Лекція 11. Розвиток техніки на межі ХІХ-ХХ ст. та у роки Першої світової війни

План

1. Електроенергетика як основа нового етапу розвитку промисловості.

2. Застосування нових технологій у металургійній, хімічній, машинобудівній галузях.

3. Транспорт та будівництво.

4. Військова техніка в роки Першої світової війни.

1. Великі зрушення у розвитку техніки з 70-х рр. ХІХ ст. і до початку Першої світової війни були пов’язані з розвитком усіх природознавчих наук. Успіхи органічної й неорганічної хімії, механіки, термодинаміки, вчення про електрику стали підґрунтям змін у техніці і створення нових її галузей.

На межі ХІХ-ХХ ст. парова енергетика переживала кризу внаслідок збільшення невиробничих витрат на доставку палива від місць його природного розташування до силових установок, а головним недоліком парового двигуна стали труднощі передачі отриманої від нього енергії. Це гальмувало концентрацію та інтенсифікацію промислового виробництва. Саме в цей час почав розвиватись електричний спосіб передавання і розповсюдження механічної енергії. Ключовим на цьому шляху стало вирішення проблеми передачі електроенергії на відстань. Актуалізації проблеми сприяла поява у 1880-х рр. великих промислових підприємств.

У 1880 р. французький учений М.Депре та російський фізик Д.Лачинов математичним аналізом сутності фізичних процесів у системі генератор-лінія-двигун довели, що ефективність електропередачі може бути досягнута при збільшенні напруги в лінії. Але проблема полягала у неможливості передачі постійного струму на великі відстані й могла бути вирішена, як показали подальші дослідження, шляхом використання перемінного струму та трансформаторів. У 1880-х рр. над їх створенням працювали вчені різних країн – П.Яблочков (Росія), Д. і Е.Гопкінсони (Велика Британія), А.Кеннеді (США) та ін. У створенні надійних, потужних силових трансформаторів суттєве значення отримало запропоноване Д.Свінберном масляне охолодження.

Перші великі електростанції однофазного струму були побудовані поблизу Лондона (1885) та в Одесі (1887). Їх експлуатація показала великі можливості змінного струму для передачі на відстань, але й виявила основні його недоліки – обмеженість використання у сфері освітлення. Перемога змінного струму почалась з освоєння нового фізичного принципу роботи електродвигунів – магнітного поля, що оберталось. Американський винахідник сербського походження Н.Тесла створив двофазний генератор та асинхронний двигун, хоча ця система виявилась менш досконалою у порівнянні зі зв’язаною трифазною системою струму, винайденою в Європі.

1889 р. російський інженер М.Доливо-Добровольський створив конструкцію трифазного асинхронного двигуна з короткозамкненим ротором, який мав суттєві переваги: самостійно починав обертатися при ввімкненні напруги, не потребував спеціального збуджувача (як синхронні двигуни) або додаткового двигуна для розгону (як двофазні двигуни).

Виникнення техніки трифазних струмів розв’язало не тільки завдання використання електроенергії, але й передачі її на значні відстані. Воно ознаменувало собою перехід до широкої електрифікації. Практичне впровадження трифазного струму у промисловість швидко знайшло застосування у Німеччині, Швейцарії, США та Росії. Зокрема 1893 р. на Новоросійському елеваторі була споруджена найпотужніша трифазна електростанція ХІХ ст. (1200 кВт). Система трифазного струму сприяла швидкому впровадженню у виробництво відносно дешевих, а головне надійних асинхронних двигунів. Процес електрифікації в промисловості супроводжувався витісненням парової машини з системи приводу та обмеженням її призначення в якості первинного двигуна. Іншими словами, парова машина з цехів перемістилась у машинні зали електростанцій.

Наприкінці ХІХ ст. виникає нова галузь виробництва – електрична промисловість, до якої на той час належали електроенергетика та електротехнічні підприємства. Електрична енергія розв’язала проблему ліквідації розриву між місцезнаходженням природних ресурсів енергії (водних джерел, родовищ палива) та розташуванням її споживачів. У процесі передачі та розподілу енергії електрика відіграє роль вторинної енергії. Природні первинні види енергії (гідравлічна, теплова, хімічна, вітру) можуть бути перетворені на вторинну – електричну. Лише її гнучкість, транспортабельність та здатність до легкої трансформації дозволили успішно вирішити проблему енергозабезпечення великої промисловості, траспорту і побуту.

2. У металургійній галузі в останній чверті ХІХ ст. у розвинутих країнах світу продовжувались процеси вдосконалення виробництва чавуну та сталі. Зокрема, вдосконалювалися конверторні способи отримання сталі та її виплавка в мартенівських печах, техніка прокатного виробництва.

На початку ХХ ст. значно розширилась галузь застосування кольорових металів: машинобудування, електротехнічна промисловість, техніка зв’язку, приладобудування потребували все більшої кількості міді, цинку, олова, свинцю, благородних металів. Почалось промислове виробництво нового кольорового металу – нікелю. До кінця ХІХ ст. сировиною для отримання важких кольорових металів були монометалічні окислені, карбідні та силікатні природні руди. Єдиним способом отримання кольорових та чорних металів була пірометалургія – сукупність металургійних процесів, що відбувались при високих температурах.

Виснаження запасів багатих окислених руд висунуло проблему використання більш поширених на планеті сульфідних руд, що містили сірку. Для переведення мінералів з високим вмістом сірки в окисли металів був використаний процес окислювального випалення, сконструйовані спеціальні печі.

Були створені комплексні хіміко-металургійні схеми поліметалевих руд: розроблені флотаційні методи збагачення, засновані на відмінності фізико-хімічних властивостей поверхні дрібних частинок руди, що містили метал, і пустої породи. За таких методів порода вимивалася водою і опускалася вниз, а погано змочені (гідрофобні) частинки руди піднімались на поверхню, утворюючи багату на руду піну. За допомогою введення в пульпу спеціальних реагентів у вигляді селективних концентратів забезпечувалась можливість переважного виділення з поліметалевих руд одного з металів. Широке використання флотації значно розширило сировинну базу кольорової металургії, але потребувало корінних змін у техніці та технології виробництва кольорових металів. Для їх отримання з руд почали застосовувати також методи гідрометалургії, при яких метали, що містилися в руді, розчинялися спеціальними хімічними реагентами, а потім добувалися з розчинів.

На межі ХІХ-ХХ ст. значно розширився асортимент кольорових металів, які використовувались у промисловості. Отримало широке поширення виробництво нікелю, який використовувався у виробництві спеціальних сталей, а також виробів, які мали високі механічні, антикорозійні, магнітні, термоелектричні та інші властивості. У ХІХ ст. почали використовувати алюміній, але широкого поширення він набув лише у ХХ ст.

Хімічний спосіб отримання алюмінію потребував великих витрат. Тому до 1890 р. у світі було отримано всього 200 т цього металу. 1886 р. П.Еру у Францій та Ч.Холл у США незалежно один від одного майже одночасно взяли однакові патенти на отримання алюмінію електролізом з глинозему, розчиненого у розплавленому кріоліті. Цим було покладено початок сучасному електролітичному способу виробництва алюмінію й створенню алюмінієвої промисловості.

Поява рідких елементів, тугоплавких металів, вдосконалення технологічних методів створення матеріалів зі спеціальними властивостями покликало до життя ще одну прогресивну галузь металургії – порошкову (металокераміку), сутність якої полягає у виготовленні виробів шляхом пресування заготовок металічних порошків з їх подальшою обробкою.

Основою металокерамічних твердих сплавів є перш за все тугоплавкі карбіди вольфраму й титана. Суміші металічних порошків з вуглецем (карбіди), спресовані під певним тиском у напівфабрикати (заготовки), близькі за розмірами та формою до готових виробів, піддаються потім термообробці – спіканню – при високій температурі (до 1550⁰С).

Вперше методи порошкової металургії були розроблені російськими ученими П.Соболевським і В.Любарським у 20-х рр. ХІХ ст., але лише на початку ХХ ст. виникає необхідність у широкому застосуванні порошкової металургії. У цей час з тугоплавких металів почали виготовляти нитки для накалювання електричних ламп. Спочатку вони виготовлялись з осмію, а згодом – з тантала. У той же період з вольфраму почали виготовляти у США мідно-графітові щітки для електродвигунів.

Розвиток металургії позначився на гірничій справі. Потреби в руді та паливі змусили перейти до нових методів їх добування. У гірничій справі в останній чверті ХІХ ст. вдосконалюються всі процеси й операції добування корисних копалин. Але найважливішим було те, що на шахтах індустріально розвинутих країн світу з’являються й дедалі інтенсивніше використовуються врубові машини. Їх конструкція постійно вдосконалюється, підвищується надійність і технологічні показники. Вже на початку ХХ ст. гірнича промисловість стає однією з передових галузей індустрії.

На початку ХХ ст. вдосконалились технології виробництва соди, сірчаної кислоти (контактний метод), була вирішена проблема фіксації азоту повітря, винайдено каталітичний синтез аміаку, відкрито метод отримання азотної кислоти каталітичним окисленням аміаку, вдосконалено різні способи отримання хлору, відкрито синтез соляної кислоти.

У 70-х рр. ХІХ ст. почався новий період розвитку нафтопереробної промисловості, пов’язаний з використанням гасу для освітлення. Він став головним продуктом переробки нафти, а будівництво нафтоперегінних заводів отримало масовий характер. Інші побічні продукти перегонки нафти (бензин, мазут) спочатку спалювали або виливали у річки. Але згодом нафтою почали замінювати традиційне паливо – вугілля. З винайденням двигунів внутрішнього згоряння нафта отримала важливе значення у промисловості та на транспорті. Замість гасу почали виробляти бензин. Поступово хіміки відкривали все нові якості нафти і нафтопродуктів.

Інтенсивно розвивалась також техніка переробки кам’яного вугілля, що слугувало не тільки одним з основних видів палива, але стало необхідною сировиною для хімічної промисловості. Саме на основі продуктів переробки нафти та кам’яного вугілля почало розвиватись виробництво синтетичних органічних речовин і матеріалів. Вони отримали широке поширення в якості сировини і напівфабрикатів у різних галузях хімічної промисловості.

Великий внесок у розвиток технології переробки нафти зробив російський учений В.Шухов, який у 80-х рр. ХІХ ст. разом з інженером І.Еліним сконструював кубову батарею для безперервного процесу перегонки нафти, яка з 1883 р. почала працювати на заводі Нобеля у Баку. 1890 р. Шухов разом з інженером С.Гавриловим розробив апаратуру для крекінг-процесу, а наступного року йому був виданий патент на цей винахід. Винахідники замість куба застосували для крекінг-процесу систему труб, які зазнавали впливу гарячих газів. Для покращення теплопередачі було передбачено примусову циркуляцію. Саме цей винахід став основою сучасної схеми термічного крекінгу.

Досягнення хімії та хімічної технології створили передумови для отримання штучних і синтетичних матеріалів та зародження їх промислового виробництва. Поява штучних матеріалів – показник якісно нового і більш високого розвитку хімії. Для їх отримання спочатку майже завжди слугували відомі й перевірені на практиці природні матеріали. Перші дослідники лише відтворювали штучні матеріали, аналогічні природнім, які за своїми властивостями та якостями поступались останнім. Із вдосконаленням хімічної технології почали створюватися штучні матеріали, які не поступалися, а подекуди й перевищували за якістю природні.

Особливе місце серед штучних матеріалів зайняли синтетичні, що було наслідком більш глибокого перетворення речовини. Перші штучні полімерні матеріали були отримані внаслідок хімічної переробки природних полімерів – целюлози та білків. Синтетичні полімери почали отримувати не на основі природних полімерів, а з речовин зовсім іншого складу та властивостей. Вихідною сировиною тут слугували деякі простіші низькомолекулярні речовини, такі як етилен, ацетилен, фенол та деякі інші, які у великій кількості отримували при переробці нафти й кам’яного вугілля. Саме таким шляхом пішла хімія синтетичних матеріалів ХХ ст.

Розвиток хімічних технологій дозволив практично використати природні полімерні матеріали, в тому числі й налагодити виробництво штучного волокна на основі целюлози (нітроцелюлоза, віскоза, ацетилцелюлоза та ін.). Значний інтерес з’явився до пластичних мас, гуми, синтетичного каучуку. Великі зрушення були зроблені в галузі виробництва синтетичних фарбників і фармацевтичних препаратів.

Для хімічної технології початку ХХ ст. характерною рисою було використання 14 основних хімічних елементів, які складають 99,5% земної кори. Саме у цей час широко почали використовувати фтор, титан, хлор, магній, алюміній, а водень став основою сучасної хімії. Синтез аміаку, синтез спиртів, синтез рідкого палива та ін. щорічно вимагають виробництва мільярдів кубічних метрів водню.

Таким чином, характерною рисою хімічної технології початку ХХ ст. було застосування поширених елементів, які раніше майже не використовувалися у промислових масштабах, а також широке використання в якості хімічної сировини твердого палива, рідких і газоподібних вуглеводнів.

Машинобудування у розглядуваний період характеризується бурхливим розвитком електричного двигуна, який стає основою машинного виробництва. Застосування електричного приводу дозволило розробити багато типів металоріжучих верстатів, перейти до їх широкого випуску, забезпечити виготовлення складних енергетичних, транспортних, гірничих, металургійних, сільськогосподарських машин, виробів та обладнання для комунальної та побутової техніки. Всі ці фактори визначили характер розвитку машинобудування на межі ХІХ-ХХ ст.

Проста кооперація однорідних або різнорідних робочих машин середини ХІХ ст. у машинобудуванні поступово на початку ХХ ст. була замінена розчленованою системою машин. Вона була складною сукупністю різнорідних, але діючих одночасно машин, які отримували рух не від одного спільного двигуна, а від індивідуальних двигунів при кожній машині.

Зростання випуску машин, розширення фабрик та заводів супроводжувалися все більшою спеціалізацією виробництва. Спеціалізація дозволила значно вдосконалити техніку, технологію та організацію виробництва й врешті-решт набагато збільшити випуск машин та обладнання. Машинобудування розпадається на окремі вузькоспеціалізовані галузі.

Розширення підприємств вимагало все більшої спеціалізації металообробного обладнання. На вузькоспеціалізованих верстатах оброблялась одна деталь або виконувалася лише одна виробнича операція. Таке звуження функцій верстата при значному зростанні його виробничих потужностей створювало нові можливості для масового випуску продукції, а також для подальшої автоматизації самого процесу виробництва.

У металообробці з початком ХХ ст. визначається напрям на підвищення якості й робочої швидкості верстатів. Збільшення швидкостей різання металу досягалось запровадженням різців з легованих сталей, а згодом застосовувалися різці з особливих надтвердих сплавів. Вдосконалення ріжучих інструментів, експериментальні та теоретичні дослідження процесів металообробки сприяли значному покращенню конструкції верстатів, зростанню їх потужності. Це змушувало вдосконалювати привід верстатів і способи керування ними.

Важливою особливістю техніки машинобудування на межі ХІХ-ХХ ст. було значне підвищення точності виробництва машин, що значною мірою було пов’язане з роботами відомого англійського верстатобудівника Д.Вітворта. Калібри Вітворта, які допускали точність підгонки машинних деталей порядку однієї десятитисячної частини дюйма вже у 1890-х рр. стали невід’ємною частиною кожного машинобудівного заводу в Європі та Америці.

У цей період світове верстатобудування використовувало 5 основних типів металообробних верстатів: токарні, свердлильні, стругальні, фрезерувальні, шліфувальні. Застосування спеціалізованих та високопродуктивних металоріжучих верстатів, дотримання методів точних вимірів, запровадження стандартів та принципів взаємозамінності деталей підготувало технічну базу для переходу машинобудування до серійного й масового виробництва.

3. Якісні зміни у розглядуваний період відбулись у залізничному транспорті. В останній третині ХІХ ст. залізниці в Європі та Північній Америці зв’язали найбільші міста, що різко скоротило транспортні витрати і сприяло збільшенню обсягів торгівлі. Будівництво нових магістралей супроводжувалось технічним вдосконаленням паровозного та вагонного парків.

Разом з тим, вже напередодні Першої світової війни паровоз у своєму конструктивному рішенні досягнув межі, що стимулювало дослідження в галузі створення принципово нових засобів тяги. Вже в останній чверті ХІХ ст. визначились контури нових напрямів локомотивобудування: електровозо- та тепловозобудування. Перше практичне втілення електрифікації залізниць було здійснено німецьким інженером В.Сіменсом у 1881 р.

Протягом значного часу інженерна думка працювала над вдосконаленням техніки подачі струму до електровозу. 1883 р. американський інженер Л.Дафт побудував перший магістральний електровоз (“Amper”) для стандартної колії на залізниці Саратога – Мак-Грегор. У 1885 р. бельгійський інженер Ван-Депуль у Торонто побудував перший трамвай з одним повітряним робочим дротом. У його схемі зворотнім дротом слугували ходові рейки. Вздовж лінії побудували стовпи з консолями, до яких прикріплювалися ізолятори з робочим дротом. Саме ця система підвіски виявилася дуже раціональною, після технічного вдосконалення вона була прийнята в багатьох країнах. Вже 1897 р. у США знаходилось в експлуатації 25 тис. км електричних доріг трамвайного типу. У 1890 р. повітряний дріт з’явився вперше в Європі на трамвайній лінії в м. Галле (Німеччина).

Будівництво залізниць великої протяжності наштовхувалось на труднощі, пов’язані з великими втратами енергії, які викликала передача постійного струму на великі відстані. З появою у 1880-х рр. трансформаторів змінного струму, що давало можливість передавати струм на великі відстані, вони були введені у схеми живлення електроенергією залізничних магістралей. Центральна електростанція виробляла трифазний струм, який трансформувався на високу напругу, що подавався до відповідних дільниць лінії. На кожній з дільниць існувала своя понижуюча підстанція, від якої перемінний струм спрямовувався до електровозу змінного струму, а від нього відбувалось живлення робочого приводу. Внаслідок впровадження у середині 90-х рр. ХІХ ст. на залізничному транспорті трифазного струму значно спростилась вся система його передачі. 1893 р. у США було побудовано електровоз вагою 30 т і потужністю 240 к.с., а вже в період Першої світової війни було створено потужні електровози вагою до 275 т.

У 80-х рр. ХІХ ст. конструктори залізничних локомотивів зацікавились ідеєю використання двигуна внутрішнього згоряння для побудови автодрезин і мотовозів, перший з яких потужністю 4 к.с. був побудований Даймлером 1888 р. у Штутгарті.

Внаслідок впровадження двигуна внутрішнього згоряння на залізничному транспорті почав формуватися новий напрямок – тепловозобудування. Вже на початку ХХ ст. починається будівництво тепловозів з електричною системою передачі обертального моменту від вала двигуна внутрішнього згоряння рухомим вісям локомотива. 1909 р. на Коломенському заводі (Росія) розробили проект тепловоза з електричною передачею, використавши розробки інженерів Кузнєцова та Одинцова. Енергетична установка складалася з двох трициліндрових дизелів загальною потужністю 1000 к.с., які приводили в рух один генератор. Струм подавався до чотирьох електродвигунів тепловозу. По закінченні війни були завершені проектно-конструкторські роботи і тепловози вийшли на залізничні магістралі.

Бурхливий розвиток залізничного транспорту поставив на порядок денний вирішення проблеми будівництва мостів, яка полягала у збільшенні проїзної будови, збільшенні ваги локомотивів і швидкості руху поїздів. Це змусило інженерів зайнятися розробкою науково обґрунтованих методів розрахунку будівництва мостів, а також принципово нових методів їх будівництва.

Одним з напрямків прискореного будівництва мостів була розробка збірно-розбірних конструкцій у мостобудуванні. Найбільш досконалими виявились рішення будівельника паризької вежі, інженера Г.Ейфеля, який використав ферму з трикутною решіткою. Однак російський інженер Є.Патон розробив більш легку, дешеву дворешітчату конструкцію. У порівнянні з фермою Ейфеля вона давала економію на кількість основних компонентів у 2,3 рази, на малих з’єднувальних частинах у 7,2 рази, на болтах – 25%. Вага конструкції, запропонованої Патоном, становила 52% від конструкції Ейфеля.

Розвиток залізничного, водного та міського транспорту викликав необхідність будівництва тунелів. За призначенням їх можна поділити на три основні групи: залізничні, судноплавні, метрополітен. Перший тунель було побудовано в Англії у 1830 р. на лінії Ліверпуль – Манчестер. В останній чверті ХІХ ст. у швейцарських Альпах було споруджено Сен-Готардський тунель довжиною 14894 м. Під час їх будівництва доводилося долати значні технічні труднощі: відкачку ґрунтових вод, вентиляцію, високу температуру. Урбанізація кінця ХІХ ст. поставила ще одну велику проблему міст – розвиток транспорту, який значною мірою було вирішено шляхом будівництва метрополітену. 1863 р. у Лондоні було споруджено першу підземну дорогу завдовжки 3,6 км, яка обслуговувалася спеціальними паровозами. На європейському континенті перше метро з’явилось 1896 р. у Будапешті, 1900 р. – у Парижі, 1902 р. – у Берліні. З розвитком електротранспорту відбулось технічне переоснащення метрополітену. На 1905 р. електрична тяга повністю витіснила парову на підземних дорогах.

Як і у залізничному транспорті, в останній чверті ХІХ ст. паровий двигун для морських суден вичерпав можливості вдосконалення. Подальший розвиток морського флоту залежав від принципово нових видів двигунів, нових рушіїв, вдосконалення судових гвинтів та форм корпусу кораблів. Двигун типу турбіни вніс революційні зміни у всю систему “двигун – рушій – корабель”. Зростання швидкості обертання гвинта потребувало перебудови форм рушія, а зміни форми гвинта в сукупності зі зростанням швидкості обертання викликали зростання швидкості судна, що призвело до суттєвої модернізації всієї конструкції кораблів.

Реалізацією проблеми використання турбіни як двигуна у 1884 р. зайнявся інженер Ч.Парсонс. Йому довелося долати появу ефекту кавітації (руйнування гвинта при збільшенні швидкості обертання). Тільки у 1897 р., після запровадження гвинтів нових форм проблему було розв’язано. 44-тонна “Турбінія”, побудована Парсонсом, розвивала швидкість 34,5 вузла. На початку ХХ ст. турбіни поширилися на швидкісних, особливо військових суднах.

Паралельно з впровадженням турбін в якості корабельних двигунів почалось використання дизельних двигунів на флоті. Малі габарити, низькі витрати палива, зменшення кількості обслуговуючого персоналу, відсутність диму говорили на користь двигуна внутрішнього згоряння. Проблема їх широкого використання полягала у запровадженні реверсу. Остаточно завдання було розв’язане у 1908 р. з побудовою реверсивного чотиритактного дизеля на петербурзькому заводі Л.Нобеля. Такими двигунами потужністю 120 к.с. були оснащені підводний човен “Мінога”, згодом канонерські човни “Карс” та “Ардаган”.

Успіхи експлуатації дизельних двигунів на невеликих суднах призвели до будівництва великих морських кораблів з такими двигунами. Першим був побудований в Росії теплохід “Дело” вантажопідйомністю 5 тис. тонн, оснащений двома дизельними двигунами потужністю 1 тис. к.с., що давало змогу розвивати швидкість 9,5 вузлів. Всього до 1913 р. у світі було побудовано 80 теплоходів.

На початку ХХ ст. відбулись значні зрушення в проектуванні корпусів кораблів. Вдосконалювалась не лише форма судна, але й впроваджувалися важливі конструктивні елементи, що забезпечували безпеку кораблів. Адмірал російського флоту С.Макаров запропонував розділяти судно на низку відсіків водонепроникними перегородками. При пошкодженні обшивки корабля і заповненні відсіку з одного боку відповідний відсік з другого боку також міг бути заповнений водою, що дозволяло уникнути крену і диференту корабля. Роботи в цьому напрямі у 1902 р. завершив академік А.Крилов, який розробив таблиці незатоплюваності корабля. Він розробив теорію використання гіроскопів для заспокоєння качки судна та інші теоретичні питання.

Наприкінці ХІХ ст. за участю С.Макарова було побудовано найпотужніший на той час криголам “Єрмак” (потужність двигунів 9,4 тис. к.с.). З нього, а також з побудованих у Петербурзі у 1909 р. криголамів “Таймир” та “Вайгач” розпочалось освоєння Північного льодовитого океану.

На судноплавство й структуру морського флоту в цілому суттєвий вплив мало будівництво каналів між морями, океанами та протоками на межі ХІХ-ХХ ст. Значним досягненням стало відкриття Суецького каналу (1869), який з’єднав Середземне та Червоне моря (довжина 173 км). Важливе економічне й військово-стратегічне значення мав відкритий 1914 р. Панамський канал, що з’єднав Атлантичний та Тихий океани. Його загальна довжина 81,6 км. Водороздільна дільниця знаходиться на висоті 25,9 м над рівнем океану, судна підіймаються на цю висоту за допомогою шести шлюзів. Канали суттєво вплинули на процес скорочення вітрильного флоту, оскільки в їхніх умовах маневр суден був важким.

Машинно-фабричне виробництво призвело до динамічного розвитку будівельної галузі на початку ХХ ст. Розширилась її матеріальна база під впливом нових будівельних матеріалів. Серед них найбільша питома вага належала металам та сплавам, що давало можливість створювати різноманітні будівельні конструкції та споруди, конструювати для них нові механізми та машини. Значного поширення у цей час набули сталь, цемент та залізобетон.

Будівництво портових споруд з цементного бетону, яке стимулювалось швидким розвитком морської торгівлі, виявило суттєвий недолік цього матеріалу – повільне зростання його експлуатаційної міцності. 1908 р. американець Г.С.Шпекман і француз М.Бід створили новий цемент, який отримав назву глиноземного. Його використання дозволило досягати експлуатаційної міцності споруд менш ніж за добу.

З 70-х рр. ХІХ ст. у будівельній техніці поступово починає набувати поширення залізобетон. Його винахідником був француз Ж.Моньє, який 1873 р. отримав патент на будівництво мостів з цього матеріалу, а через два роки винахідник побудував пішохідний місток завдовжки 16 м та завширшки 4 м. Перші промислові мости з’явились 1887 р. у Німеччині та Австро-Угорщині. За наступні 12 років було побудовано 320 таких споруд.

Важливе значення у розвитку залізобетонного будівництва відіграла військова фортифікація. Міцність армованого бетону у 4 рази перевищувала неармований. Значний інтерес до використання залізобетону полягав у його високій вогнестійкості у порівнянні із металевими конструкціями, які втрачали опір розтяжінню на 50% при нагріванні до 500⁰С. Залізобетонні конструкції за таких і вищих температур не втрачали своїх властивостей. Вони були також майже позбавлені впливу корозії.

Урбанізація і постійне зростання ціни на землю в містах робили необхідним підвищення висотності будинків. До середини 80-х рр. ХІХ ст. існувала практика будівництва будинків максимум у 6 поверхів (товщина стін становила ¹/₆ їх висоти). Зростання ваги стіни вимагало зменшення розмірів вікон. Американець М.Барон Дженні зумів розвантажити масу стіни за допомогою металевих стійок, що проходили всередині будови через усю її висоту. 1890 р. його співвітчизник Саллівен розрізав стіну на поверхові пояси, перетворивши її таким чином у каркасну металеву етажерку. Це дало змогу вже напередодні Першої світової війни перейти через 40-поверхову межу.

4. Особливістю розвитку технічних наук напередодні світової війни була їх націленість на створення нових видів озброєння та військової техніки. Військово-політичні кола провідних держав світу основний наголос робили на мілітаризацію промисловості та озброєння своїх армій найсучаснішою військовою технікою. Її прогрес у цей період базувався на досягненнях природничих і технічних наук, і цей процес мав свої особливості. З одного боку, військова справа, що перетворилась на окрему галузь промисловості, не могла розвиватись без науки, без спеціальних теоретичних наукових досліджень. Природничі науки широко використовувались для розробки принципово нових технічних пристроїв військового призначення. Більше того, низку зразків військової техніки взагалі неможливо було створити без попередніх наукових досліджень.

З іншого боку, необхідність вирішення нових наукових проблем у різноманітних галузях військової справи слугувала важливою передумовою для проведення спеціалізованих теоретичних та експериментальних досліджень і тим самим створювала стимул для форсованого розвитку вже існуючих та зародження нових технічних наук, а також для виникнення нових напрямів досліджень у фундаментальних науках. Наприклад, перехід до нарізної зброї, бездимного пороху, розвиток робіт з внутрішньої балістики стимулювали успіхи фізико-хімічних наук і термодинаміки.

У 70-х рр. ХІХ ст. була створена магазинна гвинтівка. Але її бойові якості втрачалися через застосування у патронах димного пороху. 1884 р. французький учений Вьєль зміг виготовити бездимний піроксиліновий порох. Це відкриття зробило винайдений за рік до цього американським інженером Х.Максимом станковий кулемет з водяним охолодженням ствола грізною зброєю. Автоматика кулемета базувалася на принципі віддачі ствола, яка до цього не використовувалась. У Росії, незалежно від Вьєля, бездимний порох відкрив Д.Менделєєв, разом з Л.Федотовим та І.Чельцовим, який отримав назву піроколоїдного. Починаючи з 1891 р. розпочався його промисловий випуск. Того ж року на озброєння російської армії була прийнята трьохлінійна магазинна гвинтівка конструкції С.Мосіна під патрон калібру 7,62 мм. Витримавши кілька модернізацій, вона знаходилася на озброєнні близько 60 років.

До початку ХХ ст. у всіх промислово розвинутих країнах було налагоджено виробництво бездимного пороху. Це дало можливість перейти до модернізації вже прийнятих на озброєння зразків і до створення нових. Так, у Росії, де кулемет Максима випускався у великій кількості, П.Третьяков та І.Пастухов провели його модернізацію у 1910 р. Кулемет отримав новий зручний колісний станок Соколова. Вага всієї системи становила тепер близько 63 кг.

Конструкція кулеметів постійно вдосконалювалася. З’явилися легкі (ручні) кулемети конструкції Льюїса, Віккерса, Гочкіса та ін. У 1913 р. Третьяков модернізував кулемет Льюїса, який згодом був прийнятий на озброєння російської армії.

До початку війни у багатьох країнах були створені декілька типів автоматичних гвинтівок. Однак їх широке впровадження не було здійснене жодною з держав, головним чином, з фінансових міркувань. Автоматичні гвинтівки з’явилися у військах лише наприкінці війни. Так, російський конструктор В.Федоров у 1916 р. створив тип зброї, яка згодом отримала назву автомат (штурмова гвинтівка).

Постійно вдосконалювалася зброя піхоти ближнього бою: гранати різних типів, гранатомети, міномети. У Росії міномети були створені раніше, ніж в інших країнах, але військове міністерство зволікало з їхнім випуском. На 1914 р. лише німецька армія мала цей вид озброєння у достатній кількості, а всі інші воюючі держави збільшували їх випуск вже під час війни.

Артилерія вже на початок ХХ ст. становила у всіх арміях світу найбільш потужний рід військ, що було пов’язано з прийняттям на озброєння сучасних артилерійських систем і застосуванням нових вибухових речовин. 1887 р. французький хімік Е.Тюрпен відкрив мелініт – вибухову речовину, яку отримували на основі пікринової кислоти. Основною сировиною для виробництва вибухових речовин на початку ХХ ст. були азотисті сполуки – нітрати, які вироблялись у європейських країнах з ввізної чилійської селітри або з побічних продуктів коксохімічних заводів. Вже у роки франко-прусської війни нарізні гармати з новими снарядами показали переваги над старими. Точність їхнього вогню зросла у п’ять разів, але дальність стрільби ще не перевищувала 3,5 км.

Напередодні Першої світової війни конструктори створювали нові артсистеми та вдосконалювали вже існуючі. Основна увага приділялася влучності, дальності та швидкості стрільби, а також надійності артилерії та зручності транспортування. Так, у російській армії на озброєння була прийнята 76-мм гармата зразка 1902 р., яка з 1906 р. випускалася з панорамним дуговим прицілом і щитовим прикриттям. Поряд з гарматами з’явилися гаубиці, які були здатні вести навісний вогонь і вражати ворога за зворотними скатами висот, руйнувати інженерні споруди на полі бою. У роки війни артилерія вела вогонь на відстанях 18-22 км, а спеціальні далекобійні гармати – до 39 км. На початок 1918 р. у Німеччині було створено 6 гармат “Колоссаль”, стволи яких мали довжину 34 м. Вони встановлювалися на спеціальних бетонних платформах і важили близько 750 т. З них німці обстрілювали Париж з відстані у 120 км.

Застосування на полі бою у масових масштабах важкої артилерії вимагало механічної тяги – гусеничних та колісних тракторів, спеціальних рухомих конструкцій. Надважкі артсистеми перевозилися на спеціальних залізничних платформах.

Поява військової авіації призвела до створення протиповітряних кулеметів та зенітної артилерії. Так, у Росії з 1914 р. була прийнята на озброєння 76-мм зенітна гармата з клиновим напівавтоматичним затвором конструкції Ф.Лендера. Всього ж в арміях воюючих країн кількість артилерійських систем усіх типів зросла з 20 тис. у 1914 р. до 85 тис. у 1918 р.

У війні 1914-1918 рр. була застосована нова зброя – хімічна. Першими бойовими отруйними речовинами були хлор, хлорпікрин, фосген, іприт. 22 квітня 1915 р. під м. Іпр німецьке командування на фронті 6 км наказало випустити 180 т хлору. За 5 хв. газової атаки з ладу було виведено 15 тис. французьких і англійських солдатів та офіцерів, з них 5 тис. загинуло. Автором німецької хімічної зброї був Ф.Габер. У тому ж році російський хімік М.Зелінський створив протигаз. Невдовзі протигази різних конструкцій були прийняті як засоби захисту в арміях усіх воюючих держав.

Під час Першої світової війни було застосовано понад 50 токсичних сполук. Усього за 1915-1918 рр. армії всіх країн використали понад 125 тис. т отруйних речовин, загальні втрати від застосування яких становили близько 1 млн. осіб.

На початок світової війни авіація виконувала допоміжні розвідувальні функції. На 1914 р. в арміях усіх країн нараховувалося близько 600 літаків у строю та близько 1000 у запасі. Їхня якість була низькою, вони не були озброєні. Але вже у ході війни авіація почала досить швидко розвиватись. Влітку 1915 р. сформувалися три роди військової авіації: поряд з розвідувальною з’явилися винищувальна та бомбардувальна.

Французькі та англійські інженери влітку 1915 р. почали встановлювати на літаки кулемети. Восени того ж року у Німеччині було побудовано одномісний винищувач-моноплан “Фоккер” з двигуном потужність 80 к.с. та спеціальним синхронізуючим пристроєм, який дозволяв вести вогонь крізь гвинт. У відповідь союзники створили “Ньюпор” – одномісний винищувач-біплан із синхронізованим кулеметом Льюїса.

У ході війни прогрес винищувальної авіації був дуже великим. Вже у 1918 р. англійці створили “Бристоль Файтер”, “S-5”, французи – “Спад”, озброєні кількома синхронізованими кулеметами кожний, на що німецькі конструктори відповіли “Альбатросом” і “Гальберштадтом”. Потужність двигунів цих винищувачів становила вже 220-300 к.с., швидкість сягала 190-220 км/год, а висота польоту сягала близько 7 тис. метрів.

Під час війни винищувачі збили 85% усіх літаків і дирижаблів, а зенітна артилерія – 15%. Поряд з масовими повітряними операціями цілих ескадрилій винищувачів поширилася практика індивідуальних рейдів кращих пілотів-асів.

Поряд з винищувальною авіацією швидкого розвитку набула й бомбардувальна. Великий внесок у її розвиток зробив випускник КПІ І.Сікорський. Він розпочав свої дослідження з проблем несучого гвинта, які продовжив згодом у США. Але напередодні Першої світової війни Сікорський зосередився на проблемі створення багатомоторних літаків. Сконструйований ним у 1913 р. літак “Русский витязь” (“Гранд”) став прототипом 5-тонного “Ільи Муромца”, над створенням якого працював очолюваний І.Сікорським авіаційний відділ заводу “Руссо-Балт” у Петербурзі. Поряд з Сікорським працювали конструктори К.Ергант, М.Клімікєєв, В.Панасюк, князь Кудашев, Г.Адлер та ін. Літаки перших серій А та Б споряджалися чотирма 140-сильними двигунами “Аргус” німецького виробництва. 16-17 червня 1914 р. другий літак серії Б, пілотований Сікорським, здійснив переліт з Петербургу до Києва з однією посадкою. На честь цієї події вся серія отримала назву “Київської”.

На 1 серпня 1914 р. було побудовано чотири “Муромці”. Вони у грудні 1914 р. увійшли до складу ескадри повітряних кораблів (ЕПК), яка стала першим в історії з’єднанням бомбардувальників. Її начальником був призначений М.Шидловський, а управління знаходилося при штабі Верховного головнокомандуючого. Починаючи з лютого 1915 р., ескадра здійснила понад 400 бойових вильотів.

У 1915 р. інженер авіаційного відділу заводу “Руссо-Балт” Кірєєв сконструював шестициліндровий рядний двигун водяного охолодження Р-БВЗ потужністю 150 к.с. – перший авіадвигун російської розробки. Цими двигунами споряджалися літаки серії В, яких було побудовано 30 машин. Вони були озброєні 4 кулеметами та підіймали 417 кг бомб (екіпаж – 6 чол.). Для озброєння “Муромців” були створені 80-, 240- та 410-кілограмові фугасні бомби. Літаки серії Е, яку почали випускати з 1916 р., споряджалися двигунами “Рено” потужністю 220 к.с. кожний і були озброєні 8 кулеметами.

У повітряних боях був збитий один “Ілья Муромец”, а вогнем бомбардувальників було збито 12 німецьких і австрійських винищувачів. Ще два “ Муромці” були збиті зенітним вогнем. Усього було побудовано понад 40 машин, у боях брало участь 35.

Союзники Росії пішли тим же шляхом у розвитку бомбардувальної авіації – почали створювати багатомоторні літаки спеціального призначення. Так, у Франції був прийнятий на озброєння двомоторний “Фарман F-50” з двигунами потужністю 440 к.с. та швидкістю 146 км/год. У Німеччині вже під кінець війни побудували 64 бомбардувальники типу “R”, оскільки військове керівництво країни у якості бомбардувальників використовувало дирижаблі. Всього ж за роки війни було побудовано у всіх країнах близько 200 тис. бойових літаків.

На 1914 р. у Німеччині було підготовлено кілька ескадрилій жорстких (системи Цепеліна й Шотте-Ланца) та м’яких (системи Парсеваля) дирижаблів. Німецьке командування ретельно приховувало технологію виготовлення дюралюмінію – основного матеріалу, з якого були зроблені каркаси жорстких дирижаблів. Під час війни Німеччина використала у бойових діях 123 дирижаблі. Об’єм найбільших з них становив 68,5 тис. м³. Вони здійснили близько 800 вильотів. Найпотужнішим серед них був наліт на Лондон 12 цепелінів 2 вересня 1916 р.

Не маючи технічних можливостей для побудови дирижаблів, союзники шукали можливості для боротьби з ними. 1916 р. винахідник Бакенгем створив фосфорну запалювальну кулю, а майор Брок – розривну. Черги британських та французьких винищувачів, зроблені такими кулями, пробивали жорстку оболонку цепелінів і підпалювали водень, яким вона була наповнена. Наприкінці війни більша частина німецьких дирижаблів була знищена винищувачами, зенітним вогнем або бомбардувальниками союзників прямо в елінгах.

Під час Першої світової війни з’явилися танки – броньовані, озброєні гарматами і кулеметами бойові машини. Проекти бойових сухопутних машин розроблялись у різних країнах напередодні війни: у 1903 р. капітаном французької армії Левассаром; у 1911 р. російським інженером В.Менделєєвим (сином відомого вченого); у 1912 р. лейтенантом австро-угорської армії Бурштином. Але всі вони були відхилені. Лише у Великій Британії у 1914 р. ідея “сухопутного крейсера” зустріла підтримку тодішнього військово-морського міністра В.Черчилля. За його наполяганням міністерство виділило 70 тис. ф.ст. на виготовлення 18 дослідних зразків, проекти яких були створені полковником Суінтоном та незалежно від нього інженерами Тріттоном та Вілсоном. З метою збереження таємниці було прийнято кодову назву “танк”, тобто англійською “цистерна”. Це ввело німецький генеральний штаб в оману, який відкинув усі повідомлення своїх розвідників стосовно нової військової техніки як британську дезінформації. Все змінилося після 15 вересня 1916 р., коли союзне командування вперше застосувало 32 танки у битві на р. Соммі у Франції. Попри те, що безпосередньо у бою взяли участь тільки 18 машин, а інші вийшли з ладу з технічних причин, військовим спеціалістам вже було цілком зрозуміло, що танки відтепер домінуватимуть на полі бою.

Битва біля м. Камбре 20 листопада 1917 р. показала, на що здатні броньовані машини. Союзники кинули в атаку 378 танків. Вони прорвали укріплені позиції німецької армії й просунулись у глибину її оборони на8 км. Було захоплено 8 тис. полонених і 100 гармат.

Британські важкі танки М-1 важили близько 30 т і мали швидкість 5 км/год. Наступні модифікації (особливо М-5), а також “Уіпетт” мали потужніші двигуни та покращену ходову частину, міцнішу броню. У Франції пішли шляхом створення легких 7-тонних танків “Рено” зі швидкістю 8 км/год та середніх (вагою понад 10 т) “Сен-Шамон”, “Шнейдер”, 1-А. Кілька десятків німецьких А-7-V, які з’явилися під кінець війни, хоч і мали надійні двигуни, але були недостатньо броньовані й озброєні, не могли суттєво вплинути на хід подій на Західному фронті.

У ході війни армії всіх воюючих країн широко використовували броньовані автомобілі (броньовики), створені як на базі серійних автомобілів, так і спеціально сконструйовані. Крім того, автомобілі почали використовувати як засіб швидкого перевезення військ на поле бою (паризькі таксі у битві нар. Марні 6-9 вересня 1914 р.).

Підготовка до світової війни країнами-учасницями військових блоків справила великий вплив на розвиток військових флотів. Успіхи металургійної та металообробної промисловості, суднобудування, поява парових турбін дозволили наприкінці ХІХ ст. перейти до широкого застосування бронювання. Поява у 1892 р. броньових плит, легованих нікелем, освоєння у 1894 р. способу виготовлення цементованої односторонньо загартованої броні з хромонікелемолібденової сталі та потужних парових турбін дало можливість створити якісно нові типи кораблів – лінкори (головні у серії “Дредноут”, Англія; “Севастополь”, Росія); лінійні крейсери (“Інвінсибл”, Англія); ескадрені міноносці (“Новік”, Росія; “Z”, Німеччина). Крейсери, дещо поступаючись лінкорам у потужності озброєння, проте значно перевищували їх у швидкості (понад 32 вузли). Есмінці типу “Новік” розвивали швидкість 37 вузлів (50 км/год) й були озброєні торпедними апаратами та чотирма 100-мм універсальними гарматами.

Особливе місце серед технічних засобів військово-морського флоту займали підводні човни. До початку ХХ ст. їх будівництво знаходилось в експериментальній стадії й лише після російсько-японської війни вони почали надходити на озброєння флотів Німеччини, Англії, Італії, Росії та США. За проектом російського інженера І.Бубнова у 1912 р. було створено підводні човни типу “Барс” з дизельним двигуном (водотоннажністю 650/750 т), які перебували на озброєнні радянського ВМФ до кінця Другої світової війни.

Розпочавши світову війну з 30 підводними човнами, Німеччина до листопада 1918 р. побудувала ще 300. Вони потопили 5408 суден союзників та нейтральних країн загальним тоннажем 19,4 млн. т. У відповідь у країнах Антанти були створені спеціальні протичовнові бомби та сіті, міни загородження, артилерійські снаряди тощо. Після капітуляції Німеччина передала союзникам 138 човнів, що залишились у строю.

У ході Першої світової війни підводні човни виявили себе могутнім засобом боротьби на морських комунікаціях (73% загального потопленого тоннажу). Зокрема, у Німеччині з’явились підводні човни водотоннажністю до 2,5 тис. т, швидкістю 18/10 вузлів, озброєні вісьмома 533-мм торпедними апаратами, з дальністю автономного плавання до 5 тис. миль. Загалом, склад військових флотів воюючих країн налічував усі класи сучасних бойових кораблів, включаючи й авіаносці, які з’явилися наприкінці Першої світової війни.

Загалом на межі ХІХ-ХХ ст. бурхливий розвиток електроенергетики, металургії, машинобудування, хімічної промисловості, транспорту призвів до якісно нового етапу розвитку людства. Але соціальні та економічні проблеми, які накопичилися протягом попередніх десятиліть, сприяли тому, що досягнення науки і техніки були спрямовані не на покращення життя людей, а призвели до розв’язання світової війни.

 

ЛІТЕРАТУРА

1. Бєсов Л.М. Історія науки і техніки: Навч. посіб. для студ. вищих навч. закладів. – Харків: НТУ “ХПІ”, 2005. – 376 с.

2. Всесвітня історія: Навч. посіб. / Б.М.Гончар, М.Ю.Козицький, В.М.Морвдінцев, А.Г.Слюсаренко. – К.: Т-во “Знання”, КОО, 2002. – 565 с.

3. Киндер Г., Хильгеман В. Всемирная история / Пер. с нем.. – М.: Рыбари, 2003. – 638 с.

4. Техника в ее историческом развитии: От появления ручных орудий труда до становления техники машинно-фабричного производства / Под ред. С.В.Шухардина и др. – М.: Наука, 1979. – 416 с.

5. Шухардин С.В.История науки и техники: Учеб. пособие. – Ч.ІІ: С конца ХVIII века и до начала ХХ века. – М., 1976. – 168 с.

6. История механики с конца ХVIII века до середины ХХ века / Под ред. А.Т.Григорьяна, И.Б.Погребысского. – М.: Наука, 1972. – 414 с.

7. Зворыкин А.А., Осьмова Н.И., Чернышев В.И., Шухардин С.В. История техники. – М.: Изд-во социально-экономической литературы, 1962. – 772 с.

8. Виргинский В.С., Хотеенков В.Ф. Очерки истории науки и техники 1870-1917: Учеб. пособ. – М.: Просвещение, 1989. – http://www.bibliotekar.ru/istoria-tehniki/index.htm

 

---

Дата добавления: 2016-01-05; просмотров: 18; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!