蒸気エンジンは、筋肉と水の時代を終わらせ、動力の時代を始めた機械です。これは古典的なヴィクトリア朝のミルエンジン — 水平型複動式 — で、すべての動作部品が見えるようにケースを外しています。ボイラーからの高圧蒸気がシリンダーの一端に導入されると同時に、もう一端が排気に開かれ、ピストンは両方向のすべてのストロークで駆動されます。コネクティングロッドはその直線的な押す力を大きなフライホイールの回転に変換します。
ここでは何も手動でアニメーションしていません — 実際の方程式から解いています。クランクより90度先に設定した偏心カムで駆動されるDスライドバルブが、吸気・カットオフ・排出・圧縮という4つの実際のイベントを与えるポートを開閉します。カットオフ後、閉じ込められた蒸気はP ∝ 1/Vのように膨張しながら圧力を下げながら押し続けます — カットオフを動かすたびにリアルタイムのインジケーター線図が変化する「膨張作用」のトリックで、蒸気1kgあたりの仕事量を最大限に引き出します。フライホイールは脈動するトルク(I·dω/dt = τ_steam − τ_load)を積分し、クランクを回転力がまったく生まれないデッドポイントを超えて運びます。
小さな回転塔はジェームズ・ワットが1788年に発明した遠心ガバナーです — 史上初の自動制御システムの一つです。エンジンが速くなるとフライボールが外側に振れ(cos α = g ⁄ Ω²ℓ)、リンク機構を通じてスロットルを閉じます。遅くなると降下して蒸気を多く通します。ガバナーをオフにしてから負荷を変えると、エンジンが暴走または停止する様子が観察できます — ガバナーが発明された問題そのものであり、DigiSim のラボでゲートごとに組み立てられる論理回路を含む、あらゆるフィードバックコントローラーの祖先です。
仕様
- 形式
- 水平複動式、スライドバルブ、膨張式
- 機構
- スライダークランク + 偏心バルブギア、実際の4イベント
- 制御
- ワット遠心ガバナーが速度ループを閉じる
- シミュレーション内容
- バルブタイミング、フライホイール動力学、リアルタイムP–V線図
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