Поезд на реактивной тяге, Интересное о железной дороге Опции

[temych]

Поезд на реактивной тяге


Для проведения исследовательских работ в области взаимодействия подвижного состава и пути, и оценки различных конструктивных элементов ходовых частей при высоких скоростях движения, Калининским вагоностроительным заводом совместно с сотрудниками конструкторского бюро генерального конструктора по авиационной технике А. С. Яковлева и ВНИИВ был разработан проект высокоскоростного моторного вагона.


(IMG:http://www.railblog.ru/wp-content/uploads/2008/02/poezd_01title.jpg)





В 1970 г. Калининский вагоностроительный завод закончил изготовление вагона,

получившего название СВЛ (скоростной вагон-лаборатория). Кузов высокоскоростного вагона представляет собой кузов моторного головного вагона ЭР22, у которого поставлены головной и хвостовой обтекатели, а подвагонное оборудование и ходовая часть закрыты с обеих сторон съемными фальшбортами.

Причём кабина, лобовая и задняя стенки ЭР22 сохранены, обтекатели являются лишь “насадками”.


(IMG:http://www.railblog.ru/wp-content/uploads/2008/02/poezd_10.jpg)


В результате, машинист смотрит на путь через два стекла: кабины и обтекателя.

Форма обтекателей является разработкой МГУ и имеет коэффициент лобового сопротивления 0,252.


(IMG:http://www.railblog.ru/wp-content/uploads/2008/02/poezd_06.jpg)


Кабина оригинала, ЭР-22. Обтекателя и его стекла здесь соответственно нет.

(IMG:http://www.railblog.ru/wp-content/uploads/2008/02/poezd_021.jpg)


Модель вагона продувалась в аэродинамической трубе ЦАГИ. КВЗ планировал постройку сверхскоростного реактивного поезда “Русская Тройка” именно с этими обтекателями. Для уменьшения воздушного сопротивления движению при высоких скоростях закрывается съёмным обтекателем и автосцепка СА-3.


(IMG:http://www.railblog.ru/wp-content/uploads/2008/02/poezd_09.jpg)


Головной вагон ЭР22-67 был специльно построен Рижским вагоностроительным заводом для СВЛ. Изначально СВЛ был окрашен в цвета ЭР22: кремово-жёлтый верх - красный низ.


(IMG:http://www.railblog.ru/wp-content/uploads/2008/02/poezd_08.jpg)


Длина вагона с обтекателями 28 м.


Вагон имеет двухосные тележки конструкции Калининского вагоностроительного завода и ВНИИВ с пневматическими рессорами центрального подвешивания. Такие тележки ранее подкатывались под прицепные вагоны электропоездов ЭР22. Вагон оборудован дисковыми тормозами с пневматическим и электропневматическим управлением. Имеются песочницы для увеличения сцепления колес с рельсами при торможении.


На крыше вагона в головной его части на специальном пилоне установлены два авиационных турбореактивных двигателя самолета ЯК-40, которые и создают необходимую силу тяги для движения вагона. Вес двух двигателей менее 1т. Максимальная сила тяги их 3000 кгс. В кабине машиниста установлен авиационный пульт управления двигателями, а также обычные приборы управления тормозами и песочницами.


В кузове вагона смонтирован дизель-генератор. От генератора получают питание электродвигатель компрессора, осветительные приборы, цепи управления и электропечи.


Вагон в экипированном состоянии весит 59,4 т, в том числе запас топлива (керосина) 7,2 т.


В 1971 г. экспериментальный вагон проходил испытания на линии Голутвин - Озёры

Московской дороги, где была достигнута скорость 187 км/ч. Затем в начале 1972 г.

вагон совершал поездки на участке Новомосковск - Днепродзержинск Приднепровской железной дороги, где постепенно увеличивалась максимальная скорость (160, 180, 200 км/ч). Итогом испытаний была скорость движения 249 км/ч.


Необходимо отметить, что целью испытаний не являлось установление рекорда скорости. Испытания проводились для исследования взаимодействий в системе “колесо-рельс”, для будущих скоростных поездов. Для испытаний лучше всего подходил вагон “который едет сам”, не отталкиваясь колёсами от рельсов. Прицепить вагон к локомотиву не было возможности, т. к. в 1970 году в СССР ещё не было локомотивов способных длительное время держать скорость более 230 км/ч. Железнодорожный путь, также не позволял развивать скорости более 250 км/ч.


После завершения испытаний СВЛ был брошен на задворках Калининского вагоностроительного завода у ст. Дорошиха. Там он и находится по сей день.


Останки на территории КВЗ. 1985 г


(IMG:http://www.railblog.ru/wp-content/uploads/2008/02/poezd_03.jpg)


Состояние вагона в 1993 г на территории ТВЗ. Дорошиха, 1993 г. © Юрий Акимов.


(IMG:http://www.railblog.ru/wp-content/uploads/2008/02/poezd_05.jpg)


(IMG:http://www.railblog.ru/wp-content/uploads/2008/02/poezd_04.jpg)


“Вот мчится поезд реактивный…”, © “Техника-Молодёжи”, 1971 г.


(IMG:http://www.railblog.ru/wp-content/uploads/2008/02/poezd_07.jpg)


Конкуренты? 


Этот вагон не был первым. В 1966 году железная дорога New York Central построила опытный реактивный вагон на базе автомотрисы Budd RDC. Вагон, обозначенный М-497, получил два двигателя General Electric от самолёта J-47 и передний обтекатель. Колёса имели цилиндрические поверхности катания.


Первый опытноный заезд был между городами Butler (Indiana) и Stryker (Ohio). 23 июля 1966 года жители Восточного Огайо наблюдали, как странный локомотив с двумя реактивными турбинами на крыше, с диким рёвом, и не менее дикой скоростью — 183,85 миль в час (296 км/ч) — носится по железнодорожным путям. Им управлял помощник директора компании New York Central Railroad Дон Уэтцель (Don Wetzel). Для пущей убедительности ему напялили шлем с логотипом компании.


(IMG:http://www.railblog.ru/wp-content/uploads/2008/02/poezd_13.jpg)


Как ни странно, об этом событии мало кто помнит. Не запомнились и обстоятельства, при которых происходило создание этого локомотива.


«То, что мы тогда сделали, — рассказывал уже в 1999 году Дон Уэтцель, — это была очередная легкомысленная идея. Разговоры велись, в основном, о рекордах по скорости, исследованиях реактивного движения. Изначально предполагалось, что двигатели будут размещаться сзади. Собственно, ориентировались мы на разработки компании Budd (Budd Car), у которой двигатели располагались как раз сзади»…


Компания Budd, кстати, сейчас входит в состав Bombardier. Budd Car’ы начали строить ещё в 1950-х годах. Это были поезда-вагоны, работавшие на дизельном топливе. Они могли, в принципе, ездить совершенно самостоятельно, но из Budd Car’ов вполне успешно составлялись и целые поезда, о чём наглядно свидетельствует нижеприведённая иллюстрация.


Дон Уэтцель: «Не знаю почему, но мне это не понравилось. Я не могу дать вам научного объяснения, об этом я даже и не думал. Просто у меня всегда получается так, что если что-то хорошо выглядит, то обычно оно и работает неплохо. Не знаю, может так говорить — безумие, однако самолёты, которые хорошо смотрятся, хорошо летают».


Поэтому двигатели расположили на крыше. В принципе, проект был готов уже в 1965 году, однако его почему-то отложили в долгий ящик. Не очень долгий, впрочем. В 1966 году, перед самыми празднествами Дня Независимости, Уэтцель и Джим Райт (Jim Wright), директор Коллинвудского технического центра, сидели и гоняли чаи.


Внезапно раздался телефонный звонок и тогдашний президент компании New York Central Railroad Альфред Перлман (Alfred E. Perlman) сообщил две новости: одну хорошую и одну плохую.


Хорошая состояла в том, что Уэтцелю и компании дали зелёный свет на строительство и испытания реактивного локомотива.


Плохая же новость состояла в том, что на всё про всё у них было лишь 30 дней…


Успели. Самое смешное, что испытывали этого монстра на самых обычных путях, а поскольку скорость по тем временам была колоссальной, вперёд дозором отправили самолёт. Больше всего Уэтцель боялся услышать: «Ребята, вы сейчас во что-то вмажетесь!» И он это услышал…


(IMG:http://www.railblog.ru/wp-content/uploads/2008/02/poezd15.jpg)


Оказалось, детишечки подложили на рельсы лист фанеры. Но кто знал, что это такое? Сверху не разберёшь, фанера это, или, не дай Бог, какая-нибудь жесть или сталь. В результате, впрочем, ничего, кроме истошного хруста разлетающейся в мелкие дребезги фанеры Уэтцель не услышал, и никакой аварии, по счастью, не произошло.


Самое же смешное, по словам Уэтцеля, состояло в том, что локомотив, которым он управлял, всё время норовил разогнаться до 190 миль в час, а двигаться полагалось на скорости не более 180 миль в час. Поэтому Уэтцелю пришлось то и дело сбавлять скорость, и всё равно несчастный самолёт сопровождения (тихоходный винтовой Twin Beech) просто не поспевал за локомотивом.


(IMG:http://www.railblog.ru/wp-content/uploads/2008/02/poezd_11.jpg)


Но, как уже сказано, мощности этого локомотива явно не хватало для того, чтобы разгоняться до столь высоких скоростей с прицепленными вагонами.


Как ни странно, но больше никаких упоминаний о поездах с реактивными двигателями мы как-то не обнаружили. Зато выяснилось, что в Великобритании и Швейцарии в 1950-х и 1960-х годах активно проводились эксперименты с газотурбинными двигателями.


Первой компанией, сподобившейся построить такой локомотив, оказалась Swiss Locomotive Company. Некоторое время он даже вполне активно использовался на британских железных дорогах, однако из-за многочисленных технических проблем в 1959 году его «уволили». Вернулся этот поезд только в 1970-х годах, да и то в виде выставочного экспоната.

(IMG:http://www.railblog.ru/wp-content/uploads/2008/02/poezd_12.jpg)


Кроме того, компания English Electric тоже занималась разработками газотурбинного локомотива, который разгонялся до 90 миль в час (144 км/ч) однако, во-первых, он потреблял слишком много топлива, а во-вторых… Во-вторых, в скором времени произошло слияние English Electric и General Electric, в результате чего финансирование проекта было прекращено. В 1962 году этот локомотив просто уничтожили.


(IMG:http://www.railblog.ru/wp-content/uploads/2008/02/poezd_14a.jpg)


Наше время


Примерно в 2002 году компания Bombardier, это канадская машиностроительная компания, производит в какавиационную технику, так и железнодорожную, объявила о создании прототипа реактивного локомотива.


(IMG:http://www.railblog.ru/wp-content/uploads/2008/02/bomb1.jpg)


Локомотив основан на кузове Acela и имеет на борту турбину Pratt & Whitney PW150. При этом разработчики уверяют, что этот локомотив, во-первых, намного легче дизельных агрегатов, а во-вторых, разгоняется вдвое быстрее.


Машинное отделение, турбина


(IMG:http://www.railblog.ru/wp-content/uploads/2008/02/bomb2.jpg)


Ну и кроме того, Bombardier утверждает, что JetTrain гораздо чище в экологическом смысле, чем другие виды транспорта. Особенно это касается дизельных двигателей. Выбросов CO2, по заверениям разработчиков, будет на 30% меньше, чем от дизельных двигателей, да и шуму поменьше. Даже притом, что двигатели реактивные. Мощность двигателя — 5 тысяч лошадиных сил.


Тяга в этом локомотиве не реактивная, турбина предназначена лишь для намного более эффективного сжигания топлива. Использовать его предполагается конечно не на электрифицированных линиях

железных дорог США.


Материалы

Использована информация © В. А. Ракова, © “Техника-Молодёжи”, 1971 г, © некоторые фото Юрий Акимов, сайт rt200.narod.ru, membrana.ru, drezina.ru и другие источники.

Взято с www.railblog.ru

[temych]

Быстро ехать или низко лететь?

(IMG:http://gregory.pp.ru/trash/highspeed/Aerotrain.jpg)
Aérotrain 02 Жана Бертена, 1967 год

Уже в 30-х годах прошлого века железные дороги ощутили острую конкуренцию со стороны автомобильных перевозок и авиации. И если с грузами всё было в общем-то понятно (хотя с развитием автодорог в США и появлением магистральных тягачей железным дорогам в этой стране всё же пришлось потесниться на рынке перевозок), то авиация уже совершенно безжалостно наступала на пятки стримлайнерам. Железнодорожникам приходилось как-то выкручиваться, увеличивая скорость и комфорт перевозок. Учитывая небольшие скорости тогдашних самолётов конкуренция была более чем жестокая.

(IMG:http://pics.livejournal.com/lord_k/pic/003bq5ge.jpg)
Zephyr Берлингтонской железной дороги (США)

Были разработаны скоростные американские дизель-поезда и скоростные пассажирские мотовагоны Этторе Бугатти, которые позволяли перемещаться с приличными даже по нынешним временам скоростями 160-200 км/ч (что было не намного ниже скоростей самолётов тех времён) и при этом предоставляли пассажирам куда более комфортные условия. К концу 50-х годов пассажирская авиация окончательно пошла по пути укрупнения перевозок. Появляются суперлайнеры на десятки и сотни пассажиров, которые, однако, требовали соответствующей инфраструктуры. На любой полянке такую машину уже не посадишь, да и решить проблему наполняемости салона, которая на железной дороге решалась увеличеснием количества остановок, в случае самолётов можно только постройкой крупных аэропортов, находящихся за чертой города, что автоматически делает авиацию не пригодной для местного сообщения. К тому же в Европе, Японии, а так же ряде штатов Америки постройка крупных аэропортов затруднена особенностями ландшафта.

(IMG:http://pics.livejournal.com/lord_k/pic/002frcxc.jpg)
мотовагон Бугатти

В общем, конкуренция между железнодорожными и авиаперевозчиками смягчилась, и эти две отрасли транспорта стали развиваться более-менее независимо друг от друга. Однако проблема увеличения скорости перевозок по железной дороге осталась актуальной, и вскоре стало очевидно, что предел уже достигнут, а дальнейшее увеличение скорости возможно только при радикальном пересмотре самой концепции железной дороги. Строительство специальных сверхскоростных путей с большими радиусами повотов типа LGV было неплохим выходом, так как поезда, использующие их вполне могли перемещаться и по существующим веткам при условии ограничения скорости движения, так что достаточно было построить прямолинейные участки полотна на основных перегонах, не меняя инфраструктуру в целом. Это было актуально для Европы. К тому же благодаря большой скорости поездов TGV (Франция), Eurostar (Англия), Acela (США), Shinkansen (Япония) и ICE (Германия) возможна их эксплуатация на путях со сложным вертикальным профилем - за счёт огромной инерции подъёмы до 40% поезд преодолевает накатом - что особенно актуально для таких стран, как Швейцария, Германия, Япония и Италия.

(IMG:http://www.trainweb.org/tgvpages/images/research/caisscomp.jpg)
TGV Duplex

Строительсто специальных путей позволило поднять скорость движения составов до 320 км/ч, а омнибусная компоновка поездов TGV Duplex, осуществляющих основное сообщение в Европе, обеспечила хорошую пропускную способность сети. Официальный рекорд скорости поездов системы TGV - 574,8 км/ч зафиксирован 3-го апреля 2007 года.

(IMG:http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/b/b0/Bundesarchiv_Bild_102-06121,_Burgwedel,_Raketenwagen_auf_Eisenbahnschienen.jpg/220px-Bundesarchiv_Bild_102-06121,_Burgwedel,_Raketenwagen_auf_Eisenbahnschienen.jpg)
Raketenwagen Opel RAK.3

В первой половине 20-го века инженеры активно прорабатывали вопросы дальнейшего увеличения скорости, в первую очередь обращая внимание на "конкурирующую фирму" - авиацию, и заимствуя оттуда многие прогрессивные элементы конструкции - от современных материалов и аэродинамических форм до движителей. Важно было обеспечить не кратковременный рекорд, а оптимизировать эксплуатационный режим высокоскоростного поезда, не забывая при этом о безопасности. Ещё в далёких 30-х года прошлого века немец Франц Крукенберг построил мотовагон Schienenzeppelin ("цеппелин на рельсах") с авиадвигателем и воздушным винтом. А ещё раньше, 23 июня 1928 года Фриц фон Опель и Макс Велье испытали реактивную автомотрису Opel-Rak 3, которая достигла скорости 281 км/ч - абсолютный рекорд скорости на железной дороге - однако во время второго заезда, во время которого предполагалось взять планку в 400 км/ч аппарат сошёл с рельс и взорвался. Уже тогда стало очевидно, что у привычного рельсового пути есть предел, выше которого наращивать скорость опасно. К тому же машинисту поезда едущего с авиационной скоростью крайне трудно следить за дорожными сигналами, следовательно принятая во всём мире в те годы система семафоров для обслуживания скоростных линий не годилась.

(IMG:http://gregory.pp.ru/trash/highspeed/svl.jpg)
Скоростной вагон-лаборатория СВЛ. СССР, 1970 год.

Однако идея использовать реактивные двигатели на железной дороге не была забыта. Инженерная мысль вновь и вновь возвращалась к ней на разных этапах. В СССР в 70-х годах проходили испытания скоростного вагона-лаборатории СВЛ. Целью испытаний было изучение взаимодействия колесо-рельс на скоростях свыше 200 км/ч. СВЛ представлял собой переделанный головной вагон от электрички ЭР-22, снабжённый носовым и хвостовым обтекателями с установленными на крыше двумя турбореактивными двигателями от самолёта Як-40. Этот вагон даже снялся в фильме Екатерины Сташевской "Хочу быть министром" в роли "скоростного локомотива" СЛОК, который по сюжету с энтузиазмом строит один из героев фильма - учащийся ПТУ.

(IMG:http://gregory.pp.ru/trash/highspeed/Aerotrain_2.jpg)
SNCF Aérotrain. 1968 год.

Однако как бы то ни было, но на скоростях выше 300 км/ч потери на трение в экипажной части поезда превышают потери на сопротивление воздуха. Поэтому нужно было как-то устранить главный сдерживающий фактор - рельсы. Одним из первых это сделал француз Жан Бертен. Бэтмобиль, изображённый на самом первом рисунке - прототип транспортной системы Aérotrain, разработанной им для концерна SNCF. На сладкое - красивый ролик, посвящённый поездам на воздушной подушке гениального француза.


Однако система Aérotrain так и осталась по сути техническим курьёзом. Даже не смотря на то, что вагон I-80 в 1974 году на маршруте из Руана в Шаран показал скорость 430.4 км/ч, программа была свёрнута. Одной из причин было использование на ховеркрафтах авиационных двигателей, следовательно достаточно большой расход топлива при меньшем пассажиропотоке (I-80 вмещал всего 80 пассажиров). Положение спасти не могли даже проекты поездов-экранопланов с электрическим приводом воздушных винтов - всё равно их потенциальная вместительность не высока, и с системами типа TGV эти транспортные средства конкурировать не могут. Задача сильно усложнилась: с одной стороны надо было обеспечить вместимость, сопоставимую с обычными поездами, а с другой - исключить контакт поезда с земной поверхностью.

(IMG:http://gregory.pp.ru/trash/highspeed/Transrapid.jpg)
Transrapid - китайский маглев

Со школы мы знаем, что магниты, сориентированные одноимёнными полюсами - отталкиваются. При наличии достаточно мощных магнитов силы их отталкивания будет достаточно для поддержания в подвешенном состоянии состава. Так появились маглевы (maglev, от MAGnetic LEVitation). По теореме Ирншоу, статичные поля, создаваемые одними только электромагнитами и постоянными магнитами, нестабильны, поэтому маглевы EMS-типа нуждаются в системах стабилизации, регулирующих силу тока в электромагнитах с целью поддержания постоянного расстояния между полотном монорельса и поездом. Помимо электромагнитов в целях повышения экономичности применются так же сверхпроводящие магниты. Перспективным считается использование постоянных магнитов.

(IMG:http://f00.inventorspot.com/images/T1.img_assist_custom.jpg)
JFK AirTrain

Движение маглевов осуществляется при помощи линейных электродвигателей. Самый простой тип линейного двигателя - асинхронный. Его статор в виде многофазного набора обмоток расположен на борту поезда, а ротор, который у асинхронных двигателей как правило представляет собой барабан из немагнитного металла (обычно алюминий), "развёрнут" в прямую линию вдоль направления движения. Такой двигатель используется например в поездах JFK AirTrain, соединяющие Нью-Йоркское метро с аэропортом Кеннеди. Правда они - не маглевы, а самые обычные поезда с калёсами. Поезда на магнитной подушке способны в долговременном режиме поддерживать скорость свыше 500 км/ч. При этом пассажиры в салоне чувствуют себя вполне комфортно - никаких тряски, лязга и вибраций - даже "воздушных ям", как при полёте на самолёте, нет.

Gregory A. Rozanoff