Трудно даже вообразить, сколько в настоящее время существует транспортных устройств, машин и механизмов. В телевизионной программе "Это вы можете" были рассмотрены десятки вариантов колеса. А сколько было болотоходов, снегоходов, вездеходов – колесных, гусеничных, на воздушной подушке, шагающих, прыгающих, ползающих и даже танцующих! И все это не игрушки, а реальные транспортные средства, задуманные для совершения полезной работы и выполняющие эту работу. Создано не меньше вариантов летательных аппаратов, надводных и подводных транспортных средств.
И все же каждую эпоху отличают наиболее характерные для нее виды транспорта, на которые приходится основная масса пассажирских и грузовых перевозок, определяющих транспортную политику государств.
Какие же виды транспорта следует внести в визитную карточку нашего времени? На земле – это железнодорожный и автомобильный транспорт, в последнем главную роль выполняют автобусы и большегрузные автомобили; в воздухе – реактивные авиалайнеры, а также вертолеты и самолеты сельскохозяйственной авиации; на воде – водоизмещающие пассажирские, грузовые и наливные суда с двигателями внутреннего сгорания, а также корабли-атомоходы, суда на подводных крыльях и воздушной подушке.
О подводном транспорте пока говорить не приходится, а вот подземный трубопроводный транспорт, предназначенный в первую очередь для транспортировки жидкого и газообразного топлива, следует выделить.
Это наиболее характерные для нашего времени виды транспорта. Они меняются нечасто (например, время существования водоизмещающих судов с двигателями внутреннего сгорания можно исчислить уже многими десятилетиями), но все время совершенствуются. Однако непрерывно возрастающий темп научно-технического прогресса создает предпосылки для появления новых видов транспорта в течение существенно меньших отрезков времени, чем это было в прошлом. Можно предположить, что уже в ближайшие десятилетия не только появятся, но и займут главенствующее положение такие виды транспорта, о которых мы сегодня еще только мечтаем.
Попробуем дать прогноз развития транспорта на ближайшие полстолетия, наметить его основные виды, которые будут характерны к середине XXI в. Среди наземного транспорта прочное место займут скоростные поезда на магнитной и воздушной подушке. Широкое применение в осваиваемых и труднопроходимых районах найдут аппараты на воздушной подушке. В воздухе преобладающими станут крупные реактивные самолеты, в первую очередь аэробусы, большое распространение получат дирижабли.
В морях и океанах конкуренцию авиационному транспорту составят экранопланы, расписание и движение которых будут корректироваться из космоса.
Ранее уже достаточно подробно были рассмотрены факторы, позволяющие отнести перечисленные виды транспорта к перспективным. Теперь попробуем оценить перспективность судов на подводных крыльях и воздушной подушке.
Как уже указывалось, скорость и грузоподъемность – основные критерии прогрессивности. Грузоподъемность кораблей на подводных крыльях определяется подъемной силой, создаваемой крыльями и возрастающей с увеличением площади крыльев в прямолинейной зависимости и скорости движения – в квадратичной, то увеличивать ее целесообразно за счет повышения скорости движения. Следовательно, более крупные корабли на подводных крыльях должны обладать и большей скоростью. Однако дальнейшему росту скорости препятствует кавитация.
Кавитацией называется физическое явление, связанное с нарушением сплошности жидкости. Как только давление становится равным или несколько ниже давления насыщенных паров жидкости (в нашем случае – воды), начинает выделяться растворенный в ней воздух, и в воде образуются паровоздушные пузырьки – сплошность жидкости нарушается.
В соответствии с уравнением Бернулли давление и скорость жидкости связаны обратной зависимостью. При движении корабля наибольшая скорость и, следовательно, наименьшее давление возникают сверху подводного крыла. Рост скорости может привести к образованию пузырьков пара в этой области. Продвигаясь к задней кромке крыла, пузырьки попадают в зону более высоких давлений, где произойдет их быстрое захлопывание. Это захлопывание имеет природу гидравлического удара и сопровождается резким повышением давления и температуры, что вызывает сильное повреждение поверхности подводных крыльев. Режим кавитации сопровождается сильной вибрацией.
Кроме кавитации, на пути создания крупных кораблей на подводных крыльях стоит энергетический барьер. Увеличение размеров и массы корабля требует большей скорости, что приводит к резкому возрастанию мощности силовой установки, которая пропорциональна произведению массы корабля на его скорость. В США в начале 60-х годов прогнозировались корабли на подводных крыльях массой 1000 т. Чтобы обеспечить им скорость 120 км/ч, потребуется мощность энергетической установки от 45 до 60 тыс. кВт. Корабль массой 3000 т для достижения скорости 280 км/ч должен иметь мощность двигателей 300 тыс. кВт. Следовательно, создание суперкораблей на подводных крыльях в будущем вряд ли окажется реальным.
Теперь посмотрим, как требования к росту скорости и грузоподъемности реализуются в судах на воздушной подушке. Избыточное давление под днищем такого судна составляет 3–5 кН/м2. Оно образует прогиб на водной поверхности глубиной 10 см на каждые 1 кН/м2. Высота воздушной подушки определяется волнами на поверхности воды: она должна быть больше, чем высота гребня волны. Увеличение воздушной подушки приводит к большим утечкам воздуха из ее полости, возрастанию потребной на ее создание мощности. Утечки воздуха происходят по периметру. Так как подъемная сила определяется произведением давления в воздушной подушке на площадь днища, то оптимальная форма судна на воздушной подушке в плане круг, причем чем площадь круга больше, тем относительно меньше будет периметр: площадь растет пропорционально квадрату радиуса, а периметр – пропорционально первой степени его. Следовательно, чем больше размеры судна, тем при заданной высоте парения будет больше его грузоподъемность и относительно меньше энергозатраты на создание воздушной подушки.
Чтобы снизить утечки воздуха из воздушной подушки, применяют воздушные или водяные завесы, лабиринтные уплотнения, "юбки" по всему периметру из эластичного материала, касающиеся поверхности воды (или земли), жесткие ограждения по бортам – скеги. Скеги, утопленные ниже поверхности воды, хорошо удерживают воздушную подушку, однако корабль теряет качества амфибии, не может, например, выходить на пологий берег для разгрузки.
Самый крупный пока в мире французский корабль на воздушной подушке "Навиплан-500" (рисунок 9.17), вмещающий 400 пассажиров и 45 легковых автомобилей, был пущен в эксплуатацию в середине 1977 г., и теперь до 50 % всех пассажирских перевозок через пролив Ла-Манш осуществляется с помощью кораблей на воздушной подушке. Энерговооруженность корабля "Навиплан-500" весьма высока и составляет 50,8 кВт на 1 т массы.
 |
Рисунок 9.17 – Корабль на воздушной подушке "Навиплан-500"
С ростом размеров кораблей энерговооруженность снижается и, например, у 10 000-тонного судна может быть доведена до 25 кВт/т. Но и в этом случае двигатели должны обладать огромной мощностью, а запасы топлива для двадцатичасового рейса достигнут 30 % его полной массы. Поэтому такие суда в будущем можно будет строить только в случае использования атомных источников энергии.
Экономическая эффективность кораблей на воздушной подушке скегового типа гораздо выше. Например, 5000-тонное скеговое судно может конкурировать с водоизмещающими благодаря существенно большей скорости движения, достигающей 200 км/ч. Представляют большой интерес разработки подводных средств для транспортировки жидкого топлива, а также кораблей-катамаранов или многокорпусных судов.
Безусловно, появятся транспортные средства, обладающие совсем малыми скоростями, но поражающие воображение человека сегодняшнего дня своими удивительными возможностями. Такими транспортными средствами будут оборудованы роботы, которые в будущем станут незаменимыми помощниками человека. Например, уже сегодня обсуждаются конструкции роботов, способных перемещаться по вертикальной стене и даже потолку. Завтра такие роботы станут привычными и очень полезными механизмами.
Необычные транспортные средства будут созданы и для освоения космического пространства. В атмосфере Венеры, плотность которой в 60 раз превышает плотность земной атмосферы, эффективными будут аэростатические аппараты. Зависимость температуры атмосферы Венеры от высоты можно использовать для вертикального перемещения аэростатического аппарата, так как объем его и окружающая температура, а следовательно, и величина подъемной силы (закон Архимеда действует и на Венере) могут быть в упоминаемой конструкции взаимоувязаны.
Трудно представить, что через какие-нибудь полстолетия начнутся работы по строительству космического лифта, использующего центробежные силы Земли для доставки грузов на орбиту. Но нет сомнения, что в это время человечество приблизится к решению подобных грандиозных проектов.
Конечно, эти новые виды транспорта не заменят полностью существующий железнодорожный и автомобильный транспорт, водоизмещающие суда, вертолеты или мотоциклы. Они их дополнят, взяв на себя те перевозки, которые смогут выполнять более эффективно. Но и существующие виды транспорта не останутся на современном уровне, а будут модернизированы.
Научно-технический прогресс всеобъемлющ, и те успехи, которые будут достигнуты в космосе, в области радиоэлектроники, вычислительной техники, материаловедения и др., найдут применение в разрабатываемых транспортных системах. Для этого необходимо содружество специалистов разных направлений из различных стран. В этом случае никто не останется в проигрыше – когда делятся идеями, обогащаются все участники. Отсюда следует необходимость в международном сотрудничестве по проблемам транспорта, ибо транспорт важен для всех.
Воздушная подушка, на которую опирается скоростной бесколесный поезд, благодаря монорельсовому полотну может быть существенно меньше, чем воздушная подушка кораблей и автомобилей: при гладкой поверхности рельсового полотна, которую нетрудно получить в заводских условиях, толщина ее измеряется в миллиметрах. Воздушная подушка в таком поезде выполняет роль смазки между опорной поверхностью поезда – скользящим шасси и поверхностью монорельса. Для создания тонкой воздушной подушки – воздушной смазки – требуется существенно меньшая мощность. Высвободившуюся мощность можно направить на увеличение скорости движения.
Если снабдить поезд крыльями, то по мере увеличения скорости движения они будут создавать все большую и большую подъемную силу, уменьшая тем самым воздействие поезда на воздушную подушку. Но чем меньше масса поезда, тем меньшая мощность требуется для создания воздушной подушки. В результате получается удачная с энергетической, а следовательно, и с экономической точки зрения система. При малых скоростях крыло работает неэффективно, и мощность расходуется на создание воздушной подушки. По мере увеличения скорости растет сопротивление движению, однако эффективнее начинают работать крылья, увеличивая создаваемую ими аэродинамическую подъемную силу, воздействие веса поезда на воздушную подушку снижается. Высвобождаемая мощность направляется на преодоление сопротивлений и увеличение скорости движения.
Таким образом, с увеличением скорости до определенного предела, обусловленного возрастанием лобового сопротивления, экономичность крылатого поезда на воздушной подушке не только не ухудшается, а, напротив, улучшается. При скоростях свыше 400 км/ч воздушную подушку можно создавать без помощи вентиляторов, используя динамический напор набегающего потока воздуха и близость расположения опорных поверхностей поезда и рельсового полотна – эффект экрана. Это обстоятельство еще больше увеличивает возможности крылатых поездов с точки зрения повышения их экономичности при высоких скоростях.
Крылатый поезд на воздушной подушке должен быть не похожим на привычные железнодорожные составы. Во-первых, от составов придется отказаться, так как при скоростях, превышающих 400 км/ч, работа сцепки становится трудноразрешимой проблемой. Поезд на воздушной подушке должен быть похож на фюзеляж крупного пассажирского самолета, однако крылья его будут отличаться от крыльев самолета: так как поезд движется над землей, самолетный размах крыльев неприемлем, они должны быть вытянутыми вдоль корпуса поезда или, для улучшения аэродинамических характеристик, расположены на крыше.
Отсутствие колес позволяет отказаться от двух рельсов и заменить их одним – монорельсом, имеющим достаточную опорную поверхность. Если нет колес, не будет и динамических воздействий колеса на рельс. Поэтому монорельс можно изготавливать не из дорогого и дефицитного металла, а из бетона. Отсутствие колес снимает те ограничения по скорости, которые присущи современным железнодорожным поездам. Высокие скорости поездов на воздушной подушке потребуют изолирования этого вида транспорта от других транспортных средств и пешеходов. С этой целью монорельс целесообразно проложить по эстакаде в нескольких метрах над землей. Вынос монорельса на эстакаду целесообразен не только из соображений безопасности, но также и с экономической точки зрения, особенно если дорогу придется прокладывать в труднодоступных районах. В заболоченных местах, в районах вечной мерзлоты и в ряде других случаев предпочтительной оказывается прокладка по эстакаде даже автомобильной дороги.
Крылатые монорельсовые поезда на воздушной подушке могут использовать турбовинтовые реактивные двигатели, которые обладают хорошими экономическими показателями в диапазоне скоростей 450–600 км/ч. Еще лучше, если вместо них применить двухконтурные турбовентиляторные двигатели: по своим характеристикам они соответствуют турбовинтовым, но создают значительно меньше шума.
Реактивный двигатель может создать дополнительную подъемную силу, если газы, вырывающиеся из его сопла, направить в желоб. Согласно уравнению Бернулли, скорость газа и его давление связаны обратной зависимостью: чем больше скорость, тем меньше давление. За счет разности скоростей струи реактивного двигателя, протекающей по желобу, и окружающего желоб воздуха возникает перепад давления. Этот перепад давления создаст добавочную подъемную силу, которая будет наибольшей на стоянке и станет убывать с увеличением скорости поезда. При ускорении разность между скоростью реактивной струи и скоростью набегающего потока воздуха будет уменьшаться.
Так как скользящее шасси поезда расположено близко к поверхности монорельса, в поездах на воздушной подушке эффективно применение линейного асинхронного двигателя. Что же представляет собой линейный асинхронный двигатель? Если обмотку статора асинхронного электромотора развернуть вдоль монорельса, а ротор разместить на поезде и пустить электрический ток, то между ротором и статором возникнет магнитное поле, которое заставит поезд двигаться вдоль монорельса. Малый зазор между плоскостями поезда и монорельса гарантирует небольшие потери энергии. Линейные асинхронные двигатели бесшумны, не загрязняют окружающей среды. Однако на пути их широкого использования стоит проблема экономичности при высоких скоростях движения поезда.
Произведем оценку крылатого поезда на воздушной подушке, двигающегося по монорельсу, вынесенному на эстакаду, по критериям прогрессивности.
По скорости крылатые монорельсовые поезда на воздушной подушке превосходят все виды транспорта, уступая лишь авиации. Однако, несмотря на то, что скорость поездов ниже скорости пассажирских самолетов, на расстоянии 3000–3500 километров пассажир поезда проводит в пути меньше времени, чем авиапассажир. Это объясняется тем, что авиапассажирам приходится тратить много времени на поездку от центра города до аэропорта, причем с развитием авиации это время увеличивается.
Какова тенденция развития авиации? Чем больше самолет, тем он экономичнее. Но большие самолеты требуют больших аэродромов, которые приходится выносить далеко за черту города. Довольно часто полет отнимает меньше времени, чем поездка из города в аэропорт и из аэропорта в город. Поезда же на воздушной подушке могут проходить через центр города. Следовательно, в отношении скорости доставки пассажиров и грузов крылатые монорельсовые поезда на воздушной подушке выгодно отличаются от других видов транспорта.
Проблема безопасности на транспорте – одна из наиболее острых в современном мире. Каждый год в мире происходит около 55 миллионов автомобильных аварий. Практически каждый девятый водитель в течение своей жизни бывает ранен или погибает в автомобильной катастрофе. Смертность в результате автомобильных аварий стоит по статистике на третьем месте после смертности от болезней системы кровообращения и раковых заболеваний.
Крылатый поезд на воздушной подушке является более скоростным видом транспорта, чем автомобильный, и поэтому, разрабатывая его, надо было с самого начала продумать весь комплекс мероприятий, который обеспечил бы безопасность его эксплуатации.
Безопасность эксплуатации поезда на воздушной подушке обусловлена в первую очередь следующими двумя факторами: отсутствием механического контакта поезда с поверхностью движения, с одной стороны, и неразрывной связью поезда с монорельсом, проложенным по эстакаде, с другой. Отсутствие механического контакта обеспечивается воздушной подушкой, непосредственная связь поезда с монорельсом – конструкцией скользящего шасси поезда и монорельса. Можно предложить ряд конструктивных решений сочленения скользящего шасси и монорельса. Выбор конструкции зависит от многих условий, и в первую очередь от того, будет ли аэродинамическая подъемная сила поезда при расчетной скорости превышать вес поезда или нет.
Если вес поезда больше аэродинамической подъемной силы, то можно предложить скользящее шасси, сверху и с двух сторон охватывающее монорельс. В щель между плоскостями скользящего шасси и монорельса непрерывно поступает под давлением от вентиляторов сжатый воздух. Такая конструкция не позволит поезду сойти с рельса. Если же возникнет усилие в поперечном направлении, например, от порыва ветра, то это приведет к уменьшению зазора между соответствующими боковыми плоскостями скользящего шасси и монорельса, увеличению давления воздуха в этом зазоре, а в итоге – к возникновению противодействующей силы. Аналогично такое сочленение будет действовать при движении поезда по закруглению. Следовательно, в этих случаях система скользящее шасси – монорельс будет вести себя как саморегулирующаяся.
Принцип саморегулирующейся системы используется и для того, чтобы обеспечить устойчивое движение поезда на воздушной подушке относительно монорельса. Вопросы устойчивости имеют важное значение и для безопасности движения, и для экономичной работы силовой установки, и для создания комфортных условий для пассажиров.
Поезд относительно монорельса находится во взвешенном состоянии. Одновременно на него действуют сила тяжести, аэродинамическая подъемная сила и силы сопротивления, которые в процессе движения не остаются постоянными. Масса поезда уменьшается, так как расходуется топливо, следовательно, уменьшается сила тяжести. Аэродинамическая подъемная сила и сила сопротивления зависят от скорости движения, плотности окружающего воздуха, порывов ветра, а также от ряда других факторов. Колебания сил сопротивления уравновешиваются тяговым усилием силовой установки. А колебания аэродинамической подъемной силы и силы тяжести компенсируются воздушной подушкой, т. е. воздушная подушка выполняет роль амортизатора. Если аэродинамическая подъемная сила будет равна весу поезда, то система может оказаться неустойчивой. Поэтому надо, чтобы эти силы не были равны.
При втором варианте, когда вес поезда меньше аэродинамической подъемной силы, на монорельс и эстакаду будет действовать сила, направленная вверх. В этом случае меняется конструкция сочленения скользящего шасси поезда и монорельса.
Связь поезда с монорельсом в существенной мере влияет на безопасность его эксплуатации. На всем пути поезд не отрывается от монорельса, он не взлетает и не садится, как самолет, а ведь до 80 % всех авиационных катастроф происходит при взлете и посадке.
Столкновение поездов с другими транспортными средствами или пешеходами, как уже упоминалось выше, исключается вследствие того, что монорельс размещается на эстакаде и поднят над землей. С помощью эстакады решаются также вопросы транспортных развязок, что особенно важно для густонаселенных районов. Разработаны стрелочные переводы для бесколесных поездов.
Торможение поездов можно осуществить несколькими способами. Во-первых, с помощью реверса тяги, когда направление вектора силы тяги двигателя меняется на противоположное (в реактивных двигателях изменяется направление истекающей струи, у турбовинтовых двигателей изменяется положение лопастей винта); во-вторых, за счет сопротивления выдвигаемых поверхностей (в самолетах, например, для этой цели используют закрылки, выбрасывается тормозной парашют); в-третьих, посредством тормозных колодок благодаря малому зазору между скользящим шасси поезда и монорельсом. Для улучшения эксплуатационных качеств эти колодки могут иметь специальные покрытия.
Засорения поверхности монорельса песком, щебнем и другими предметами легко избежать за счет соответствующей формы монорельса, например, если его верхние опорные поверхности выполнить наклонными, что будет способствовать также стоку воды и уменьшению благодаря этому образования льда в зимнее время. Для борьбы с обледенением можно использовать и высокую температуру выхлопных газов реактивных двигателей, а также другие средства.
Рельсовый транспорт обладает самым высоким грузооборотом. Железнодорожный транспорт нашей страны занимает ведущее положение по количеству перевозимых грузов и пассажиров. Большой грузоподъемностью отличаются и крылатые монорельсовые поезда на воздушной подушке. Правда, состав железнодорожного транспорта более грузоподъёмен, чем поезд на воздушной подушке, однако бесколесные поезда обладают гораздо большей скоростью, от которой существенно зависит грузооборот. Увеличению грузооборота рельсового транспорта в значительной мере способствуют системы автоматики, которые позволяют резко повысить пропускную способность дороги, сокращая интервалы между поездами и в то же время гарантируя безопасность движения. Напомним, что переход к автоматическому регулированию движения на метрополитене позволил сократить интервалы между поездами до 32 секунд.
Внедрение автоматики в транспортные системы крылатых монорельсовых поездов на воздушной подушке позволит решить задачи выбора оптимальных скорости движения бесколесных поездов и интервала между поездами, управления работой агрегатов поезда и контроля за ней, а также состояния трассы (монорельса, эстакады, опор), включения экстренного торможения в случае аварийной ситуации и т. п. Кроме того, поезда на воздушной подушке не зависят от капризов погоды, что тоже благоприятно отражается на грузообороте.
Предполагается использовать поезда на воздушной подушке главным образом как пассажирский транспорт. Однако в отдельных случаях они будут перевозить срочные негабаритные грузы, т. е. выполнять те же функции, которые в настоящее время выполняет авиация.
В целом по критерию грузооборота крылатые монорельсовые поезда на воздушной подушке, способные на высокой скорости вне зависимости от погоды перевозить большое количество пассажиров и относительно легких грузов, вполне отвечают требованиям, предъявляемым к новому виду транспорта, имея показатели лучшие, чем, например, авиационный транспорт.
Прогрессивность скоростных бесколесных поездов на воздушной подушке, как и любого другого вида транспорта, должна быть оценена и с точки зрения экономики. Экономичность можно оценить, например, сроком окупаемости выбранного участка дороги с заданным объемом перевозок. Мы не будем рассматривать весь спектр вопросов, который связан с экономикой крылатых монорельсовых поездов на воздушной подушке, а остановимся лишь на некоторых факторах.
Экономичность любого вида транспорта существенно определяется его энергетическими затратами. В бесколесных поездах энергия расходуется на создание тягового усилия и на поддержание поезда во взвешенном состоянии над поверхностью монорельса, в данном случае на создание воздушной подушки.
Энергозатраты первого вида зависят от сопротивления движению и увеличиваются пропорционально квадрату роста скорости. Затраты этой энергии будут максимальными на режимах наибольшей скорости. Так как скорость монорельсовых поездов на воздушной подушке достигает 500 км/ч и более, то потребление энергии на преодоление сопротивлений при этих скоростях настолько велико, что дополнительное расходование энергии на создание воздушной подушки ставит под сомнение их экономическую целесообразность. Именно этот аргумент выдвигали противники поезда на воздушной подушке в 1960 г. Они не учитывали или не хотели учитывать эффект экрана и отвергали идею использования подъемной силы крыльев для снижения потребной мощности за счет разгрузки воздушной подушки. Более того, они утверждали, что крылья только создают дополнительное сопротивление и увеличивают вес.
Крыло действительно неэффективно при малых скоростях. В этом случае, для того чтобы получить достаточную подъемную силу, необходимы крылья больших размеров, а большие крылья увеличивают силу сопротивления и вес. Однако подъемная сила крыла возрастает пропорционально квадрату роста скорости. Поэтому отличительной особенностью крылатых поездов на воздушной подушке является улучшение его экономичности при высоких скоростях. Более того, при высоких скоростях воздушную подушку можно создавать за счет динамического напора набегающего воздуха, что улучшит экономические показатели поезда на воздушной подушке.
Автомобильный и железнодорожный транспорт требует дорог, стоимость которых весьма высока. Это объясняется большими динамическими воздействиями колес автомобилей на дорогу или тяжеловесных составов на рельсы. На стоимость дороги оказывают существенное влияние условия, в которых она прокладывается. Очень высока стоимость мостов, которая в первую очередь определяется воспринимаемыми нагрузками и от которых зависит долговечность дорожных сооружений.
Монорельсовая эстакадная дорога для крылатых бесколесных поездов на воздушной подушке выгодно отличается от автомобильных и тем более железных дорог. Она не нуждается в непрерывном ложе, так как эстакада раз-мещается на опорах, отстоящих на значительном расстоянии друг от друга. Секции эстакады и монорельс могут быть изготовлены в заводских условиях, а на месте лишь монтироваться. Из-за отсутствия динамических ударных нагрузок колеса на рельс монорельс и эстакаду можно изготавливать из относительно дешевого и доступного бетона. Вследствие аэродинамической разгрузки крылатого поезда монорельс в основном используется как направляющая. Поэтому запас прочности здесь может быть существенно меньшим, чем, например, при строительстве железных дорог, к тому же ширина монорельса и эстакады определяется габаритами скользящего шасси поезда. В результате все сооружение получается достаточно легким. Это существенно облегчает установку опор, монтаж эстакады и монорельса, особенно возведение мостовых переходов, и снижает их стоимость. В результате приведенная к одному километру стоимость эстакадной монорельсовой дороги для крылатых поездов на воздушной подушке оказывается значительно меньшей, чем автомобильной и железной дороги.
Особенности поезда на воздушной подушке позволяют создать очень легкую, надежную и экономичную конструкцию. В самом деле, поезд освобожден от ударных нагрузок, обычно создаваемых колесной группой. Если в качестве двигателя он использует линейный асинхронный двигатель, то энергия для его питания будет передаваться по контактному проводу, и запасаться топливом на весь путь не понадобится; если же он будет снабжен автономным, например реактивным, двигателем, дозаправка топливом на промежуточной станции не представляет проблемы. Значит, топливные баки не будут занимать много места. Не будет занимать полезный объем и обычно громоздкое колесное шасси. Поезд может иметь легкие колеса, предназначенные для его транспортировки на ремонтные и регламентные работы, но они занимают мало места и при движении убираются аналогично авиационным. Всё это делает конструкцию поезда весьма экономичной.
Крылатые поезда на воздушной подушке, летящие вдоль монорельса по эстакаде, имеют высокий критерий экономичности. Это определяется следующими основными факторами: малой толщиной воздушной подушки, высокой скоростью движения, аэродинамической разгрузкой воздушной подушки и монорельса, отсутствием ударных динамических нагрузок, облегченностью конструкции поезда и дорожных сооружений.
Критерий комфортности крылатых монорельсовых поездов на воздушной подушке лучше, чем самых современных видов транспорта. Комфорт крылатых поездов обеспечивается высокой скоростью, возможностью доставлять пассажиров непосредственно в город, независимостью поездов от капризов погоды, гарантированной безопасностью движения.
Крылатые монорельсовые поезда способны эффективно решать и проблему проходимости. Через самые непроходимые болота, в районах вечной мерзлоты может быть проложена эстакада, в необходимых случаях с опорами на свайном основании. Расчеты показывают, что 12-метровые сваи, которые используются при строительстве многоэтажных зданий в краю сплошных болот, вполне для этого пригодны. По эстакаде нетрудно проложить и другие коммуникации. Учитывая скорость, грузооборот и экономичность крылатых поездов на воздушной подушке, можно определенно сказать, что для освоения отдаленных и труднодоступных районов, например северных, этот вид транспорта не имеет равных. Кроме того, движущиеся по проложенной втундре эстакаде поезда гораздо меньше разрушают почву чем, скажем, трактор или автомобиль. По каждому из рассмотренных критериев прогрессивности крылатый монорельсовый поезд на воздушной подушке имеет более высокие показатели, чем соответствующие существующие транспортные средства.
В настоящее время в разных странах уже созданы и продолжают разрабатываться различные варианты поездов на воздушной подушке.
Ограничивать скорости движения поездов на воздушной подушке будет, с одной стороны, сила сопротивления, которая пропорциональна квадрату скорости, а с другой – наличие остановок. На коротких участках или на участках большой протяженности, но с большим количеством остановок поезд не будет успевать разгоняться до высоких скоростей
Для сохранения постоянной аэродинамической разгрузки необходимо при изменении скорости изменять площадь крыльев. Кроме того, при разных скоростях изменяется подъемная сила, создаваемая воздушной подушкой.
С ростом скорости происходит вытеснение воздушной подушки встречным потоком воздуха. В результате толщина воздушной подушки и создаваемая ею подъемная сила уменьшаются. Вместе с тем за счет скоростного напора создается дополнительная аэродинамическая подъемная сила, которая при высоких скоростях становится преобладающей и может полностью заменить воздушную подушку. Воздействие обоих этих факторов для каждого варианта поезда требует специальных исследований, и их необходимо учитывать при разработке скоростных поездов на воздушной подушке.
Следовательно, наиболее слабым критерием прогрессивности поездов на воздушной подушке является критерий экологического воздействия.
Космические летающие аппараты на протяжении жизни одного поколения превратились из фантастических в реальные, чему способствовали, прежде всего, научные труды К. Э. Циолковского. Запуск на околоземную орбиту 4.10.1957 года первого в мире советского искусственного спутника Земли и полет в космос 12.04.1961 года первого человека – Ю. А. Гагарина возвестили о рождении эры космонавтики. За истекшие годы на разные орбиты Земли выведены в Космос многие тысячи околоземных спутников и межпланетных аппаратов.
Особое значение имеет создание пилотируемых и автоматически управляемых кораблей, являющихся транспортными средствами для перемещения исследователей (людей) и соответствующих грузов на околоземные орбиты и обратно на научные станции типа "Союз" и "Мир".
Выдающимся достижением следует признать полет трех астронавтов США (июль 1969 г.) к Луне и высадку двух из них на её поверхность с последующим возвращением всех на Землю.
Все упомянутые корабли являются одноразовыми, состоящими из ракетоносителя, сгорающего в атмосфере, и возвращаемого модуля для доставки людей и грузов на Землю.
На протяжении многих лет США создавали космический аппарат многоразового действия. Первый прототип такого аппарата "Шатл" напоминал собой широкофюзеляжный самолет весом 68 т. Это аэрокосмический самолет, который взлетает под тягой ракеты общей массой более 2000 т, а приземляется как самолет, но с очень большой посадочной скоростью (более 380 км/ч).
В СССР первый орбитальный корабль "Буран" был запущен на околоземную орбиту 15 ноября 1988 года с помощью ракеты-носителя "Энергия" мощностью 170 млн л. с. Самолет типа "Буран" может использоваться для вывода на околоземную орбиту спутников и доставки на орбитальные станции необходимых грузов и исследователей, а также для перевозки пассажиров с гиперзвуковыми скоростями. В будущем вместимость таких самолетов будет 300–500 пассажиров, а скорость полета – до 12 М ( 1 М равен скорости звука в воздухе – 334 м/с, или 1188 км/ч), хотя это лежит пока за пределами возможностей современных авиадвигателей. Возможно, что гиперзвуковые самолеты будут иметь разные двигатели для различных режимов полета или какие-то новые, сочетающие в себе все необходимые качества. В ожидании таких двигателей изучается возможность создания машины для полетов со скоростями 25 М. Самолет-ракета на 70–110 пассажиров в полете на высоте 60 км должен развивать крейсерскую скорость 28800 км/ч, что позволит достигать любой точки земного шара не более чем за 30 минут.
При современных стремительных темпах научно-технического прогресса реализация таких проектов станет возможной не в столь отдаленной перспективе.
|
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1 Аксенов И. Я. Единая транспортная система. – М.: Высш. школа, 1991. – 383 с.
2 Аксенов А. Ф. Гражданская авиация СССР. – М.: "Знание", 1973. – 64 с.
3 Автоматизация управления безопасностью полетов / А. М. Гомулин, Г. В. Громов, А. С. Кострицкий и др. – М.: Транспорт, 1989. – 116 с.
4 Аэропорты и воздушные трассы: Учебник для вузов гражданской авиации / В. И. Блохин, И. А. Белинский, И. В. Циприанович, Г. Н. Гелетуха 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Транспорт, 1984. – 160 с.
5 Автомобильные дороги / Под ред. В. Ф. Бабкова – М.: Транспорт,1983. – 280 с.
6 Бабков В. Ф. Пути сообщения: Конспект лекций. – М.: МАДИ, 1993. – 224 с.
7 Ванчукевич В. Ф., Седюкевич В. Н., Холупов В.С. Автомобильные перевозки. – Мн.: Дизайн ПРО, 1999. – 224 с.
8 Взаимодействие различных видов транспорта: (примеры и задачи) / Н. В. Правдин, В. Я. Негрей, В. А. Подкопаев; Под ред. Н. В. Правдина – М.: Транспорт, 1989. – 207 с.
9 Гриневич Г. П. Комплексная механизация и автоматизация погрузочно-разгрузочных работ на железнодорожном транспорте: Учебник для вузов ж.-д. трансп. 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Транспорт, 1981. – 343 с.
10 Грузоподъемные машины: Учебник для вузов по специальности "Подъемно-транспортные машины и оборудование"/ М. П. Александров, Л. Н. Колобов, Н. А. Лобов и др. – М.: Машиностроение, 1986 – 400 с.
11 Единая транспортная система/ Под ред. В. Г. Галабурды – М.: Транспорт, 1996. – 295 с.
12 Ефремов И.С., Кобозев В.М., Юдин В.А. Теория городских пассажирских перевозок: Учеб. пособие для вузов. – М.: Высш. школа, 1980. – 535 с.
13 Железные дороги. Общий курс / Под ред. М. М. Уздина –М.: Транспорт, 1991. – 295 с.
14 Захаров В.Н., Зачесов В.П., Малышкин А.Г. Организация работы речного флота: Учеб. для вузов.– М.: Транспорт, 1994. – 287 с.
15 Захаров В. А., Редько Л. А. История автотранспорта: Конспект лекций. – Гомель: БелГУТ, 1995. – 77 с.
16 Зелькин Г. Г. Летающие экспрессы. – Мн.: Выш. шк., 1984. – 156 с.
17 Инструкция по сигнализации на Белорусской железной дороге. – М.: Транспорт, 1994. – 129 с.
18 Инструкция по движению поездов и маневровой работе на Белорусской железной дороге. – М.: Транспорт, 1994. – 289 с.
19 Каменский В. Б., Горев Л. Д. Справочник дорожного мастера и бригадира пути. – М.: Транспорт, 1985. – 488 с.
20 Краткий автомобильный справочник / А. Н. Понизовкин, Ю. М. Власко, М. Б. Ляликов и др. – М.: АО "Транскосалтинг", НИИАТ, 1994. – 779 с.
21 Организация движения поездов: В 2 ч. / Под общ. ред. И. Г. Тихомирова – Мн.: Выш. школа, 1979. – Ч. 1. 224 с.; Ч. 2. 192 с.
22 Организация и планирование грузовых автомобильных перевозок / Под ред. Л. А. Александрова – М.: Высш. школа, 1977. – 335 с.
23 Организация работы флота и портов / Под ред. А. П. Ирхина. – М.: Транспорт, 1966. – 528 с.
24 Основы взаимодействия железных дорог с другими видами транспорта / Под ред. В. В. Повороженко. – М.: Транспорт, 1986. – 215 с.
25 Пассажирские автомобильные перевозки / Под ред. Н. Б. Островского. – М.: Транспорт, 1986. – 220 с.
26 Правила технической эксплуатации Белорусской железной дороги. – М.: Транспорт, 1994. – 161 с.
27 Проблемы развития транспорта СССР. Единая транспортная сеть: / Под ред. С. С. Ушакова, К. Ю. Скалова, В. Л. Станиславюка. – М.: Транспорт, 1981. – 253 с.
28 Пустовалов Б. И. От "Руссо-Балта" до КамАЗа. – Мн.: Выш. шк., 1984. – 94 с.
29 Сыцко П. А., Шульженко П. А., Ярошевич В. П. Общий курс железных дорог: Конспект лекций. – Гомель: БелИИЖТ, 1990. – 65 с.
30 Сотников Е. А. Железные дороги мира из XIX в XXI век.– М.: Транспорт, 1993. – 200 с.
31 Справочник необходимых знаний. – М.: РИПОЛ КЛАССИК, 2000. – 768 с.
32 Транспорт Страны Советов: Итоги за 70 лет и перспективы развития / И. В. Белов, В. А. Персианов, Б. А. Волков и др.; Под ред. И. В. Белова. – М.: Транспорт, 1987. – 311 с.
33 Хиврич И. Г. и др. Автоматизированное вождение воздушных судов. – М.: Транспорт, 1985. – 328 с.
34 Царенко А. П. Поезд отправляется в путь. 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Транспорт, 1987. – 254 с.
35 Чароцкая Л. П. Железная дорога от А до Я. – М.: Транспорт, 1990.– 208 с.
36 Шашков З. А. Внутренний водный транспорт СССР. Общий курс. – М.: Транспорт, 1978. – 295 с.
Учебное издание
