 1996 году, к 100-летнему юбилею первого русского автомобиля, в научно-техническом центре газеты "Авторевю" решили воссоздать полномасштабную копию машины (репликар). Чертежей не сохранилось, и параметры автомобиля восстанавливали по имеющейся фотографии и описаниям с применением компьютерного моделирования. Сейчас копия выставляется (с большим успехом, между прочим) на самых разных выставках в экспозиции Политехнического музея города Москвы.
Узнал также, что в помещениях "Первого завода газовых и керосиновых двигателей Е.А. Яковлева" на Большой Спасской, 28 (ныне улица Красного Курсанта), в советские годы работал завод "Вулкан". И там в 1955 году проходил производственную практику будущий первый космонавт Юрий Гагарин.
Экипажная же фабрика "Фрезе & К°" располагалась в доме номер 10 в Эртелевом переулке (ныне улица Чехова). Сейчас в этом здании находится автобаза правительства Ленинградской области. Совпадение?
Иван Кулибин: рассказываем про малоизвестные изобретения легендарного русского механика и инженера
Все знают, что Кулибин — это великий русский изобретатель, механик, инженер. Его фамилия давно стала в русском языке именем нарицательным. Но, как показал проведенный недавно опрос, всего пять процентов респондентов могут назвать хотя бы одно его изобретение. Как же так? Мы решили провести небольшой ликбез: итак, что же изобрел Иван Петрович Кулибин?
Иван Петрович, родившийся в слободе Подновье близ Нижнего Новгорода в 1735 году, был невероятно талантливым человеком. Механика, инженерное дело, часовой промысел, кораблестроение — все спорилось в умелых руках русского самоучки.
Он имел успех и был приближен к императрице, но при этом ни один из его проектов, способных облегчить жизнь простым людям и способствующих прогрессу, не был ни профинансирован должным образом, ни реализован государством. Тогда как развлекательные изобретения Кулибина — забавные автоматоны, дворцовые часы, самоходки — финансировались с превеликой радостью.
Водоходное судно Кулибина
В конце XVIII века самым распространенным способом подъема грузов на судах против течения был бурлацкий труд — тяжелый, но относительно недорогой. Существовали и альтернативы: например, машинные суда, приводимые в движение волами.
Устройство машинного судна было следующим: оно имело два якоря, канаты которых крепились на специальном валу. Один из якорей на шлюпке или по берегу доставлялся вперед на 800−1000 м и закреплялся. Волы, работающие на судне, вращали вал и накручивали якорный канат, подтягивая судно к якорю против течения. В это же время другая шлюпка везла вперед второй якорь — так обеспечивалась непрерывность движения.
Кулибину пришла в голову мысль, как обойтись без волов. Его идея состояла в использовании двух колес с лопастями. Течение, вращая колеса, передавало энергию на вал — якорный канат накручивался, и судно подтягивало себя к якорю, используя энергию воды.
В процессе работы Кулибина постоянно отвлекали заказами на игрушки для царских отпрысков, но он сумел выбить финансирование на изготовление и установку своей системы на небольшое судно. В 1782 году новое судно Кулибина, нагруженное почти 65 т (!) песка, показало себя надежным и значительно более быстрым, нежели корабль на воловьей или бурлацкой тяге.
Чтобы не потеряться и всегда быть на связи, читайте нас в Яндекс.Дзене и не забывайте подписаться на нас в Telegram, ВКонтакте и Одноклассниках!
В 1804 году в Нижнем Новгороде Кулибин построил второй водоход, который был вдвое быстрее бурлацких расшив. Тем не менее департамент водных коммуникаций при Александре I отверг идею о реализации изобретения Кулибина и запретил финансирование — водоходы так и не получили распространение. Гораздо позже в Европе и США появились кабестаны — суда, которые подтягивали себя к якорю, используя энергию парового двигателя.
Винтовой лифт Кулибина
Наиболее распространенная лифтовая система на сегодняшний день представляет собой кабину на лебедках. Лебедочные лифты были созданы задолго до патентов Отиса середины XIX века — подобные конструкции действовали еще в Древнем Египте, приводились в движение они тягловыми животными или рабской силой.
В середине 1790-х годов стареющая и разжиревшая Екатерина II поручила изобретателю Кулибину разработать удобный лифт для передвижения между этажами Зимнего дворца. Она непременно хотела лифт-кресло, и перед Кулибиным встала интересная техническая задача. К подобному лифту, открытому сверху, нельзя было прицепить лебедку, а если «подхватывать» кресло лебедкой снизу, она бы доставила неудобство пассажиру.
Кулибин решил вопрос остроумно: основание кресла крепилось к длинной оси-винту и двигалось по нему подобно гайке. Екатерина садилась на свой передвижной трон, слуга крутил рукоять, вращение передавалось на ось, и та поднимала кресло на галерею второго этажа. Винтовой лифт Кулибина был закончен в 1793 году, второй же в истории подобный механизм Элиша Отис построил в Нью-Йорке лишь в 1859-м. После смерти Екатерины лифт использовался придворными для развлечений, а затем был заложен кирпичом. На сегодняшний день сохранились чертежи и остатки подъемного механизма.
Теория и практика мостостроения
С 1770-х вплоть до начала 1800-х Кулибин работал над созданием однопролетного стационарного моста через Неву. Он изготовил действующий макет, на котором рассчитал усилия и напряжения в различных частях моста — при том, что теории мостостроения на тот момент еще не существовало!
Опытным путем Кулибин предсказал и сформулировал ряд законов сопромата, получивших подтверждение значительно позже. Сперва изобретатель разрабатывал мост на собственные средства, но на финальный макет ему выделил денег граф Потемкин. Модель моста Кулибина масштабом 1:10 достигала длины в 30 м.
Все расчеты моста были представлены Академии наук и проверены знаменитым математиком Леонардом Эйлером. Выяснилось, что расчеты верны, а испытания модели показали, что мост имеет огромный запас прочности; его высота позволяла парусным судам проходить без каких-либо специальных операций.
Несмотря на одобрение Академии, правительство так и не выделило средств на строительство моста. Изобретатель Кулибин был награжден медалью и получил премию, к 1804 году третья модель окончательно сгнила, а первый постоянный мост через Неву (Благовещенский) был построен лишь в 1850-м.
В 1936 году был проведен экспериментальный расчет моста Кулибина современными методами, и выяснилось, что русский самоучка не сделал ни одной ошибки, хотя в его время большинство законов сопромата были неизвестны.
Методика изготовления модели и испытаний ее с целью силового расчета конструкции моста впоследствии получила широкое распространение, к ней в разное время независимо приходили различные инженеры. Также Кулибин первым предложил использовать в конструкции моста решетчатые фермы — за 30 лет до запатентовавшего эту систему американского архитектора Итиэля Тауна.
— Наладил работу мастерских при Петербургской академии наук, где занимался изготовлением микроскопов, барометров, термометров, подзорных труб, весов, телескопов и множества других лабораторных приборов.
— Отремонтировал планетарий Петербургской академии наук.
— Придумал оригинальную систему спуска кораблей на воду.
— Создал первый в России оптический телеграф (1794 год), отправленный в Кунст-камеру в качестве диковинки.
— Разработал первый в России проект железного моста (через Волгу). — Сконструировал рядовую сеялку, обеспечивающую равномерный посев (не была построена).
— Устраивал фейерверки, создавал механические игрушки и автоматоны для развлечения знати.
— Отремонтировал и самостоятельно собрал множество часов разных компоновок — настенных, напольных, башенных.
По мосту через Неву
Несмотря на то что ни одно серьезное изобретение Кулибина так и не было оценено по-настоящему, ему повезло значительно больше, чем многим другим русским самоучкам, которых либо не допускали даже на порог Академии наук, либо отправляли восвояси со 100 рублями премии и рекомендацией больше не лезть не в свое дело.
Фамилия изобретателя Кулибина стала нарицательной в значении «мастер на все руки». Это не уникальный случай: слова «пульман», «дизель», «реглан», «ватман» и другие также произошли от имен собственных. Чаще всего изобретение просто получало название по имени изобретателя, но фамилию Кулибина сделала именем нарицательным народная молва. Мы собрали еще несколько подобных историй.
Слово «бойкот» произошло от фамилии британского капитана Чарльза Бойкотта (1832−1897), который был управляющим ирландских угодий крупного землевладельца лорда Эрна. В 1880 году ирландские рабочие отказались работать на Бойкотта из-за собачьих условий аренды. Борьба Бойкотта с забастовщиками привела к тому, что люди стали игнорировать управляющего, будто того вовсе не существовало: его не обслуживали в магазинах, с ним не разговаривали. Это явление получило название «бойкот».
Слово «силуэт» появилось благодаря назначению на должность генерального контролера (министра) финансов Франции Этьена де Силуэта (1709−1767). Министром он стал после Семилетней войны, ввергшей Францию в кризис. Силуэт был вынужден обложить налогами практически все признаки богатства — от дорогих штор до прислуги, и богачи маскировали свои состояния, покупая дешевые вещи. Предметы обихода, маскирующие богатство, стали называться вещами-силуэтами, а в середине XIX века такое название получила самая простая и дешевая разновидность живописи — обвод по контуру.
Слово «хулиган» появилось в полицейских отчетах Лондона в 1894 году при описании молодежных банд, хозяйствовавших в районе Ламбет. Их называли Hooligan Boys по аналогии с уже известным полиции лондонским вором Патриком Хулигэном. Словечко подхватила пресса и вознесла его в ранг целого явления под названием hooliganism (хулиганство).
Самобеглая коляска и другие истории
Нередко Кулибину, помимо действительно изобретенных им конструкций, приписывают множество других, которые он действительно совершенствовал, но не был первым. Например, Кулибину очень часто приписывают изобретение педальной самокатки (прообраза веломобиля), в то время как такую систему создал на 40 лет раньше другой русский инженер-самоучка, а Кулибин был вторым. Рассмотрим некоторые из распространенных заблуждений.
Итак, в 1791 году Кулибин построил и представил Академии наук самодвижущийся экипаж, «самобеглую коляску», по сути являвшуюся предшественницей веломобиля. Она была рассчитана на одного пассажира, а в движение машину приводил слуга, стоящий на запятках и поочередно давящий на педали. Самобеглая коляска некоторое время служила аттракционом для знати, а затем затерялась в истории; сохранились только ее чертежи.
Кулибин не был изобретателем веломобиля — за 40 лет до него аналогичную по конструкции самобеглую коляску построил в Петербурге другой изобретатель-самоучка Леонтий Шамшуренков (известный в частности, разработкой системы подъема Царь-колокола, которая так и не была использована по назначению). Конструкция Шамшуренкова была двухместной, в более поздних чертежах изобретатель планировал построить самоходные сани с верстомером (прообразом спидометра), но, увы, не получил должного финансирования. Как и самокатка Кулибина, самокатка Шамшуренкова до наших дней не дошла.