100 великих изобретений: читать книгу онлайн полностью и бесплатно

Машина Оуэнса состояла из двух частей: самой машины и чаши с расплавленной до полужидкого состояния стекломассой. Машина и чаша вращались с помощью электродвигателей вокруг своих осей в разные стороны. Как и при ручном производстве выделка бутылки включала в себя несколько последовательных операций, но все они выполнялись автоматически. Набор нужной порции стекла осуществлялся с помощью специальных вакуумных головок (внутри них создавалось разряженное состояние). Машина имела по своей окружности шесть вакуумных наборных головок, на каждую из которых была надета черновая форма. Окончательная отделка происходила в чистовых формах. Их тоже было шесть. Всякий раз, когда было необходимо всосать очередную порцию стекломассы, машина опускалась; при этом наборная головка погружалась в расплавленное стекло. Это происходило шесть раз за один оборот машины, так что все вакуумные головки делали по одному всасыванию. При поднимании машины автоматический нож отрезал тянущийся за наборной головкой жгут стекломассы, который падал обратно во вращающуюся чашу.

Сначала Оуэнс, как и другие изобретатели, думал обойтись без вращающейся чаши и пытался брать стекло непосредственно из печи. Однако в результате погружения относительно холодной черновой формы и обратного падения в ванну холодного жгута стекломасса в месте всасывания значительно охлаждалась. Поэтому всасывать с него новую порцию было уже невозможно. Чтобы обойти эту трудность, Оуэнс добавил к своей конструкции вращающуюся чашу, которая представляла собой наполненный расплавленным стеклом и постоянно согреваемый резервуар. Таким путем удавалось постоянно подводить к черновым формам машины новый нетронутый участок поверхности стекломассы. Места, охлажденные погружением форм, нагревались благодаря отоплению вращающейся чаши, а также за счет отбора тепла от окружающей и притекающей свежей стекломассы.

Следующими рабочими операциями были предварительное выдувание, передача пульки, окончательное выдувание и съем изделия с машины.

Первая машина могла производить 10-20 (в зависимости от веса) бутылок в минуту. Но это был не предел. Работа замедлялась из-за того, что приходилось раскачивать тяжелый корпус машины. В более поздних конструкциях (с 1911 года — в десятирукавной машине) Оуэнс перешел к опусканию для всасывания лишь отдельных рукавов (секций) с наборными головками (всасывающими формами). Благодаря этому вращение машины стало более спокойным, и значительно снизилась потребляемая ею мощность. Кроме того, были исключены толчки, и стало возможным повышение скорости, так что в поздних моделях производительность доходила до 90 бутылок в минуту.

Бутылочный автомат Оуэнса произвел настоящий переворот в стеклодувном деле, быть может, самый значительный за всю пятитысячелетнюю историю стеклоделия. Однако внедрение этой машины натолкнулось на значительные трудности. В 1908 года немецкий союз фабрикантов бутылочного производства купил у Оуэнса его патент за 12 миллионов марок. Это, впрочем, было сделано не для того, чтобы начать применение его машины, а как раз с противоположной целью — воспрепятствовать механизации отрасли. Ручное производство бутылок было чрезвычайно выгодно союзу, так как позволяло ему поддерживать монопольные высокие цены на этот вид продукции. Однако замысел фабрикантов не прошел — вскоре бутылочные автоматы появились на многих стекольных заводах. В США образовался концерн «Либби — Оуэнс — Форд гласс», который вскоре стал контролировать производство бутылок в Америке и многих странах Европы.

73. ПОДВОДНАЯ ЛОДКА

Создание подводной лодки — замечательное достижение человеческого разума и значительное событие в истории военной техники. Подводный корабль, как известно, обладает способностью действовать скрытно, невидимо, а следовательно, внезапно. Скрытность достигается, прежде всего, способностью погружаться, плавать на определенной глубине, не выдавая своего присутствия, и неожиданно наносить удары противнику.

Как и всякое физическое тело, подводная лодка подчиняется закону Архимеда, который гласит, что на всякое тело, погруженное в жидкость, действует выталкивающая сила, направленная вверх и равная весу вытесненной телом жидкости. Можно для упрощения сформулировать этот закон так: «Тело, погруженное в воду, теряет в своем весе столько же, сколько весит вытесненный телом объем воды». Именно на этом законе основано одно из главных свойств любого корабля — его плавучесть, то есть способность удерживаться на поверхности воды. Это возможно тогда, когда вес воды, вытесненной погруженной в воду частью корпуса, равен весу судна. При таком положении корабль обладает положительной плавучестью. Если же вес вытесненной воды меньше веса корабля, то корабль будет тонуть. В этом случае считают, что корабль обладает отрицательной плавучестью.

Для подводной лодки плавучесть определяется ее способностью находиться как в подводном, так и в надводном положении. Очевидно, лодка будет находиться на поверхности, если она имеет положительную плавучесть. Получая отрицательную плавучесть, лодка будет погружаться, пока не ляжет на дно. Чтобы она не стремилась ни всплыть, ни тонуть, необходимо уравнять вес подводной лодки и вес вытесняемого ею объема воды. В этом случае лодка без хода займет в воде неустойчивое безразличное положение и будет «висеть» на любой глубине. Это значит, что лодка получила нулевую плавучесть.

Чтобы подводная лодка могла погружаться, всплывать или держаться под водой, она должна обладать способностью менять свою плавучесть. Это достигается очень простым способом — принятием на лодку водяного балласта: специальные цистерны, устроенные в корпусе лодки, то заполняются забортной водой, то вновь опорожняются. При их полном заполнении лодка обретает нулевую плавучесть. Чтобы подводная лодка всплыла, надо освободить цистерны от воды.

Однако регулировка погружения с помощью цистерн никогда не может быть точной. Маневрирование в вертикальной плоскости достигается при помощи перекладки горизонтальных рулей. Как самолет в воздухе способен менять высоту полета при помощи рулей высоты, так и подлодка действует горизонтальными рулями или рулями глубины, не меняя плавучести. Если передняя кромка пера руля выше задней, набегающий поток воды будет создавать подъемную силу, направленную вверх. И наоборот, если передняя кромка руля ниже задней, встречный поток будет давить на рабочую поверхность пера сверху вниз. Изменение направления движения подлодки в горизонтальном положении производится у подлодок, как и у надводных кораблей,, изменением угла поворота вертикального руля.

Первой подводной лодкой, получившей практическое применение, была «Тартю» («Черепаха») французского изобретателя Бюшнеля, построенная в 1776 году в США. Несмотря на свою примитивность она имела уже все элементы настоящей подводной лодки. Яйцеобразный корпус диаметром около 2, 5 м был изготовлен из меди, а в нижней части покрыт слоем свинца. Экипаж лодки состоял из одного человека. Погружение достигалось путем наполнения балластной водой специального бака (а), находившегося в самом низу. Погружение регулировалось при помощи вертикального винта (в). Всплытие осуществлялось путем откачки балластной воды двумя насосами (б), которые также приводились в действие вручную. Движение по горизонтальной линии происходило при помощи горизонтального винта (г). Для изменения направления имелся руль (е), расположенный позади места человека (ж). Вооружение этого судна, предназначенного для военных целей, состояло из мины (з) весом в 70 кг, помещавшейся в особом ящике под рулем. В момент атаки «Тортю», погрузившись, старалась подойти под киль вражеского корабля. Там мина освобождалась из ящика и, поскольку ей была придана некоторая плавучесть, всплывала, ударялась о киль судна и взрывалась. Такова была в общих чертах первая подводная лодка, создатель которой получил в США почетное имя «отца подводной лодки». Лодка Бюшнеля прославилась после удачной атаки, проведенной ею против английского 50-пушечного фрегата «Орел» в августе 1776 года во время войны США за независимость. В общем это было неплохое начало истории подводного флота. Следующие ее страницы были связаны уже с Европой.

В 1800 году американец Фултон построил во Франции подводную лодку «Наутилус». Она имела обтекаемую сигарообразную форму при длине 6, 5 м и диаметре 2 м. В остальном «Наутилус» по своей конструкции очень напоминал «Тартю». Погружение достигалось путем наполнения балластной камеры (а), находившейся в нижней части корабля. Источником движения в погруженном состоянии была сила команды, состоявшей из трех человек. Вращение рукоятки (б) передавалось на двухлопастный винт (в), который и обеспечивал лодке поступательное движение. Для движения на поверхности использовался парус (г), крепившийся на складной мачте. Скорость хода на поверхности составляла 5-7 км/ч, а в погруженном состоянии около 2, 5 км/ч. Вместо вертикального винта Бюшнеля Фултон впервые применил два горизонтальных руля, расположенных сзади корпуса, как и на современных подводных лодках. На борту «Наутилуса» имелся баллон со сжатым воздухом, позволявший находиться под водой в течение нескольких часов.

После нескольких предварительных испытаний судно Фултона спустилось по Сене до Гавра, где состоялся его первый выход в море. Испытания прошли удовлетворительно: в течение 5 часов лодка со всем экипажем находилась под водой на глубине 7 м. Неплохими были и другие показатели — расстояние в 450 м лодка преодолела под водой за 7 минут. В августе 1801 года Фултон продемонстрировал боевые возможности своего судна. Для этой цели на рейд был выведен старый бриг. «Наутилус» приблизился к нему под водой и взорвал при помощи мины. Впрочем, дальнейшая судьба «Наутилуса» не оправдала надежд, которые возлагались на него изобретателем. Во время перехода из Гавра в Шербур он был настигнут штормом и затонул. Все попытки Фултона построить новую подводную лодку (он предлагал свой проект не только французам, но и их врагам англичанам) не увенчались успехом.

Новый этап в развитии подводного корабля представляла собой подлодка «Подводник» Буржуа и Брюна, построенная в 1860 году. Своими размерами она значительно превосходила все подводные корабли, строившиеся до этого: длина 42, 5 м, ширина — 6 м, высота — 3 м, водоизмещение — 420 т. На этой лодке впервые был установлен мотор, работающий на сжатом воздухе, что позволяло ей в момент атаки развивать скорость около 9 км/ч на поверхности и 7 км/ч под водой. К другим особенностям этого корабля надо отнести его вооружение, более серьезное и практичное, чем у его предшественников. У «Подводника» мина укреплялась на конце стержня длиной в 10 м на носу корабля. Это давало серьезные преимущества, так как позволяло атаковать противника на ходу, что было совершенно невозможно для прежних лодок. Во-первых, подводному кораблю ввиду его невысокой скорости было трудно подойти под днище атакуемого корабля, а во-вторых, если бы это и удалось сделать, то за то время, которое необходимо для всплытия пущенной мины, противник успел бы уйти. «Подводник» имел возможность, идя наперерез двигавшемуся кораблю, ударить его в борт миной, подвешенной на конце стержня. От удара мина должна была взорваться. Однако сам «Подводник», находившийся на безопасном расстоянии 10 м, не должен был пострадать. Для погружения своего корабля Буржуа и Брюн применили комбинацию из нескольких способов. Подлодка имела цистерны для балластной воды, вертикальный винт и два горизонтальных руля. На «Подводнике» также впервые была предусмотрена продувка цистерн сжатым воздухом, что значительно уменьшало время всплытия.

Впервые подлодки получили применение во время гражданской войны в США 1861-1865 годов. В это время на вооружении у южан находилось несколько подводных лодок «Давид». Эти лодки, правда, не погружались совершенно под воду — часть рубки выступала над поверхностью моря, но все же они могли скрытно подкрадываться к кораблям северян. Длина «Давида» составляла 20 м, ширина — 3 м. Лодка была оснащена паровым двигателем и рулем погружения, расположенным в передней части корпуса. В феврале 1864 года одна из таких подводных лодок под командованием лейтенанта Диксона пустила на дно корвет северян «Гузатаник», ударив его в борт своей миной. «Гузатаник» стал первой в истории жертвой подводной войны, а подводные лодки перестали после этого быть объектом чистого изобретательства и завоевали себе право на существование наравне с другими военными кораблями.

Следующим шагом в истории подводного кораблестроения стали лодки русского изобретателя Джевецкого. Первая модель, созданная им в 1879 году, имела педальный двигатель. Экипаж из четырех человек приводил во вращение винт. От ножного привода работали также водяной и пневматический насосы. Первый из них служил для очищения воздуха внутри судна. С его помощью воздух прогонялся через баллон с едким натрием, поглощавшим углекислый газ. Недостающее количество кислорода пополнялось из запасного баллона. С помощью водяного насоса откачивалась вода из балластных цистерн. Длина лодки была 4 м, ширина — 1, 5 м.

Лодка была снабжена перископом — устройством для наблюдения за поверхностью из подводного положения. Перископ простейшей конструкции представляет собой трубу, верхний конец которой выдвигался над поверхностью воды, а нижний находился внутри лодки. В трубе устанавливались два наклонных зеркала: одно у верхнего конца трубки, другое — у нижнего. Лучи света, отражаясь сначала от верхнего зеркала, попадали затем на нижнее и отражались от него в направление к глазу наблюдателя.

Вооружение лодки состояло из мины с особыми резиновыми присосками и запалом, воспламенявшимся током от гальванической батареи (мину прикрепляли к днищу стоявшего корабля; затем лодка отплывала, разматывая провод, на безопасное расстояние; в нужный момент цепь замыкалась, и происходил взрыв). На испытаниях лодка показала прекрасную маневренность. Она была первой серийной лодкой, взятой на вооружение русской армией (всего было изготовлено 50 таких лодок). В 1884 году Джевецкий впервые снабдил свою лодку электродвигателем, приводимым в действие от аккумулятора, который обеспечивал лодке движение в течение 10 часов со скоростью около 7 км/ч. Это было важное нововведение.

В том же году швед Норденфельд поставил на свою подлодку паровую машину. Перед погружением два котла наполнялись паром под высоким давлением, что позволяло подводному судну плыть четыре часа под водой со скоростью 7, 5 км/ч. Норденфельд также впервые установил на свою лодку торпеды. Торпеда (самодвижущаяся мина) представляла собой подводную лодку в миниатюре.

Первая самодвижущаяся мина была создана английским инженером Уайтхедом и его сотрудником австрийцем Люппи. Первые испытания прошли в городе Фиуме в 1864 году. Тогда мина прошла 650 м со скоростью 13 км/ч. Движение осуществлялось за счет пневматического двигателя, к которому поступал сжатый воздух из баллона. В дальнейшем, вплоть до Первой мировой войны конструкция торпед не претерпела больших изменений. Они имели сигарообразную форму. В передней части размещались детонатор и заряд. Далее — резервуар со сжатым воздухом, регулятор, двигатель, винт и руль.

Вооруженная торпедами подлодка сделалась исключительно грозным противником для всех надводных судов. Стрельба торпедами происходила с помощью торпедных аппаратов. Торпеда по рельсам подавалась к люку (а). Люк открывался, и торпеда закладывалась внутрь аппарата. После этого открывался наружный люк, и аппарат заполнялся водой. Сжатый воздух подавался из баллона (в) через соединение в ствол аппарата. Затем торпеда с работающим мотором, винтами и рулями выпускалась наружу. Внешний люк закрывался, и вода из него уходила по трубке (с).

В последующие годы подводные лодки стали снабжаться бензиновыми двигателями внутреннего сгорания для плавания в надводном положении и электродвигателями (с питанием от аккумулятора) для перемещения под водой. Подводные суда быстро совершенствовались. Они могли стремительно всплывать и исчезать под водой. Это достигалось за счет продуманной конструкции балластных цистерн, которые разделялись теперь по своему назначению на два основных вида: цистерны главного балласта и цистерны вспомогательного балласта. Первые цистерны предназначались для поглощения плавучести подводного корабля при переходе его из надводного положения в подводное (они делились на носовую, кормовую и среднюю). К цистернам вспомогательного балласта относились расположенные в противоположных оконечностях корпуса дифферентные цистерны (носовая и кормовая), уравнительная цистерна и цистерна быстрого погружения. Назначение у каждой из них было особое. С заполнением цистерны быстрого погружения подводная лодка обретала отрицательную плавучесть и стремительно уходила под воду. Дифферентные цистерны служили для выравнивания дифферента, то есть угла наклона корпуса подводного корабля и приведения его на «ровный киль». С их помощью можно было уравновесить нос и корму подлодки, так что корпус ее занимал строго горизонтальное положение. Такой подводный корабль мог легко управляться в подводном положении.

Важным событием для подводных кораблей стало изобретение судового дизеля. Дело в том, что плавать под водой с бензиновым мотором было очень опасно. Несмотря на все меры предосторожности, летучие пары бензина скапливались внутри лодки и могли воспламениться от малейшей искры. Вследствие этого довольно часто происходили взрывы, сопровождавшиеся человеческими жертвами.

Первая в мире дизельная подводная лодка «Минога» была построена в России. Спроектировал ее Иван Бубнов — главный конструктор на балтийском судостроительном заводе. Проект дизельной лодки был разработан Бубновым в начале 1905 года. В следующем году приступили к строительству. Два дизеля для «Миноги», как уже упоминалось выше, изготовили на заводе Нобеля в Петербурге. Строительство «Миноги» сопровождалось несколькими диверсионными актами (в марте 1908 г. случился пожар в аккумуляторном отсеке, в октябре 1909 г. кто-то подсыпал наждак в подшипники главных двигателей). Однако найти виновных в этих преступлениях не удалось. Спуск на воду состоялся в 1908 году.

Энергетическая установка «Миноги» состояла из двух дизелей, электродвигателя и аккумуляторной батареи. Дизели и электродвигатель были установлены в одну линию и работали на один гребной винт. Все моторы соединялись с гребным валом с помощью разобщительных муфт, так что по желанию капитана вал мог быть подключен к одному-двум дизелям или электромотору. Один из дизелей мог соединяться с электродвигателем и приводить его во вращение. В этом случае электродвигатель работал как генератор и заряжал аккумуляторы. Батарея состояла из двух групп по 33 аккумулятора в каждой с коридором между ними для технического обслуживания.

Длина «Миноги» — 32 м. Скорость в надводном положении — около 20 км/ч, под водой — 8, 5 км/ч. Вооружение — два носовых торпедных аппарата.

74. КРЕКИНГ-ПРОЦЕСС

Нефть представляет собой маслянистую жидкость с характерным острым запахом и различным, в зависимости от места добычи, цветом. По своему химическому строению она является чрезвычайно сложной смесью различных химических соединений, прежде всего органических веществ — углеводородов. Углеводороды называются так потому, что представляют собой химические соединения простых элементов: углерода и водорода. Кроме них в состав нефти входят сера, азот, кислород и многие другие примеси (в том числе вода и песок). Несмотря на то что углеводороды включают в себя только два элемента, количество их огромно. Это объясняется тем, что углерод и водород могут соединяться между собой в самых различных сочетаниях и пропорциях. Поэтому свойства углеводородов очень различны, и их изучением занимается большой раздел химии — химия органических веществ.

Углеводороды могут быть жидкими, газообразными и твердыми. Одни из них легче воды и кипят при более низких температурах, другие тяжелее — и кипят при более высоких. Весьма различен у них удельный вес или плотность (напомним, что удельным весом называют число, показывающее, во сколько раз объем какого-либо вещества тяжелее или легче такого же объема воды, взятой при 4 градусах). Важнейшим свойством нефти и ее продуктов, на котором основана первичная перегонка нефти, является их способность испаряться. В состав нефти входят такие углеводороды, которые начинают испаряться даже при обыкновенной температуре. Если нефть оставить стоять в открытом сосуде без подогрева более или менее продолжительное время, то часть ее испарится, а оставшаяся часть сделается плотнее и гуще.