Супер поезда будущего на магнитной подушке

Поезда на магнитной подушке — это поезда, удерживаемые над полотном дороги, движимые и управляемые силой электромагнитного поля. Если осуществление на практике идеи “дарящих” поездов окажется успешным, то поезда завтрашнего дня будут перевозить пассажиров из одного города в другой гораздо быстрее реактивного авиалайнера.

Одна из основных задач специалистов по наземному транспорту Франции, США, Западной Германии и Японии состоит в разработке рельсовой транспортной системы, объединенной с автоматически управляемой сетью городских и пригородных железнодорожных маршрутов и способной перевозить пассажиров и грузы на расстояние до 500 миль со скоростью 300 миль в час. Эти транспортные системы, предназначенные для постоянных пассажиров, могут быть размещены под или над землей, либо на ее поверхности. Они могли бы перевозить от 1 000 до 20 000 человек в час во время пиковых нагрузок.

Растущий интерес к этой идее можно объяснить тем, что обычный железнодорожный транспорт устарел, а прочие виды перевозок создают шум, приводят к высоким затратам и наносят вред окружающей среде. По подсчетам доктора Ховарда Т. Коффи из Стэнфордского научно-исследовательского института в Калифорнии (этот институт проводил исследования в соответствии с программой „Высокоскоростные наземные транспортные системы” по поручению правительства США в 1969 г. парк транспортных средств США состоял из 84 миллионов автомашин, 88 тысяч автобусов, 16 тысяч железнодорожных вагонов, 1 500 четырехмоторных самолетов, 120 тысяч самолетов с меньшим количеством моторов, а также из многих других средств передвижения. В том же году они стали причиной гибели 50 тысяч человек, 4 миллиона были ранены. Кроме того, использование традиционных транспортных средств привело к еще большему загрязнению воздушного бассейна. В настоящее время степень загрязнения воздуха в крупнейших городах мира приближается к критическим показателям.

В связи с этим любая попытка увековечить существующую сегодня систему транспортных перевозокПеревозка опасных грузов в таре и навалом, которая целиком изжила себя, может привести к катастрофической ситуации, причем задолго до конца нашего столетия, когда требования к транспорту станут еще более высокими.

Предлагается к прочтению: Подводная лодка Акула

В США, например, численность населения к 2000 г. скорее всего удвоится по сравнению с 1969 г. Специалисты по наземному транспорту убеждены, что многие проблемы могли бы быть решены с помощью введения скоростной, комфортабельной, незагрязняющей окружающую среду транспортной железнодорожной системы. Но вероятнее всего фактором, который вынудит ускорить разработку новых транспортных систем, явится постоянный рост цен на традиционные виды топлива. Если удастся обеспечить скорость движения 300 миль в час, на переезды потребуется исключительно мало времени. Дорога от Лондона до Глазго займет 80 мин, от Парижа до Берлина – 1 ч 50 мин, а от Нью-Йорка до центрального вокзала в Вашингтоне – всего 40 мин. Одновременно исчезнут зависимость междугороднего воздушного сообщения от погодных условий, задержки и пробки на дорогах, ведущих в аэропорты, отпадет необходимость в затратах времени на предполетную регистрацию пассажиров и багажа. Если сравнить новую транспортную систему с авиалайнерами, обслуживающими трассы средней протяженности, то график движения скоростных поездов будет более насыщенным, а сами поездки будут проходить почти в полной тишине. В Японии эта транспортная система должна быть введена в действие уже в начале 80-х годов.

В области разработки проектов парящих поездов в настоящее время уже сложились две соперничающие друг с другом концепции, каждая из которых достаточно привлекательна, чтобы вновь привлечь внимание к железной дороге тысяч пассажиров. Это проекты поезда на воздушной подушке (TACV) и поезда, движущегося на магнитной подушке (MAGLEV). Поезда на воздушной подушке удерживаются и движутся по бетонным направляющим с помощью воздушной подушки, заключенной в гибкие ограждения. В качестве двигателей на них применяются газотурбинные установки, пропеллерно-турбинные системы или линейные асинхронные двигатели.

Поезда на магнитной подушке, как правило, приподнимаются над поверхностью пути и движутся с помощью только магнитных полей. Опыты показали, что с помощью магнитного поля поезда могут парить над полотном пути со скоростью 300 миль в час. В настоящий период усилия конструкторов сконцентрированы на разработке двух систем поездов на магнитной подушке. В первой системе используется сила притяжения, возникающая между управляемым электромагнитом, установленным на транспортном средстве, и ферромагнитным рельсом. Во второй системе применены супермагниты, выполненные из сплава, обладающего сверхпроводимостью. Супермагниты установлены внутри средства, а ток возникает в направляющем рельсе.

При движении супермагнита над покрытым алюминием, направляющим рельсом в его катушках возбуждаются вихревые токи. Это ведет к возникновению устойчивой силы отталкивания, которая приподнимает аппарат и удерживает его в равновесии на направляющем рельсе, имеющем посредине желоб. Считается, что пока ни одна из систем не доказала своего преимущества над другой. Не было выявлено и их преимущество перед системами воздушной подушки. Напротив, последние исследования, проведенные в Соединенных Штатах Америки, показали, что аппараты с воздушной подушкой плунжерного типа по расчетам будут потреблять меньше энергии, чем ранние модели поездов на воздушной подушке или поезда MAGLEV.

Разработкой проектов поездов на воздушной подушке TACV занимаются уже около 75 лет. Впервые эту идею выдвинул известный французский инженер Шарль Тери, который в период с 1902 по 1915 гг. получил целый ряд патентов на использование воздуха в скользящих железнодорожных системах. В 1922 г. Ф. Траск из штата Северная Дакота в США запатентовал проект скользящей железнодорожной установки, в которой воздух, поддерживающий аппарат над полотном дороги, использовался и для движения вперед. В 1927 г. вице-президент фирмы „Форд мотор” доктор Эндрю А. Кучер представил на обсуждение проект вагона „Левакар”. А. Кучер понял, что основной фактор, сдерживающий увеличение скорости движения наземного транспорта, — это колесо. Чтобы исключить этот фактор, он предложил принцип „приподнимания” (левитации), в соответствии с которым транспортные средства должны будут скользить по тонкой пленке воздуха с гораздо более высокой скоростью, чем на колесном ходу.

Один из проектов Кучера, вагон на воздушной смазке „Левакар Х-5”, приводимый в движение воздушными винтами, предназначался для сообщения между городами, расположенными друг от друга на расстоянии 90-100 миль. „Левакар Х-5” должен был развивать скорость 150 миль в час. Фирма „Форд мотор” и сейчас по-прежнему проявляет активность в этой области и осуществляет ряд исследовательских программ правительства США по использованию поездов на воздушной подушке. Установки TACV имеют неоспоримые преимущества перед существующими в настоящее время железнодорожными системами.

Типичные образцы дорожного полотна, постройка которого предполагается в США для поезда на воздушной подушке „Аэротрэйн” со скоростью движения 150 миль в час:

• а – наземный вариант полотна, расположенного в разделительной полосе автострады;
• б – поверхностный вариант;
• в – туннельный вариант.

Строительство дорожного полотна для них обходится относительно дешево. Сама колея TACV будет расположена над землей на тонких стойках, поэтому можно беспрепятственно использовать площади под дорогой. Кроме того, поезда на воздушной подушке не будут подвергать колею нагрузкам и вибрации, которые характерны для обычного колесного транспорта.

Движение этих поездов будет практически бесшумным. Для того чтобы обеспечить составу достаточную гибкость, будут создаваться относительно небольшие поезда. Так как в периоды пиковой нагрузки поезда будут ходить с очень высокой частотой — от 10 до 20 составов в час — по существу отпадет необходимость в составлении расписания движения. Первоначально междугородние поезда смогут развивать скорость 200-300 миль в час, а пригородные — 50-120 миль в час, в будущем их скорость предполагается повысить.

Построенный фирмой “Рор” головной образец поезда М-60 “Аэрогрейн” приводится в движение линейным асихронным двигателем, а скользит над поверхностью благодаря системе воздушной подушки конструкции Бертина. Движение поезда осуществляется по направляющей балке, имеющей в разрезе вид перевернутой буквы Т. Управление, осуществляется с помощью ЭВЛ. Машинист наблюдает за полотном дороги впереди и позади поезда с помощью телекамеры.

Во Франции разработку системы TACV „Аэротрейн” начал в 1965 г. инженер Бертин. Длительный период исследований завершился постройкой поезда на воздушной подушке „Аэротрейн 1—80” для маршрутов средней дальности. Он был сконструирован для трассы Орлеан — Париж. Первый участок линии с полотном протяженностью 11,5 мили был завершен в июле 1969 г. К маю 1974 г. „Аэротрейн 1—80” отработал на линии более 850 ч, преодолев расстояние более 30 тыс. миль, и перевез 13 тыс. пассажиров.

Первоначально предполагалось применить на нем воздушный винт, но позднее был установлен турбовентиляторный движитель фирмы „Пратт энд Уитни” JT8D-11 тягой около 7 000 кг, что позволило увеличить скорость до 250 миль в час. Во время испытаний поезда характеристики скорости, торможения и ускорения совпали с расчетными, а пассажиры остались очень довольны уровнем комфорта в пути.

В ноябре 1969 г. фирма „Сосьете де л’аэротрэн” открыла отделение в США под названием „Аэротрейн-система инк”, которое должно было изготовлять и поставлять поезда „Аэротрейн” заказчикам в США и Мексике. Это отделение является совместным предприятием фирм „Рор индастриз”, „Бертин” и „Сосьете де л’аэротрэн”. Федеральное управление министерства транспорта США уже получило от этой фирмы головной образец поезда на воздушной подушке, который должен пройти серию испытаний на полигоне министерства около города Пуэбло в штате Колорадо. На этом же испытательном полигоне проводятся испытания аппарата TLRV фирмы „Грумман”, оснащенного тремя турбовентиляторными движителями JT15P, и опытного поезда с линейным асинхронным двигателем L1MRV. Все эти три поезда на воздушной и магнитной подушках сыграли важную роль в ходе осуществления программы министерства транспорта по изучению скоростных наземных транспортных средств, целью которой явилось накопление к 70-м годам технической информации для ответа на вопрос, является ли транспортная система на основе магнитной индукции приемлемой и способной добавить что-то новое к существующим транспортным средствам.

В Западной Германии объединенными усилиями „Краус—Маффей” и „Мессершмит—Бельков-Блом” создается новая транспортная система, отвечающая трем главным требованиям. Она должна обеспечить:

1. связь между крупными промышленными центрами ФРГ с высокой плотностью населения;
2. перевозку грузовиков, легковых автомобилей и контейнеров, что позволило бы разгрузить шоссе и автострады;
3. прямое сообщение до места назначения без промежуточных остановок и пересадок.

После завершения напряженной программы исследований пришли к выводу, что наиболее приемлемым можно считать транспортное средство со скоростью движения до 312 миль в час, которое приподнимается над путями и движется вперед на основе действия магнитного поля.

Обе фирмы в настоящее время сосредоточили усилия на разработке транспортного вагона „Трансрапида” длиной 45 м, который сможет в зависимости от внутренней компоновки перевозить пассажиров, автомашины, генеральные грузы или контейнеры со скоростью 312 миль в час. Полезная нагрузкаКоэффициенты полезного действия и их взаимосвязь стандартной модели вагона „Трансрапида” составит 25 т. В передней и задней его частях будут расположены большие двери самолетного типа во всю ширину корпуса, что позволит осуществлять сквозную загрузку автомобилей и контейнеров. В 1977 г. планировалось завершить строительство первой очереди испытательного полигона, где предполагалось начать испытания головной модели.

Фирма „Краус—Маффей” проводит серию испытаний железнодорожного вагона „Трансурбан”, который будет обслуживать короткие маршруты. Скорость вагона „Трансурбан” составляет 38 миль в час. Подобно более крупным вагонам он оборудован магнитной системой, которая приподнимает, направляет и толкает вагон вперед. „Трансурбан” имеет одну важную отличительную особенность. Дорожное полотно этой системы оборудовано стрелками, а повороты вагон производит с помощью магнитов, управление которыми осуществляется непосредственно из поезда.

Читайте также: Пассажирские суда

На главных магистралях, где потребность в транспорте выше, из отдельных вагонов можно формировать целые составы. А там, где главная дорога разветвляется на отдельные пригородные линии, такие составы автоматически делятся на несколько автономных вагонов. Каждый транспортный аппарат запрограммирован для работы на определенной линии. Перед отходом состава пассажир выбирает нужный ему вагон, следующий к определенному пункту назначения. В том случае ему уже не надо пересаживаться с поезда на основной транспортной артерии на другой, следующий по боковому ответвлению транспортной сети. Вероятно, будет построено и испытано еще немало различных скоростных наземных транспортных систем, прежде чем появится оптимальная система. Но одно можно утверждать с полной определенностью: железная дорога, равно как и водный транспорт, к концу этого столетия будут выглядеть абсолютно иначе.