Газовые турбины и их применение

Во второй половине века с двигателями внутреннего сго-рания поршневого типа все более конкурирует газовая турбина и компрессорный турбореактивный двигатель, имеющий газовую турбину. В этом двигателе используются отходящие газы, кото-рые создают реактивную тягу.

Газовая турбина – это двигатель внутреннего сгорания, конструктивно аналогичный паровой турбине, но в отличие от нее имеющий камеру сгорания и компрессор, подающий в нее воздух под давлением, который частично используется для охла-ждения поступающих в турбину газов. Только в начале 90-х гг. XIX в. удалось спроектировать и создать первую газотурбинную установку. Это сделал русский инженер П.Д. Кузьминский. Он сконструировал реверсивную газовую турбину радиального типа постоянного давления.

Крупнейшую роль в развитии газовой турбины сыграли работы советского ученого В.М. Маковского, который впервые поставил вопрос о создании нового теплового двигателя – газо-вой турбины, позволяющей осуществить эффективное энергети-ческое использование продуктов подземной газификации углей. В 1930 г. Маковский организовал первую в СССР газотурбинную лабораторию, в которой наряду с решением ряда теоретических вопросов был разработан проект стационарной газовой турбины мощностью в 1 тыс. л.с. В 1939-1940 гг. эта турбина была по-строена Харьковском турбогенераторным заводом.

Большим преимуществом газовых турбин сравнительно с паровыми является более высокий КПД, достигаемый за счет по-вышения температуры рабочих газов до 750° и выше. Практиче-ски КПД газовых турбин можно довести до 38%. Газотурбинная установка компактна, она может быть запущена за 10-15 минут, а паровая – за несколько часов. Мощная газотурбинная установка требует почти в два раза меньше производственной площади. Чем такая же по мощности паротурбинная установка.

Газовые турбины получили применение в ряде отраслей народного хозяйства. В начале 50-х гг. в некоторых странах были построены первые опытные газотурбовозы.

Газотурбовозы весят меньше тепловозов. Газотурбинные локомотивы работают на мазуте, а не на дизельном топливе. Га-зотурбовоз вдвое мощнее такого же по весу тепловоза, а его вы-сокая мощность при сравнительно малом весе позволяет достиг-нуть большей скорости движения – до 140-160 км/час. Они тре-буют меньших эксплуатационных расходов. Коэффициент полез-ного действия газотурбовозов составляет пока 16-18%. В 1959 г. Коломенский тепловозостроительный завод создал первый совет-ский газотурбовоз с газотурбинным двигателем в 3500 л.с. при 500 об/мин, работающим на мазуте.

Развитие авиационной техники

Сильное развитие авиации получила в годы войны. К концу первой мировой войны во всех странах было уже около 60 тыс. самолетов.

Космические исследования

4 октября 1957 г. Советский Союз осуществил запуск первого искусственного спутника Земли. Устройство, сделанное руками человека, впервые было выведено в космос. С тех пор ис-следование Вселенной стало одной из основных задач космиче-ской техники. К этой технике относят, во-первых, ракеты-носители, доставляющие научные приборы в околоземное и кос-мическое пространство. Сегодня с их помощью выводят на орби-ту спутники и межпланетные лаборатории массой в десятки и сотни тонн. Во-вторых, мощнейшую вычислительную аппарату-ру, позволяющую рассчитывать траектории полета к планетам Солнечной системы и режимы посадки на них. В-третьих, сами научные приборы, способные безотказно работать в условиях ва-куума, космического холода, в потоках ионизирующего излуче-ния. В-четвертых, служебные системы и агрегаты, которыми ос-нащаются космические станции.

После полета первого космонавта, гражданина Советско-го Союза Ю.А. Гагарина, президент США Джон Кеннеди призвал американских ученых первыми осуществить высадку человека на Луну. Реализацию столь грандиозной программы возложили на Национальное управление по аэронавтике и исследованию кос-мического пространства (НАСА).

Непосредственно для полета на Луну предназначалась трехступенчатая ракета-носитель «Сатурн-5». Первый запуск этой огромной, достигавшей в длину 110,6 м, ракеты состоялся 9 ноября 1967 г. Одновременно с «Сатурнами» создавался косми-ческий корабль «Аполлон». Он состоял из двух модулей: ко-мандного и лунного; в свою очередь лунный – из посадочной и взлетной ступеней. Масса кораблей «Аполлон» составляла от 42,8 до 56,8 т, командного модуля – от 28,3 до 30,4 т, лунного – от 14,5 до 16,4 т. Общая длина космического аппарата – 17,38 м, модулей – 10,4 и 6,98 м соответственно.

На Луне астронавты работали в скафандрах. Системы жизнеобеспечения (баллоны со сжатым воздухом, поглотители углекислого газа и водяного пара), рассчитанные на 7 ч нормаль-ной и 1,5 ч аварийной работы, находились за спиной, поэтому их называют ранцевыми. Закончив исследования, астронавты воз-вращались на орбиту на взлетной ступени лунного модуля (поса-дочная ступень оставалась на поверхности Луны), состыковыва-лись с командным модулем и направлялись к Земле. Приземля-лись, вернее, «приводнялись» в океан на парашютах в спускае-мом аппарате, который отделялся от «Аполлона».

Всего по «лунной программе» в 1968-1972 гг. на кораблях «Аполлон» было выполнено десять полетов; шесть раз астронав-ты высаживались на Луне

Российская орбитальная станция «Мир» была выведена на орбиту 20 февраля 1986 г. Станция «Мир» состоит из нескольких относительно самостоятельных блоков – модулей. За годы экс-плуатации в состав комплекса дополнительно к базовому блоку были введены пять крупных модулей и специальный стыковоч-ный отсек.

Перед рабочим отсеком находится герметичный переход-ный отсек, который может служить шлюзом для выхода в откры-тый космос. Он имеет пять стыковочных портов для соединения с транспортными кораблями и научными модулями.

«Квант» был пристыкован 9 апреля 1987 г. Он представ-ляет собой единый герметический отсек с двумя люками, один из которых служит рабочим портом для приема транспортных ко-раблей «Прогресс-М».

«Кристалл» пристыкован 10 июня 1990 г. В этом модуле размещено преимущественно научное и технологическое обору-дование для исследования технологии получения новых материа-лов в условиях невесомости.

«Спектр» был пристыкован 1 июня 1995 г. Аппаратура модуля позволяет вести постоянные наблюдения атмосферы, океана и земной поверхности, а также проводить медико-биологические исследования.

Запуски искусственных спутников и межпланетных лабо-раторий продолжаются. Начался монтаж первых блоков между-народной космической станции. На базе морской платформы для добычи нефти в России создана стартовая площадка в низких широтах, удобных для выведения спутников связи. Техника кос-мических исследований становится совершеннее, и с ее помощью мы все больше узнаем о Солнечной системе, о Галактике, о Вселенной.

14.8. Контрольные вопросы:

1. Как шел процесс развития двигателей внутреннего сгорания в XX в.?

2. Изложите основные этапы развития автомобиля.

3. Дайте технические характеристики наземного транспорта.

4. Как применяется электрическая тяга на железнодорожном транспорте?

5. Как идет развитие речного и морского транспорта?

6. Газовые турбины и их применение.

7. Как развивалась авиационная техника в XX в?

Заключение

История науки и техники в мировом сообществе рассмот-рена в учебном пособии за период с первобытнообщинного строя по конец XX в.

В ходе исследования выявлены следующие закономерно-сти:

1. Влияние общественно-политических процессов на со-стояние науки и техники.

2. Технический прогресс наблюдался, как правило, в ходе смены общественно-политических укладов. Он набирал обороты в период смены производственных отношений новых обществен-но-экономических форм.

3. Застой в развитии техники «приходился» на пик перво-бытной, рабовладельческой, феодальной, капиталистической сис-темы хозяйствования. Он был вызван незаинтересованностью правящего сословия и эксплуатируемого большинства в финан-сировании открытий и создании техники нового поколения.

ОГЛАВЛЕНИЕ

1. Методологические и методические основы истории науки и техники. 1

1.1. 1

1.2. Социальные функции техники. 4

1.3. Тенденции развития современной техники. 5

1.4. Эволюция понятий «технология» и «техника». 5

1.5. Периоды развития понятий «техника» и «технология». 6

1.6. Контрольные вопросы: 7

2. Развитие техники в древнем мире (500- 4 тыс. лет до н. э.) 9

2.1. Возникновение и распространение простых орудий труда (см. документы № № 2-4 хрестоматии). 9

2.2. Открытие огня и способы его добывания (см. документ № 9 хрестоматии) 9

2.3. Накопление простых орудий труда (см. документы №№ 5-7 хрестоматии) 10

2.4. Изобретение лука и стрел. 10

2.5. Появление сложных орудий труда. 11

2.6. Первое применение металла (см. документ № 8) 11

2.7. Возникновение земледелия. 12

2.8. Контрольные вопросы: 14

3. Античная наука и техника (4 тыс. до н.э. – V в.) 15

3.1. Развитие и распространение сложных орудий труда. 15

3.2. Орудия труда из меди и бронзы.. 17

3.3. Выплавка железа. 18

3.4. Земледелие и оросительные сооружения. 19

3.5. Обособление ремесла от земледелия. 19

3.6. Строительная техника. 20

3.7. Горное дело. 21

3.8. Развитие военной техники. 21

3.9. Улучшение способов передвижения. 22

3.10. Возникновение отдельных отраслей естествознания в связи с потребностями производства 23

3.11. Периодизация античной науки. 23

3.12. Контрольные вопросы: 27

4. Средневековая наука и техника (V-XVI вв.) 29

4.1. Распространение сложных орудий труда, приводимых в действие человеком.. 29

4.2. Техника земледелия. 29

4.3. Развитие ремесла. 29

4.4. Выплавка металла. 30

4.5. Горное дело. 31

4.6. Крупнейшие изобретения. 32

4.7. Состояние естествознания (см. документы №№ 15-18 хрестоматии) 33

4.8. Контрольные вопросы: 36

5. Естественнонаучные и технические знания на Руси в X- первой половине XVII вв. 37

5.1. Складывание гуманитарных начал просвещения. 37

5.2. Астрономия. 41

5.3. Математика (см. документ № 19 хрестоматии) 44

5.4. Физика. 46

5.4.1. Применение физических законов в технике. 46

5.4.2. Представления в области метеорологии. 48

5.5. Механика. 49

5.6. Химия. 53

5.7. Геология. 56

5.8. География. 58

5.9. Биология. 63

5.9.1. Представления о фауне и флоре. 63

5.9.2. Медицина. 67

5.10. Контрольные вопросы: 68

6. Мировые открытия и технические достижения в XVII – первой половине XVIII вв. 70

6.1. Создание мануфактур. 70

6.2. Изменения в технике металлургии. 72

6.3. Изменения в военной технике в связи с применением огнестрельного оружия. 72

6.4. Техника текстильного производства. 73

6.5. Часы и мельница как основа для создания машин. Первые машины и изобретательство 73

6.6. Состояние естествознания. 74

6.7. Контрольные вопросы: 80

7. Вхождение России в мировое научное сообщество во второй половине XVII - XVIII вв. 82

7.1. Гуманитарные начала просвещения. 82

7.2. Становление отечественной науки и техники. Организационные основы научной деятельности. Создание Академии наук и художеств. 87

7.2.1. Основные направления деятельности, структура и состав. 88

7.2.2. Собирание естественнонаучных экспонатов, исторических памятников и книжной продукции, издательская работа. 92

7.2.3. Педагогическая деятельность. 94

7.3. Основные направления развития науки. 95

7.3.1. Астрономия. 95

7.3.2. Математика. 98

7.3.3. Теоретическая механика. 101

7.3.4. Физика. 102

7.3.5. Химия. 104

7.3.6. Геология. 107

7.3.7. География. 109

7.3.8. Биология. 116

7.3.9. Медицина. 120

7.4. Восприятие российским обществом естественнонаучных и технических знаний 121

7.5. Технические усовершенствования. 126

7.6. Контрольные вопросы: 127

8. Техника эпохи промышленного переворота 1760-1870 гг. (см. документ № 38 хрестоматии) 129

8.1. Последовательность возникновения машинного. 129

8.2. Создание универсального теплового двигателя. 132

8.3. Создание рабочих машин в машиностроении. 134

8.4. Развитие техники металлургии. 135

8.5. Развитие техники горного дела. 138

8.6. Развитие техники земледелия. 140

8.6.1. Влияние крупной машинной индустрии на технику сельского хозяйства. Механизация обработки земли. 140

8.7. Развитие техники транспорта. 141

8.8. Изменения в технике связи. 144

8.9. Новое в области светотехники. Прогресс в полиграфии. Создание фотографии. 145

8.9.1. Технический прогресс в полиграфии. 146

8.9.2. Создание фотографии. 146

8.10. Изобретения в области военной техники. 147

8.11. Изобретения и открытия, ставшие основой технического прогресса в последующий период развития техники. 147

8.12. Состояние естествознания. 148

8.12.1. Математика. 148

8.12.2. Астрономия. 149

8.12.3. Механика. 150

8.12.4. Термодинамика. 152

8.12.5. Электричество, магнетизм.. 152

8.12.6. Химия. 154

8.12.7. Геология. 155

8.12.8. Биология. 156

8.13. Заключение. 157

8.14. Контрольные вопросы: 158

9. Развитие науки и техники в период монополистического капитала. 160

9.1. Развитие системы машин на базе электропровода. 160

9.2. Требования, предъявляемые транспортом, строительством и военным делом к машинной индустрии Развитие транспорта. 162

9.2.1. Железнодорожный транспорт. 162

9.2.2. Водный транспорт. 164

9.3. Строительное дело. 165

9.3.1. Изменение конструктивных форм зданий. 166

9.3.2. Развитие техники транспортного строительства. 166

9.3.3. Механизация строительных работ. 168

9.4. Развитие металлургии. 168

9.4.1. Усовершенствование доменного производства. 168

9.4.2. Изобретение бессемеровского способа получения стали. 170

9.4.3. Разработка мартеновского способа получения стали. 171

9.4.4. Создание томасовского способа получения стали. 171

9.4.5. Новая техника проката. 172

9.4.6. Возникновение науки о строении металлов. 172

9.4.7. Развитие цветной металлургии. 173

9.5. Развитие химической технологии. 173

9.5.1. Новые методы производства соды.. 174

9.5.2. Создание нефтеперерабатывающей промышленности. 174

9.5.3. Проникновение химии в основные отрасли техники. 175

9.6. Развитие техники горного дела. 176

9.6.1. Развитие техники разведки полезных ископаемых. 176

9.6.2. Механизация процессов разрушения горных пород. 177

9.6.3. Технический прогресс в механическом комплексе горных предприятий. 178

9.7. Развитие техники машиностроения. 180

9.7.1. Особенности его развития. 180

9.7.2. Развитие станкостроения. 181

9.7.3. Внедрение электропривода в машиностроение. 181

9.8. Развитие науки о металлообработке. 182

9.8.1. Изобретение электрической сварки металлов. 182

9.9. Технический прогресс в энергетике и электротехнике. Особенности развития энергетики 183

9.9.1. Создание электрического освещения. 183

9.9.2. Разрешение проблемы передачи электроэнергии на расстояние. 184

9.9.3. Технический прогресс в теплоэнергетике. 186

9.9.4. Повышение экономичности электростанций. 187

9.10. Изобретение новых отраслей техники. 189

9.10.1. Изобретение двигателя внутреннего сгорания. Создание самолета. 189

9.10.2. Изобретение телефона, фонографа, кинематографа. 190

9.10.3. Изобретение радио. 192

9.11. Развитие военной техники. 192

9.11.1. Артиллерийское и пехотное вооружение. 192

9.11.2. Взрывчатые вещества. 193

9.11.3. Новые типы боевых машин. 194

9.11.4. Военное судостроение. 194

9.12. Состояние естествознания. 195

9.12.1. Математика. 195

9.12.2. Астрономия. 196

9.12.3. Механика. 197

9.12.4. Физика. 198

9.12.5. Биология. 200

9.13. Общественные аспекты эволюции естествознания. 202

9.14. Контрольные вопросы: 205

10. Создание физических основ электроники. Развитие элементной базы в конце ХIХ в.-1960-е гг. (см. документы №№ 64-102 хрестоматии) 207

10.1. История открытий, опыты по электричеству и магне-тизму, создание теории электромагнитного поля, квантовая механика, электротехника, полупроводники, 207

10.1.1. Создание электромагнитной теории. 207

10.1.2. Квантовая теория света. 210

10.1.3. Исследования полупроводников. 212

10.1.4. Первые электронные приборы.. 214

10.1.5. Предыстория телевидения. 215

10.1.6. Предыстория оптической связи. 217

10.1.7. Предыстория компьютеров. 217

10.2. Полупроводниковые приборы - элементная база элек-троники и вычислительной техники (1940 - 1960 гг.) 219

10.2.1. Роль Второй мировой войны в развитии электро-ники. 220

10.2.2. Послевоенная электроника. 220

10.2.3. Изобретение транзистора. 221

10.2.4. Интегральные схемы.. 222

10.2.5. Изобретение лазера. 223

10.2.6. Компьютеры.. 226

10.2.7. Становление волоконной оптики. 228

10.3. Контрольные вопросы: 231

11. История развития микроэлектроники и оптоэлектроники (1960 - 2000 гг.) (см. документы №№ 103-116 хрестоматии) 232

11.1. Становление микроэлектроники и оптоэлектроники (1960-1980 гг.) 232

11.1.1. Интегральные и сверхбольшие интегральные схемы.. 233

11.1.2. Компьютеры на микроэлектронной элементной ба-зе. 235

11.1.3. Оптоэлектроника. 236

11.1.4. Становление волоконно-оптических линий связи ВОЛС.. 241

11.1.5. Электронная промышленность в СССР. 243

11.2. Современная микроэлектроника и оптоэлектроника (1980- 2004 гг.) 246

11.2.1. Новейшие микроэлектронные технологии. 246

11.2.2. Современные компьютеры и супер-ЭВМ... 247

11.2.3. Системы технического зрения. 248

11.2.4. Волоконно-оптические линии связи. 250

11.3. Контрольные вопросы: 252

12. Глава 12. Становление современной атомной и ядерной фи-зики. Создание ядерных технологий (см. документы №№ 117-128). 253

12.1. Начало формирования атомарных представлений о строении материи. 253

12.2. Первые попытки классификации атомов вещества и определения их размеров. 256

12.3. Броуновское движение. Его роль в развитии представ-лений молекулярно-кинетической теории строения вещества. 257

12.4. Механистическая картина Мира и новые научные от-крытия на рубеже XIX и XX вв.: рентгеновские лучи, естест-венная и искусственная радиоактивность. 259

12.4.1. Механистическая картина мира. 259

12.4.2. Открытие рентгеновских лучей, естественной и искусственной радиоактивности 260

12.5. Создание модели и первой теории строения атома. Планетарная модель атома Э. Резерфорда. Теория атома водорода Н. Бора. 262

12.6. Ядерные реакции. Теоретическое обоснование ядерных реакций. 266

12.7. Формирование современной естественно-научной картины мира. Корпускулярно-волновой дуализм материи. 275

12.8. Контрольные вопросы: 284

13. Использование современных ядерных технологий (см. документы №№ 129-142 хрестоматии) 286

13.1. Использование рентгеновских лучей. 286

13.2. Ионизирующие излучения. Дозиметрия. 286

13.3. Санитарные нормы. Гигиенические нормативы НРБ-96. 291

13.4. Радиоуглеродная диагностика (радиоуглеродное датирование) 291

13.5. Атомные реакторы.. 296

13.6. Политические аспекты создания и распространения атомного оружия. 297

13.7. Использование ядерных реакций для создания новых источников энергии. 302

13.8. Космические корабли с ядерными двигателями. 304

13.9. Контрольные вопросы: 306

14. Глава 14. Транспортная система в XX в. 307

14.1. Значение и краткая характеристика двигателей внут-реннего сгорания. 307

14.2. Развитие автомобильной и других областей тех-ники на базе двигателей внутреннего сгорания 308

14.3. Железнодорожный транспорт. 311

14.4. Суда и корабли. 314

14.5. Газовые турбины и их применение. 315

14.6. Развитие авиационной техники. 316

14.7. Контрольные вопросы: 317

14.8. Заключение. 318