أيوليبيل

الأيوليبيل (بالإنجليزية: Aeolipile)‏ ويعهد أيضا بمحرك هيرو، هوتوربين بخاري شعاعي سهل وعديم الشفرة، يدور عند تسخين حاوية المياه المركزية. ينتج عزم الدوران بواسطة نفاثات بخارية تخرج من التوربين، تشبه إلى حد كبير محرك نفاث أومحرك الصواريخ. في القرن الأول الميلادي وصف العالم هيرون الاسكندراني (Hero of Alexandria) الجهاز في مصر الرومانية، ومنحته الكثير من المصادر الفضل في اختراعه.

يعد الايوليبيل الذي وصفه العالم هيروأول محرك بخاري مسجل أوأول توربين بخاري تفاعلي. اشتق هذا الاسم من الحدثة اليونانية ايوكسوس (Aioxos) والحدثة اللاتينية بيلا (pila) ويترجم إلى حدثة كرة ايولوس (ball of Aeolus) ايولوس هوأله الهواء والرياح اليوناني.

في القرن الأول قبل الميلاد، استباقا لكتابات هيرو، وصف العالم فيتروفيوس (Vitruvius) جهاز يدعى ايوليبيل في اطروحته De architecture؛ ومع ذلك فمن غير الواضح ما إذا كان قد وصف نفس الجهاز أوجهاز قبله، لأنه لا يذكر الأجزاء الدوارة في اطروحته.

الوصف والخواص

يتكون الايوليبيل من وعاء، عادة ماقد يكون صلبا "بسيطا" للدوران. مثل كرة أوأسطوانة، لتدويرها حول محورها، مع وجود فوهات منحنية أومنحنية بشكل معاكس تنبثق منها (أطراف نفاثة). وعند ضغط الوعاء بالبخار، يطرد البخار عبر الفوهات، مما يولد قوة دفع بسبب مبدأ الصواريخ السابع نتيجة لقوانين نيوتن الثانية والثالثة للحركة.

وعندما تنتج الفوهات المتعاكسة قوى على خطوط عمل مختلفة عموديا على محور المحامل، تتحد اتجاهات الدفع لتنتج لحظة دوران (زوجان ميكانيكيان)، أوعزم دوران، مما يتسبب في دوران الوعاء حول محوره. وتتراكم قوى السحب الهوائية والاحتكاك في المحامل بسرعة مع زيادة سرعة الدوران(*rpm) وتستهلك عزم الدوران المتسارع، وفي النهاية تقوم بإلغائه وتحقيق سرعة ثابتة.

كما وصف هيروالجهاز، عادة ما يتم تسخين الماء في مغلاة بسيطة تشكل جزءا من حامل الوعاء الدوار. عندماقد يكون الامر هكذا، يتم توصيل المغلاة بالحجرة الدوارة بواسطة زوج من الانابيب التي تعمل كمحور للحجرة. وبدلا من ذلك، تعمل الحجرة الدوارة نفسها كغلاية، وهذا الترتيب يبسط بشكل كبير الترتيبات المحورية/المحامل، اذ انها لا بحاجة بعد ذلك إلى تمرير البخار.

التاريخ

ويعتمد كلا العالمين هيرووفيتروفيوس على الاعمال التي قام بها كسيبيوس Ctesibius (285-222 ق.م) أوتيسيبيوس Ctesibiusأوكتسيبيوس Ktesibios أوتيسيبيوس Tesibius في وقت سابق بكثير. وكان بطليموس مصر مخترعا وعالم رياضيات في الإسكندرية. خط أول اطروحاته في فهم الهواء المضغوط واستخداماته في المضخات.

وصف العالم فيتروفيوس

يذكر فيتروفيوس في العام (80 ق.م -15م) الأليفونيات ب اسمipolipyla:

هي تعبير عن أوعية مجوفة، بها فتحة أوفم صغير الحجم، يمكن من خلالها ملء الماء. قبل تسخين الماء على النار، لكي تنبعث رياح خفيفة وبمجرد حتى يبدأ الماء في الغليان تصدر رياح عنيفة.

وصف هيرو

اتبع هيرومقاربة أكثر عملية، اذ أنه يعطي تعليمات حول كيفية خلق هذا الجهاز: رقم 50.

لصنع محرك البخار. ضع المغلاة على النار: تدور الكرة حول المحور اشتعلت النيران تحت المغلاة AB، (الشكل 50)، تحتوي على الماء، وتغطى الفتحة بواسطة الغطاء CD؛ ومن خلال هذا الانبوب المنحني E FG، الذي يتصل به يتم هجريب الطرف العلوي للأنبوب في كرة مجوفة، HK. لقاء الطرف G، ضع محور، ML، ويستقر على الغطاء CD؛ ودع الكرة تحتوي على اثنين من الأنابيب المنحنية، والتواصل معها في الأطراف اللقاءة للقطر، وثنيها في اتجاهين متعاكسين، وتكون الانحناءات في زوايا قائمة وعبر الخطوط LM، FG.ومع ازدياد درجة حرارة المرجل فأن البخار الذي يدخل الكرة عبر E FG، يمر عبر الانابيب المثنية باتجاه الغطاء، وبسبب دوران الكرة، كما لوانها ترقص.

الاستخدام العملي

غير من المعلوم ما اذ استخدم الايوليبيل لأي استخدام عملي في العصور القديمة، وإذا كان يعد أداة براغماتية، أوأداة حديثة غريبة، أوكائن من التبجيل، أوشيء اخر. وصفه أحد المصادر بانه مجرد تحفة لافتة للنظر لدى الإغريق القدامى أو"خدعة حزبية" المشروحة في الهوائي. ومن ناحية أخرى، يذكر فيتروفيوس استخدام الايوليبيل لبيان الخصائص الفيزيائية للطقس، ويصف الجهاز على انه:

اختراع فهمي لاكتشاف الحقيقة الألوهية الكامنة في قوانين السماوات.

بعد وصف بنية الجهاز (انظر أعلاه)، يستنتج ما يلي:

يمكن ان نفهم ونحكم على القوانين العظيمة والرائعة للسماوات وطبيعة الرياح من خلال هذه التجربة البسيطة والمختصرة للغاية.

في عام 1543، قام بلاسكودي غاراي Blasco de GARAY، عالم وكابتن في البحرية الاسبانية، بالتظاهر امام الإمبراطور الروماني المقدس وتشارلز الخامس ولجنة من كبار المسؤولين في اختراع ادعى انه بمقدوره ان يدفع السفن الكبيرة في غياب الرياح مستخدما جهاز يتكون من مغلاة نحاسية وعجلات متحركة على جانبي السفينة. تم حفظ هذا الحساب من قبل الارشيفات الإسبانية الملكية في بلدة سيمانكاس.101من المقترح استخدام العالم دي غاراي ايوليبيل العالم هيروودمجه مع التكنلوجيا المستخدمة في القوارب الرومانية والمراكب المتأخرة في العصور الوسطى. هنا قدم اختراع دي غاراي ابتكارا حيث كان للايوليبيل استخدام عملي، لتوليد الحركة إلى المجذاف، واثبات جدوى القوارب التي تعمل بالبخار. تم رفض هذا الاقتراح من قبل السلطات الاسبانية.

المراجع

^ NASA Glenn Learning Technologies Project (LTP) نسخة محفوظة 20 ديسمبر 2019 على مسقط واي باك مشين.
^ jet engine نسخة محفوظة 15 يونيو2019 على مسقط واي باك مشين.
^ Hero (1851) [reprint of 1st century CE original], "Section 50 – The Steam Engine", خط في Alexandria, Pneumatica, تُرجم بواسطة Bennet Woodcroft, London: Taylor Walton and Maberly, اطلع عليه بتاريخ 03 يوليو2009 CS1 maint: ref=harv (link)
^ Hero (1899). "Pneumatika, Book II, Chapter XI". (باللغة اليونانية والألمانية). Wilhelm Schmidt (translator). Leipzig: B.G. Teubner. صفحات 228–232. مؤرشف من الأصل في ثلاثة أكتوبر 2019.
^ "turbine." Encyclopædia Britannica. 2007. Encyclopædia Britannica Online. 18 July 2007 <http://www.britannica.com/eb/article-45691>.
^ Aeolipile نسخة محفوظة ثلاثة يناير 2020 على مسقط واي باك مشين.
^ Gruntman, Mike (2004). Blazing the Trail: The Early History of Spacecraft and Rocketry. Reston, VA: American Institute of Aeronautics and Astronautics, Inc. صفحة 1. ISBN .
^ Kitsikopoulos, Harry (2015). Innovation and Technological Diffusion: An economic history of early steam engines. Oxon: Routledge. صفحة 5. ISBN .
^ Stone, Joe (2015). Floating Palaces of the Great Lakes: A History of Passenger Steamships on the Inland Seas. Ann Arbor: University of Michigan Press. صفحة 9. ISBN .
^ Museo Naval, Catálogo guia del Museo Naval de Madrid, IX edición, Madrid, 1945, page 128.