100 великих изобретений
Шрифт:
На ранних паровозах использовался простой цилиндрический котел. Здесь D — колпак, куда собирается пар, проводимый к паровым клапанам по одной из трубок B (другая соединялась с предохранительным клапаном). Котел имел наклонную решетку R, через которую атмосферный воздух доставлялся к углю, насыпаемому через воронку T. Уголь скользил по воронке вниз по мере сгорания, причем самое сильное горение происходило внизу решетки; пламя оттуда поднималось под наклонным сводом G, где имелось отверстие b, через которое горячие газы поступали в первый дымоход F под котлом. Затем эти газы попадали в c и в боковой дымоход F, а через соединение d на передней стороне проходили по F снова в заднюю часть котла, откуда уже вылетали в дымовую трубу. Таким образом, котел как бы со всех сторон обтекался горячим воздухом. Зольная дверца K и задвижка S были простыми приспособлениями, с помощью которых кочегар регулировал доступ воздуха в топку.
Простейшим видоизменением цилиндрического котла стал котел с жаровой трубой, в котором первый дымоход проходил не под котлом, а внутри него.
Следующим шагом явился трубчатый котел, изобретенный в 1828 году французским инженером Сегеном. Внутри этого котла проходили металлические дымогарные трубы, по которым из топки в дымовую трубу двигался горячий газ. В трубчатом котле поверхность нагрева была значительно больше, чем в цилиндрическом. При этом гораздо большая часть теплоты шла на парообразование и сравнительно меньшая улетала в трубу. На «Ракете» общая поверхность нагрева котла составляла около 13 квадратных метров, из которых на трубки приходилось 11. Поэтому при тех же габаритах производительность котла была значительно больше.
Рейнхильские состязания стали крупным событием в истории паровоза; считается, что ими закончился период его детства. На состязаниях присутствовало около 10 тысяч зрителей, и это лучше всего говорит об огромном интересе простой публики к паровому транспорту. Надежды, которые Стефенсон возлагал на свое творение, полностью оправдались. 10 октября «Ракета», идя порожняком, развила рекордную для тех времен скорость 48 км/ч. При собственном весе 4, 5 т этот паровоз свободно тянул поезд общим весом 17 т со скоростью 21 км/ч. Скорость движения паровоза с одним пассажирским вагоном достигала 38 км/ч. По всем показателям «Ракета» оказалась на порядок лучше всех других локомотивов, и приз в 500 фунтов стерлингов был вручен Стефенсону. Он разделил его со своим помощником Бутом, предложившим идею трубчатого котла (ни Бут, ни сам Стефенсон в то время еще ничего не знали об изобретении Сегена). «Ракету» можно считать уже вполне совершенным паровозом, так как она имела все важнейшие черты позднейших локомотивов: 1) топка была окружена водой котла; 2) котел был расположен горизонтально и имел дымогарные трубы; 3) пар уходил в дымовую трубу, что усиливало тягу и увеличивало температуру топки; 4) сила пара передавалась колесам через шатуны без всяких зубчатых передач.
В следующем году линия Ливерпуль — Манчестер была торжественно открыта. Строительство дороги потребовало неслыханных по тем временам капиталовложений. Общие затраты на ее прокладку составили 739 тысяч фунтов стерлингов. Однако потребность в этой дороге была настолько велика, что она окупилась достаточно быстро. Это было лучшей рекомендацией новому виду транспорта. Через несколько лет по всему миру развернулось бурное железнодорожное строительство. Началась эра паровоза. Значение Ливерпуль-Манчестерской дороги в этом процессе трудно переоценить — она была первым в истории крупным, технически правильно осуществленным проектом железнодорожного строительства. Многие находки Стефенсона, касавшиеся устройства насыпей, строительства дамб и туннелей, укладки рельсов и шпал и пр., сделались потом образцом для других инженеров.
Масштабные перемены, вызванные широким распространением паровозов, были настолько огромны, что можно сказать без преувеличения — они изменили облик мира. До изобретения железных дорог важнейшие промышленные города лежали у морского побережья или на судоходных реках. Главным транспортным средством служили парусные суда. Внутри страны перевозка грузов происходила гужевым транспортом, причем во всех странах дороги находились в очень скверном состоянии. При отсутствии дорог не могла развиваться промышленность. Многие территории, имевшие полезные ископаемые, были тем не менее обречены на бездеятельность. Переход к паровому транспорту привел к значительному увеличению скорости передвижения и грузооборота, при том, что цена перевозки заметно снизилась. Самые отдаленные местности оказались вскоре связаны железными дорогами с промышленными центрами, портами и источниками сырья, вовлечены в общий ритм экономической жизни. Расстояние перестало быть препятствием, и промышленность получила мощный стимул к своему развитию.
36. ВИНТОВКА
Ручное огнестрельное оружие появилось еще в XIII-XIV веках, но долгое время оно служило лишь дополнением к холодному оружию. Прошло много лет, прежде чем ружья сделались пригодными для вооружения всей пехоты, и только в начале XVIII века кремневый гладкоствольный мушкет со штыком, стрелявший круглыми пулями, окончательно вытеснил пику. Впрочем, и тогда ручное огнестрельное оружие оставалось далеким от совершенства: мушкеты были тяжелы и громоздки, заряжались с дула и имели небольшую скорострельность (примерно, один выстрел в минуту). В 1807 году шотландец Форзич изобрел ружейный замок, в котором выстрел вызывался воспламенением гремучего состава от удара стального штифта. Это было громадным шагом вперед, так как кремневое ружье давало 30% осечек даже в сухую погоду. В 1815 году англичанин Эгг придумал медные пистоны, наполненные смесью из охотничьего пороха и хлорноватистого калия. В 1821 году Райт ввел в употребление медные пистоны, наполненные гремучей смесью. Однако все эти нововведения не могли увеличить ни скорострельности мушкета, ни убойной силы его выстрела.
Между тем еще в конце XV века в Германии появилось первое нарезное оружие — винтовка. Стволы ружей стали снабжать внутри желобками, в которых скоплялась грязь после горения пороха. Эти желобки, изобретение которых в 1480 году приписывают Цольнеру из Вены, шли сначала параллельно оси ружья. Примерно в 1630 году опытным путем было установлено, что пуля, которой в стволе придано вращательное движение, летит значительно дальше и попадает гораздо точнее, чем пуля, выпущенная из гладкоствольного ружья. Чтобы сообщить пуле вращение, нарезам внутри ствола стали придавать винтообразную форму. Так внутренний канал ствола превратился в своего рода гайку. Однако такие важные достоинства винтовки, как точность и дальнобойность, сопровождались весьма ощутимым недостатком, поскольку забивание пули в канал ствола через винтовые нарезы было утомительной и трудной операцией. В результате даже опытный стрелок мог делать из винтовки не более одного выстрела в пять минут. Из-за этого в течение двух веков винтовка оставалась непригодной для широкого применения в армии, особенно в XVIII веке, когда все сражение порой решалось частым огнем развернутых линий. К тому же, чтобы ускорить заряжание, винтовку снабжали слишком коротким стволом, и она уже не годилась для штыкового боя. Все это время винтовка оставалась почти исключительно охотничьим оружием.
Естественным образом возникла задача: каким образом соединить достоинства винтовки с легкостью заряжания гладкоствольного ружья? Сперва попробовали делать пули несколько меньшего диаметра, чем внутренний канал ствола. Такая пуля легко проходила через нарезы, но образовавшийся зазор оказывал крайне вредное влияние — во время выстрела через него с силой прорывались газы, пуля получала недостаточную начальную скорость, и полезные качества винтовки во многом терялись. Французский офицер Дельвинь придумал способ исправлять это неудобство, меняя форму пули. В 1828 году он сконструировал винтовку с каморой в казенной части, более узкой, чем весь ствол. Прежде всего во время заряжания в камору всыпался порох, вслед за ним вкатывалась пуля меньшего диаметра, чем канал ствола; дойдя до края каморы, она не могла пройти дальше и оставалась на месте, упираясь в ее края, нескольких ударов молотком по шомполу было достаточно для того, чтобы вогнать мягкий свинец пули в нарезы и расширить ее диаметр настолько, что она оказывалась вплотную пригнана к стенкам ствола. При первых же испытаниях обнаружилось величайшее неудобство этой системы — пуля от ударов теряла свою сферическую форму и делалась несколько сплющенной, теряла винтообразное вращение, приданое ей нарезами, а значит, существенно уменьшалась меткость стрельбы. Тогда Дельвинь решил вовсе отказаться от сферических пуль и предложил делать их продолговатыми (цилиндрическо-коническими). Это изобретение было особенно важным. Сама винтовка Дельвиня так и не получила широкого распространения, но найденная им форма пули оказалась чрезвычайно удачной и вскоре повсеместно вытеснила прежнюю сферическую. Действительно, продолговатая пуля имела множество преимуществ перед круглой: пройдя в момент выстрела через нарезы, она начинала вращаться вокруг продольной оси и летела острым концом вперед. Благодаря этому ее трение о воздух было намного меньше, чем у сферической пули того же диаметра. Она летела дальше и имела гораздо более пологую траекторию. В то же время продолговатая пуля лучше входила в каналы ствола, что позволяло уменьшить крутизну и глубину нарезки. Имея значительно больший вес, чем сферическая пуля, такая пуля вылетала из ствола с той же скоростью. Другими словами, убойная сила винтовки, заряженной пулей Дельвиня, заметно возросла, а калибр ее остался прежним.
Другая идея Дельвиня — относительно того, что пуля должна менять свой диаметр уже после того, как дошла до конца ствола, — тоже была использована, но в более рациональном виде. Главное неудобство винтовки Дельвиня заключалось в том, что после расплющивания пуля отчасти зацеплялась своими краями за круговой выступ каморы, и это ослабляло силу выстрела. Французский полковник Тувенн в 1844 году придумал, как избежать этого неудобства. Он удалил выступы каморы и сделал канал ствола, как и раньше, одинаковым по всей его длине. В центре болта, запиравшего канал ствола, он укрепил короткий, крепкий стальной стержень, или чеку, вокруг которой ложился высыпанный порох. Во время зарядки пуля, имевшая меньший диаметр, чем канал ствола, легко прогонялась шомполом через нарезы. В конце ствола она попадала на чеку, раздавалась в ширину и плотно прилегала к стенкам ствола, причем расширение было гораздо более правильным, чем в винтовке Дельвиня. В короткое время винтовка Тувенна получила широкое распространение, и до конца 40-х годов XIX века ее приняли на вооружение не только во Франции, но во многих государствах Северной Германии. Вскоре, однако, оказалось, что эта винтовка тоже имеет большие недостатки: усилие, которое должен был прилагать солдат для того, чтобы расплющить пулю, оставалось очень большим, а при стрельбе с колена или лежа это было еще и очень неудобно. Винтовка имела сильную отдачу, к тому же чека затрудняла чистку ствола и часто ломалась.
В 1849 году капитан Минье предложил усовершенствование, которое позволяло избежать этих неудобств. Он обнаружил, что если в пуле сделать углубление, то газ, образующийся при выстреле, стремится расширить стенки этой полости настолько, чтобы заставить ее плотно прилегать к стволу и войти в нарезы. На использовании этого эффекта целиком была построена идея Минье. Он устранил чеку на дне канала ствола и восстановил ту первоначальную простоту винтовки, которой она отличалась до Дельвиня и Тувенна. Зато в пуле стали высверливать конусообразный вырез со стороны основания. В момент выстрела она расширялась и плотно прилегала к стенкам ствола. Эффект, достигнутый таким простым усовершенствованием, оказался поразительным: новая винтовка заряжалась так же легко, как гладкоствольный мушкет, но была гораздо лучше старой винтовки, превосходя ее дальностью и меткостью стрельбы. Поэтому винтовка Минье была первым нарезным оружием, которое получило всеобщее распространение в Европе. Этому в немалой степени способствовало также то обстоятельство, что все старые гладкоствольные мушкеты при помощи очень простой переделки могли быть превращены в винтовки, пригодные к использованию пули Минье. Например, в Пруссии меньше чем за год были сделаны нарезы у 300 тысяч старых мушкетов. Вслед за Францией винтовку Минье в различных местных модификациях приняли на вооружение в Англии, Бельгии, Испании, Швейцарии, Германии, а потом и в России.