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飞驰的蒸汽车:没有黑科技,却比想像的更先进丨档案

编者自序

  各位机械粉儿们大家好,莫要奇怪,你没点错链接,这是自由机械的一个全新尝试。

  全新新栏目的主题是发掘与汽车、摩托车等机械产品有关的文化及历史,因为自由机械认为,正是那些隐藏又体现在理性数据背后的人文赋予了车辆无尽的魅力。小编作为一名轻微强迫症的短腿考据党,希望呈现的文字和数据能如同档案一样真实可信,力求做到多图高清不拖更~

  By the way,自由机械本来也是汽车媒体来的。

  ??听说有BGM的阅读才更有味道哦??

“蒸汽”一词在日常中的使用并不多,但20世纪初的街头你可能会听到人们这样打招呼:

"What are you getting all steamed up about?"

“冒这么多汽儿去哪儿啊?”

"Full steam ahead!"

“全汽前进!”

"I'm running out of steam."

“我快没汽了。”

在蒸气车聚会中,一辆正在冒汽的Stanley Steamer斯坦利蒸汽车。

  蒸汽车,一种陌生又充满科幻色彩的存在。很多人对它的理解来自蒸汽朋克风格的游戏、动漫、影视作品:一辆缓慢的蒸汽车霸道地行驶在维多利亚时期阴冷泥泞的街道上,人群来来往往,它正是暗流涌动的社会交织点。

真正生活中的蒸汽车虽然不这么具有戏剧性,但依旧是带着前卫叛逆色彩的。作为汽车整个行业的先锋者,它率先挑战了人们对出行方式的认识——尽管这一过程并不算顺利。即使现在我们已经放弃这种车辆半个多世纪了,许多人对于蒸汽车从应用技术到复古文化的热忱只有更甚。

1905年美国Whtie Steamer的15号车型海报,清晰地表现了老式汽车的车身结构以及蒸汽车的传动形式。位于车头的是蒸汽发动机,车身下为传动杆直接传动到轮胎。

图源Oliver, George A.绘本《Early Motor-Cars: 1904-1915》“早期自动车:1904-1915”

早期蒸汽车:混乱的制造者

1770年法国人居纽Nicolas-Joseph Cugnot在军方的要求下为运输大炮制作的“蒸汽车”,可搭载4吨货物以时速7.8公里的速度行进。是第一辆蒸汽驱动的小型车,然在试车中不受控制撞毁,大概也是第一起车祸了。

在19世纪,也就是小型蒸汽车的婴儿时期,它并不受到绅士淑女的欢迎。除了外貌怪异并排出浓烟外,外燃机“存储动力”的做功模式具备着较强的不稳定性,加装在马车上的锅炉增加了整体车重导致其操控与制动能力差,经常造成交通混乱。鲜有人愿意使用这种交通工具——危险、不好控制、需要消耗燃料、在夏季十分炎热在冬季又难以驱动,而喂饱一匹聪明伶俐的马儿只需要几捆青草。

【注】“存储动力”:区别于内燃机是根据动力输出的需求做功,外燃机做功几乎是稳定的,多余的能量保存在锅炉内,等到需要再释放。

1857年美国Dudgeon公司制造的蒸汽马车。据发明者说可以仅用一桶无烟煤就能搭载10人以每小时14英里的速度运行,然却因为太过超前而不被当时的民众所买账。

1851年水晶宫举办的万国工业博览会上,各国也并未着重向世界展示蒸汽机在小型车上应用,这里仍是华丽精美的马车的天下。为了保护道路上的行人与马车,1865年英国甚至颁布了“红旗法规The Locomotive Act 1865 (Red Flag Act)”来进一步限制自动车的使用。这一法规在英国本土沿用了34年且被欧洲各国争相效仿,虽然一定程度上对“稳定”了交通状况,却英国的汽车制造业造成了相当大的阻碍。

【注】1861年英国限速为郊区不超过10英里每小时,市区内不超过5英里每小时。1865红旗法案The Locomotive Act 1865 (Red Flag Act)规定,自动车在郊区行进的速度不超过4英里每小时,市区行进的速度不超过2英里每小时,蒸汽车在街道不可鸣汽笛亦不可随意排放蒸汽。且每辆车须由3人共同驾驶,其中一人在车前约55米的位置举红旗警示人群并避让、协助过往马车先行。

1875年法国人Amédée Bollée制造的蒸汽公交车L'Obéissante“顺从号”,从法国勒芒到巴黎仅需要18小时。这辆车可以搭载12人以30公里每小时的时速巡航,急速为40公里每小时。由两个V2蒸汽引擎发动,每个引擎带动一侧后轮。现存于巴黎艺术与交通博物馆。

1896年6月2日的波士顿全球日报Boston Daily Globe刊登了这样一条消息,Sylvester H. Roper在骑蒸汽摩托车时发生车祸死亡。Roper是第一辆摩托车的发明者,这种两轮蒸汽车的最高时速可以到达64公里每小时。他并非直接死于车祸,而是死于心脏病突发,这很可能是因为发生车祸时蒸汽引擎中存储的大量能量爆炸导致的。

若是深究早期蒸汽车的窘境根源,一部分是因为它作为新鲜事物对当时人原本出行方式的冲击,更是因为蒸汽发动机与马车车厢这种不对等的组合难以让乘客获得愉快的乘坐体验。而随着先驱者们不断地探索与积累,当1886年卡尔本茨Carl Benz将相对娇小的内燃机放在三轮车上后,人们对改进汽车车身的热情终于爆发了——尽管彼时仍有许多关于“汽车属于魔鬼”呼吁人们乘坐马车的宣传——更优质的橡胶轮胎、充气轮胎,更安全的夹层玻璃和更便于操作的转向盘,后视镜、安全带纷纷依次登场。

【注】橡胶轮胎源自橡胶块失手落入火中变软;充气轮胎的灵感来源于水管,首先应用于自行车;转向盘原本为90度垂直与水平,不利于操作,后在汽车安装过程中车身掉落不慎将转向盘砸成有倾角的结构;后视镜最初是德国女车手在比赛时为了能够观察到后面的车而把自己的化妆镜放在车门旁;安全带则是某次赛车比赛前车手发现车辆座椅有问题但为了继续比赛将自己用皮带捆在了车上,而后比赛中车辆发生翻车事故,车手却因此幸存。

外燃机引擎,究竟是什么概念?

在19世纪末20世纪初汽车探索的早期热潮中,内燃机车、电动机车刚刚问世不久,而外燃机车已经有近百年的历史。相对成熟的外燃机引擎技术在应用中得到了充分地发挥,这让外燃机车有着不少优势。

Stanley Steamer的蒸汽引擎,可以输出6马力的动力。

首先,外燃机的结构十分简单,最少只需要13个零件就能完成组装,这意味着更便宜便捷的制造与维护成本。其次,蒸汽机的做功模式属于“存储动力”型,不像内燃机一样拥有“最大扭矩@rpm”的概念。因此一辆外燃机车不需要变速箱的离合或档位保证引擎的转速,存储的动力根据需要通过曲轴直接传动到后轮即可行驶。

外燃机通过“烧开水”做功的方式也决定了它不需要燃料限制、冷却系统和复杂的点火系统。从无烟煤到汽油柴油再到核反应,只要能产生热量就都能有效做功;将水加热成水蒸气只需摄氏100度,燃料燃烧时的产生的热量远低于内燃机通过爆炸做功时产生的热量,在缸体材料应用合适的情况下,几乎不会有发动机过热的情况发生;点火系统更好理解,在电打火发明之前,驾驶内燃机车的人们只能使用不安全的摇杆打火(这种情况直到20世纪末期国内的大街上仍能见到),外燃机则只需点燃燃料就能启动。

三缸蒸汽引擎的运行原理。增加缸体是提高蒸汽机能效的主要方式之一,红色为最高压状态的热气从左侧进入,连续通过高压缸与多个较低压缸后排出蓝色低压状态气体完成一次循环。

当然,这也不是说外燃机车毫无缺点了,不然它怎么会消失呢。除了外燃机车要同时加水加燃料(和由此增加的车重)外,蒸汽机有着非常低的热能效率——斯特林循环的热能效率最高只能达到50%,应用在车上的外燃机则要更低,大约只有5%-20%左右,未做功的热能量在车辆发生碰撞时也成为了重大安全隐患。

同时,不论外燃机的“锅炉”如何进化,它始终是个庞大的物件。因此外燃机因其功率平稳常被应用于大型器械诸如采煤机、潜水艇中,在注重体积的小型车辆上却非常吃亏。

Gardner-Serpollet的第一次世界纪录与“热得快”

896年法国人LéonSerpollet发明的Flash Boiler,可以迅速加热水产生蒸汽。水从管道中通过并在锅炉内加热。这项技术被应用在许多19世纪和20世纪早期的蒸汽车上。

我知道提到蒸汽机车肯定要有人诟病其启动时间,从着车到能走,不得等上半个多小时?其实这个问题早在1896年就得到了解决:38岁的法国中年人里昂Léon Serpollet凭着对蒸汽机的知识与一腔热情发明并完善了Flash Boiler(我觉得应该翻成“热得快”),使用燃油加热管道,“环保高效”。他自己的蒸汽车公司Gardner-Serpollet也正是应用的这项技术。

Serpollet公司1902年的比赛车型Racing two-seater,四缸蒸汽引擎,应用Flash Boiler技术。

1902413号,在薰衣草遍地的法国尼斯,他驾驶着名为?uf de Pâques-Easter Egg“复活节彩蛋”的两座蒸汽车打破了电动汽车霸榜人类陆地速度纪录的局面——没错,从1898年有正式的Landspeed Record以来,电动车、也只有电动车6次刷新了速度纪录。

当里昂以尾速120公里每小时冲线时,蒸汽车(相对电动车和内燃机车来说)几乎同时成为了稳定、快速、环保的代名词。

【注】Landspeed Record陆地速度纪录:数据为车辆加速1公里后的尾速,具体数据参考Wikipedia词条LandspeedRecord

当你看到街上有人试图通过转动摇杆启动内燃机车却因为躲避不及时被摇杆打伤手臂、亦或因为修理突然抛锚的内燃机车而不得不弄得满身油污时,你九成会发自肺腑地想要奉劝他,为什么不买一辆蒸汽车呢?

Serpollet公司1905年蒸汽车型phaéton tulipée1905

the Flying Teapot“飞行的茶壶”——

Stanley Motor Carriage Company斯坦利摩托马车制造公司

英国汽车作家尼基Nick Georgano在1985年发表的“Cars: Early and Vintage,1886-1930”《汽车:早期与复古,1886-1930》中写到:从1898年到1905年中有许多汽车工厂出现,在1902年的美国共有909辆新车登记,而其中485辆都是蒸汽车。

提到蒸汽车不得不提的美国制造商Stanley Motor Carriage Company斯坦利摩托马车制造公司,正是1902年正式成立的。

美国蒸汽车制造商Stanley Steamer的海报。他们的宣传语是“Power,Correctly generated,Correctly controlled,Correctly applied to the rear axle.”(动力,完美的做功,完美的控制,完美的传动到后轮)。这个标语多次出现在斯坦利公司的广告中,也表现了斯坦利兄弟制造车辆的理念。

这家最最经典的蒸汽车制造厂商由斯坦利兄弟创办,活跃于1902年到1924年之间。有着名为“飞行的茶壶”the flying teapot的昵称,他们不仅再次打破了世界陆地速度纪录,还成功的融入了大众文化:曾多次出现在电影中,即便是在今天,有关Stanley Steamer的网站、拍卖和俱乐部也是相当活跃。

【注】1948年美国电影Summer Holiday《夏季假日》,1965年电影the Great Race《伟大的比赛》以及2003年电影Seabiscuit《奔腾年代》中都出现了斯坦利蒸汽车的身影。

斯坦利蒸汽车1900-1906车型

斯坦利1908年车型Model K Raceabout

斯坦利1918年Model 735B,7座旅行蒸汽车,私人收藏

双缸蒸汽引擎搭配纯铝制的手工车身,StanleySteamer的蒸汽车有着轻便、光鲜且耐久(至少斯坦利公司是这么认为的)的车身设计与相当于内燃机八缸的充足动力。一台Stanley Steamer的蒸汽引擎保持56公里的时速时只需要300-400rpm,而横向对比内燃机引擎保持同样的时速则需要大概1500-2500rpm。在20世纪初的美国,不管你是追求速度还是精致品味党,甚至是矛盾的既爱车又环保主义者,这样一台蒸汽车都不会让你失望。

1903年在美国Daytone Beach Road Course参加比赛的斯坦利车。

1906年创世界陆地速度世界纪录的“Stanley Rocket”斯坦利火箭号,1907年因事故撞毁。

在里昂的蒸汽车“复活节彩蛋”打破速度纪录4年之后,蒸汽车再一次回到人们的视线中。1906125日在美国弗罗里达州的代托纳海岸赛道上,来自马萨诸塞州的赛车手弗雷德Fred Marriott驾驶着Stanley Rocket“斯坦利火箭”冲线以尾速205公里每小时刷新了仅有176公里每小时的速度纪录。进30公里每小时的巨大速度差则让这个陆地速度纪录保持了4年之久;至于作为“蒸汽车”的速度纪录,该记录直到2009825日才被由英国团队设计并制造的蒸汽车Inspiration所打破。

由BSCC(British Steam Car Challenge)英国蒸汽车挑战队打造的蒸汽车Inspiration,2009年8月26日与美国爱德华空军基地以239公里每小时的时速打破了斯坦利火箭1906年的蒸汽车速度纪录。这辆车长7.6米,宽1.7米,重3吨,拥有一个12缸蒸汽引擎,可以提供360批马力,每分钟消耗40升水。

这辆蒸汽车现存于英国National Motor Museum国家机车博物馆

想拥有一台象征实力与品位的斯坦利蒸汽车?

前提是你也要有充足的预算,毕竟在1924年的一辆Stanley Steamer 740D要花费3950美元(相当于现在的56400美元)——同样的花销能买到一栋心仪的房子,而不到500美元(相当于现在的7140美元)就可以买到一辆快时尚的“黑盒子”Ford Model T

同年,叱咤一时的Stanley Steamer工厂永远地关上了大门。

蒸汽车的出局

斯坦利蒸汽车制造公司的倒闭不过是大时代下的一个缩影。事实上,尽管在1923年美国蒸汽车制造厂商Doble已经可以制造出从冷车到启动用时不到40秒的Model E,几乎没有哪家蒸汽车制造厂商活到了战后的世界。

美国Doble蒸汽车制造公司1924年生产的车型Model E,在车重为5000多磅约2.2吨的情况下,每百公里消耗18.8升煤油。但其优异的质量并没有扭转蒸汽车的命运,Doble是最后一个商业蒸汽车制造厂商,于1930年因经营不当关闭。

此车辆先存于Henry Ford Museum亨福特博物馆。

导致蒸汽车出局的原因非常复杂,包括内燃机的不断进步、进口油税的降低、政府的倾向、养路税对于车辆的严格要求和外燃机自身的短板等等。

1912年内燃机电打火的发明不仅弥补了内燃机的启动劣势,更凸显了蒸汽机的诸多不足;

一二战期间,曾在18、19世纪青睐蒸汽机的军事力量将他们的财力投向了内燃机的制造与升级——各国军方考虑到使用需求与维护成本几乎统一倾向于任用内燃机;

20年代开始,蒸汽机车车主为公路付出的税费就要更多,包括一笔名为Wetted Tax(潮湿税)的款项,和相比内燃机车主几乎翻倍的养路税。

相对应的,另一方面,陷入赤字循环的蒸汽车公司无力再改善升级外燃机引擎的诸多缺陷。

最终,蒸汽车制造厂商与购买客户越来越少,曾经与内燃机车在市场上平分秋色的蒸汽车在巨变的时代中被淘汰了。

【注】1925年蒸汽车Doble Model E的重量是5000多lb约2200+kg,著名的Ford Model T只有540kg-740kg。

  下一波蒸汽热潮在……

虽然蒸汽车已经暂别了舞台,但蒸汽动力的狂热爱好者、环保主义者和被燃油危机恐吓着的人们始终不能忘却它的存在。20世纪后半叶美国政府出于对内燃机车辆尾气排放和燃油资源的考量曾多次提出重启蒸汽车的计划,不过这些计划却因为各种奇葩原因无疾而终了。

1958年福特公司设计的概念车Ford Nucleon,由核反应放热驱动蒸汽引擎。

系列游戏Fallout《辐射》中的核动力车就是受此启发的。

1969年9月17日美国记者Don C Woodward在报纸The Deseret News上报到,政府计划将蒸汽引擎放入两辆道奇Polaras中进行测试。

图为Dodge Polaras

然而相似的是,直到二十一世纪电动车重新回到人们的视野,这种早期车辆的雏形也因为诸多原因封存了近一个世纪。

那么,下一个蒸汽车的时代会以什么样的姿态来临呢?

Ummm……??

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部分参考资料及延伸阅读:

1.Wikipedia维基百科英文词条:steamcar/steam engine/Stanley Steamer/Doble Steam Car/Landspeed Record/Red FlagTraffic law等(https://en.wikipedia.org/wiki/Main_Page

2.StanleySteamer资料网页(非官方)Stanley Motor Carriagehttp://www.stanleymotorcarriage.com/

3.现存StanleySteamer复古车辆注册俱乐部网站Stanley Register Onlinehttp://stanleyregister.net/index.html

4.StanleySteamer 735修复全过程图片记录(http://www.stanleymotorcarriage.com/735restoration/RestorationHome.htm

5.英国蒸汽车俱乐部theSteam Car Club of Great Britainhttp://www.steamcar.net/

版权联系:media@freeriders.cn

auto.sohu.com true 自由机械 http://auto.sohu.com/20180618/n541051209.shtml report 26467 编者自序:各位机械粉儿们大家好,莫要奇怪,你没点错链接,这是自由机械的一个全新尝试。全新新栏目的主题是发掘与汽车、摩托车等机械产品有关的文化及历史,因为自由机械
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