Двигатель

ДВИГАТЕЛЬ, энергосиловая машина, преобразующая какой-либо вид энергии в механическую работу, которая используется в рабочих и энергетических машинах. Различают двигатели первичные и вторичные. К первичным относятся двигатели, непосредственно преобразующие энергию природных ресурсов (воды, ветра, топлива и др.) в механическую энергию, например двигатель внутреннего сгорания (ДВС), гидравлическая турбина. Наибольшую группу среди первичных двигателей составляют тепловые двигатели, использующие твёрдое, жидкое и газообразное топливо или ядерную энергию. Вторичные двигатели (например, электродвигатель) получают энергию от первичных двигателей или от преобразователей и накопителей энергии (солнечных батарей, пружинных механизмов и др.). Различают двигатели стационарные (установленные неподвижно) и передвижные - перемещающиеся на транспортных средствах или работающие в их приводах. Двигатели  характеризуются эффективной мощностью и коэффициентом полезного действия.

Первым в истории человечества двигателем было водяное колесо, применявшееся в древности для оросительных систем в Египте, Китае, Индии и других странах; в средние века получило распространение в Европе как энергетическая база мануфактурного производства. В тот же период широко применялись ветряные мельницы (смотри Ветроэнергетика). Примерно в 13 веке возникла идея создания вечного двигателя, однако предпринятые попытки не увенчались успехом.

Развитие машинной техники с середины 18 века потребовало создания двигателей, не зависящих от местных источников энергии (воды, ветра и т.п.). Первым таким двигателем, в котором использовалась тепловая энергия пара, была поршневая пароатмосферная машина прерывного действия, появившаяся в конце 17 - начале 18 века (Франция, Англия, Швеция), не получившая распространения. Проект универсального парового двигателя был предложен в 1763 году И. И. Ползуновым, которому удалось создать двигатель непрерывного действия. В 1784 тепловой двигатель - паровую машину построил Дж. Уатт. Во 2-й половине 19 века появились два новых типа тепловых двигателя: паровая турбина и ДВС. Паровые турбины, получившие распространение в конце 1880-х годов, открыли широкие возможности для повышения мощности единичного агрегата и стали основными двигателями для электрогенераторов крупных электрических станций (например, на ТЭС), для привода центробежных воздуходувок, компрессоров и насосов. Были также созданы паровые двигатели для автомобилей, не получившие распространения из-за сложности конструктивного исполнения.

Первый практически пригодный ДВС был сконструирован в 1860 году Э. Ленуаром. В 1876 Н. А. Отто создал более простой и компактный ДВС, который имел кпд 0,22. В 1897 Р. Дизель, работая над повышением эффективности двигателя, предложил ДВС с воспламенением от сжатия (смотри Дизель). Дальнейшее усовершенствование этого двигателя позволило применить в качестве дешёвого топлива нефть, а позднее различные нефтепродукты. Наибольшее распространение получили ДВС, имеющие кпд 0,25-0,45, в которых процесс сгорания топлива с выделением теплоты и превращением её в механическую работу происходит непосредственно в цилиндрах (смотри Автомобильный двигатель, Судовой двигатель). Такие двигатели используются также на небольших электростанциях, в качестве привода компрессоров и насосов для подачи газа, нефти, жидкого топлива и др. Параллельно с развитием тепловых двигателей совершенствовалась конструкция первичных гидравлических двигателей, применение которых позволило строить гидроэнергетические агрегаты большой мощности.

Важнейшие сдвиги в развитии энергетической базы промышленного производства связаны с изобретением и применением электродвигателей. В 1834 году Б. С. Якоби построил первый электрический двигатель, пригодный для практического применения. Однако широкое распространение получил созданный в 1889 М. О. Доливо-Добровольским трёхфазный электродвигатель, обладающий лучшими пусковыми и рабочими характеристиками (смотри Асинхронная электрическая машина). Электродвигатели, имеющие широкий диапазон мощностей - от долей Вт до десятков МВт (при кпд 0,8-0,96), позволили перейти к внедрению электропривода, ставшего с середины 20 века одним из распространённых типов привода машин. В дальнейшем первичные двигатели (например, для турбо и гидрогенераторов) стали использоваться преимущественно для выработки электроэнергии (на ТЭС и ГЭС), вторичные двигатели (электродвигатели) - в качестве конечных приёмников электрического тока на производственных предприятиях. Электрические двигатели получили также широкое применение в бытовой технике (швейные, стиральные, кухонные машины, холодильники, электробритвы и др.). В конце 20 века разработан новый тип бесколлекторного (brushless) электродвигателя, преимуществом которого является отсутствие основного источника потерь - вращающихся и переключающихся контактов, что обеспечивает увеличение ресурса использования механической части двигателя. Важнейшим направлением развития энергетической техники в конце 20 века стало преобразование химической энергии топлива при помощи топливных элементов непосредственно в электрический ток для питания двигателя.

В 20 веке были созданы новые типы тепловых двигателей: газотурбинный двигатель (ГТД), реактивный двигатель, ядерная энергетическая установка. ГТД стали основой авиационного двигателестроения (смотри Авиационный двигатель), получили распространение на железнодорожном транспорте (например, на газотурбовозах), устанавливаются на автомобилях, судах и др. Реактивные двигатели позволили реализовать огромные мощности в одном агрегате (например, двигательная установка ракеты-носителя «Протон» имеет мощность более 45 тысяч МВт). Использование тепловой энергии ядерного реактора с паро или газотурбинной установкой явилось основой строительства атомных электростанций, развития атомного флота.

Для повышения мощности оборудования, обеспечения работы в сложных условиях в энергетические установки включают двигатели различных типов (например, паровая турбина совместно с ДВС или газовой турбиной); разрабатываются проекты комбинированных ракетных двигателей, в которых объединены реактивные и жидкостно-ракетные двигатели (например, турборакетные или ракетно-прямоточные). Для расширения космических исследований требуется дальнейшее совершенствование и создание новых типов ракетных двигателей (ионных, плазменных, фотонных и др.). В 21 веке развитие транспортного двигателестроения связано с созданием экономичных роторных беспоршневых и роторно-поршневых ДВС (смотри Ванкеля двигатель), с работами по применению двигателя внешнего сгорания (смотри Стирлинга двигатель) в комбинации с электрическим двигателем на автомобильном транспорте.

Лит. смотри при статьях об отдельных видах двигателей.

Г. С. Загорский.