Как работает паровой двигатель?

Откуда берётся движение

Пар под давлением подаётся в цилиндр и толкает поршень, почти как в бензиновом двигателе газы от взрыва, только тут источник давления не горение внутри цилиндра, а котёл снаружи.

Как пар управляется

Специальный золотник, клапан-распределитель, поочерёдно впускает пар то с одной стороны поршня, то с другой, заставляя его двигаться туда-обратно, а не в одну сторону до упора.

Куда девается пар

Отработанный пар, уже потерявший давление, выпускается наружу через трубу, у паровозов это как раз тот самый характерный звук выхлопа, синхронный со стуком колёс.

Как это превращается во вращение

Возвратно-поступательное движение поршня через шатун и кривошип превращается во вращение колёсной пары, похоже на то, как нога крутит педаль велосипеда через колено.

Суть: паровой двигатель превращает давление пара в толчки поршня, а те через шатунно-кривошипный механизм — во вращение колёс, и весь фокус в том, как именно пар впускается и выпускается по обе стороны поршня.

Котёл греет воду до кипения и дальше, получая пар под давлением заметно выше атмосферного. Этот пар по трубе идёт в цилиндр, где находится поршень. Внутри цилиндра стоит золотник, подвижный клапан, который синхронизирован с движением самого поршня и поочерёдно открывает то одну, то другую сторону цилиндра для впуска свежего пара, одновременно выпуская отработанный пар с противоположной стороны.

Пар под давлением толкает поршень в одну сторону до упора, затем золотник переключается, пар подаётся уже с другой стороны, и поршень идёт обратно, вот откуда возвратно-поступательное движение, туда-сюда, а не в одну сторону непрерывно.

Дальше в дело вступает шатун, жёсткий рычаг, соединяющий поршень с кривошипом на оси колеса, примерно как колено велосипедиста соединено с педалью через ногу. Прямолинейное движение поршня шатун превращает во вращение колеса, причём у паровозов обычно этот механизм видно снаружи, в отличие от автомобильного двигателя, где всё спрятано под капотом.

Отработанный пар, отдавший своё давление, выпускается наружу через выхлопную трубу, и у паровозов это выглядит как ритмичные клубы пара и тот самый узнаваемый звук, синхронный со стуком колёс о рельсы, каждый выхлоп соответствует одному такту поршня.

Для модели важно повторить именно эту связку: котёл или замена ему источник пара под давлением, цилиндр с поршнем, золотник, синхронизированный с ходом поршня, и шатунно-кривошипный механизм на ось колеса, без золотника, синхронно переключающего подачу пара, поршень просто встанет в одном положении и никуда не поедет.