أيوليبيل

التوربين البخاري ، المعروف أيضًا باسم محرك هيرو (أو هيرون ) ، هو توربين بخاري شعاعي بسيط بدون شفرات، يدور عند تسخين وعاء الماء المركزي. وينتج عزم الدوران عن طريق نفثات البخار الخارجة من التوربين. وصف عالم الرياضيات والمهندس اليوناني المصري هيرو الإسكندري هذا الجهاز في القرن الأول الميلادي، وتُنسب إليه العديد من المصادر اختراعه. ^{[ 1 ] [ 2 ]} مع ذلك، يُنسب أحد المصادر على الأقل إلى فيتروفيوس وصفه لأول مرة في كتابه "دي أركيتكتورا" ( حوالي 30-20 قبل الميلاد ). ^{[ 3 ]}

يُعتبر محرك البخار ذو التوربينات البخارية أول محرك بخاري مسجل أو توربين بخاري تفاعلي ، ولكنه ليس مصدراً عملياً للطاقة ولا سلفاً مباشراً لنوع محرك البخار الذي تم اختراعه خلال الثورة الصناعية . ^{[ 4 ]}

الاسم - المشتق من الاسم اليوناني القديم Αἴολος والكلمة اللاتينية pila - يترجم حرفيًا إلى " كرة إيولوس " ، وإيولوس هو إله الهواء والريح عند الإغريق .

نظرًا لأنها تستخدم البخار لأداء العمل، فإن جهاز aeolipile (الموضح في صورة جانبية) يستخدم كرمز لرتبة فني الغلايات في البحرية الأمريكية، كما كان الحال بالنسبة لرتب Watertender و Boilermaker و Boilerman السابقة.

يتكون جهاز الدفع الهوائي عادةً من وعاء كروي أو أسطواني مزود بفوهات منحنية أو مقوسة متقابلة تبرز للخارج. وهو مصمم للدوران حول محوره. عند ضغط الوعاء بالبخار، يندفع الغاز من الفوهات، مما يولد قوة دفع وفقًا لمبدأ الصاروخ ^{[ 5 ]،} نتيجةً لقانوني نيوتن الثاني والثالث للحركة . عندما تُنتج الفوهات، الموجهة في اتجاهات مختلفة، قوى على طول خطوط عمل مختلفة عمودية على محور المحامل ، تتحد قوى الدفع لتُنتج عزم دوران ( عزم ميكانيكي )، أو عزم دوران ، مما يتسبب في دوران الوعاء حول محوره. تتراكم قوى السحب الديناميكي الهوائي والاحتكاك في المحامل بسرعة مع زيادة سرعة الدوران ( دورة في الدقيقة )، وتستهلك عزم الدوران المتسارع، مما يؤدي في النهاية إلى إلغائه والوصول إلى سرعة ثابتة .

عادةً، وكما وصف هيرو الجهاز، يُسخّن الماء في غلاية بسيطة تُشكّل جزءًا من قاعدة الوعاء الدوّار. في هذه الحالة، تتصل الغلاية بالغرفة الدوّارة بواسطة أنبوبين يعملان أيضًا كمحاور ارتكاز للغرفة . أو قد تعمل الغرفة الدوّارة نفسها كغلاية، وهذا الترتيب يُبسّط بشكل كبير ترتيبات المحاور/المحامل، إذ لا تحتاج حينها إلى تمرير البخار. ويمكن ملاحظة ذلك في الرسم التوضيحي لنموذج الفصل الدراسي المعروض هنا.

يستند كل من هيرو وفيتروفيوس إلى أعمال سابقة بكثير لكتيسيبيوس (285-222 قبل الميلاد)، المعروف أيضًا باسم كتيسيبيوس أو تيسيبيوس، وهو مخترع ورياضي من الإسكندرية ، مصر البطلمية . وقد كتب أولى الرسائل المعروفة عن علم الهواء المضغوط واستخداماته في المضخات.

لا يُعرف ما إذا كان جهاز الإيوليبيل قد استُخدم استخدامًا عمليًا في العصور القديمة، وما إذا كان يُنظر إليه كأداة عملية، أو ابتكار غريب، أو موضع تبجيل، أو غير ذلك. وصفه أحد المصادر بأنه مجرد فضول لدى الإغريق القدماء، أو "حيلة ترفيهية". ^{[ 7 ]} يُظهر رسم هيرو جهازًا قائمًا بذاته، ويُفترض أنه كان يُقصد به أن يكون "معجزة معبد"، مثل العديد من الأجهزة الأخرى الموصوفة في كتاب "بنيوماتيكا ". ^{[ 1 ]}

من ناحية أخرى، يذكر فيتروفيوس استخدام الإيوليبيل لتوضيح الخصائص الفيزيائية للطقس. ويصفها على النحو التالي:

^{[ 6 ]}​

بعد وصفه لبنية الجهاز (انظر أعلاه)، يختتم قائلاً:

وهكذا، فإن تجربة بسيطة تمكننا من التحقق من أسباب ونتائج العمليات العظيمة للسماء والرياح وتحديدها. ^{[ 6 ]}

في عام ١٥٤٣، يُزعم أن بلاسكو دي غاراي ، العالم وقائد البحرية الإسبانية، قدّم عرضًا أمام الإمبراطور الروماني المقدس، شارل الخامس، ولجنة من كبار المسؤولين، لاختراعٍ ادّعى أنه قادر على تسيير السفن الكبيرة في غياب الرياح باستخدام جهاز يتألف من غلاية نحاسية وعجلات متحركة على جانبي السفينة. ^{[ ٨ ]} وقد حُفظت هذه الرواية في الأرشيف الملكي الإسباني في سيمانكاس . ^{[ ٩ ]} ويُقترح أن دي غاراي استخدم جهاز إيوليبيل الخاص بهيرو، ودمجه مع التقنية المستخدمة في القوارب الرومانية وسفن العصور الوسطى المتأخرة. ^{[ ٨ ]} وهنا، قدّم اختراع دي غاراي ابتكارًا ذا استخدام عملي للإيوليبيل، وهو توليد الحركة لعجلات التجديف، مما يُثبت جدوى القوارب التي تعمل بالبخار. ^{[ ٩ ]} وقد نفت السلطات الإسبانية هذا الادعاء. ^{[ ١٠ ]}

• مالوني، دان (6 أكتوبر 2020). "صنع نسخة حديثة من محرك بخاري من العصور القديمة" . هاكاداي . تم الاطلاع عليه بتاريخ 6 أكتوبر 2020 .
• كايزر، بول (1 يونيو 1992). "نظرة جديدة على "محرك البخار" لهيرون"( ملف PDF) . جامعة نوتردام . تم الاطلاع عليه بتاريخ 25 مارس 2023 .