Паровой автомобиль и паровой колесный трактор

Впервые механический двигатель - паровая машина - был применен для самодвижущейся повозки французским инженером Николя Жозефом Кюньо В 1769 году Кюньо сконструировал первый паровой автомобиль.

Первый паровой автомобиль Кюньо (Франция, 1769 г.)

Это была крайне несовершенная машина, с огромным паровым котлом, занимавшим большую ее часть, обладавшая ничтожной скоростью - до 4 километров. в час. Из-за убыли пара в котле автомобиль мог двигаться непрерывно не более 20 - 30 минут, а затем вынужден был останавливаться и ждать, пока давление пара снова не достигнет нужной величины.

При испытании в присутствии властей автомобиль Кюньо наскочил на стену дома и обрушил ее, за что изобретатель был посажен в тюрьму как "нарушитель общественной безопасности". На этом и закончились опыты с первым паровым автомобилем.

В 1822 году, через 50 лет после Кюньо, Давид Гордон взял патент на изобретенный им паровой трактор. Установленная в больших барабанах диаметром 2,7 м паровая машина через зубчатые колеса, связанные с внутренними венцами барабанов, приводила барабаны во вращение. Впереди была приспособлена двухколесная тележка для управления трактором. По мысли изобретателя машина могла бы тянуть за собой груженые повозки. Проект Гордона явился первым проектом колесного парового трактора. Насколько известно, реализован он не был.

Первый проект колесного парового тарктора Давида Гордона (1822 г.)

В 1856 году в Крымскую кампанию англичане применяли паровой трактор Бойделя, Эта машина привлекла внимание военных кругов своей высокой проходимостью по местности. Колеса трактора были снабжены широкими качающимися плитами, которые укладывались на дороге, уменьшая, благодаря своей большой площади, давление на грунт.

Паровой трактор Бойделя (1858 г.) со специальными плитами на колесах для повышения проходимости по топким грунтам.

Английское военное ведомство проводило и после войны опыты с трактором Бойделя. Вот что писал корреспондент одного из журналов того времени: "В течение последней недели в Гайд-Парке производилось публичное испытание свойств великолепного локомотива для обыкновенных дорог, перед тем как машина и вагоны будут отправлены в Бомбей... Машина превосходно слушается управления, даже на самых крутых поворотах на обыкновенных улицах, и легко взбирается и спускается по крутым склонам... Машина свободно везет от 60 до 70 тонн груза по обыкновенной проселочной дороге со скоростью 4 мили в час. К машине было прицеплено пять огромных повозок, специально изготовленных для этой цели на фабрике Кроскиля.

Сто шестьдесят гвардейских солдат в снаряжении были посажены в вагоны, и с этим грузом поезд легко двигался по лужайкам парка со скоростью 6 миль в час.

Результаты испытания оказались в высокой степени удовлетворительными; нет сомнения, что машина окажется чрезвычайно полезной на плохих дорогах Индии, особенно летом, когда пересыхают реки, Для военных целей, как перевозка боеприпасов и орудий, подобная машина окажет неоценимую помощь. Две такие машины уже заказаны для египетского паши и предназначаются для перехода через пустыню".

В 1871 году Рансом построил трехколесный трактор с передним управляемым колесом малого диаметра. Этот трактор был прототипом современных колесных тракторов. Машина испытывалась в октябре 1871 года и показала блестящие результаты. В течение 9 дней она прошла 680 км, в среднем по 75 км в день (11 км в час). На коротких участках пути она развивала скорость до 32 км в час. По тому времени это была невиданно высокая скорость для самодвижущейся транспортной повозки.

Трехколесный паровой трактор Рансома (1871 г.). При испытании развивал скорость до 32 км/ч.

В том же году Бурелл (Англия) построил трактор с паровым двигателем для омнибуса. Эти машины строились в большом количестве; часть их поступала в Турцию и Россию. Машина весила 10,5 т и могла тянуть на крюке прицеп с грузом, весившим до 37 т. Скорость ее в городских условиях доходила до 8 км в час.

Трактор Бурелла с паровым двигателем для омнибуса (1871 г.) Паровой трактор Бурелла, построенный для Турции

В русской армии во время войны против Турции в1877 - 1878 годах применялись паровые тягачи для артиллерии. В 1879 году Болли (Франция) строит тягач для французской артиллерии. Все эти машины, начиная с дорожного колесного автомобиля англичан и кончая тягачом для французской артиллерии, служат целям военного транспорта; непосредственно в бою их не используют.

Однако в военные министерства поступали проекты и боевых машин. Одним из таких проектов был проект Джемса Коуэна, предложенный им английскому правительству в 1885 году. По мысли изобретателя машина должна быть вооружена артиллерией и защищена толстой броней. Для ближнего боя автор проекта предлагал вооружить ее "серпами", которые могли бы "косить"неприятельскую пехоту.

Паровой броневой автомобиль Джемса Коуэна (Англия, 1885 г., проект)

Вследствие низкого уровня техники того времени проект Коуэна, так же как и ряд других проектов, не мог быть осуществлен.

Гусеничный движитель, гусеничные машины

Много тысячелетий тому назад в древнем Египте для перевозки огромных каменных глыб при строительстве пирамид применяли катки. Катками пользуются и до настоящего времени при передвижении тяжестей.

В 1713 году во французскую Академию наук неким д'Эрманом был представлен проект "тележки нового устройства с приспособлением для уменьшения трения" (рис. 17). Идея его была очень проста. Между двумя платформами располагается катковая цепь ("четки из катков", как называл их д'Эрман). Это - набор катков, связанных между собой планками. Цепь из катков перекатывается по таким же каткам, но несколько меньшего диаметра; катки вращаются на осях, укрепленных в нижней платформе. Изобретатель указывал, что в его тележке получается более равномерное распределение тяжести на большой опорной поверхности и устраняется перекашивание катков. Результатом этого и должно быть "уменьшение трения".

Катковый движитель д'Эрмана. Прототип современного гусеничного движителя (Франция, 1713 г.)

Не рассматривая по существу предложение д'Эрмана, отметим только, что давление на грунт в "катковом движителе" может быть меньше, чем давление на грунт в современных гусеничных движителях. В этом д'Эрман опережает не только свое время, но возможно и наше. Впрочем, уже сейчас появились платформы для перевозки танков, где применяется набор колес, представляющий собой своеобразный "катковый движитель". В свое время идея д'Эрмана, хотя и одобренная французской Академией наук, не нашла применения.

Развитие движителей пошло другими путями - путем создания колесного движителя повышенной проходимости и путем создания гусеничного движителя.

Не останавливаясь подробно на всех предложениях, которые делались по повышению проходимости колес, отметим только наиболее оригинальные из них.

На рис. 18 показано колесо с надетой на нем гусеничной цепью (Льюис Гомперс, 1831 год). Укладываемые на землю звенья цепи должны уменьшить давление колеса на грунт и тем самым повысить его проходимость по мягким грунтам.

Гусеничная цепь, надетая на колесо для повышения проходимости по мягким грунтам (Гомперс, 1831 г.)

В 1861 году Эндрью Денлоп взял патент на "усовершенствованную рельсовую дорогу для облегчения тяги повозок". Это целая система рычагов, связанных с короткими рельсами, на которые установлены качающиеся рычаги с башмаками ("ходячее колесо").

"Ходячее колесо" Денлопа (1861 г.)

Весьма оригинальный проект "ходячего колеса" был предложен Кларком в 1891 году. Это даже не колесо в обычном понимании, а сложный рычажный механизм, в котором нет ни обода, ни спиц. Над созданием таких "ходячих" механизмов работал также великий русский математик и механик Чебышев. Были и другие предложения "шагающих", "прыгающих" колес, колес "с ногами" и т. д. Все эти проекты оказались нежизненными, так как большая неравномерность движения не позволяла осуществить достаточно высокую скорость.

"Ходячее колесо" Кларка (1891 г.)

Первым проектом подлинно гусеничного движителя следует считать проект англичанина Ричарда Эджворта, предложенный им черев год после опытов Кюньо (1770 год).

По проекту Эджворта на передние и задние колеса повозки надевается замкнутая цепь, состоящая из скрепленных между собой деревянных брусьев. Перематываемая на ходу цепь расстилается перед повозкой, образуя бесконечную дорожку, по которой повозка легко преодолевает неровности пути.

В 1801 году ту же идею развивает Томас Джерман, предлагая "средство облегчить движение, заменив гусеничной цепью или серией катков обыкновенные колеса".

Все позднейшие изобретения в этой области только так или иначе варьируют проект Джермана, внося в него лишь отдельные усовершенствования. Остановимся на наиболее интересных из них.

На рис. 21 показан проект "универсальной рельсовой дороги" выдающегося английского изобретателя Джорджа Кейля (1825 год). В нем интересно отметить поставленные на звенья цепи поперечные ролики, которые должны служить для облегчения поворота.

Проект гусеничной повозки Кейля с поперечными роликами для облегчения поворота (Англия, 1825 г.)

В 1857 году Джемс Уэлч получил патент на "усовершенствованную переносную рельсовую дорогу".

Гусеничный движитель Уэлча (1857 г.)

Первой опытной гусеничной машиной, которая была испытана и показала прекрасные результаты, явился паровой трактор англичанина Джона Гиткота. В 1832 году он получил патент на машину "для осушки и разработки болотистых земель, слишком вязких для возделывания при помощи лошадей и рогатого скота". Паровой трактор Гиткота имел гусеницы, звенья которых состояли из деревянных рам, обтянутых полотном. Гусеницы охватывали два больших колеса, при помощи которых осуществлялось их перематывание.

Первый гусеничный паровой трактор Гиткота (Англия, 1832 г.)

Вот что писали об этой машине современники Гиткота: "Описываемый нами патент является важнейшим из выданных за последнее время ... О достоинствах этой машины и о представляемых ею преимуществах можно было бы написать целые тома. В течение двух последних лет мы сами неоднократно видели, как эта машина работала на так называемом Красном болоте у города Болтона (в Ланкашире), и могли вполне оценить даваемые ею результаты".

Над разработкой гусеничного движителя много: работал француз Доминик Кабарюс (1836 год). О своих опытах он писал: "Недалеко от Бордо в нарочито выбранной мною чрезвычайно песчаной местности я перевозил 800 фунтов груза с помощью- лишь собственных рук на двухколесной тачке, причем подвижные рельсы, которыми я пользовался, были из простого дерева... Я уверен, что, будь они сделаны из металла, я смог бы везти 1200 фунтов". На той же тачке, но без гусениц, изобретателю удавалось с огромным усилием перевозить всего 270 фунтов.

О будущем гусеничного транспорта Кабарюс писал так: "Разве будет нелепостью думать, что экипаж, несущий на самом себе рельсовый путь и движимый силой пара, не сможет оказать великих услуг науке в деле исследования пустынь, где нет иной дороги, кроме морей зыбучего песка? Разве нельзя надеяться, что с помощью такого экипажа удастся успешно завершить отыскание прохода на северо-западе Америки? И если снега, покрывающие север Европы, скрывая все пути, как бы стремятся воспрепятствовать всякому передвижению, то разве не представляется целесообразным попытаться победить это препятствие при помощи подвижных рельсовых путей?".

В 1857 году патент на "усовершенствованное устройство подвижных рельсов для буксирных паровых машин для движения по обыкновенным дорогам и вовсе без дорог" получает Вильям Ньютон. Работают в этой области и другие изобретатели: Фаулер, Бертон (1858 год); Риккат и др.

Большой интерес представляет проект гусеничного бронированного поезда Эдуарда Буйена (Франция, 1874 год), который он назвал "Описание изобретения экипажей, катящихся по подвижным поворачивающимся рельсам и проходящих по большим дорогам, полям и пустырям". Своему изобретению Буйен придает огромное значение. Он пишет: "Поставьте бронированную батарею на мою повозку, и вы получите самое грозное оружие войны, какое было когда-либо создано до сих пор". Он даже указывает, как тактически использовать его бронепоезд, подчеркивая необходимость его массового применения.

Бронепоезд Буйена представляет собой гусеничный паровоз с вагонами, на которые устанавливаются орудия, защищенные толстой броней. Вес поезда по расчетам Буйена - 120 т, скорость - 10 км/час. Поезд вооружен 12 пушками и 4 митральезами (предшественники современного пулемета), которые обслуживает команда в 200 человек. Буйен получил патент на свое изобретение, но в жизнь оно не вошло.

Проект гусеничного бронированного поезда Буйена (Франция, 1874 г.)

К 80-м годам прошлого столетия идея гусеничного движителя окончательно оформилась. В 1888 году американец Беттер запатентовал гусеничный трактор, который нашел некоторое применение в сельском хозяйстве США. В 1904 году в США выпускается трактор "Ломбард". В 1912 г. появился американский гусеничный трактор с двигателем внутреннего сгорания "Холт". Хорошая для того времени конструкция этого трактора и высокая проходимость подали авторам первых проектов танков (Свинтон в Англии, Этьен во Франции) идею создания вездеходной гусеничной боевой машины - танка.

Трактор Холт применялся как тягач во Франции в период первой мировой войны.

Гусеничный трактор Холт (Америка, 1914 г.)

Двигатель внутреннего сгорания

Для самодвижущегося экипажа паровая машина - единственный двигатель того времени - была слишком громоздка и ненадежна. Она требовала огромного котла с достаточным запасом пара, Чтобы обеспечить машине длительное безостановочное движение, нужно было изобрести новый, более экономный и менее громоздкий двигатель.

В 1801 году Лебок изобрел двигатель, работающий на светильном газе, горение которого происходило внутри цилиндров; вследствие этого отпадала необходимость в котле.

Кроме Лебока, над созданием двигателя внутреннего сгорания работали Броун (1815 год), Райт (1833 год), Барнет (1838 год), Дегранд (1858 год) и другие. Но только в 1877 году Карл Отто создал надежно работающий двигатель, в котором топливом служил доменный газ.

Вскоре завод Отто-Дейц в Кельне начал выпускать первые двигатели для промышленности. Ближайший помощник Отто - Готлиб Даймлер разработал свой проект маломощного двигателя для самодвижущихся экипажей. В 1886 году на улицах Капштадта (Германия) появился самодвижущийся экипаж с двигателем внутреннего сгорания, принадлежавший Готлибу Даймлеру. Годом раньше в Мангейме (Германия), независимо от Даймлера, проходил испытания автомобиль, построенный Карлом Бенцом.

Сейчас, как курьез, мы читаем постановление городского самоуправления города Мангейма о первых испытаниях автомобиля Бенца. "Владелец должен предупреждать, гласило постановление, - куда пойдет, бензиновая механическая тележка, по каким улицам, в котором часу и т. д. Все это нужно, чтобы предупредить пожарную команду и жителей о грозящей опасности".

Вскоре двигатель внутреннего сгорания начинает широко применяться в самодвижущихся экипажах, главным образом автомобилях, Затем его начинают применять и на тракторах. К 1913 году в Америке насчитывается уже около 7000 тракторов, оборудованных двигателями внутреннего сгорания.

Для создания боевой самодвижущейся машины - танка - требуется теперь только броня.

Броня

Броня появилась в военно-морском флоте в начале ХIХ века одновременно с применением паровой машины.

Первые броневые плиты изготовлялись из железа с малым содержанием углерода (0,1 - 0,2%). Сталь такого состава не поддается специальной термической (тепловой) обработке - закалке, увеличивающей ее твердость. Броневые листы приходилось делать значительной толщины, что приводило к увеличению веса корабля, а следовательно, к снижению его маневренности.

Чтобы увеличить стойкость брони, не увеличивая ее толщины, стали применять "слоеную" броню, состоящую из двух листов с проложенной между ними деревянной прокладкой. Появление брони на кораблях дало толчок развитию артиллерии, а это, в свою очередь, требовало все большего усиления брони. С тех пор происходит непрерывное состязание снаряда и брони.

В1876 году завод Шнейдер-Крезо (Франция) изготовил броню из высокоуглеродистой стали. Новая броня была примерно на 30% более стойкой, чем железная; однако. с повышением твердости повысилась и хрупкость брони. При попадании снаряда броня трескалась.

В 1877 году в Англии была изобретена двухслойная броня из твердого наружного стального слоя и железного - с тыльной стороны. Стальной слой составлял примерно одну треть общей толщины брони. Железный слой ("подушка") придавал броне большую гибкость и не давал ей растрескиваться при ударе снаряда. В стальном слое содержалось 0,8% углерода, в железном - 0,1%.

В то время артиллерия пользовалась главным образом чугунными снарядами. При ударе снаряда о новую броню он раскалывался, не причиняя ей вреда. Но с изобретением стального снаряда и эта броня оказалась недостаточно прочной.

В 1891 году завод Круппа в Германии изготовил никелевую броню, которая отличалась большой вязкостью и высокой сопротивляемостью прохождению снаряда. В такой броне содержалось сравнительно немного углерода (0,12%) и большое количество никеля (6,8%). Испытания показали превосходство никелевой брони над двухслойной. Никелевая броня хорошо противостояла стальным снарядам.

Дальнейшим шагом вперед было изготовление цементированной брони, изготовленной из углеродистой стали с повышенным путем специальной обработки содержанием углерода в поверхностном слое (0,9%). Цементированная броня была изобретена Гарвеем (Америка) в 1891 году. Вследствие большого содержания углерода наружный слой броневого листа был очень твердым, а для снижения хрупкости брони при ее изготовлении в нее прибавляли никель. Броню подвергали термической обработке (закалке). При испытаниях броневой лист толщиной 260 мм противостоял снаряду калибра 210 мм. Это были, по тому времени, блестящие результаты.

Однако сложная термическая обработка цементированной брони удорожала ее изготовление. Поэтому заводы Круппа искали путей повышения прочности никелевой брони без цементации. В результате прибавления хрома к никелю была создана хромоникелевая броня высокой прочности. При этом не исключалась в случае необходимости и цементация брони.

Дальнейшее развитие брони идет по пути поисков "присадок", т. е. различных веществ, добавляемых в сталь в сравнительно небольших количествах, их комбинирования и улучшения процесса термической обработки металла.

Усовершенствование брони позволило применить ее для защиты не только кораблей, но и поездов и автомобилей. В 1902 году во Франции демонстрировался первый бронеавтомобиль.

Итак, к концу ХIХ - началу ХХ веков имелись все условия для создания новой боевой машины: был создан двигатель внутреннего сгорания, появились гусеничный движитель американских тракторов, корабельная броня и броня первых бронеавтомобилей.

Наступило время, когда на новой технической основе можно было осуществить идею боевой вездеходной повозки.

Первые проекты танков

В 1911 году русский инженер В. Менделеев подает в военное министерство проект бронированной машины с гусеничным движителем.

В 1912 году некий Де-Моль "осуществил практически блестящее изобретение, предвосхитившее и в некоторых отношениях превзошедшее танк 1916 года". Так оценила проект Де-Моля английская правительственная комиссия, обсуждавшая в 1919 году вопрос о первенстве в изобретении танка. Проект не получил продвижения и подробности его остались неизвестны.

В 1913 году австрийский офицер Бурштын и неизвестный водопроводчик из Ноттингема (Англия) обращаются в свои министерства с подобными же проектами. На проект Менделеева русские генералы не обратили внимания. Проект Бурштына австрийский генеральный штаб подверг уничтожающей критике, а на проекте водопроводчика из Ноттингема было кратко написано: "Этот человек - сумасшедший". Но были проекты, которые удалось реализовать.

В 1913 году некто Гебель демонстрировал в Берлине за плату свой "танк". Широковещательный плакат призывал публику посмотреть это изобретение, "страшное своими ощетинившимися орудиями". Народу собралось много. Во время показа машина, преодолевая подъем в 30о, неожиданно остановилась и, несмотря на все усилия изобретателя, не хотела двинуться с места. Публика, вначале терпеливо ожидавшая, наконец потребовала возвращения платы. В злосчастного изобретателя полетели камни.

Таким образом, идея создания "танка" в эти годы не получила реального воплощения, несмотря на то, что уровень техники был достаточно высок. Жизнь пока не требовала создания такой машины. Это требование выдвинула первая мировая война.

Появление танков в первой мировой войне явилось ответом на массовое применение артиллерии и автоматического оружия - пулеметов. Широкое применение пулеметов и массированный огонь артиллерии делали бесплодными всякие наступательные операции.

Война приобрела позиционный характер. Воюющие армии зарылись в землю, опоясавшись рядами колючей проволоки. От Северного моря до границ Швейцарии фронт застыл. Нужно было новое наступательное средство, которое позволило бы преодолеть создавшееся на фронтах равновесие.