Двигатели: от пара до ракет

Как тепло сгорающего топлива становится движением, от паровой машины до двигателя, который поднимает ракету.

Сначала самое старое: от паровой машины к автомобильному двигателю и к двигателям, которые толкают выхлопом, а не крутят колёса.

Двигатель превращает тепло в движение, и этот маршрут идёт за этой идеей около 250 лет. Он начинается с паровой машины, приводившей в действие насос шахты, проходит через детали автомобиля, которые создают, усиливают и передают мощность, и заканчивается двигателями, толкающими аппарат своим выхлопом.

Каждая модель работает достаточно медленно, чтобы следить за одним циклом, и большинство можно разрезать. По дороге следите за двумя числами: какая часть энергии топлива становится работой и как быстро должны вращаться детали.

01
РИС. 40 · Как это устроено
Паровая машина Уатта: интерактивная 3D-модель, симулятор
Машина Уатта делала ту же работу, что и машина Ньюкомена, примерно на трети угля, потому что конденсировала пар в отдельном сосуде.
Сравните расход угля с отдельным конденсатором и без него.
02
РИС. 02 · Как это устроено
Как работает четырёхтактный двигатель
При 3000 об/мин каждый цилиндр вспыхивает 25 раз в секунду. Здесь двигатель крутится так медленно, что можно проследить каждый такт, а собрать его можно хоть одноцилиндровым, хоть V8, и у каждой схемы свой порядок работы цилиндров.
Максимально замедлите коленвал и проследите за одним цилиндром все четыре такта.
03
РИС. 65 · Как это устроено
Как работает турбокомпрессор
В этой модели двигателя объёмом 2,0 литра вал, вращающийся с частотой 142 000 rpm, загоняет в каждый цилиндр почти вдвое больше воздуха.
Повысьте наддув и посмотрите, насколько больше воздуха попадает в каждый цилиндр.
04
РИС. 41 · Как это устроено
Как работает реактивный двигатель пассажирского самолёта
В двигателе авиалайнера через пламя проходит лишь один килограмм воздуха из одиннадцати. Шесть других типов иначе распределяют работу; здесь можно открыть каждый.
Откройте турбовентиляторный двигатель и найдите долю воздуха, идущую в обход ядра.
05
РИС. 58 · Как это устроено
Как работает ракетный двигатель: интерактивная модель
75-тонный двигатель ракеты «Нури» каждую секунду сжигает 255 kg керосина и жидкого кислорода, а в космосе тот же двигатель толкает примерно на 13 % сильнее, чем у уровня моря.
Поднимитесь от уровня моря в космос и посмотрите, как растёт тяга, когда исчезает наружный воздух.