Двигатель

Двигатель, энергосиловая машина, преобразующая какой-либо вид энергии в механическую работу. В зависимости от типа Д. работа может быть получена от вращаюшегося ротора, возвратно-поступательно движущегося поршня или от реактивного аппарата. Д. приводят в действие рабочие машины, транспортные средства сухопутного, водного, воздушного и космического назначения, производственно-технологической установки, коммунальные и бытовые приборы и т. п. Д., непосредственно преобразующие природные энергетические ресурсы (топливо, 1709 энергию ветра, воды и др.) в механическую энергию, называются первичными (паровые, ветряные, гидравлические и др.). Наибольшую группу среди первичных Д. составляют тепловые двигатели, использующие химическую энергию топлива или атомную энергию. Д., преобразующис энергию первичных Д. в механическую работу, называются вторичными (электрические, пневматические, некоторые типы гидравлических и др.). Устройства, отдающие накопленную механическую энергию, также относят к Д. (инерционные, пружинные, гиревые механизмы). По назначению Д. разделяют на стационарные, т. е. установленные неподвижно; передвижные, используемые на движущихся рабочих машинах; транспортные, применяемые на различных видах транспортных средств. Первым в истории человечества механическим Д. было водяное колесо, применявшееся для оросительных систем в странах Древнего Востока, в Египте, Китае, Индии. В средние века водяные колёса получили распространение в странах Европы как энергетическая база мануфактурного производства.В этот же период широко применялись ветряные Д. Примерно с 13 в. предпринимались попытки создания вечного двигателя .Переход к машинной технике, начавшийся с середины 18 в., требовал создания Д., не зависящих от местных источников энергии (воды, ветра и т. п.). Первым Д., использующим тепловую энергию топлива, была поршневая пароатмосферная машина прерывного действия, появившаяся в конце 17 - начале 18 вв. (проекты французского физика Д. Папена и английского механика Т. Севери, усовершенствованные в дальнейшем Т. Ньюкоменом в Англии и М. Тривальдом в Швеции). Пароатмосферные Д. значительного распространения не получили. Проект универсального парового Д. был предложен в 1763 русским механиком И. И. Ползуновым, который сдвоил в своей машине цилиндры, получил Д. непрерывного действия. Вполне развитую форму универсальной тепловой Д. получил в 1784 в паровой машине английского механика Дж. Уатта. Внедрение паровых машин обусловило независимость размещения промышленного производства от природных источников энергии и привело к быстрому развитию промышленности на новой энергитической основе. К 1880 мощность использовавшихся в мировом хозяйстве паровых машин превысила 26 млн. квт ( 35 млн. л. с.)

Во второй половине 19 в. в процессе дальнейшего совершенствования энергетической базы производства были созданы два новых типа тепловых Д.: паровая турбина и двигатель внутреннего сгорания (Д. в. с.). В паровых турбинах, получивших распространение после 1884 (патенты английского учёного Ч. Парсонса, шведского изобретателя К. Лаваля), энергия пара преобразуется в энергию вращающегося вала без кривошипно-шатунного механизма. Паровые турбины открыли широкие возможности наращивания мощности единичного агрегата и стали основным Д. крупных электрических станций. С начала 20 в. мощность паровых турбин непрерывно увеличивается, достигнув в 60-х гг. 20 в. 1200 Мвт в одном агрегате.

Первый практически пригодный Д. в. с. был сконструирован в 1860 французским механиком Э. Ленуаром. В 1876 Н. Отто в Германии создал более совершенный 4-тактный газовый Д. По сравнению с паровой машиной Д. в. с., освобожденный от парокотельного агрегата, имел более высокий кпд, был более простым и компактным Д. В 1897 немецкий инженер Р. Дизель, работая над повышением эффективности Д., предложил Д. в. с. с воспламенением от сжатия (см. Дизель). Дальнейшее усовершенствование этого Д. позволило применить в качестве дешёвого топлива нефть, в результате чего Д. в. с. становится экономичным стационарным Д. В то же время Д. в. с. получает широкое распространение на транспорте. В 60-е гг. 20 в. около 80% суммарной мощности всех существующих Д. падает на долю транспортных (см. Автомобильный двигатель, Судовой двигатель). Например, общая мощность автомобильных Д. во всех странах мира превысила 11 млрд. квт (15 млрд. л. с.).

Параллельно с развитием тепловых Д. совершенствовалась конструкция первичных гидравлических Д., особенно гидротурбин (проекты французского инженера Б. Фурнерона, американского А. Пелтона, австрийского В. Каплана и др.). Создание мощных гидротурбин позволило строить гидроэнергетические агрегаты большой мощности (до 600 Мвт) и создавать крупные ГЭС в местностях, где имеются большие реки, водопады и т. п.
Важнейшие сдвиги в развитии энергетической базы промышленного производства были связаны с изобретением и применением двигателей электрических. В 1831 английский физик М. Фарадей открыл явление электромагнитной индукции, а в 1834 русский учёный Б. С. Якоби создал первый электрический Д. постоянного тока, пригодный для практических целей. Однако только с 70-х гг. 19 в. Д. постоянного тока получают широкое применение благодаря созданию источников дешёвой электроэнергии (генераторов постоянного тока) и усовершенствованию конструкции Д. электротехниками А. Пачинотти в Италии и З. Граммом в Бельгии. В 1888-89 русский инженер М. О. Доливо-Добровольский создал трёхфазную короткозамкнутую асинхронную электрическую машину (см. Асинхронный электродвигатель). В последующие годы конструкция электрических машин совершенствовалась, были созданы электрические Д. в широком диапазоне мощностей - от долей вт до десятков Мвт. Асинхронные электрические Д. просты в изготовлении, надёжны в эксплуатации, что обусловило их широкое распространение в промышленности. Электропривод в 20 в. стал основным фактором развития энергетики, обусловив постепенное её расчленение на две самостоятельные системы. Первичные Д. (например, турбогенераторы, гидрогенераторы) концентрируются преимущественно на тепловых электростанциях и ГЭС, а электрические Д. образуют параллельную систему конечных приёмников тока, установленных на предприятиях различных отраслей народного хозяйства. Электрические Д. получают также широкое применение в бытовом обслуживании (швейные, стиральные, кухонные машины, холодильники, электробритвы и т. п.).
В первой половине 20 в. были созданы новые типы практически пригодных тепловых Д. - газовая турбина, реактивный двигатель, ядерная силовая установка. Газовые турбины стали основой авиационного двигателестроения (см. Авиационный двигатель), распространяются в локомотивостроении (газотурбовозы), на автомобилях и т. д. Реактивные Д. позволяют реализовать огромные мощности в одном агрегате. Суммарная мощность Д. ракеты, которая в 1961 вывела на орбиту первый космический корабль "Восток", пилотируемый Ю. А. Гагариным, составляла 14 млн. квт (около 20 млн. л. с.), что примерно равно мощности всех электростанций СССР в 1948. Мощность Д. ракеты-носителя "Протон" (1965-68) превышала 45 млн. квт (около 60 млн. л. с.) (см. также Ракетный двигатель).
В промышленности СССР свыше 85% мощности сосредоточено в электрических Д. и установках. В сельском хозяйстве в 1968 на долю Д. в. с. приходилось около 90% общей мощности Д. (см. Тракторный двигатель). Мощность Д. в народном хозяйстве СССР непрерывно растет. В 1967 мощность выпущенных Д. увеличилась по сравнению с 1960 в 1,8 раза и составила по паровым и гидравлическим турбинам 14,7 млн. квт, по дизелям (без автотракторных) 11 млн. квт. В том же 1967 было выпущено свыше 5 млн. электрических Д. суммарной мощностью около 30 млн. квт.
Для обеспечения сложных по режиму условий работы применяется комбинирование Д. различных типов, например паровые турбины устанавливаются совместно с Д. в. с. или газовыми турбинами, разрабатываются проекты комбинированных ракетных Д., в которых сочетаются реактивные и жидкостные ракетные Д. (например, турборакетные или ракетно-прямоточные).
Рост энергосистем, комплексная механизация и автоматизация производства, совершенствование транспорта, расширение космических исследований определяют пути дальнейшего развития Д. Непрерывно увеличивается мощность первичных Д. электрических станций, совершенствуется их конструкция, ведутся работы по созданию установок термоядерного синтеза, Д. внешнего сгорания, новых типов ракетных двигателей (ионных, плазменных, фотонных и др.). Для транспортного двигателестроения важными являются работы по созданию экономичных роторных беспоршневых и роторно-поршневых Д. в. с. (см., например, Ванкеля двигатель), электрических автомобильных и малогабаритных атомных Д. За рубежом (США) ведутся работы по использованию для автомобильного транспорта Д. внешнего сгорания (см. Стирлинга двигатель) в комбинации с электрическим Д. Важнейшим направлением развития энергетической техники во второй половине 20 в. является преобразование химической и тепловой энергии топлива при помощи топливных элементов и магнитогидродинамических генераторов непосредственно в электрический ток для питания Д. Развитие атомной энергетики, реактивной техники, безмашинных генераторов тока в соединении с Д. большой мощности откроет новые перспективы в развитии производительных сил общества.
Лит. см. при статьях об отдельных видах двигателей.
? А. А. Пархоменко.