Монорельсовые дороги

7. Монорельсовые дороги

Монорельсовые дороги были предложены почти 180 лет назад. Первая русская монорельсовая дорога с конной тягой была сооружена у села Мячково в 1820 г. В основном для перевозки леса. Действующую электрическую модель подобной дороги построил в Петербурге инженер И.В.Романов в 1897 г.

Современная монорельсовая дорога – это железобетонная или металлическая балка (рельс), поднятая на эстакаду, и подвижной состав (вагоны) на тележках с пневматическими шинами. Различают навесные дороги, где вагоны имеют нижнюю точку опоры и как бы сидят верхом на несущей балке, и подвесные системы, где вагоны подвешиваются к тележкам, опирающимся на балку. Каждый из названных типов дорог имеет свои преимущества и недостатки. Навесная дорога требует более сложной системы ходовых частей для обеспечения устойчивости вагонов. Кроме того, в неблагоприятных метеоусловиях монорельс (балка) покрывается льдом или снегом и практически выводит систему из строя или требует трудоемкой работы по ее очистке. Наряду с этим данный тип дороги позволяет иметь значительно (на 2-3 м) меньшую высоту опор эстакады и, следовательно, меньшую строительную стоимость (рис.7.1). Для подвесных дорог необходимы, наоборот, более высокие опоры, чтобы обеспечить надлежащий подъем пола (дна) кузова вагона над поверхностью земли (4,0-5,0 м), но ходовые части вагонов существенно упрощаются.

Рисунок 7.1. Внешний вид монорельсовой навесной дороги

Действующие ныне монорельсовые дороги имеют в основном электрическую тягу, получая энергию от контактного провода. Они малошумны и не загрязняют воздушного бассейна. Поезд монорельсовой дороги, как и поезд метрополитена, может состоять из одного или нескольких вагонов. Максимальная скорость движения на действующих дорогах составляет 70-125 км/ч, провозная способность – до 40 тыс. пасс/ч. Стоимость сооружения монорельсовых дорог примерно в 2 раза ниже стоимости подземного метрополитена. При наличии свободных пространств для установки эстакады они признаются эффективными в качестве средств городского и пригородного транспорта, а также в сильно пересеченной и горной местности.

В восьмидесятых годах учеными Физико - энергетического института АН Латвийской ССР был создан весьма оригинальный проект монорельса на магнитной подушке для перевозок со скоростью 500 километров в час.

Вагон предполагалось создать на базе уже проверенного в эксплуатации фюзеляжа транспортного самолета Ил-18 (рис.7.2). Длина такого вагона, по проекту вмещавшего 100 пассажиров, составляла 36 метров, ширина 3,5 метра, высота 3, 85 метра, а масса - 40 тонн. Под полом вагона размещались криостаты со сверхпроводящими магнитами, которые соединялись с кузовом через рессорное подвешивание (т.к. при скорости 500 километров в час возмущения от пути невозможно гасить только за счет зазора в магнитной подвеске, принятого равным 22 миллиметра). Преобразователи частоты управлялись бортовым компьютером.

Рисунок 7.2 Монорельс на магнитной подушке

Во время стоянки и перемещения в депо и на экипировочные участки вагон должен был двигаться на колесах по рельсам с колеей 3 метра, при движении на перегоне колеса убирались. На эти колеса экипаж также должен был "приземляться" при аварии системы магнитной подвески.

Была построена экспериментальная модель с вагоном массой 3,2 килограмма. В 90-е годы сведений о продолжении работ по данному проекту не поступало.

Несмотря на кажущуюся внешнюю простоту, монорельсовый путь и сложен в устройстве, и трудоемок в постройке. Несущая балка (собственно монорельс) на навесных дорогах изготавливается из монолитного или сборного железобетона, а на всех подвесных - из высокопрочной стали. Этот элемент конструкции должен выдерживать очень большие нагрузки во время разгона и торможения поездов, а также при прохождении поездами криволинейных участков пути. Таковые, в частности, для компенсации центробежных сил, изогнуты в двух плоскостях, что приводит к удорожанию всей постройки. Например, для строительства пути монорельсовой дороги в Диснейленде пришлось заказывать сложную сборную опалубку, состоящую из пятидесяти элементов. Кроме того, монорельсовые дороги сложны в обслуживании пути и подвижного состава, а также требуют подъема пассажиров на эстакаду и спуска с нее.

Указанные недостатки привели к тому, что мире на данный момент построено несколько десятков отдельных линий монорельсовых дорог протяженностью от сотен метров до нескольких километров главным образом в качестве аттракционов в парках, на выставках и т.п.

Вместе с тем монорельсовые дороги могут иметь свою экономически целесообразную сферу применения как полноценный вид городского и междугороднего транспорта.

8.Моторвагонные поезда

Начальный этап развития железных дорог характеризовался использованием пассажирских поездов исключительно на локомотивной тяге. С широким распространением электрической тяги появилась альтернатива этому решению в виде поезда, в котором тяговая мощность распределена по всей его длине. До сих пор в этом отношении не определилась единая тенденция, хотя в пригородных пассажирских перевозках практически везде используется принцип распределенной тяги.

На линиях облегченных городских железных дорог и трамвая гибкая и хорошо зарекомендовавшая себя концепция «моторный вагон + прицепной вагон» в конце 1950-х годов из-за больших расходов на персонал была заменена более современной, предусматривающей использование моторвагонных поездов из сочлененных вагонов с общим салоном.

На метрополитене и городских железных дорогах (S-Bahn), имеющих выход на магистральные линии, относительно высокая скорость движения и короткие расстояния между остановками требуют применения поездов с большим числом моторных осей. Еще в 1970 г. при разработке электропоезда серии 420 для городской железной дороги Мюнхена исходили из максимальной мощности системы тягового электроснабжения. Девятивагонный поезд с приводом на все оси имеет мощность продолжительного режима 7,6 МВт, развивает максимальную скорость 120 км/ч и ускорение при разгоне 1 м/с².

Для пригородных и региональных пассажирских перевозок используют поезда на локомотивной тяге. Депо, осуществляющие техническое обслуживание пассажирских вагонов и локомотивов, были исторически разделены в системе железных дорог. Поезда на локомотивной тяге позволяли гибко реагировать на изменения пассажиропотока путем увеличения или уменьшения числа вагонов. К сожалению, станции многих больших городов являются тупиковыми на ответвлениях от магистральных линий. С введением уплотненных графиков движения время стоянки поездов S-Bahn и региональных необходимо было сокращать из-за недостаточной пропускной способности станций. Все указанные факторы говорили о том, что вместо смены локомотивов речь могла идти только об использовании челночных поездов с локомотивом в одном конце и вагоном с кабиной управления в другом. В качестве альтернативного варианта могут рассматриваться моторвагонные поезда.

В состав пассажирских поездов дальнего сообщения долгое время включались беспересадочные вагоны, которые на маршрутах большой протяженности, в том числе и международных, входили в состав разных поездов. В период развития системы междугородных поездов InterCity (IC) беспересадочные вагоны в международных сообщениях заменили поезда EuroCity (EC). Здесь для электроподвижного состава серьезным препятствием стали места стыкования разных систем тягового тока, а для поездов с тяговым приводом любого типа — различие систем СЦБ.

После того как на границах между европейскими странами были отменены остановки для паспортного и таможенного контроля, смена локомотивов стала тормозом для повышения маршрутной скорости поездов. Современная силовая электроника позволяет с допустимыми расходами строить многосистемные электровозы и электропоезда. Примером могут служить поезда Thalys Национального общества железных дорог Франции (SNCF) с концевыми моторными вагонами (рис.8.1) и ICE3 железных дорог Германии (DBAG) с распределенной тягой (рис.8.2).

Рисунок 8.1. Высокоскоростной поезд Thalys с концевыми моторными вагонами

Рисунок 8.2. Поезд ICE3 с распределенной тягой

Из-за большого числа тупиковых станций в Германии DBAG широко используют в междугородных сообщениях челночные поезда. Логичным шагом был бы переход от них к моторвагонным поездам с организацией технического обслуживания по системе, принятой для высокоскоростных поездов ICE.

Высокоскоростные новые линии с мощными и комфортабельными поездами оправдывают себя только в том случае, если капитальные и эксплуатационные затраты находятся в разумном соотношении с доходами. Анализ затрат жизненного цикла (LCC) показывает, что расходы на техническое обслуживание и ремонт подвижного состава (включая финансовые потери от простоя во время ремонта) являются важной статьей LCC.

Традиционная концепция раздельного технического обслуживания тягового подвижного состава и пассажирских вагонов с разными интервалами проведения профилактических и ремонтных работ оказывается несостоятельной при расчетах соотношения между LCC и экономической эффективностью. В связи с этим в Гамбурге, Мюнхене и Берлине для технического обслуживания поездов ICE были построены специализированные депо, в которых внедрена автоматическая система диагностики. Благодаря этому поезда ICE имеют годовой пробег 550 тыс. км, в то время как для традиционных поездов на локомотивной тяге он составляет 300 тыс. км.

  В этих депо обслуживают поезда с концевыми моторными вагонами (ICE1, ICE2) и поезда с распределенной тягой (ICE3, ICE-T). Длина ремонтного цеха составляет 400 м, что соответствует максимальной длине поезда и стандартной в Европе длине платформы.

Коммерческим аргументом в пользу применения моторвагонных поездов с распределенной тягой является увеличенная полезная длина. Если бы поезд ICE3 длиной 200 м и мощностью 8 МВт не был с распределенной тягой, ему потребовалось бы два моторных вагона по концам. При этом полезная длина уменьшилась бы на 30 м (15 %), что означает потерю полезной длины пассажирской платформы и уменьшение числа продаваемых пассажирских мест. Даже при одном моторном вагоне в головной части и ограничении максимальной мощности поезда 6 МВт была бы значительная потеря пассажирских мест по сравнению с моторвагонным той же длины.

Поезд длиной 200 м, ведомый локомотивом и составленный из двухэтажных вагонов, по самым приближенным расчетам на 10 % дороже в изготовлении, чем поезд такой же длины из обычных вагонов. При этом число мест для сидения больше на 20 %, чем в обычном поезде.

На Тайване, например, потребовалось при коротких пассажирских платформах максимально увеличить число мест в поезде. В европейском варианте (Alstom/Siemens) эту проблему предлагалось решить путем использования двухэтажных поездов с концевыми моторными вагонами, в японском — за счет моторвагонных поездов с вагонами увеличенной ширины (пять мест в ряду). Вариант двухэтажных поездов с распределенной тягой и еще бóльшим числом мест был признан нереальным из-за дефицита свободного пространства под кузовами вагонов для размещения оборудования.

  К недостаткам двухэтажных поездов в высокоскоростном движении следует отнести:

·     увеличенную нагрузку на ось;

·     большой объем вытесняемого воздуха при движении в тоннелях;

·     увеличенную боковую поверхность, воспринимающую ветровую нагрузку.

В высокоскоростном движении наметилась тенденция к использованию моторвагонных поездов. При разработке ICE3 руководствовались теми же соображениями, что и в начале 1970-х годов, когда создавался моторвагонный электропоезд серии 403: высокая скорость и соответствующая ей аэродинамика, повышенная мощность при хорошем сцеплении за счет большого числа моторных осей, комфортность.

Япония с самого начала разработки системы Синкансен ориентировалась на поезда с распределенной тягой, в то время как во Франции предпочтение отдали поездам TGV с концевыми моторными вагонами. Однако там тоже ведутся работы над высокоскоростным моторвагонным поездом AGV.

В дизель-поездах большим недостатком является вибрация, передаваемая кузову от дизеля. К этому добавляется шум вентиляторов, которые охлаждают тяговые преобразователи, размещенные, как и дизель, под кузовом.

Для эксплуатационных служб поездá на локомотивной тяге более удобны с точки зрения изменения составности в зависимости от колебаний пассажиропотока. В них пассажиры в поисках свободного места могут беспрепятственно проходить через весь состав, что невозможно в моторвагонных поездах, составленных из двух и более секций.

Для моторвагонных поездов и челночных, имеющих концевой вагон с кабиной управления, большое значение имеют поперечные ветровые нагрузки, величина которых при повышенной скорости и малой массе поезда становится опасной. В наибольшей степени ветровым нагрузкам подвержены японские поезда Синкансен, имеющие осевую нагрузку 12 т. Стесненные габариты тоннелей на их линиях потребовали поиска аэродинамически оптимального решения лобовой части поездов. Узкий и удлиненный обтекатель облегчает прохождение тоннелей. Однако при движении на открытых участках под действием бокового ветра на нем возникает «эффект крыла», в результате которого аэродинамическая подъемная сила разгружает переднюю тележку.

В Японии при создании поездов Синкансен стремятся к максимальному облегчению конструкций. В первые годы на линиях Синкансен имели место серьезные проблемы с состоянием верхнего строения пути. Это в основном объяснялось низким качеством щебеночного балласта при большой интенсивности движения высокоскоростных поездов.

Сейчас на линиях Синкансен используется путь на жестком основании. Для уменьшения осевых нагрузок поезд серии 700, состоящий из 11 вагонов, выполнен с 36 моторными осями, причем тяговая мощность составляет лишь 275 кВт на одну ось. Эта мера, направленная на сохранение верхнего строения пути, усложняет конструкцию подвижного состава. Хотя производство больших партий моторно-редукторных блоков более выгодно, в то же время увеличивается объем монтажа, а в эксплуатации увеличиваются затраты на техническое обслуживание и увеличивается вероятность повреждений. Другой крайностью с точки зрения концепции привода для такого поезда мощностью 9,9 МВт было бы использование двух четырехосных концевых моторных вагонов, как в поезде ICE1. При этом длина поезда увеличилась бы с 280 до 310 м при одном и том же числе мест.

Приведенные аргументы еще не позволяют сделать окончательный вывод о том, какой концепции тягового привода следует отдать предпочтение. В связи с этим дается сравнение двух реальных поездов, выполняющих одинаковую работу в близких эксплуатационных условиях, имеющих одинаковый годовой пробег и сравнимые концепции технического обслуживания. Для этого использованы данные DBAG и результаты исследований консалтинговой компании DE-Consult.

Целью сравнения является выбор поезда с более высокой экономической эффективностью, для чего сравнивали расходы LCC поезда ICE2 с концевыми моторными вагонами и ICE3 с распределенной тягой. Наиболее важные для сравнения технические данные приведены в табл. 8.1.

Таблица 8.1. Технические данные сравниваемых поездов

Параметр	Сравниваемые поезда
	ICE2	ICE3
Мощность, МВт	2 х 4,8	16
Масса тары, т	814	900
Длина поезда, м	385	398
Полезная длина, м	306 (80 %)	341 (86 %)
Число мест для сидения без учета ресторана	927 (28 % в первом классе)	1124 (27 % в первом классе)
Шаг расположения сидений, м:
первого класса	1,15
второго класса	0,94
Затраты на поезд, %	100	118
Удельные затраты на место для сидения, %	100	98

Стоимость поезда с распределенной тягой выше, чем с концевыми моторными вагонами. Однако из-за большего числа мест в этом поезде почти сохраняется равновесие с точки зрения затрат на одно место, так как разница в 2 % лежит в пределах полосы разброса результатов.

Для сравнения необходимо рассмотреть также и другие факторы. Затраты на приобретение подвижного состава (капитальные) составляют всего лишь около 20 % LCC. Если пренебречь расходами на утилизацию, которые потребуются через 25 или более лет, то получается, что 80 % LCC приходятся на эксплуатацию и техническое обслуживание. Результаты сравнения приведены в табл. 8.2.

Т а б л и ц а 8.2. Сравнение затрат жизненного цикла

Параметр	Сравниваемые поезда
	ICE2	ICE3
Срок службы, лет	25
Годовой пробег, тыс. км	550
Капитальные затраты, % LCC	20,2	21,5
Затраты на эксплуатацию без учета расхода энергии, % (%LCC)	100 (47,5)	104 (44,9)
Затраты на энергию, % (%LCC)	100 (11,3)	125 (13,5)
Затраты на техническое обслуживание, % (%LCC)	100 (21)	105 (20)
Общие LCC, %	100	110
Удельные LCC на место для сидения, %	100	91

По предварительным расчетам, потребление электроэнергии более мощным поездом с распределенной тягой, а также расходы на его текущее содержание выше из-за большего числа тяговых двигателей и увеличенной пассажировместимости. Хотя общие LCC поезда с распределенной тягой на 10 % выше, они покрываются за счет более высоких доходов, обусловленных бóльшим числом мест. В качестве окончательного результата сравнения может служить 9 %-ный выигрыш в пользу поезда с распределенной тягой по удельным LCC на одно пассажирское место.

Несмотря на полученные расчетным путем и приведенные в таблицах результаты для поездов семейства ICE, каждый конкретный случай выбора должен рассматриваться отдельно с учетом всех местных условий и параметров, таких, как скорость движения, расстояние между остановками, топография линий, величина пассажиропотока, возможности изготовления, ремонта и текущего технического обслуживания в стране использования. Для поездов на локомотивной тяге более удобна давно сложившаяся система технического обслуживания в локомотивных и вагонных депо.

Компактный монтаж электрооборудования в локомотиве проще, чем при его распределении по всей длине под кузовами вагонов в моторвагонном поезде. Для технического обслуживания полносоставных моторвагонных поездов в депо нужны цеха большой длины. Опыт показывает, что эффективность технического обслуживания значительно выше при проведении его на комплектном поезде, чем повагонно.

Вагоны поездов ICE3 и ICE-T изготавливают в Германии разные компании, объединенные в консорциум. Формирование поездов происходит лишь на путях испытательного центра компании Siemens в Вегберг-Вильденрате.

Для поездов, используемых в дальнем сообщении, требование повышенной силы тяги при трогании (как у поездов S-Bahn) не является обязательным. Однако здесь должна быть обеспечена избыточная сила тяги при выходе на максимальную скорость или движении на подъемах до 40 ‰. Достижение необходимой силы тяги связано с проблемой использования сцепления, которое, в свою очередь, зависит от осевой нагрузки в поездах на локомотивной тяге и от числа моторных осей в моторвагонных поездах. Эти проблемы успешно решаются благодаря использованию средств современной силовой электроники и надежной защите от юза и боксования. При этом достаточной является мощность 1,4 МВт на ось локомотива (концевого моторного вагона) или 0,5 МВт на ось моторвагонного поезда.

Поезда ICE1 и ICE2 с концевыми моторными вагонами, с распределенной тягой ICE3 и ICE-T из вагонов с наклоняемыми кузовами появились в последние 10 лет. В настоящее время они представляют собой семейство поездов высокого класса, используемых в дальних сообщениях. Каждый из них имеет свою нишу на рынке транспортных услуг: ICE1 большой пассажировместимости используется на протяженных маршрутах, ICE2 на более коротких, ICE3 там, где требуется наибольшая максимальная скорость и имеются уклоны до 40 ‰, а ICE-T наиболее удобен на относительно старых линиях с большим числом кривых.

В грузовых перевозках на сегодняшний день альтернативы локомотивной тяге нет.

9.Комбинированные системы общественного рельсового транспорта

Исторически сложилось так, что на наземный рельсовый транспорт в настоящее время приходится относительно малая доля внутригородских пассажирских перевозок. В Европе и Америке он не выдержал конкуренции со стороны частных автомобилей. Так, в настоящее время трамвайные сообщения функционируют примерно в 300 городах мира, тогда как между первой и второй мировыми войнами число таких городов было в 2 раза бóльшим.

Первые линии городского рельсового транспорта появились в Нью-Йорке в 1852 г., затем в Париже в 1853 г. Они проходили по улицам на уровне земли, не обособлялись от прочего уличного движения. Однако последние линии трамвая в Париже были закрыты в 1937 г., в Лондоне в 1961 г., чему способствовало наличие разветвленной сети метрополитена и автобусных маршрутов.

В настоящее время самым "трамвайным" городом мира является Санкт-Петербург. Ежегодно 2000 поездов трамвая перевозят по линиям общей протяженностью более 700 км около 1 млрд. пассажиров. На втором месте находится Москва с 1000 поездами трамвая, протяженностью линий 450 км и объемом перевозок около 400 млн. пассажиров в год. Трамвайные сообщения распространены в основном в городах Восточной и Центральной Европы. Наибольшим числом городов с трамвайным сообщением располагает Германия: здесь трамваи есть в 52 городах, причем в 20 из них численность населения не превышает 200 тыс. чел.

Городские администрации постепенно возвращаются к признанию общественного, особенно рельсового транспорта как действенного средства решения все осложняющихся транспортных проблем, важнейшей из которых является перегрузка улиц автомобилями, ведущая к образованию заторов, следовательно, к увеличению времени поездки, и загрязнению воздуха выхлопными газами. На первом этапе в столицах и крупнейших городах разных стран мира в расширяющихся масштабах строились линии подземного метрополитена. Затем и в менее крупных городах стали создавать сети метрополитена облегченного типа, линии которого частично проходили на уровне земли. И, наконец, в последнее время обратили внимание на трамвай, стоимость инфраструктуры и подвижного состава которого существенно ниже, чем метрополитена. Признаны такие достоинства трамвая, как высокая провозная способность и скорость движения поездов (при выделении обособленных полос), а также экологическая чистота (при принятии мер по уменьшению шумового воздействия на окружающую среду). Таким образом, возникли условия для возвращения трамвая в города.

В течение последних лет трамвай появился впервые или возродился примерно в 30 городах более 10 стран мира. До конца 2000 г. будет открыто еще более 10 трамвайных сетей, и до 100 проектов рассматриваются на пяти континентах, особенно в Азии, где потребности в общественном транспорте наибольшие. Однако в реальном осуществлении проектов лидируют США, где создаются 12 сетей, Франция (10) и Великобритания (4).

Система трамвай - поезд

Транспортные администрации многих городов Европы и Америки в последнее время стали проявлять интерес к концепции использования в общественном транспорте для перевозок между центром города и пригородами или между центрами близлежащих городов подвижного состава, способного обращаться по линиям как трамвайным, так и магистральных железных дорог. Концепция таких комбинированных транспортных систем получила название "трамвай- поезд" (tram- train). Еще 10 лет назад о ней мало кто задумывался, несмотря на то, что по большей части колея трамвайных и железнодорожных сетей одинаковая и технические проблемы в принципе преодолимы.

Обе системы рельсового транспорта имеют сходный по конструкции путь и основаны на общем принципе использования сцепления в системе колесо- рельс. Однако они традиционно были полностью отделены друг от друга и эксплуатировались по-разному, так что вопрос об их хотя бы частичном объединении никогда не возникал.

В то же время в ряде случаев возникал вопрос другого плана- о возможности пропуска поездов трамвая по неиспользуемым или мало используемым путям пригородных железнодорожных линий, что позволяло бы жителям ближайших пригородов без пересадки попадать в центр города. Подобным же образом пригородные поезда могли бы заходить в центр города по путям трамвайных линий. Такое сочетание двух видов общественного рельсового транспорта с совместным использованием инфраструктуры было бы весьма полезным для повышения эффективности работы общественного транспорта и создания дополнительных удобств для пассажиров при условии, естественно, решения сопутствующих проблем.

Потенциальный рынок для транспортных систем трамвай- поезд, судя по прогнозам и первым результатам реализации указанной концепции, имеет благоприятные перспективы развития. В Германии примером расширения трамвайной сети за счет железнодорожных путей служат Карлсруэ и Саарбрюккен, в Великобритании- Манчестер. Уже есть опыт международного сотрудничества в данной области: по этой концепции функционирует транспортная связь между Саарбрюккеном, Германия, и Саргемином, Франция.

Прорыв в указанном направлении произошел во второй половине 1980-х годов, когда муниципалитет города Карлсруэ, Германия, обратился к руководству железных дорог Германии (DBAG) с просьбой рассмотреть вопрос о пропуске поездов трамвая по примерно 20 км пригородной линии. Администрация городского транспорта Карлсруэ (AVG) эксплуатировала в то время 49 км внутригородских трамвайных линий. Первыми шагами стали приобретение у DBAG участка неиспользуемой грузовой линии длиной в несколько километров и реконструкция его для пассажирского движения. Через 4 года, в ноябре 1998 г., после исследований и испытаний AVG и DBAG подписали соглашение, утвержденное соответствующими властями, об условиях совместной эксплуатации участка Карлсруэ- Бреттен. Движение поездов трамвая по этому участку было открыто в сентябре 1992 г. Эта транспортная система получила название CityLink.

Общая длина системы CityLink несколько превышает 30 км. Она включает 6,4-км линию трамвая в пределах города Карлсруэ, новую, специально построенную соединительную линию длиной 2,8 км и эксплуатируемый участок DBAG длиной 21 км до Бреттена; по последнему участку движение обычных пассажирских и грузовых поездов продолжается, как и ранее. В системе используется подвижной состав на две системы тягового электроснабжения: трамвайную 750 В постоянного тока и железнодорожную 15кВ, 162/3Гц переменного тока

Общая численность населения зоны, охватываемой CityLink, составляет более 500 тыс. чел., в том числе 270 тыс. жителей Карлсруэ. За истекшее с момента открытия время объем перевозок новой транспортной системы увеличился почти в 2 раза.

В 1996 г. подобным же образом было организовано движение поездов трамвая по путям DBAG в другую сторону от Карлсруэ- до Баден-Бадена.

Через 5 лет после Карлсруэ система комбинированного рельсового транспорта была открыта в Саарбрюккене, городе с населением 250 тыс. чел. В сентябре 1997 г. введена в эксплуатацию транспортная система Saarbahn длиной 19 км в южном от Саарбрюккена направлении, из которых 1 км проходит по территории Франции (от границы до Саргемина). Успешная эксплуатация первой в мире международной связи по системе трамвай- поезд побудила соответствующие органы к разработке других подобных связей между городами Германии, Франции и Бельгии (Мюлуз- Фрайбург, Страсбур- Кель, Лилль- Турне и т. п.).

Реализация проекта в Саарбрюккене заняла меньше времени, чем в Карлсруэ (5 лет вместо 8), несмотря на дополнительные проблемы, связанные с пересечением границы и постройкой нового участка длиной 5 км. Ее успех способствовал развертыванию работ к северу от Саарбрюккена, где система Saarbahn будет состоять из 11-км участка линии DBAG и нового участка длиной 14 км. Есть план связать немецкий город Гершвайлер, также в земле Саар, с французским Форбахом. Таким образом, в Сааре будет создана сеть транспортных систем трамвай- поезд, обслуживающая регион с населением более 1 млн. чел.

За первый год эксплуатации системы Saarbahn (рис. 9.1) в 250-местных поездах постройки компании Bombardier перевезено 8 млн. пассажиров, т. е. на 20 % больше, чем перевозили годом ранее по указанному маршруту поезда трамвая, DBAG и автобусы, вместе взятые.

Рисунок 9.1. Поезд транспортной системы Saarbahn в Саарбрюккене

Среднесуточный объем перевозок на 10 % превысил прогнозировавшийся. Доля системы в общем пассажиропотоке достигла 50 %, в то время как ранее доля пригородных поездов DBAG не превышала 10 %.

Около 20 городов Германии, имеющих трамвайные сообщения, проявили интерес к сотрудничеству с DBAG, другими железнодорожными операторами, компаниями- изготовителями подвижного состава в создании аналогичных транспортных систем. Полагают, что система трамвай- поезд оптимальна для транспортного обслуживания регионов с населением порядка 500 тыс. чел.

По мере того как системы комбинированного рельсового транспорта приобретали признание в качестве полноправных участников процесса пассажирских перевозок наряду с традиционными системами, прояснялись возникающие вопросы и находились ответы на них, но одновременно повышались требования со стороны причастных транспортных администраций. Компании-операторы стараются решать проблемы совместимости полностью независимых, различных с технической точки зрения и по-разному управляемых транспортных систем на одной инфраструктуре. По общему мнению, согласования технических параметров подвижного состава, постоянных сооружений и устройств, унификации эксплуатационных процедур недостаточно. Требуется более разносторонний подход, соответствующий условиям каждого отдельного случая.

Для таких транспортных систем, как трамвай- поезд, основной проблемой остается обеспечение безопасности при столкновениях. Подвижной состав системы должен представлять пользователям сочетание качеств, присущих как трамваю (доступность, комфорт, вписывание в городскую среду), так и поезду (высокая, как правило, бóльшая, чем у обычного трамвая, скорость, достаточная пассажировместимость, сопротивляемость ударным нагрузкам).

Последний аспект характеризуется тем, что в течение длительного времени требования к ударной прочности подвижного состава трамвая и железных дорог, обеспечивающей безопасность пассажиров при столкновениях, существенно отличались. Так, для вагонов поездов магистральных железных дорог величина лобовой ударной нагрузки, воспринимаемой без разрушения основной конструкции и, следовательно, без ущерба для здоровья пассажиров, во многих странах определена равной 150 т. В США действуют более строгие стандарты, в Азии и Африке - менее строгие. Для вагонов трамвая с учетом меньшей скорости движения и вероятности столкновений в общем случае считается достаточной сопротивляемость ударной нагрузке 50 т, причем эта величина тоже варьируется в некоторых пределах в зависимости от местных условий.

Разница между 150 и 50 т и послужила, в частности, одной из причин отсутствия у SNCF планов по совместному использованию железнодорожной инфраструктуры. Напротив, железные дороги Германии и Швейцарии проявили бóльшую гибкость и несколько лет назад снизили требования к ударной прочности подвижного состава облегченного типа до 60 т, объясняя это спецификой эксплуатации и техническим прогрессом в областях проектирования и материаловедения, позволившим, например, вводить в конструкцию подвижного состава деформируемые элементы, поглощающие энергию соударения. Разработаны и другие меры активной и пассивной безопасности, обеспечивающие достаточную прочность даже при уменьшении массы.

В подвижном составе новейших систем трамвай- поезд, вводимом в эксплуатацию после 1997 г., удалось совместить эксплуатационную гибкость двухсистемного подвижного состава транспортной системы CityLink в Карлсруэ, позволяющую ему обращаться по линиям, электрифицированным на разных родах тока, и высокий уровень комфорта современных поездов трамвая, например наличие пола пониженного уровня, облегчающего и ускоряющего посадку и высадку пассажиров.

Компании-изготовители также вводят в подвижной состав таких систем элементы внутреннего оснащения, прежде характерные только для вагонов пассажирских поездов, например установки кондиционирования воздуха, кресла с изменяемым углом наклона спинок, перегородки, выделяющие в общем салоне отдельные купе, и т. п.

Подвижной состав систем трамвай- поезд в Германии оснащается выдвижными ступенями у входных дверей для компенсации разницы уровней пола тамбуров и посадочных платформ. В тяговом приводе применяются преобразовательные установки и двигатели, позволяющие развивать скорость до 100 км/ч. В то же время это обусловливает определенное увеличение стоимости подвижного состава (до 4,8 млн. нем. марок за 200-местный поезд), отражающееся на эксплуатационных расходах. Так, в Саарбрюккене повышение уровня комфорта и выполнение требований, обеспечивающих совместимость трамвая и железных дорог, обходится в 8,5 марки/поездо-км, или 5 млн. марок в год, что вынуждает увеличивать цену каждого билета на 0,5 марки. Однако, по общему мнению, эти затраты считаются оправданными.

Все сказанное объясняет, почему термин "трамвай- поезд" становится все более привычным для администраций городского общественного транспорта и железных дорог многих стран. Использование этой концепции открывает путь к возвращению рельсового транспорта в города и дает возможность решить многие проблемы внутригородских и пригородных пассажирских перевозок.

10.Скоростной пассажирский трубопровод

Этот скоростной пассажиро-трубопровод называется FTS (Fast Tube System). Придумали его англичане. FTS представляет собой сеть труб с проложенными в них обычными железнодорожными рельсами, а также N-ное количество станций для приёма пассажиропотока, который по этим трубам и планируется направить.

Само собой, как и в описании любого, транспортного проекта ХХI века, в первую очередь, любопытствующим представляются глобальные достоинства проекта. Они обычно одинаковые, но в этот раз некоторые назовём: во-первых, экология, пробки на дорогах и подобное, во-вторых, это альтернатива всему общественному транспорту и, наконец, в-третьих, FTS — дёшево и совсем не сердито. Быстро, удобно, никаких проблем.

Изобретатели пишут, что самым затратным в FTS будет возведение станций. Всё остальное ерунда: прокладка труб — тот же водопровод, капсулы — дешевле автомобилей. Действовать система будет целиком и полностью автоматически, так что и на персонал особо тратиться не надо. Стартовые инвестиции и вперёд к фантастическим прибылям и экологически чистому миру.

Проектировщики придумали, что в трубах, которых должно быть две (туда и обратно), будет вакуум — он-то и обеспечит скорость, бесшумность и отсутствие воздушного сопротивления. Внутри же, по замыслу британских разработчиков, капсула — это система жизнеобеспечения и беззаботного времяпрепровождения с диваном, телевизором и, что немаловажно, системой подачи воздуха. Никаких средств управления в капсуле нет — незачем (рис.10.1).

Рисунок 10.1. Конструкция пассажирского трубопровода

Все капсулы Fast Tube System движутся с одинаковой скоростью и в унисон. Как быть с питанием — разработчики до конца не определились: решено, что это будет электричество, а вот как подвести энергию пока не ясно. Конструкторы пишут, что да, это "конечно, одна из главных проблем проекта", ну да мы что-нибудь придумаем.

Впрочем, не будем останавливаться на "мелочах" — для FTS итак уже много чего придумано интересного: дизайн станций, например, комфорт и сервис для пассажиров.

Каждая станция хранит в вакуумном отстойнике некоторое количество капсул.

И вообще, капсулы (пустые и полные) циркулируют по FTS удивительно чётко - автоматически. Для трубопровода авторы проекта придумали "Автоматическую систему управления". Это царь и Бог FTS, его надо принять как должное и двигаться дальше.

Отважившиеся стать пассажирами подходят к компьютеру, выбирают маршрут, оплачивают поездку и ждут. Вокзал есть вокзал. Вскоре голос из репродуктора под потолком объявляет, к какому выходу должны подойти отъезжающие — так же, как в переговорном пункте называют номер телефонной кабины.

"Карета" подана, пассажир заходит в неё, как в лифт, после чего вакуумная "упаковка" автоматически закрывается, капсула принимает горизонтальное положение, выезжает из станционного "аппендицита" во "вторую трубу", где происходит первое ускорение, а затем — в Главную трубу. 420 км/час.

Хотя авторы проекта и пишут, что в прямой трубе скорость выше, им известно о том, что труба должна изгибаться — разработали 12 вариантов изгиба.

Да, есть ещё несколько "мелочей" и "главных проблем": как ни крути, но капсулам иногда придётся двигаться с разной скоростью — ускоряться, замедляться перед станциями — это, как пишут конструкторы — "существенные технические препятствия".

Теперь о комфорте и сервисе для пассажиров. Начнём с того, что при входе в капсулу "они будут испытывать не больший психологический дискомфорт, чем при входе в лифт". Не будет дискомфорта и внутри: здесь идеальный искусственный климат, а на всякий случай — кислородные маски.

Ещё рассматривается вариант с подушкой безопасности — такой же, как в автомобилях: "воздушная подушка должна быть достаточно большой, чтобы фактически заполнить капсулу, таким образом, зафиксировав пассажира на поверхности уютной кровати в безопасном, но сильно ограниченном положении. Однако поставка воздуха после развёртывания подушки могла бы быть связана с некоторыми специфическими трудностями".

Ремни безопасности — дело сугубо добровольное: "в случае механической поломки (колёса, рельсы, тормоза) система безопасна, но если такая поломка случится, то последствия будут очень серьёзными, как несчастный случай в воздухе".

Перегрузки при ускорении и замедлении предлагается минимизировать за счёт эргономики пассажирского места. В случае проблем пассажир сможет сообщить о них посредством видеосвязи, оплата производится кредитной карточкой. С помощью всё той же видеосвязи можно заказать себе такси к станции следования.

11.Индивидуальные летательные аппараты

Одна из первых моделей миниатюрного разборного вертолёта была создана компанией Hiller Helicopters  в 1954 году. Она называлась  Rotorcycle, и была  создана специально для американских военных лётчиков (рис.11.1). На ней пилоты должны были возвращаться к "своим" через линию фронта, если их самолёты были сбиты над вражеской территорией. Сброшенный с парашютом Rotorcycle пилоты собирали бы вручную без каких-либо подручных инструментов в течение нескольких минут.

Рисунок 11.1. Rotorcycle

10 января 1957 года опытный образец Rotorcycle поднялся в небо. По результатам испытаний был заключён контракт с английским авиационным заводом Сандерса Роя (Saunders Roe) на создание ещё десяти вертолётов. В итоге, к концу 1961 года было построено двенадцать Rotorcycles: семь военных (XROE-1 и YROE-1) и пять гражданских (G-46).

Военные "вертушки" были отправлены в США для дальнейших испытаний, три вертолёта в ноябре 1962 года приобрёл исследовательский центр NASA (NASA Ames Moffett Field), а ещё два остались где-то в Европе. Rotorcycle так и не был принят на вооружение - американские военные по какой-то причине отказались от него ещё до окончания испытаний. 

В конце 1999-го года у американцев появились неожиданные последователи - японская компания «Engineering System». Она представила свою модель GEN H-4. 70-килограммовый пилот может летать на ней без дозаправки целый час со скоростью до 88 км/час. Максимальный вес, который способен поднять вертолет - 86 кг. При взгляде на фотографии схожесть моделей становится очевидной (рис.11.2).

Рисунок 11.2. Миниатюрный вертолет компании «Engineering System»

Вертолёт приводится в движение четырьмя суперлёгкими двигателями (40 лошадиных сил), но если один из двигателей выйдет из строя, GEN H-4 может лететь и на трёх, а экстренную посадку совершить и на двух.

Каждый двигатель работает автономно, и разработчики считают маловероятной поломку всех двигателей сразу. Но и на такой непредвиденный случай в комплект GEN H-4 входит парашют.

Топливо для вертолёта - это смесь автомобильного бензина с маслом для двухтактных двигателей в соотношении 30:1. В баке помещается от 2 до 5 галлонов топлива.

Представители Engineering System уверяют, что срок обучения для пилотов минимальный (от двух часов) и нужен больше для их же безопасности: управление достаточно бесхитростное. Панель управления расположена прямо перед пилотом между двумя ручками, как на мотоцикле. Основные кнопки расположены справа и слева: на них удобно нажимать большими пальцами.Разработчики планирует поместить на панели определитель высоты, а под сиденьем баллоны с кислородом, так как одноместный геликоптер сможет подниматься в области разреженного воздуха. Ориентировочная стоимость вертолёта ~ 30000 $.

Второе устройство для индивидуальных полётов называется ракетный ранец. Его называют по разному- Small Rocket Lift Device, Bell Rocket Belt, Personal Jetpack, Rocket Backpack, Jet Pack, Jet Flying Belt, Jet Belt, Jet Vest и так далее - но достоверной информации об этом "средстве передвижения" крайне мало

Хотя первый короткий эксперимент с размещением на спине пороховых ракет, запечатлела ещё немецкая кинохроника 30-х годов  (зрители видят быструю и достаточно жёсткую "посадку" на землю испытателя) - идею о техническом воплощении ракетного ранца приписывают Уэнделлу Муру (Wendell Moore), инженеру из компании Bell Aerospace. В 1953 году Мур взялся за разработку ранца, получившего тогда неромантичное название "Маленькое ракетное подъёмное устройство" (Small Rocket Lift Device - SRLD). Первую версию SRLD в 1958 году Уэнделл Мур испытал сам.

Несмотря на сомнительный успех первых коротких "полётов" на небольшое расстояние, разработка устройства в Bell Aerospace продолжалась - были добавлены рычаги управления, усовершенствована конструкция и так далее, но сделать ранец по-настоящему безопасным всё же не удавалось. В конечном счёте, были достигнуты 20-секундная продолжительность полёта с максимальной высотой 4,5 метра.

В 1959 году был заключён контракт с аэрокосмической компанией Aerojet-General, которая должна была всесторонне изучить и испытать SRLD. Экспериментировать с устройством начала и компания Reaction motors (RMI).Позже американские военные вели переговоры с Bell Aerospace относительно изготовления SRLD и, в итоге, контракт с Army's Transportation, Research and Engineering Command (TRECOM) был подписан, а Мур стал техническим директором проекта SRLD.

После подписания контракта был создан 280-фунтовый ракетный двигатель, а в качестве самого безопасного топлива выбрана перекись водорода (Peroxide). Муру в качестве лётчика-испытателя SRLD в то время пришлось не раз испытывать своё изобретение на заводе Bell в Буффало, но после того, как одно из таких испытаний закончилось серьёзной травмой колена, изобретателю пришлось навсегда оставить мысль о полёте на своём устройстве.

Дело было передано другому инженеру, Гарольду Грэму (Harold Graham), который продолжил испытания и 20 апреля 1961 года совершил при помощи SRLD первый свободный полёт. Грэм за 13 секунд пролетел со скоростью 16 км/час расстояние в 34 метра.

Первые показательные выступления состоялись 8 июня 1961 года, конечно же, перед военными в Fort Eustice в Вирджинии, но более удачной была демонстрация возможностей SRLD на лужайке у Пентагона.

Затем реактивный ранец не раз демонстрировали на выставках, ярмарках и подобных мероприятиях, включая полёт перед президентом Кеннеди в Форте Bragg.

В конце 60-х Bell Rocket Belt ("Ракетный пояс") и лётчик-испытатель Билл Суитор (Bill Suitor) объездили почти весь мир и стали очень популярными - Суитор даже сыграл роль в кинофильме.

В 1965 году на экраны выходит фильм "Thunderball": Джеймс Бонд надевает ракетный ранец и говорит, что без этого устройства мужчина не может считать себя джентльменом.

Однако, несмотря на очевидную популярность, ракетный ранец что называется "не прижился". Главным образом из-за краткой продолжительности полёта и его сомнительной безопасности. Вскоре от ранца отказались и военные.

В 1969, когда Уэнделл Мур умер, Bell Aerospace пересмотрела свои планы относительно "Ракетного пояса" и в январе 1970 года уступила лицензию на продажу и производство устройства, к тому времени звавшемуся Bell Jet Belt, компании Williams International, которая взялась за развитие "ранца" с целью увеличить продолжительность полёта.

С тех пор реактивный ранец стал экзотикой. Лишь изредка его используют для его развлечения публики в перерывах на футбольных матчах, в рекламных шоу или для трюков в кино. Ракетный ранец видели на открытии Олимпийских Игр в 1984 году.

В настоящее время ракетные ранцы, сделанные Уэнделлом Муром, хранятся в музее Нью-йоркского Университета и в музее университетского городка Буффало.

О реактивном ранце вспомнили лишь в 1995 году: группа инженеров из Техаса разработала усовершенствованную и слегка увеличенную версию, названную RB 2000 Rocket Belt. Перепроектированный "пояс" позволял летать на 50% дольше, чем его "предок" - 30 секунд вместо 20.

Ракетное топливо состоит из трёх компонентов: перекиси водорода (hydrogen-peroxide propellant), газообразного азота под высоким давлением (high-pressure nitrogen gas) и нитрата серебра (samarium-nitrate-coated silver), который действует как катализатор.

Два металлических резервуара вмещают 23 литра перекиси водорода. Когда пилот открывает клапан, выпущенный под давлением газ азота выталкивает пероксид в камеру с катализатором, где происходит химическая реакция, в результате которой перекись водорода превращается пар с температурой 743 градуса Цельсия. Пар выходит наружу через две согнутых трубы за спиной пилота. Центр масс человека находится чуть ниже сопел, поэтому при полете сохранятся вертикальное положение тела. Впереди, как подлокотники у кресла, 2 ручки управления. Они жестко сцеплены с ранцем за спиной, а вот у самого ранца есть небольшая свобода передвижений, его можно слегка наклонять в разные стороны. Под правой рукой регулятор мощности, управляющий реактивной струей.

 Из-за высокой температуры отважившийся на полёт смельчак должен быть облачён в стойкий к высокой температуре костюм. Сам полёт длится всё те же 30 секунд, а максимальная скорость 161 км/час.

В настоящее время ни одна компания не занимается ракетными ранцами, если не считать Rocket Man Inc, которая в виде реактивных ранцев выпускает сумки-холодильники для напитков.

Заключение

Ускорение научно-технического прогресса на транспорте в современных условиях – задача много плановая, сложная и капиталоемкая, но она должна быть решена, так как не существует другого пути для выхода транспорта транспорта на уровень, отвечающий всем перспективным требованиям общества.

Современная жизнь характеризуется бурным развитием науки и техники вовсех сферах человеческой деятельности. Этот процесс предопределяет более быструю смену характера техники и технологии во всех отраслях народного хозяйства, включая и сам транспорт.

В наше время научно-технический прогресс развивается лавинообразно: в прошлом от возникновения идеи до ее реализации проходили столетия и десятилетия, теперь – нередко считанные годы.

В результате происходит быстрое моральное старение техники, возникает необходимость все в новых и новых открытиях. Новые виды транспорта призваны облегчить жизнь человека, сделав ее еще более комфортной, но при этом от них требует соблюдение всех экологических норм, которые с каждым днем становятся все жестче.

Новые виды транспорта, краткая характеристика которых была дана в этой работе, являются лишь малой часть всех тех усовершенствований, которые сделаны человеком за последние несколько лет. Одни из них являются ныне действующими системами, другие ожидают введения в эксплуатацию после идущих в настоящее время испытаний, третьи – слишком футуристичны и дорогостоящи на сегодняшний день (но и они могут воплотиться в жизнь в ближайшем будущем). Но все они уже сегодня помогают обществу решить те насущные проблемы, которые возникли в результате деятельности людей, и этот процесс уже нельзя остановить.

Литература:

1.   Аксенов И.Я. Единая транспортная система: Учеб. для вузов – М: Высш. шк., 199.

2.   Гулиа Н.В., Юрков С. Новая концепция электромобиля: Наука и техника – 2000 - №2.

3.   Пополов А. Индивидуальный электротраспорт XXI века: Наука и техника – 2001 - №8.

4.   Постников Д. Электромобиль: «за» и «против»: За рулем – 1997 - №2.

5.   Пополов А. Электровелосипед сегодня и завтра: Наука и техника – 1999 - №8.

6.   Новый городской транспорт – автомобиль на рельсах: MEMBRANA – 2002 – №1.

7.   Монокар – двухколесный автомобиль: ООО «Скиф», 2002.

8.   Каримов А.Х. Беспилотные самолеты: максимум возможностей: Наука и Жизнь – 2002 - №6.

9.   Пополов А. «Солнечным» судам счастливого плавания: Наука и Жизнь – 2001 - №6.

10.  Измеров О. Самолет садится на рельсы: Неизвестный отечественный монорельс.

11.  Моторвагонные поезда – альтернатива локомотивной тяге: Железные дороги мира – 2002 - №1.

12.  Батисс Ф. Комбинированные системы общественного рельсового транспорта: Железные дороги мира – 2000 - №8.

13.  Fast Tube System — скоростной пассажирский трубопровод: MEMBRANA – 2002 – №5.

14.  Лесков И.В. Индивидуальные летательные аппараты: Границы бесконечности – 2002 - №1.