Б.С. Якоби
Началом электродвигательной истории стали работы М. Фарадея по созданию физических приборов для демонстрации преобразования электрической энергии в механическую. В 1821 г. английский ученый открыл явление вращения проводника с током вокруг полюса постоянного магнита, а в 1831 г. – явление электромагнитной индукции (появление индукционного тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока), чем, собственно, и зародил идею электрического двигателя.
Первые электродвигатели копировали паровые машины с возвратно-поступательным (или качательным) движением поршня с прикрепленным к нему электромагнитом. Удачной модели создано не было, поскольку вращательный момент на валу двигателей был резко пульсирующим.
Отказавшись от поршневого принципа, Якоби стал исследовать непосредственное вращение подвижной части двигателя. В 1834 г. ученый сконструировал электромеханическое устройство, основанное на принципе притяжения и отталкивания между электромагнитами. Одна группа электромагнитов располагалась на неподвижной раме (станине), а другая – на вращающемся диске (явно-полюсном якоре). Запитан двигатель был от батареи гальванических элементов. Новшеством устройства стал коммутатор, периодически разрывавший электрическую цепь и менявший полярность электромагнитов якоря. Первый электродвигатель отличался устойчивой работой и развивал мощность до 15 Вт.
Сообщение об эпохальном изобретении Якоби было прочитано на заседании Парижской АН, и вскоре корпус инженеров и физиков занялся исследованиями по созданию промышленного образца электродвигателя. На этом поприще определенных успехов добился американский техник Т. Девенпорт, построивший компактный двигатель (1837). Якоби приспособил свое детище для электропривода судна (лодки, вмещавшей десять пассажиров). В 1938 г. на Неве электродвигатель Якоби был успешно испытан, скорость бота составляла 2–4,5 км/ч.
Последующие годы были посвящены испытаниям различных конструкций машин, их оптимизации, уменьшению габаритов, увеличению мощности и КПД, созданию экономичного генератора взамен гальванических элементов. Однако принципиальных усовершенствований в электродвигателях на постоянном токе создано не было, хотя они и стали находить практическое применение.
В последней четверти XIX в. развитие промышленности и концентрация производства потребовали создания высокоэффективного двигателя. Тогда же новым направлением поисков стала разработка электродвигателей на переменном токе, получаемом вращением рамки в магнитном поле – этот принцип действия основан на явлении электромагнитной индукции. Переменный ток низкого напряжения затем можно было повышать до любой величины в трансформаторе и с наименьшими потерями (при передаче постоянного тока потери были колоссальны) передавать к промышленным объектам на любые расстояния. Эти две взаимосвязанные задачи с блеском решил Доливо-Добровольский.
До него многие физики и инженеры (Бейли, М. Депре, Бредли, Венстром и др.) пытались создать электродвигатель переменного тока, но ни один из них не удовлетворил промышленность. Из ряда громоздких и неэкономичных либо сложных и ненадежных машин выгодно отличался двухфазный электродвигатель Н. Теслы, построенный американским ученым на принципе вращающегося магнитного поля, и двухфазный генератор к нему, а также демонстрационная трехваттная установка итальянского физика Г. Феррариса. Эти не во всем совершенные машины стали предтечей изобретения трехфазных двигателей, которыми была поставлена точка в их дальнейшем принципиальном совершенствовании.
В 1888 г. к конструированию машины приступил Доливо-Добровольский, яснее других осознавший преимущества трехфазного тока перед двухфазным и сразу же придавший своим работам практический характер.
Сделав в обмотке машины постоянного тока ответвления от трех равноотстоящих точек якоря, применив коллектор как одноякорный преобразователь, а также новую конструкцию ротора с обмоткой – «беличью клетку», выполненного в виде стального цилиндра с просверленными в нем каналами для медных стержней, ученый получил трехфазный ток с разностью фаз 120 °. Вращающееся магнитное поле возникало как раз благодаря этому сдвигу фаз.
В результате многочисленных экспериментов изобретатель разработал в 1889 г. трехфазную электрическую систему и первый асинхронный электродвигатель мощностью 100 Вт, запитанный от трехфазного одноякорного преобразователя. Двигатель, имевший фактически современный вид, мало изменившийся с тех пор, прошел успешные испытания. Благодаря своим превосходным показателям новые двигатели очень быстро получили широкое распространение.
В 1891 г. во время Международного конгресса электротехников русский ученый впервые осуществил передачу трехфазного тока на расстояние 170 км с невиданно высоким КПД 75 %.
Тогда же на Международной электротехнической выставке во Франкфурте-на-Майне перед входом на выставку был построен искусственный водопад и установлен мощный асинхронный двигатель Доливо-Добровольского на 100 л. с., который приводил в движение насос, подававший воду к водопаду.
С двигателя Доливо-Добровольского и с демонстрации электропередачи началась электрификация всех стран.
ПОДВОДНАЯ ЛОДКА ДЖЕВЕЦКОГО
Кораблестроитель, инженер, конструктор, изобретатель, предприниматель, путешественник, коллекционер; участник Русско-турецкой войны 1877–1878 гг.; товарищ председателя воздухоплавательного отдела Русского технического общества; член Парижского воздухоплавательного общества; член Морского технического комитета; обладатель первой премии Международного конкурса в Париже в 1898 г. за проект подводной лодки; кавалер солдатского Георгиевского креста, Степан Карлович Джевецкий, настоящее имя Стефан Казимирович Држевецкий (1843–1938), прославился своими трудами в области судостроения, авиации и морской техники. Джевецкий является создателем первых боевых подводных лодок, оборудования и вооружения для них.
С.К. Джевецкий с одинаковым успехом занимался вопросами воздухоплавания и кораблестроения. И хотя большая часть научных работ ученого посвящена аэропланам, конструкциям воздушных винтов и теории полета, за которые он получил титул «дедушки современных самолетов» (академик А.Н. Крылов), 11 модификаций подводных лодок Джевецкого стали первыми боевыми субмаринами. Тяга Джевецкого к конструированию подводных и воздушных судов вполне объяснима не только пристрастиями ученого, но и общей атмосферой общества второй половины XIX в., пронизанной идеями научно-технического прогресса. В 1869–1870 гг. Ж. Верн опубликовал роман «20 000 лье под водой». Весьма вероятно, покоренный верновским «Наутилусом», молодой инженер загорелся идеей создать собственный подводный корабль. Во всяком случае, сохранившийся экземпляр 4-й модификации ПЛ Джевецкого, хранящийся в зале Центрального военно-морского музея в Санкт-Петербурге, внешне точь-в-точь напоминает подводный корабль из жюльверновского романа.
Подводная лодка С.К. Джевецкого в Центральном военно-морском музее
Известно, что в 1876 г. Степан Карлович приступил к конструированию своей первой подлодки. Начавшаяся в 1877 г. Русско-турецкая война прервала его занятия, и ученый ушел добровольцем в Черноморский флот. В одном из боев была выбита половина корабельной команды. Рядового Джевецкого за храбрость наградили солдатским Георгием, а волонтер укрепился в своей идее создать для морского флота эффективное средство для борьбы с надводными кораблями противника. Он, кстати, был не одинок в этом стремлении. Русскими изобретателями были предложены несколько вариантов ПЛ, приводимых в движение электродвигателем, но Морской технический комитет отклонил их, поскольку не было самого электродвигателя.
Демобилизовавшись, инженер за полгода доработал свою конструкцию и предложил командованию проект одноместной подводной лодки, движимой силой ног человека. Лодка была построена на Одесском заводе Г. Бланшара за счет средств купца Родоконаки. (Степан Карлович всю жизнь вкладывал в свои изобретения собственные деньги либо весьма находчиво подыскивал спонсоров.)
Пятиметровая лодка обтекаемой формы из листовой стали имела баллон со сжатым воздухом для дыхания, рассчитанный на 20 минут. Сжатый воздух использовался также и для продувания водяного балласта из цистерны при всплытии лодки. Для обзора служил стеклянный колпак. Цилиндр с поршнем обеспечивал равновесие лодки в погруженном состоянии. В корпус были вмонтированы два рукава с резиновыми перчатками, что позволяло крепить мины к неприятельскому кораблю, которые затем дистанционно взрывались с помощью электрического провода.
Лодка прошла успешные испытания в 1878 г. на Одесском рейде. Перед комиссией, возглавляемой главным командиром Черноморского флота вице-адмиралом Н.А. Аркасом, Джевецкий погрузился на своей «посудине» в воду, проплыл под водой 200 м, прикрепил мину к барже и взорвал ее. Комиссия порекомендовала построить лодку больших размеров, однако вскоре окончилась Русско-турецкая война, и боевая ПЛ потеряла свою актуальность.
