Транспорт на воздушной подушке

Монорельсовая дорога

Первая монорельсовая дорога на столбах с конной тягой была построена в 1820 году в подмосковном селе Мечкове в России. Это событие осталось незамеченным, а год спустя в Англии на монорельсовый путь был выдан патент. Одна из первых пассажирских монорельсовых дорог появилась в Германии в 1901 году.

Навесная дорога требует более сложной системы ходовых частей для обеспечения устойчивости вагонов. В плохих метеоусловиях монорельс (балка) покрывается льдом или снегом и система выходит из строя или требует больших затрат по ее очистке. Данная дорога требует меньшую высоту опор эста­кады (2-3 м) и, следовательно, меньшую строительную стоимость. Для подвесных дорог требуются высокие опоры (4-5 м), но ходовые части вагонов значительно упрощаются.

Ввиду значительной стоимости и некото­рых эксплуатационных неудобств (необходи­мость подъема пассажиров на эстакаду и спуска с неё, сложность обслуживания пути и подвижного состава) монорельсовые дороги пока не получили повсеместного применения.

Этот вид железной дороги исключительно подходит для современного города с его плотной застройкой, многолюдьем и транс­портными пробками. В Японии в 1955 году была организована исследовательская группа, которая занялась созданием сверхзвукового экспресса для монорельсовой дороги.

Интересно, что возглавил группу профес­сор Кенойя Одзава - известный конструктор самолетов. В 1970 году на точной копии тако­го экспресса пробную поездку совершили по­допытные животные. Они хорошо перенесли путешествие. В начале 70-х годов были построены моно­рельсовые дороги для пригородного и городского сообщений. Высокоскоростная 50-километровая монорельсовая дорога в 1987 году соединила г. Осака с аэропортом.

Идею создания аппарата на воздушной подушке впервые высказал в 1716 году шведский ученый Э. Сведенберг. В 1853 году русский инженер Иванов предложил создать воздушную прослойку под днищем судна, чтобы уменьшить сопротивление воды. Для движения он предлагал использовать реактивное воздействие воздуха, выхо­дящего из-под днища в кормовой части судна. Однако эти идеи по разным причинам не были реализованы.

В 1927 году К. Э. Циолковский опубликовал работу "Сопротивление воздуха и скорый поезд", в которой дал научно-техническое обоснование и принципы расчетов вагона на воздушной подушке, двигающегося по специ­ально спрофилированному рельсу. Необходимая для движения сила созда­валась вырывающимся из-под поезда в направлении, противоположном его движению, воздухом. Фактически он предлагал поезд-снаряд, который, прежде чем взлететь, разгоняется по монорельсу, опираясь на воздушную подушку.

Однако сам поезд в том виде, как его описал К. Э. Циолковский, транс­портным средством быть не может. Безопорный полет в воздухе поезда-снаряда требует больших скоростей, а, следовательно, больших энергетиче­ских затрат на преодоление сопротивления движению. Вследствие высоких энергетических затрат, необходимых для движения, критерий экономично­сти поезда Циолковского оказывается неудовлетворительным. Поезд не от­вечает требованиям и по критерию безопасности, так как остается неясным решение проблемы посадки такого поезда после баллистического полета. Однако сама идея заменить колесо воздушной подушкой была революцион­ной.

В 1959 году английский инженер К. Коккерелл провел испытания своего корабля на воздушной подушке, получившего название "Ховеркрафт". В этой конструкции были продолжены разработки, начатые за три десятиле­тия до этого В. И. Левковым. В. И. Левков построил такой корабль и в нача­ле 30-х годов успешно провел его испытания. Несмотря на это, новый вид транспортного средства не был признан и оценен по достоинству.

В 1955 году в Хлебникове, под Москвой, были проведены испытания первого автомобиля на воздушной подушке, созданного двадцатилетним студентом Московского нефтяного института Г. Туркиным. Уже на пер­вых испытаниях четырехкилограммовая модель автомобиля поднимала 12­16 кг груза. Туркин вместе с С.Демушкиным и П.Морозовым построил машину в натуральную величину. Во время испытаний автомобиль завис над землей, однако заглох двигатель. Испытания были прекращены, в связи со смертью Туркина.

Суда на воздушной подушке начали получать распро­странение лишь с 60-х годов и пока на отдельных небольших линиях (реках) и при перевозках через морские проливы. В СНГ создано несколько моделей судов на воз­душной подушке. Среди них "Радуга" - небольшой катер для движения со скоростью 100 км/ч, более крупное - "Горьковчанин" на 48 пассажирских мест и другие. Сотни таких судов по­строены во многих странах ми­ра. Самые крупные работают в качестве автопассажирских па­ромов.

Преимущества судов на воздушной подушке в их большой скорости и вездеходности, т. е. в возможности движения по мелководью, выхода на по­логий берег и движения на относительно ровной поверхностью земли. Та­кие суда-амфибии не нуждаются в портах и причальных сооружениях. Од­нако они могут двигаться лишь при небольшом волнении (до 4 баллов), становятся неуправляемыми на малых скоростях, а при движении над водой создают облака водяной пыли, которая ускоряет коррозию частей и агрега­тов судна.

Их недостатком является большой расход энергии на создание воздуш­ной подушки и сильный шум. Исследования по совершенствованию судов на воздушной подушке продолжаются.

Сухопутные аппараты на воздушной подушке в основном существу­ют в виде проектов и опытных образцов. Первыми были опытные образ­цы автомобилей. Они имели плоское днище, под которое вентиляторы на­гнетали воздух. Одно или несколько колес остаются в контакте с землей для обеспечения горизонтальной тяги. К настоящему времени эксперименты с ними отложены.

В рельсовых системах возникла идея использования для опоры вагона (на путь) воздушной подушки, которая улучшает динамику и комфорт при движении. Разработано несколько проектов таких аэропоездов в разных странах. Большим их недостатком является шум от создания воз­душной подушки. Поэтому склонились к применению для транспортных целей линейных электродвигателей. В Англии разработан образец аэропо­езда (вагона) массой 25 т для движения со скоростью 480 км/ч под действи­ем линейного электродвигателя. До недавнего времени проблема линейного электродвигателя оставалась не до конца разрешенной. Последние работы в Японии позволили повысить экономичность и надежность линейного элек­тродвигателя, используемого для передвижения транспортной единицы.

Однако движение кораблей и автомобилей на воздушной по­душке с высокой скоростью сопряжено с такими большими затратами мощ­ности, что эти транспортные средства становятся неэкономичными. Главное достоинство этих аппаратов - высокая проходимость.

Поезд на магнитной подушке (подвеске)

Поезд на магнитной подушке или Маглев (от англ. magnetic levitation — «магнитная левитация») — это поезд, удерживаемый над полотном дороги, движимый и управляемый силой электромагнитного поля. Такой состав в процессе движения не касается поверхности рельса. Так как между поездом и поверхностью полотна существует зазор, трение между ними исключается, и единственной тормозящей силой является аэродинамическое сопротивление. Относится к монорельсовому транспорту (хотя вместо магнитного рельса может быть устроен канал между магнитами — как на JR-Maglev).

Скорость, достигаемая поездом на магнитной подушке, сравнима со скоростью самолёта и позволяет составить конкуренцию воздушному транспорту на ближне- и среднемагистральных направлениях (до 1000 км). Принцип магнитной подвески состоит в следующем. Если на путь уло­жить магниты с полюсами, направленными вверх, а на вагоне установить магниты той же полярности, направленные вниз, то под действием сил от­талкивания вагон зависнет над путем с зазором в 10-15 мм. Конструктивно магнитная подвеска может выполняться не только способом электродина­мического отталкивания, но и приближения. Под тягой от воздушных вин­тов или от линейного электродвигателя такой вагон получает поступатель­ное движение, преодолевая только сопротивление воздушной среды. Отсут­ствие механического контакта вагона с путем обеспечивает почти идеаль­ную плавность хода при самых высоких скоростях. Во многих странах уже 15-20 лет ведутся соответствующие исследования и конструкторские рабо­ты.

Сравнение транспортных средств на воздушной подушке и магнитной подвеске показало бесспорное преимущество последних. Главное достоинство магнитной подвески заключается в меньшей затрате энергии на созда­ние зазора между путем и подвижным составом.

В лучших образцах магнитопоездов на тонну массы вагона необходима мощность 1 кВт, тогда как на создание воздушной подушки требуется мощ­ность 30-40 кВт. Второе преимущество поездов на магнитной подвеске за­ключается в отсутствии сильного шума, присущего аппаратам на воздуш­ной подушке.

Достоинства

Самая высокая скорость из всех видов общественного наземного транспорта.

Достаточно низкое потребление электроэнергии (энергия у маглева расходуется в три раза эффективнее, чем у автомобиля и в пять раз — чем у самолета), вследствие чего и экологичность с точки зрения вреда природе.

Снижение эксплуатационных затрат в связи со значительным уменьшением трения деталей.

Огромные перспективы по достижению скоростей, многократно превышающих скорости, используемые в реактивной авиации при уменьшении аэродинамического сопротивления путем помещения состава в туннель с высоким вакуумом.

Низкий шум.

Недостатки

Высокая стоимость создания и обслуживания колеи (стоимость постройки одного километра колеи сопоставима с проходкой километра тоннеля метро закрытым способом).

Создаваемое магнитной подвеской электромагнитное поле может оказаться вредным для поездных бригад и/или окрестных жителей. Даже тяговые трансформаторы, применяемые на электрифицированных переменным током железных дорогах, вредны для машинистов, но в данном случае напряжённость поля получается на порядок больше. Также, возможно, линии будут недоступны для людей, использующих кардиостимуляторы.

Рельсовые пути стандартной ширины, перестроенные под скоростное движение, остаются доступными для обычных пассажирских и пригородных поездов. Путь маглева ни для чего другого не пригоден; потребуются дополнительные пути для низкоскоростного сообщения.

В области разработки магнитопоездов наибольшие результаты получены в Германии и Японии.

Перспективы развития магнитного транспорта связывают с возможно­стью использования сверхпроводящих магнитов, позволяющих резко сни­зить энергозатраты. Но и теперь при перевозках на расстояние 1-2 тыс. км магнитопоезда могут оказаться более эффективными, чем самолеты.

Достоинство поездов на магнитной подушке заключается в от­сутствии вредного воздействия на окружающую среду: они не шумят, не за­грязняют атмосферу, и было бы нелогичным в таких поездах в качестве тя­говых использовать реактивные двигатели или двигатели с толкающим либо тянущим винтом. Поэтому для поездов на магнитной подушке разрабатываются двигатели, в которых механическое тяговое усилие возникает в результате взаимодействия магнитных и электрических полей. Созданное таким образом усилие может быть использовано и для подвеши­вания поезда над рельсовым полотном.

Реализация этого взаимодействия на практике осуществляется в элек­трических двигателях постоянного и переменного тока. Принцип действия электрической машины постоянного тока основан на явлении электромаг­нитной индукции, открытом М. Фарадеем в 1841 г. Если замкнутый про­водник вращать в постоянном магнитном поле, то в нем возникает перемен­ная электродвижущая сила (ЭДС).

В 1910 г. бель­гийский монтер Э. Башле построил первую модель вагона на магнитной подвеске, использовав для этой цели электромагнит. Модель массой 50 кг не только парила в воздухе, но и развивала фантастическую по тем време­нам скорость 500 км/ч. Через четверть века немецкий инженер Кемпер по­строил другую модель вагона на магнитной подушке и, будучи более прак­тичным, взял патент на изобретение. И в этой модели для создания магнит­ной подушки были использованы электромагниты. Однако электромагниты требуют системы стабилизации, которая, воздействуя на величину тока в их обмотке, поддерживает постоянный зазор между электромагнитом и по­верхностью пути.

Реализация

Эмсланд (Германия)

Transrapid, немецкая компания по разработке маглева, построила в 1984 году в Эмсланде испытательный трек общей длиной 31,5 км. Дорога проложена между Дорпеном и Латеном, имеет одну колею с оборотными петлями на каждом конце. Поезда беспилотные, весь контроль движением осуществляется из диспетчерского пункта. Максимальная скорость движения, которую удавалось развить на прямом участке дороги во время испытаний — 501 км/ч.

В настоящее время дорога используется исключительно для проведения технических испытаний и в качестве аттракциона для туристов.

M-Bahn в Берлине (Германия)

Первая публичная система маглев (M-Bahn) построена в Берлине в 1980-х годах.

Дорога длиной 1,6 км соединяла 3 станции метро от железнодорожного узла Gleisdreieck до выставочного комплекса на Potsdamer Strasse. После долгих испытаний дорога была открыта для движения пассажиров 28 августа 1989 г. Проезд был бесплатный, вагоны управлялись автоматически без водителя, дорога работала только по выходным дням. В районе, куда подходила дорога, предполагалось провести массовое строительство. Дорога была построена на эстакадном участке бывшей линии метро U2, где движение было прервано в связи с разделением Германии и разрушениями во время войны. 18 июля 1991 линия перешла в промышленную эксплуатацию и включена в систему метро Берлина.

После разрушения Берлинской стены население Берлина фактически удвоилось и потребовалось соединить транспортные сети Востока и Запада. Новая дорога прерывала важную линию метро, а городу требовалось обеспечить высокий пассажиропоток. Через 13 дней после ввода в промышленную эксплуатацию, 31 июля 1991, муниципалитет принял решение демонтировать магнитную дорогу и восстановить метро. C 17 сентября дорога была демонтирована, а позднее — восстановлено метро.

Бирмингем (Великобритания)

Нескоростной маглев-челнок ходил от Бирмингемского аэропорта к ближайшей железнодорожной станции в период с 1984 по 1995 гг. Длина трассы составляла 600 м, и зазор подвеса составлял 1,5 см. Дорога, проработав 10 лет, была закрыта из-за жалоб пассажиров на неудобства и была заменена традиционной монорельсовой дорогой.

Армянская ССР

Во времена СССР строительство первой в советском пространстве магнитной железной дороги было начато в 1987 году, в Армении и по плану должно было быть завершено в 1991 г. Эта дорога должна была соединить через Абовян города Ереван и Севан, однако Спитакское землетрясение 1988 года и военные события стали причиной замораживания проекта. Поезда должны были развивать скорость 250 км/ч., в итоге была построена лишь эстакада.

Шанхай (Китай)

Неудача с первой маглев-дорогой в Берлине не отпугнула немецкую компанию Transrapid — дочернее предприятие Siemens AG и ThyssenKrupp — от продолжения исследований, и позже компания получила заказ от китайского правительства на строительство высокоскоростной (450 км/ч) маглев-трассы от шанхайского аэропорта Пудун до Шанхая. Дорога открыта в 2002 году, её длина составляет 30 км. В будущем её планируется продлить на другой конец города до старого аэропорта Хунцяо и далее на юго-запад до города Ханчжоу, после чего её общая длина должна составить 176 км.

Япония

В Японии испытывается дорога в окрестностях префектуры Яманаси по технологии JR-Maglev. Скорость, достигнутая в процессе испытаний MLX01-901 с пассажирами 2 декабря 2003, составила 581 км/ч.

Там же, в Японии, к открытию выставки Expo 2005 в марте 2005 введена в коммерческую эксплуатацию новая трасса. 9-километровая линия Линимо (Нагоя) состоит из 9 станций. Минимальный радиус — 75 м, максимальный уклон — 6 %. Линейный двигатель позволяет поезду разгоняться до 100 км/ч за считанные секунды. Линия обслуживает территорию, прилегающую к месту проведения выставки, университету префектуры Айти, а также некоторые районы Нагакутэ. Поезда изготовлены компанией Chubu HSST Development Corp.

Имеются сведения, что вышеназванные японские компании ведут строительство подобной линии в Южной Корее.

Южная Корея, строительство дороги в международном аэропорту Инчхон

Строящаяся дорога относится к типу городского маглева (urban (or low-and medium-speed) maglev transport). Она свяжет международный аэропорт Инчхон с базой отдыха Yongyoo-Mui. Количество станций — 6, длина — 6,1 км. Максимальная скорость движения составит 110 км/ч. Планируемое начало коммерческой эксплуатации 2013 г. Используются собственные технологии Кореи.

Было два инцидента, связанных с пожарами. Японский испытательный поезд MLU002, действовавший в Миядзаки, был полностью уничтожен в результате пожара в 1991 году. В результате этого пожара политические оппоненты объявили, что маглев — это пустая трата бюджетных денег.

11 августа 2006 в 14:20, вскоре после отправления со станции «Лун-ян лу» Шанхай, произошло возгорание батареи в шанхайском экспрессе Transrapid. Была произведена эвакуация пассажиров, на место прибыли пожарные подразделения и к 15:40 пожар был ликвидирован, жертв и пострадавших нет. В результате проведённого расследования было выяснено, что причиной была неполадка в электрических системах маглева, возникшая в установленном на борту батарейном модуле.

22 сентября 2006 около 10 часов по местному времени на испытательном полигоне компании Transrapid в Эмсланде (Германия) произошла авария. Во время испытаний состав на скорости около 200 километров в час врезался в оказавшийся на пути технический поезд. В результате аварии погибли 23 человека и ещё десять получили ранения. После почти годичного расследования причиной аварии была названа человеческая ошибка, вину возложили на трёх сотрудников Transrapid.

Дата добавления: 2013-12-14