Хотя КПД газового мотора Ленуара не превышал 5 % (т. е. был аналогичен КПД паровых машин), он получил широкое распространение в 60-80-е годы XIX века. Выгодными его сторонами являлись малогабаритность, отсутствие парового котла и топки, быстрота и легкость приведения в действие, удобство хранения легкого топлива в резервуарах под давлением. Кроме того, хотя мотор Ленуара сильно шумел, работал он плавно и довольно надежно.
Четырехтактный газовый мотор Отто-Лангена (1866 г.)
В 1864-66 гг. немецкие изобретатели Николай-Август Отто (Nikolaus-August Otto; 1832–1891) и Евгений Ланген (Eugene Langen) сконструировали газовую «атмосферную машину» с КПД 15 %. Она стала первым по-настоящему работоспособным двигателем внутреннего сгорания. Троекратное превосходство над мотором Ленуара способствовало тому, что мотор Отто-Лангена очень быстро завоевал всеобщее признание. За десять лет Отто построил на своем заводе в Дейтце (недалеко от Кёльна) более 5000 таких двигателей.
Наконец, в 1876 г. Отто создал четырехтактный газовый двигатель внутреннего сгорания. В нем были реализованы следующие принципы:
1) всасывание смеси газа и воздуха в течение первого хода поршня;
2) сжатие смеси во время второго хода;
3) воспламенение ее при «мертвом» положении поршня и расширение смеси во время третьего хода;
4) выталкивание смеси в течение четвертого хода. При этом цилиндр попеременно действовал то как насос, то как рабочий цилиндр.
Двигатель внутреннего сгорания такого типа оказался очень удобным в эксплуатации и получил широчайшее распространение во всем мире. Ряд заводов в Германии, Франции, Великобритании, США и других странах наладил выпуск четырехтактных газовых моторов типа Отто, с внесением различных изменений в их конструкцию.
Примерно в это же время (в 1872-76 гг.) американец Джордж Брайтон (George Brayton; 1830–1892) из Филадельфии создал первый в мире двигатель внутреннего сгорания с карбюратором. Этот прибор готовил смесь воздуха с керосином (или бензином) вне рабочего цилиндра, а затем впрыскивал ее в цилиндр, где происходило воспламенение. Тем самым был открыт путь для перехода на жидкое топливо.
В течение 80-90-х гг. XIX века все фирмы Европы и Америки, выпускавшие газовые моторы типа Отто, наладили производство карбюраторных керосиновых (либо бензиновых) двигателей, тоже работавших по циклу Отто. Главные различия между многочисленными образцами моторов заключались в устройстве карбюраторов.
Вполне закономерно, что были предприняты попытки применения моторов внутреннего сгорания на подводных лодках в качестве двигателей единого хода. Так, несколько конструкторов планировали использовать двигатель взрывного действия (мотор Брауна). Первым это хотел сделать Бауэр в 1854 г. на субмарине «Нуропеоп», которую он проектировал для англичан.
В последующие годы XIX века некоторые изобретатели в США, России, Франции и других странах пытались использовать на проектируемых ими подводных лодках газовые двигатели Ленуара (получившие известность под названием «качающихся газовых машин» и работавшие на светильном газе либо на аммиаке), четырехтактные газовые моторы Отто, керосиновые моторы Брайтона и другие двигатели внутреннего сгорания. Однако была реализована лишь небольшая часть этих проектов.
Субмарина Барбура с газовым мотором (1866 г.)
Подводная лодка американца Барбура (Barbour) имела длину 23 фута (7 м), ширину 3 фута (0,91 м) и высоту 5 футов 4 дюйма (1,62 м). Она впервые в истории являлась двухкорпусной. Внутренний корпус был сделан из железа, наружный — из меди (чтобы избежать коррозии). Промежуток между ними заполняла древесина, лишь в носовой части находились резервуары со сжатым воздухом. По мнению конструктора, двойной корпус повышал живучесть судна.
Экипаж состоял из двух человек. Вооружение лодки заключалось в нескольких минах, снаряженных нитроглицерином. Они были вставлены в особые гнезда в верхней палубе перед смотровым колпаком. Следовало отсоединить их под неприятельским судном. Обладая значительным запасом положительной плавучести, они поднимались бы вверх, оставаясь соединенными с лодкой проволокой, и взрывались бы от удара в днище вражеского корабля.
Схема устройства подводной лодки Барбура. 1 — резервуары сжатого воздуха; 2 — мины; 3 — смотровой колпак; 4 — штурвал и пост управления; 5 — объем газового двигателя; 6 — пустотелый гребной вал; 7 — резервуары светильного газа; 8 — ограждение гребного винта; 9 — вертикальный руль; 10 — древесный наполнитель между наружным и внутренним корпусами
Лодка имела гребной винт, находившийся за кормой. Для защиты гребного винта Барбур также впервые применил изогнутую металлическую раму (из трубы диаметром 6 дюймов), составлявшую одно целое с ахтерштевнем. Внутри пустотелого гребного вала проходили штуртросы от вертикального руля, расположенного за этой рамой. Штурвал находился под смотровым колпаком, представлявшим собой выдвижной цилиндр (чтобы можно было менять степень его возвышения над корпусом). По бортам в районе миделя были установлены горизонтальные рули.
В качестве двигателя Барбур впервые в мире использовал двигатель внутреннего сгорания — газовый мотор Ленуара. Топливом для него служил сжатый светильный газ, хранившийся в стальном резервуаре, расположенном в межкорпусном пространстве. Воздух для мотора поступал через специальный клапан в смотровом колпаке. В 1869 г. Барбур установил два таких мотора, работавших на одну линию вала.
Но в силу несовершенства газовых машин данного типа, его подводная лодка обладала очень низкими ходовыми качествами. Кроме того, популярную в то время идею мин, выпускаемых точно под целью, вряд ли можно назвать продуктивной. Испытания показали, что субмарина Барбура не подходила для использования в военных целях.
Субмарины Холланда с моторами Брайтона (1879-85 гг.)
Американский изобретатель Джон Холланд первую свою субмарину, спущенную на воду в 1879 г., оснастил двухцилиндровым керосиновым мотором Брайтона мощностью 4 лошадиные силы.
В 1881 г. такой же мотор, но значительно более мощный (16 лошадиных сил), получила вторая его лодка, известная под названием «Фенийский таран». В 1885 г. аналогичный двигатель получила еще одна субмарина, вошедшая в историю как «Zalinski boat» (см. материал о субмаринах Д. Холланда на страницах 164–169).
Однако затем наступил перерыв примерно на 15 лет. Одни изобретатели, включая самого Холланда, временно предпочли паровые машины. Другие сделали ставку на электрические двигатели, получавшие энергию от аккумуляторов.
«Кета» Яновича (1904 г.)
Вскоре после начала русско-японской войны лейтенант русского флота Сергей Александрович Янович (1878–1935) предложил Морскому ведомству проект модернизации одной из законсервированных лодок Джевецкого.
Получив одобрение начальства, он установил на ней бензиновый двигатель вместо велосипедного привода, и вооружил лодку двумя рамочными аппаратами системы Джевецкого для торпед калибра 381 мм. Был также удлинен до 6,5 метров корпус, изменена система рулевого управления. В результате перестройки водоизмещение достигло 8 тонн. Экипаж состоял из трех человек.
Лодка могла плавать только в полуподводном положении (ныне его называют позиционным или крейсерским). При этом воздух для обеспечения работы двигателя засасывался через специальную трубу, своего рода примитивный «шнорхель». Таким образом, Янович фактически повторил идеи Герна, Барбура и Холланда. Но то, что являлось прогрессивным 40 или 25 лет тому назад, в другую историческую эпоху представляло собой явный анахронизм.
Переоборудование происходило в Петербурге на заводе Лесснера под руководством конструктора. Оно заняло 18 недель. Затем состоялись испытания.
