A hajtóművek történelme: Úttörők, innovációk és mérföldkövek

Az emberiség vágya az utazás és a sebesség iránt mindig is ösztönző erő volt a technológia fejlődésében. Az alábbi cikkben a hajtóművek történelmének izgalmas és áttörést jelentő pillanataira fókuszálunk. Bemutatjuk azokat a fontosabb mérföldköveket, amelyek meghatározták az emberek által tervezett és létrehozott hajtóművek fejlődését, a gőzgépektől egészen a modern, hatékony hajtóművekig.

Korai módszerek

A vízkerekek és a szélmalmok jelentős szerepet játszottak az ipar korai fejlődésében és átalakulásában. Ezek a megoldások ugyanis lehetővé tették az energiaforrások (víz és szél) hatékony felhasználását, valamint hozzájárultak az ipari termelékenység növekedéséhez. A gépek a szél vagy a víz mozgási energiáját mechanikai munkává alakították át, ezért számos munkatípus könnyebbé vált az emberek számára. A legjobb példa erre a malomban történő őrlés vagy darálás, de akár az öntözést is megemlíthetnénk a korai időszakból.

Egy következő lépcsőként kezdetét vette az ipari forradalom, ami robbanásszerű eredményeket hozott a gépesítés terén. Ekkoriban jelent meg ugyanis a gőzenergia kiaknázásának lehetősége, és az ehhez tartozó berendezések feltalálása is. A gőzenergia hatalmas előnye, hogy már nem függ a természet szeszélyeitől, így szinte folyamatos energialeadásra képes. Ennek megfelelően a 19. század végére teljesen felváltotta a korábbi szél- és vízenergia használatát.

Thomas Newcomen és a légköri gőzgép

Az ipari forradalom idején Anglia délnyugati részén élt a vaskereskedéssel és kovácsmesterséggel foglalkozó ezermester, Thomas Newcomen. Ő volt az, aki Thomas Savery feltaláló tervei alapján elsőként megépített egy, a gyakorlatban használható gőzgépet a közeli szénbányák számára.

Az 1712-ben elkészült, szivattyúkat működtető motor fontos lépés volt. A himbás-dugattyús-hengeres elemekkel működő gőzgép utat jelentett a víztelenítéssel kapcsolatos problémák megoldásához. Természetesen az első gépezeten további fejlesztések is megvalósultak, mire valóban hatékony, már-már automatizált szerkezet jött létre. Így történhetett meg, hogy az ezer ló erejével és egy évnyi munkával megvalósított víztelenítési eljárás ezután már csupán néhány nap alatt is kivitelezhető volt.

James Watt és a továbbfejlesztett gőzgép tervezése

A Newcomen-féle motorok tehát sikert arattak Anglia-szerte. Az ekkor 23 éves James Watt a Glasgow-i Egyetemen dolgozott, amikor megtudta, hogy az intézménynek van egy elromlott Newcomen gőzgépe. Miután sikerült megjavítania, észrevette, hogy ennek hatékonysága akár 80%-kal is jobb lehetne, ezért elkezdett dolgozni a konstrukción.

Ennek eredményeként 1765-ben sikerült elkészíteni egy továbbfejlesztett, működő modellt, majd a további korszerűsítések érdekében kockázati tőkét gyűjtött. Végül 1774-ben Watt-motor néven hozta forgalomba a piacon a teljesen átalakított és optimalizált szerkezetet.

Újítások a hajtóművekben

A második ipari forradalom további találmányokat generált a világ számára, így továbbfejlődött a hajtásrendszerek területe is. Hatalmas áttörés volt az elektromos motorok fejlesztése és az árammal kapcsolatos találmányok is.

Villamos hajtóművek

Számos találmány fűződik Nikola Tesla, a szerb származású mérnök nevéhez az elektromosság, a mágnesesség és a gépészet területén. Találmányai, felfedezései és fejlesztései között megjelenik például a váltakozó áramú energiaátvitel, az elektromos motorok fejlesztése, az energia vezeték nélküli továbbításának a megoldása, a megújuló energiaforrásokkal működő berendezések alapjai, valamint a rádió felfedezése.

A villamosenergia fejlődésével lehetővé vált az egyenáramú gépek után az egy- és a háromfázisú váltakozó áramú gépek kifejlesztése, valamint az ehhez tartozó villamos hajtóművek is napvilágot láttak.

Belső égésű motorok

A 19. században kifejlesztették a belső égésű motort, ami a gőzgépeknél sokkal gyorsabban indítható, ráadásul még energiatakarékosabb is. Ezen volumetrikus működésű hőerőgépek megalkotása új távlatokat nyitott a közlekedésben, később a pedig tömeggyártás létrehozásában is.

Nikolaus August Otto benzinnel működtethető, négyütemű motorja kiemelkedő találmány volt ebben az időszakban. A másik nagy jelentőségű történés Rudolf Diesel nevéhez köthető, aki feltalálta a dízelmotort. A megfelelő hatékonyság miatt ezekhez a motorokhoz azonban csatlakoztatni kell egy hajtóművet is, amivel szabályozható például a motor fordulatszáma és nyomatékleadása is.

Gázturbinák

Frank Whittle brit mérnök kezéből került ki a világ első sugárhajtású gázturbinája. Eredetileg a diplomatervében ecsetelte azt a problémát, hogy a dugattyús motoros légcsavar-megoldások nem adnak elég tolóerőt. Ezért javasolta egy korábbi elmélet feljavított változatát, amiben a motort egy gázturbinával helyettesítené a repülőgépekben. Mindezek után 1930-ban szabadalmat nyert a sugárhajtóműre, de ezt elvesztette, amikor nem tudta meghosszabbíttatni pénzhiány miatt, így legközelebb csak 1936-ban volt képes többedmagával rálépni a gyakorlati megvalósítás nehézkes ösvényére.

A gázturbina működése egyébként a Brayton–Joule-ciklusra épül, ami a termodinamika alapját képezi. Az egyik legfontosabb különbség a gázturbina és a dugattyús belsőégésű motorok között az, hogy míg az utóbbiakban a hajtóanyag égése ciklikusan zajlik, addig a gázturbina folyamatos égést valósít meg. Ennek üzemanyaga lehet például nagy mennyiségű levegővel kevert kerozin, ami a turbina lapátjait forgatja. A hajtómű tehát óriási tolóerőre lesz képes.

További fontos mérföldkövek

A világban zajló fejlesztések azonban nem álltak meg a világháború idején kifejlesztett sugárhajtású hajtóművekkel rendelkező repülőgépeknél és egyéb alkalmazásoknál. Mi mindent hozott még az atom és a megújuló energiaforrások korszaka?

Atomenergia

Enrico Fermi egy olasz fizikus volt, aki leginkább az atomkutatás területén jeleskedett. Nevéhez fűződik az első nukleáris reaktor kifejlesztése, a béta-bomlással foglalkozó kutatások, valamint a kvantumelmélet fejlesztése is.

Az első kísérleti atomerőmű Szilárd Leó közreműködésével 1952-ben készült el az USA-ban. Nem kellett sokat várni a következő nukleáris erőműre, hiszen az első közszolgálati atomerőművet Oroszországban üzemelték be. Ennek a fajta energiatermelésnek számos előnyét ismerhetjük, azonban a hulladékkezelés miatt tisztázatlan kérdések sora vár még megoldásra.

Megújuló energia

A szélturbinák és a napenergia-rendszerek rohamosan terjednek világszerte, és forradalmasítják az energiatermelést. Mindkét technológia hatékony és fenntartható módon működik, csökkentve ezzel a fosszilis tüzelőanyagok felhasználását és a környezeti terhelést. A hajtóműveknek ráadásul még a megújuló energiaforrásoknál is szerepük van, hiszen a szélerőművek rotorjában ennek köszönhető a szabályozhatóság.

Érdemes még megemlíteni néhány innovatív területet a vízenergiában is. Az utóbbi években elterjedtek a kicsi, függőleges tengelyű és esésű vízturbinák, melyekkel áram állítható elő. Emellett ma már többféleképpen is hasznosítható a tenger hullámzása, ezek közül az egyik a hullámgenerátorok alkalmazása.

Összefoglalás

Az emberi kreativitás és mérnöki találékonyság határtalan lehetőségeket kínál a hajtóművek fejlődésében. Az energiaellátás terén folyamatos fejlesztések zajlanak, keresve a hatékony és fenntartható megoldásokat. Az újítások és mérföldkövek segítenek kielégíteni az utazás és a sebesség iránti vágyunkat, és tovább formálják a közlekedést és az ipart.

További friss híreket talál a Technokrata főoldalán! Csatlakozzon hozzánk a Facebookon is!