Юный техник, 2009 № 03

Кроме того, высокоскоростные поезда (TGV) должны иметь гибкое шарнирное сочленение вагонов. Внешне такой поезд напоминает огромную змею, достигающую 500 м в длину. Испытания показали, что турбопоезд для высоких скоростей должен быть ниже и шире обычного. Насколько важна правильная аэродинамическая форма, видно хотя бы из такого сравнения.

Высокоскоростной поезд (TGV).

Когда обычный поезд весом 400 т с локомотивом мощностью 2000 л. с. достигает скорости 160 км/ч, поезд такой же «массы» и мощности, но обтекаемой формы, будет мчаться со скоростью 222 км/ч! А при больших скоростях эта разница еще больше увеличится.

Но главное при организации скоростного движения — это не конструкция поездов, а реконструкция самого железнодорожного полотна. Прежде всего, оно должно быть максимально прямым с минимальным количеством переездов, а рельсы должны быть «бархатными» — с небольшим количеством стыков.

Опыт показывает, что затраты на организацию высокоскоростного движения окупаются довольно быстро. Так, самая первая линия TGV в Европе — 400-километровая трасса Париж — Лион, открывшаяся в 1981 году, стала приносить чистую прибыль через 10 лет после ее запуска.

Владимир ЧЕРНОВ

Илья ЗВЕРЕВ

ЛЕТАЙТЕ ПОЕЗДАМИ

Наиболее успешна линия скоростных поездов Париж-Лондон. В день на этом маршруте курсируют 18 поездов, обеспечивающих 70 % всех пассажирских перевозок между двумя столицами. Уже сейчас расстояние от центра Парижа до центра Лондона поезд преодолевает примерно за 3 часа, а в скором времени железнодорожники обещают сократить время поездки еще на полчаса.

Можно ли еще быстрее? На испытаниях французский электровоз уже много лет назад поставил рекорд — 331 км/ч. Однако инженерам паровоз и тепловоз нравились больше, чем электровоз. Они были дешевле. Им не нужны десятки тысяч столбов-опор и тысячи километров контактного провода. У них было то, чего нет у электровоза, — автономное питание. Но паровозы давно ушли в прошлое, а дизель слишком тяжел для скоростного поезда. Если тепловоз и разгонится до 300 км/ч, то вагоны ему уже не потянуть. Вот почему инженеры еще в 60-е годы прошлого века обратили внимание на авиационную турбину как на новый вид двигателя для подвижного состава.

В те годы КБ А. Яковлева провело эксперимент: отслуживший свое в небе двигатель от реактивного самолета установили на железнодорожный вагон. Вагон вел себя идеально. Быстро набирал колоссальную скорость, легко управлялся. Казалось, вот оно, решение!

Увы, с самого начала инженерам было ясно, что это всего лишь эксперимент: шум реактивного двигателя не погасишь. А ведь вдоль трассы железной дороги живут люди… Не оставлять же по сторонам пути полосы отчуждения километровой ширины!..

Тогда вспомнили, что, кроме ТРД, есть еще и газотурбинные двигатели, способные приводить во вращение любой потребитель механической энергии — например, электрогенератор. Расчеты показали, что эксплуатировать поезд с собственной электростанцией значительно дешевле, чем электрифицировать новый путь. Правда, одной турбины для поезда маловато. Пришлось поставить несколько. Однако даже в этом случае стоимость километрового пробега оказалась на 10 % ниже, чем у дизель-поезда.

Во Франции вот уже несколько лет используют турбопоезда с гидравлической передачей. Инженеры считают, что она вполне подходит для скоростей около 250 км/ч. Но при более высоких все же неэффективна. Поэтому для французского сверхскоростного поезда была выбрана электрическая передача.

Кроме того, мотор-вагонные поезда, построенные по принципу всем известной электрички, оказались очень удобны и для современных турбопоездов: все его колесные пары — движущие. Передача движения на все ведущие оси более равномерно распределяет тяговые усилия, делает управление проще, а поезд маневреннее.

Правда, при скоростях выше 300 км/ч заметной помехой движению становятся уже… сами колеса! А потому в конце 2007 года в японском городе Яманаси новый мировой рекорд скорости — 581 км/ч установил поезд «Маглев», у которого вообще нет колес.

«Маглев» при движении обходится вообще без колес.

Интерьер поезда «Сапсан».

Поезд состоял из трех вагонов, в которых находились 12 пассажиров. Принцип действия транспортной системы «Маглев» (магнитная левитация) построен на том, что поезд не катится по рельсам, а летит над ними, уравновешивая свой вес магнитной силой, которая возбуждается в сверхпроводящем кабеле электротоком.

Несмотря на многие технические сложности, поезда «Маглев» считаются перспективными транспортными системами во многих странах. В 2002 году путешествие по экспериментальной трассе «Маглев» в Китае, которую построили немецкие специалисты, совершили тогдашний премьер КНР Чжу Жунцзы и канцлер Германии Герхард Шредер. Китайский «Маглев» развивает скорость до 400 км/ч и, как ожидается, свяжет центр Шанхая с международным аэропортом. В США также планируют строительство поезда на магнитной подушке. Именно «Маглевы» в Японии должны заменить поезда-пули, которые являются сейчас самыми быстрыми в мире, достигая скорости 443 км/ч при средней скорости 300 км/ч.

КАК ОСТАНОВИТЬ «ПУЛЮ»?

Если любой экипаж, движущийся со скоростью 60 км/ч, остановить мгновенно, пассажиры подвергнутся воздействию таких же перегрузок, как при падении с пятого этажа. А что будет при скорости в 300 км/ч?! Так опасно ли ездить на скоростных поездах?

Ясно, что конструкторы должны думать не только о том, как разогнать поезд до высокой скорости, но и о том, как вовремя остановить его. Причем с таким расчетом, чтобы и пассажиры не испытали неприятных ощущений, и поезд не проскочил станцию.

А какие тормоза достаточно эффективны при высоких скоростях? Обычные чугунные колодки, которые прижимаются к колесам, мгновенно расплавятся. Для сверхскоростных турбопоездов используются принципиально иные виды тормозов.

Один из них — магнитно-рельсовый. Когда подается ток, тормоз прижимается к рельсу. Тормоз другого вида — вращающийся диск, закрепленный на валу ротора тягового двигателя, и электрическая обмотка. При торможении двигатель начинает работать в режиме генератора и вырабатываемый ток подается также в обмотку тормоза. В диске возникают вихревые токи, заставляющие двигатель остановиться.

Не менее остроумен и жидкостный тормоз. Ось колесной пары делается большого диаметра, а в ней — система трубок и лопастей. Если насосом подавать в эту систему жидкость, то, проходя по трубкам и ударяясь в лопасти, она будет мешать вращению оси, замедлять ее движение.

На турбопоездах никогда не устанавливают только одну из систем — их всегда несколько. Только четко распределенные обязанности различных видов тормозов могут остановить поезд, идущий со скоростью 300 км/ч.

ПАТЕНТЫ ОТОВСЮДУ

Энергия «ниоткуда», или почти вечные источники и двигатели