Дви́гатель — устройство, преобразующее какой-либо вид энергии в механическую работу. Двигатели подразделяют на первичные и вторичные. Ко вторичным двигателям (ВД) относятся электрические, пневматические и гидравлические двигатели. Первыми первичными двигателями стали парус и водяное колесо. Парусом пользуются уже более 7 тысяч лет. Водяное колесо — норию широко применяли для оросительных систем в странах Древнего мира: Египте, Китае, Индии. Водяные и ветряные колёса широко использовались в Европе в Средних веках как основная энергетическая база мануфактурного производства. В середине XVII века были сделаны первые попытки перехода к машинному производству, потребовавшие создания двигателей, не зависящих от местных источников энергии (воды, ветра или мускульной силы животных). Первым двигателем, в котором использовалось тепловая энергия химического топлива, стала пароатмосферная машина, изготовленная по проектам французского физика Дени Папена и английского механика Томаса Севери. Эта машина была лишена возможности непосредственно служить механическим приводом, к ней «прилагалось в комплект» водяное мельничное колесо (по-современному говоря, гидротурбина), которое вращала вода, поднимаемая в резервуар водонапорной башни за счет разрежения, возникающего при охлаждении пара в паровом котле.
n
Котёл то подогревался паром, то охлаждался водой: машина действовала периодически. Томас Ньюкомен усовершенствовал эту машину, добавив в неё цилиндр, в котором происходила конденсация пара. В 1763 году русский механик Иван Иванович Ползунов изготовил по собственному проекту стационарную паровую машину непрерывного действия. В ней были сдвоены два цилиндра, поочерёдно заполнявшиеся паром, в результате чего надобность в водяном колесе отпала. К 1784 году английский механик Джеймс Уатт усовершенствовал систему Ньюкомена, добавив отдельный конденсатор для пара, что резко повысило эффективность. Кроме того, он изобрел поршень двойного хода и автоматическую клапанную коробку (а потом и центробежный предохранитель). С помощью изобретенного Уаттом механизма, возвратно-поступательное движение поршня преобразовывалось во вращательное, и таким образом паровая машина могла теперь использоваться для привода различных механизмов и перестала быть привязана к водонапорной башне. Элементы, придуманные Уаттом, входили в той или иной форме во все паровые машины. В ходе дальнейших усовершенствований, в частности, Ричардом Тревитиком, паровые машины перестали использовать вакуум при конденсации пара, а поршень стал совершать рабочий ход под действием значительно увеличившегося давления разогретого пара.
n
Это позволило уменьшить размер паровых машин, которые стали применяться для привода судов, экипажей для перевозки людей по дорогам, локомотивов на железных дорогах. К 1880 году суммарная мощность всех работавших паровых машин превысила 26 млн кВт (35 млн л. с.). В 1816 шотландец Роберт Стирлинг предложил двигатель внешнего сгорания, называемый сейчас его именем Двигатель Стирлинга. В этом двигателе рабочее тело (воздух или иной газ) заключён в герметичный объём. Здесь осуществлён цикл по типу цикла Севери («до-Уаттовского»), но нагрев рабочего тела и его охлаждение производятся в различных объёмах машины и сквозь стенки рабочих камер. Природа нагревателя и охладителя для цикла не имеют значения, а потому он может работать даже в космосе и от любого источника тепла. КПД созданных сейчас стирлингов невелик. Теоретически он должен раза в 2 превышать КПД для ДВС, а практически — это примерно одинаковые величины. Но у стирлингов есть ряд других преимуществ, которые способствовали развитию исследований в этом направлении. Рисунки, изображающие крыльчатое колесо, вращающееся под воздействием потока пара, известны с древних времён.
n
Однако практические конструкции паровой турбины были созданы лишь во второй половине XIX века, благодаря развитию конструкционных материалов, позволивших достичь высоких скоростей вращения. В 1889 году шведский инженер Карл Густав де Лаваль предложил использовать расширяющееся сопло и быстроходную турбину (до 32000 об/мин), а, независимо от него, ещё в 1884 году англичанин Чарлз Алджернон Парсонс изобрёл первую пригодную для промышленного применения реактивную турбину (более тихоходную), способную вращать судовой винт. Паровые турбины стали применять на морских судах, а с начала XX века на электростанциях. В 1960-х годах их мощность превысила 1000 МВт в одном агрегате. Проект первого двигателя внутреннего сгорания (ДВС) принадлежит известному изобретателю часового анкера Христиану Гюйгенсу и предложен ещё в XVII веке. Интересно, что в качестве топлива предполагалось использовать порох, а сама идея была подсказана артиллерийским орудием. Все попытки Дени Папена (упомянутого выше, как создатель первой паровой машины) построить машину на таком принципе, успехом не увенчались. Первый надёжно работавший ДВС сконструировал в 1860 году французский инженер Этьен Ленуар. Двигатель Ленуара работал на газовом топливе.
n