Вогняний поршень
Вогняний поршень (англ. Fire piston, ударне кресало або поршень-запальничка) — це пристрій, який з давніх часів використовується для розпалювання вогню. В основі вогняного поршня лежить принцип нагрівання газу (в даному випадку повітря) за рахунок швидкого адіабатичного стиснення з метою запалення шматка трута, який потім використовується для підпалювання матеріалу який запалюється [1].
У традиційному варіанті виготовляється з дерева, рогу, бамбука, в сучасному варіанті також може бути зі скла, а поршень — зі свинцю або іншого металу.
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/5/58/Fire_piston.jpg/250px-Fire_piston.jpg)
Помпове кресало складається із пустого порожнистого циліндра, герметично закритого з одного боку і відкритого з другого. Діапазон розмірів:
Довжина трубки від 3 до 14 дюймів (7,5—35 см).
Діаметр отвору від 0,25 до 0,5 дюйми (6—14 мм).
У циліндр встановлюється поршень з повітронепроникною кільцевою прокладкою ущільнювача, встановленої всередині циліндра. Для створення герметичного, але при цьому ковзного ущільнення використовуються гумові прокладки або мастило. Наприкінці поршня є невелика порожнина, куди міститься трут, який не подрібнюється під час наступних операцій. Для того щоб укласти або видалити трут, поршень може бути повністю вийнятий з циліндра.
Поршень (або циліндр) має на кінці рукоятку, щоб до неї можна було прикріпити жорсткий затискач, або досить велику площу поверхні, по якій можна різко і безболісно вдарити, при цьому циліндр (або поршень) повинен різко вдаритися у тверду поверхню. Стиснення повітря під час швидкої подачі поршня в циліндр призводить до того, що температура всередині циліндра різко зростає до 400 ° F (260 ° C), температури самозаймання трута [2].
Це досить висока температура для того, щоб трут на поверхні або всередині поршня спалахнув і можна було побачити спалах (займання), якщо циліндр виконаний з напівпрозорого або прозорого матеріалу. Потім поршень швидко відводиться, перш ніж на горіння трута витрачений кисень, що є всередині циліндра. Далі тліючий трут знімають з торця поршня і переносять у велику купку матеріалу для розпалювання. Тліючий матеріал інтенсивно роздмухується, доки не розгориться полум'я, на різних етапах розпалювання підкидають розпалювальний матеріал, доки вогонь не розгориться на повну силу.
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/c4/19th-century_fire_syringe.png)
Стародавні та сучасні моделі ударного кресала можуть бути виготовлені з дерева, рогів тварин, бамбука або свинцю. Нині кресало найчастіше роблять із дерева, металу чи пластмаси. Саморобне помпове кресало можна виготовити, використовуючи дерев'яний шкант, полівінілхлоридну або мідну трубку і гумову кільцеву прокладку, при цьому собівартість виробу буде менше двох доларів США.
При швидкому стисканні газу одночасно збільшується його тиск і температура. Якщо таке стискування відбувається занадто повільно, тепло розсіюється в навколишнє середовище, оскільки газ повертається в рівноважне положення з навколишнім повітрям. Якщо стиск досить швидкий, тоді термічний рівноважний стан не настає. Термодинамічна температура газу може раптово стати в кілька разів вищою, ніж температура навколишнього середовища, підвищуючись від початкової кімнатної температури газу до температури, достатньої для займання трута. Повітря в циліндрі діє як джерело тепла і як окислювач для тліючого пального матеріалу.
Той самий принцип використовується для запалювання горючої суміші в циліндрі дизельного двигуна, в якому не потрібно використовувати свічку запалювання, як в бензиновому двигуні. Принцип дії аналогічний принципу дії нафтового двигуна, більш раннього попередника дизельного двигуна, в якому паливо (трут) стискається газом, тоді як у дизельному двигуні упорскування палива відбувається при стислому газі і при високій температурі [3].
Ступінь стиснення для помпового кресала становить 25 до 1. Це можна порівняти з відношенням 20:1 для сучасного дизельного двигуна і відношенням в діапазоні від 7:1 до 11,5:1 для бензинового двигуна. Ударне кресало спеціально зроблено досить вузьким, людина без сторонньої допомоги може розвинути достатнє зусилля, щоб максимально стиснути повітря у циліндрі. Для того, щоб досягти високого ступеня стиснення, кінцевий стислий об'єм трута та повітря повинен бути невеликим по відношенню до довжини трубки поршня. Ці два фактори означають, що в ударному огниві можна розпалити лише невелику кількість трута, але його може бути достатньо, щоб підпалити інший розпалювальний матеріал і своєю чергою розпалити сильніший вогонь.
Трут, який спалахує при дуже низькій температурі, підходить найкраще. Легкозаймисті матеріали, такі як обвуглена тканина або трутовик підходять так само добре, як і трут, і можуть підтримувати тління. І навпаки, бавовняне волокно спалахує при температурі 455 ° F (235 ° C) і яскраво горить, але не підтримує тління. Яскравий спалах підходить для демонстраційних цілей, але не годиться для розпалювання постійного вогню.
Конструкція ручного велосипедного насоса дуже схожа, за винятком того, що у насоса є клапани і шланг для подачі стисненого повітря. У разі насоса нагрівання стисненого повітря буде небажаним побічним ефектом, і конструкція і мастильні матеріали повинні бути підбиратися таким чином, щоб не допускати виникнення максимально високих температур.
Вогняний поршень протягом довгих століть використовувався для розпалу вогню в країнах Південно-Східної Азії і на островах Тихого океану. Там було виявлено культури, які використовують як зброю духову трубку, і було висунуто припущення, що вона могла послужити прототипом конструкції кресала. Є свідчення використання помпового кресала в М'янмі, на півострові Малакка, в Індокитаї, на Борнео (Калімантані), Суматрі, Яві, Сулавесі, на Філіппінах, на Мадагаскарі і в і.
На Заході перше ударне кресало виготовив 1745 року абат Агостіно Руффо з Верони, який зробив кілька пневматичних рушниць для короля Португалії Жуана V. Коли Руффо випробовував повітряний настін, після нагнітання тиску в насос деревина обгорала. Згодом він виявив, що в насосі відбувається загоряння трута. Руффо виготовив апарат подальшого вивчення цього явища. У статті 1876 року в Нью-Йорк Таймс стверджувалося, що сучасне ударне кресало було незалежно винайдено на заході в ході експериментів з пневматичною рушницею, а не скопійовано за аналогією з азіатською конструкцією.
Зареєстровано, що вперше помпове кресало було продемонстровано вченим у 1802 році і запатентовано одночасно в Англії і у Франції в 1807 році. Вогняний поршень або, як вони його тоді називали, «поршень-запальничку» був популярним побутовим інструментом по всій Європі на початку XIX століття, поки в 1844 році не були винайдені сучасні сірники.
Можливо, саме помпове кресало надихнуло Рудольфа Дізеля на створення його дизельного двигуна в 1892 році. У США описи помпового кресала публікувалися неодноразово протягом багатьох років.
![]() |
Вікісховище має мультимедійні дані за темою: Вогняний поршень |
- ↑ Carlquist, Gunnar, red (1937). Svensk uppslagsbok. Band 21. Malmö: Svensk Uppslagsbok AB. sid. 825
- ↑ The Fire Piston
- ↑ Як працюють вогняні поршні?