Транспортное средство

Автомобили являются самыми распространенным транспортными средствами, использующими двигатель внутреннего сгорания

Конная упряжка долгое время оставалась наиболее распространённым транспортным средством, использующим для передвижения мускульную силу

Трубопровод является одновременно и транспортным средством, и транспортной системой

Пепелац — яркий пример вымышленного научно-фантастического транспортного средства

Транспортное средство − устройство, предназначенное или используемое для перевозки (транспортировки) людей или грузов. В большинстве случаев это специально произведенные средства (например, велосипеды, автомобили, мотоциклы, поезда, корабли, лодки и самолеты) .

Транспортное средство, которое не передвигается по земле, в речи назвают "корабль" или "судно": корабль (судно), воздушный корабль (воздушное судно), космический корабль.

Наземные транспортные средства широко классифицируются, например, по типу двигателя или способу движения по поверхности: колесный, гусеничный, рельсовый или лыжный. Характеристика автотранспорта дается в международном стандарте ИСО 3833-77 Дорожные транспортные средства. Типы, термины и определения.

История транспортных средств

• Старейшие лодки, найденные в ходе археологических раскопок, были построены 7000-9000 лет назад.
• Старейшое морское судно, построенное 7000 лет назад, было найдено в Кувейте.
• Лодки использовались в 4000-3000 гг. до н. э. в Шумере, Древнем Египте и Индийском Океане.
• Первые повозки, приводимые в движение тягловой силой животного (верблюда), появились около 3000-4000 лет до н.э.
• Самые первые транспортные средства, которые передвигались по направляющим элементам использовались на древнегреческом диолке (предшественник железной дороги). Он имел протяженность от 6 до 8,5 км и проходил через Коринфский перешеек. Повозки, которые тащили люди и животные, двигались в пазах, сделанных в известняке, которые создавали подобие рельсового пути и не давали повозкам отклоняться от необходимой траектории движения.
• В 200 г. до н.э. Ма Цзюн построил колесницу, указывающую на юг, которая являлась первым транспортным средством, имевшими систему навигации.
• Железные дороги стали появляться в Европе после Темных веков. Самым первым упоминанием о железной дороге является витраж в окне Фрайбургскего мюнстера, датируемый примерно 1350 г.
• В 1515 г. кардинал Маттеус Ланг составил описание Райзцуга – тайного фуникулера, использующегося в замке Хоэнзальцбург в Австрии. Вагоны фуникулера передвигались по деревянным рельсам, которые при помощи конопляных веревок и топчака тянули люди и животные.
• В 1769 г. Николя-Жозеф Куньо построил паровой автомобиль для Французской армии. Считается, что Куньо был первым, кто использовал механический двигатель для приведения в движение самоходного транспортного средства (артиллерийского тягача). Однако, в настоящее время существует теория, что Фернан Вербьес, член Иезуитской миссии в Китае, построил автомобиль раньше Куньо — в 1762 г.
• В 80-е гг. XVIII в. Иван Кулибин создал трехколесный механический экипаж с педальным приводом. В нем впервые были использованы узлы, используемые и по сегодняшний день: маховик, механический тормоз, коробка передач и подшипники. К сожалению, дальнейшее развитие этот экипаж не получил.
• В 1783 г. братья Монгольфье запустили первый аэростат.
• В 1801 г. Ричард Тревитик построил первый паровоз и кольцевую железную дорогу, для демонстрации его работы. Однако, паровоз не мог поддерживать необходимое давление пара в течение длительного времени, и поэтому имел мало практической пользы.
• В 1801 г. немецкий барон Карл Дрез создал первый самокат, который он прозвал «машиной для ходьбы». Это транспортное средство считается прародителем велосипедов и мотоциклов.
• В 1885 г. Карл-Вильгельм Отто Лилиенталь начал проводить аэродинамические эксперименты с первыми летательными аппаратами — самодельными планерами.
• В 1903 г. братья Братья Райт запустили первый оснащенный двигателем управляемый самолет.
• В 1907 г. состоялся первый управляемый полет вертолета с пилотом Полем Корню.
• В 1928 г. был запущен первый автомобиль с реактивным двигателем Opel-RAK. 1
• В 1929 г. был запущен первый планер с реактивным двигателем Opel RAK.1
• В 1961 г. космический корабль Восток-1 осуществил доставку первого человека (Юрия Гагарина) в космос.
• В 1969 г. Программа Аполлон произвела посадку первого управляемого космического корабля на Луне.
• В 2010 г. количество эксплуатируемых транспортных средств во всем мире превышает 1 млрд. Примерно, по 1 на каждых 7 человек.

Передвижение

Источник энергии

Для приведения транспортного средства в движение необходим источник энергии. Необходимая энергия может быть получена различными способами, например, из окружающей среды: сила ветра для парусников, солнечная энергия для электромобилей или трамваев. Энергия может также храниться в различных формах, откуда она может быть получена при необходимости, в этом случае важными критериями являются объем, заряд и мощность используемого средства хранения энергии.

Широко распространенным видом источника энергии является топливо. Двигатели внешнего сгорания могут использовать в качестве топлива практически все горючие вещества, в то время как двигатели внутреннего сгорания и реактивные двигатели конструируются под конкретный вид тип топлива: бензин, керосин, дизельное топливо или этанол.

Другим распространенным видом источника энергии является батареи. Аккумуляторы имеют преимущество в том, что могут иметь различный объем и мощность, являются экологически чистыми, просты в установке и обслуживании. Батареи также способствовали распространению электродвигателей, которые имеют свои преимущества. С другой стороны, аккумуляторы имеют низкую плотность энергии, короткий срок службы, низкую производительность при экстремальных температурах, долгое время зарядки и трудности с утилизацией (хотя обычно их перерабатывают) . Как и топливо, аккумуляторы накапливают энергию химическим способом и при несчастном случае могут вызвать ожоги и отравление. Батареи также теряют свою эффективность с течением времени. Для экономии времени, затрачиваемой на зарядку, разряженные батареи возможно заменять на заряженные, однако, это влечет за собой дополнительные затраты на оборудование и может быть непрактичным при использовании больших батарей. Кроме того, аккумуляторы должны быть стандартизированы для того, чтобы было просто произвести быструю замену. С батареями схожи топливные элементы, поскольку получение электрической энергии из них происходит также путем преобразования химической энергии. Они имеют свои преимущества и недостатки.

Контактные рельс и сеть являются источником электрической энергии для поездов метро, электропоездов на железной дороге, трамваев и троллейбусов.

Сфера применения солнечной энергии в транспортных средствах в настоящее время развивается. Первые транспортные средства на фотоэлементах были построены и успешно испытаны, в том числе NASA Pathfinder – питающийся от солнечных батарей самолет.

Атомная энергия является особой формой хранения энергии, и в настоящее время используется только в больших судах и подводных лодках, в основном военных. Ядерная энергия может быть высвобождена при помощи ядерного реактора, ядерной батареи, либо многократной детонации ядерных бомб. Сферу применения ядерной энергии на транспортных средствах в течение длительного времени пытаются расширить, например, проводились эксперименты с атомными самолетами Ту-119 и Convair X-6.

Моторы и двигатели

Необходимая для приведения транспортного средства в движение энергия берется из источника энергии и потребляется одним или несколькими моторами (двигателями).

Большинство транспортных средств оснащены двигателями внутреннего сгорания, поскольку они достаточно дешевы, просты в обслуживании, надежны, безопасны и имеют небольшие размеры. Так как двигатели внутреннего сгорания сжигают топливо постепенно, то они позволяют преодолевать большие расстояния, но при этом непрерывно загрязняют окружающую среду. С двигателями внутреннего сгорания связаны двигатели внешнего сгорания. Примером последних могут служить паровые двигатели. Помимо топлива паровые двигатели также нуждаются в воде, что делает их непрактичными для ряда целей. Паровым двигателям также необходимо определенное время, чтобы набрать необходимую для начала движения температуру, в отличие от двигателей внутреннего сгорания, которых могут начать приводить транспортное средство в движение сразу после подачи топлива и его воспламенения, хотя это не рекомендуется производить в холодных условиях. Так же паровые двигатели при сжигании угля выбрасывают в атмосферу соединения серы, которые приводят к вредным кислотным дождям.

Обычные двигатели внутреннего сгорания имеют прерывистый принцип работы, поэтому в авиации они были заменены реактивными двигателями и газовыми турбинами, которые также относятся к разряду двигателей внутреннего сгорания, но имеют непрерывный принцип работы. Реактивные двигатели легче и, в частности, при использовании на самолетах, эффективнее. С другой стороны, они стоят дороже и требуют более тщательного ухода. Они также получают повреждения от попадания посторонних предметов внутрь и выбрасывают выхлопы с очень большой температурой. Железнодорожные локомотивы, использующие в качестве двигателя турбины, называют газотурбовозами. Примерами наземных транспортных средств, использующих газотурбинные двигатели, могут служить танки Абрамс и Т-80, мотоцикл MTT Turbine Superbike и лайнер Celebrity Millеnium. Пульсирующий воздушно-реактивный двигатель во многом похож на газотурбинный двигатель, но он почти не имеет движущихся частей. По этой причине он был очень привлекательным для дизайнеров автомобилей в прошлом, однако, издаваемый им шум, тепло, и неэффективность привели к отказу от его использования. Историческим примером применения пульсирующего двигателя были крылатые ракеты Фау-1. Детонационные пульсирующие воздушно-реактивные двигатели до сих пор иногда используется в любительских экспериментах. С появлением современных технологий, детонационные импульсные двигатели были применены на практике, примером можно считать успешное испытание самолета Rutan VariEze. Несмотря на то, что двигатель с импульсной детонаций является гораздо эффективнее реактивных и газотурбинных двигателей, он всё ещё имеет недостатки из-за экстремальных уровней шума и вибрации. Прямоточные воздушно-реактивные двигатели тоже имеют мало подвижных частей, но они хорошо функционируют только при высоких скоростях, поэтому их использование ограничено несущими винтами вертолетов и сверхзвуковыми самолетами, такими как Lockheed SR-71.

Ракетные двигатели используются в основном на ракета-носителях, ракетных санях и экспериментальных самолетах. Ракетные двигатели являются самыми мощными. Самое тяжелое транспортное средство, из поднимавшихся когда-либо с поверхности Земли: ракета Сатурн-5 была оснащена пятью ракетными двигателями F-1 общей мощностью в 180 000 000 лошадиных сил (134 226 МВт). Ракетные двигатели имеют достаточно простую конструкцию и используют для работы только топливо и катализатор, например перекись водорода. Это делает их привлекательными для использования в необычных транспортных средствах, таких как реактивные ранцы. Несмотря на свою простоту, ракетные двигатели зачастую опасны и подвержены взрывам. Используемые в настоящее время разновидности ракетного топлива огнеопасны, ядовиты, едки и криогенны. Данный вид двигателей страдает от низкой эффективности. Перечисленные недостатки ракетных двигателей привели к тому, что их используют только в случае крайней необходимости.

Электродвигатели используются в электромобилях, электрических велосипедах , электрических скутерах, маломерных судах, метро, поездах, троллейбусах, трамваях и экспериментальных самолетах. Электродвигатели очень эффективны, их КПД может составлять более 90%. Производимые в настоящее время электродвигатели достаточно мощные, надежные и имеют низкие эксплуатационные расходы, так же могут иметь различные размеры. Электродвигатели способны работать в большом диапазоне скоростей и моментов без наличия коробки передач (хотя для осуществления этого требуется больше чем один двигатель). Использование электродвигателей для приведения транспортных средств в движение ограничивается главным образом трудностью получения постоянного источника электроэнергии необходимой величины.

Пневматические двигатели используются на транспортных средствах экспериментально (например в воздухомобилях). Они простые, эффективные, безопасные, дешевые, надежные и работают в различных условиях. Одна из трудностей, возникающая при работе пневматических двигателей это охлаждающий эффект расширения газа, что приводит к замерзанию двигателя, а использовать подогрев проблематично. Охлаждающий эффект, однако, возможно использовать как систему кондиционирования. Эффективность пневматического двигателя падает при уменьшении давления газа.

Ионные двигатели используются на некоторых спутниках и космических аппаратах. Они эффективны только в вакууме, что ограничивает их использование только космическим пространством. Ионные двигатели работают от электроэнергии, но они также нуждаются в топливе, таком как цезий или ксенон. Ионные двигатели позволяют разогнать космический аппарат до очень высоких скоростей, используя относительно мало топлива. Большинство ионных двигателей эксплуатируемых сегодня имеют небольшое ускорение.

Преобразование энергии для функционирования

Механическая энергия, которую производят двигатели для приведения транспортного средства в движение, должна быть преобразована в механическую работу, что производится по средствам колес, винтов, сопел и аналогичных средств.

Помимо преобразования механической энергии в движение, колеса позволяют транспортному средству катиться по поверхности за исключением транспортных средств, которые передвигаются удерживаясь за рельсы. Колесо – это очень древнее изобретение, обнаруженные его образцы созданы более чем 5000 лет назад. Колеса используются во множестве транспортных средств: автомобилях, бронетранспортерах, вездеходах, самолетах, поездах, скейтбордах, тачках и др.

Сопла используются в сочетании с практически всеми используемыми реактивными двигателями. Примерами транспортных средств, имеющих сопла, являются реактивные самолеты, ракеты и гидроциклы. Большинство сопел имеют форму конуса или колокола, некоторые необычные проекты имеют вид клина. Существуют нематериальные конструкции сопел, к ним можно отнести сопло, представляющее из себя электромагнитное поле, ионного двигателя.

См. также

• Транспорт
• Маршрутное транспортное средство
• Механическое транспортное средство
• Автострахование
• Автомобиль