Новые виды транспорта

быть редкостью. Они находят все большее применение, особенно в крупных

городах, перенасыщенных автотранспортом. Что касается солнцемобилей, то

сегодня их можно встретить на дороге очень редко. Это очень дорогое

удовольствие. Между тем становится все более популярным и доступным по цене

водный гелиотранспорт - маломерные суда, приводимые в движение солнечной

энергией. Более всего они подходят для водного туризма и рыбалки.

Солнцемобили в большинстве своем машины уникальные. В их конструкции

используются оригинальные технические решения и новейшие материалы. Отсюда

и очень высокая цена. Например, двухместный солнцемобиль "Мечта" (рис.6.1)

обошелся японской автомобильной компании "Хонда" в 2 миллиона долларов. Но

деньги были потрачены не напрасно. Трассу трансавстралийского ралли 1996

года протяженностью 3000 км он прошел со средней скоростью почти 90 км/ч, а

на прямом скоростном участке достиг 135 км/ч. Рекорд "Мечты" до сих пор

никем не побит.

[pic]

Рисунок 6.1. Солнцемобиль-рекордсмен "Мечта"

Солнцемобиль - это электромобиль, снабженный фотоэлектрическими

преобразователями (солнечными батареями) достаточно большой мощности, в

которых энергия света преобразуется в электрический ток, питающий тяговый

двигатель и заряжающий аккумуляторы.

Конструирование солнцемобилей и испытание их в гонках постепенно

оформились в новый технический вид спорта - "брейнспорт". По сути дела -

это состязания интеллектов создателей солнцемобилей. На них отрабатываются

параметры транспортных средств будущего. Чтобы солнцемобиль с максимальной

мощностью солнечных батарей и электромотора всего 1,5-2 кВт мог соперничать

с автомобилем, необходимо использовать самые легкие и прочные

конструкционные материалы, высокоэффективные системы электропривода,

последние достижения аэродинамики, гелио- и электротехники, электроники и

других наук.

Специалисты полагают, что солнечный транспорт станет всерьез

конкурировать с автомобильным, когда эффективность доступных по цене

солнечных элементов (фотоэлектрических преобразователей) составит 40-50%.

Пока же их КПД всего 10-12%. Чтобы солнцемобили с мощностью солнечных

батарей 1,5-2 кВт "догнали" автомобили с двигателями в 100 раз мощнее,

необходимо использовать легкие и прочные конструкционные материалы,

эффективные системы электропривода, достижения аэродинамики, гелио- и

электротехники, электроники и других наук. Конструкции транспортных средств

будущего и отрабатываются на ралли солнцемобилей.

У солнцемобилей достигнут минимальный для наземных экипажей коэффициент

аэродинамического сопротивления (0,1). Опыт концерна "General Motors" при

разработке рекордного солнцемобиля "Sunracer" ("Солнечный гонщик")

(рис.6.2) использован в проектировании электромобиля "Impact" ("Удар"),

серийное производство которого началось в 1996 г. Его скорость достигает

130 км/ч, до 100 км/ч он разгоняется за 9 с и на обычных свинцово-кислотных

аккумуляторах проходит 100 км.

Рисунок 6.2. Солнцемобиль Sunraycer

Специально для солнцемобилей сконструированы легкие бесколлекторные

двигатели постоянного тока с магнитами из редкоземельных металлов и КПД до

98%, а также эффективные микропроцессорные системы управления. В 1993 г. на

трех солнцемобилях - лидерах трансавстралийских гонок впервые

низкооборотные двигатели встроили непосредственно в ступицы ведущих колес.

Идея мотор-колеса, сама по себе не новая, в солнцемобилях позволила

отказаться от трансмиссии и довести КПД привода до 96-97%. В 1996 г. в

трансавстралийском ралли участвовало уже 12 таких конструкций, а компания

"Honda", вдохновленная успехом своей "Мечты", приступила к серийному

выпуску электровелосипедов с мотор-колесом. Известные производители шин -

"Michelin", "Bridgestone", "Dunlop" - разрабатывают новые материалы и

протекторы для покрышек солнцемобилей. Уже созданы шины, которые при

хорошем сцеплении с дорогой обладают самым низким коэффициентом

сопротивления качению - всего 0,007. Фирма "Michelin" производит подобные

энергосберегающие шины и для серийных автомобилей.

Солнечные батареи небольшой мощности на обычных автомобилях

кондиционируют воздух в салонах и подзаряжают пусковые аккумуляторы на

стоянках, питают радио- и телеаппаратуру.

Однако существует гелиотранспорт, который, весьма вероятно, станет

популярным и доступным в самое ближайшее время. Речь идет о маломерных

судах, лодках, катерах, катамаранах, яхтах и других водных транспортных

средствах, приводимых в движение солнечной энергией. Именно на воде задолго

до появления электромобиля было испытано первое транспортное средство с

электрическим приводом. В 1833 году лодка с двумя электромоторами и 27

гальваническими батареями поднялась по Неве на несколько километров.

Принадлежала она работавшему в Петербурге немецкому инженеру Морицу Якоби.

Но из-за низкой энергоемкости батарей эксперименты пришлось прекратить.

В начале ХХ века появились маломерные суда с двигателями внутреннего

сгорания. Энергоемкость углеводородного топлива была значительно выше той,

что могли дать гальванические батареи. Лодки и катера с мощными бензиновыми

моторами очень быстро получили самое широкое распространение. А

электромоторные суда и их сухопутные "братья" - электромобили - из-за

ограниченного ресурса аккумуляторных батарей и сложности их зарядки до

недавнего времени оставались исключительной редкостью.

Сегодня суда с бензиновыми моторами есть практически на каждом водоеме.

Они отравляют воду и воздух, своим ревом, выхлопными газами, вызывающей

эрозию берегов сильной волной нарушают условия жизни обитателей рек, озер и

морей. Дело дошло до того, что приходится ограничивать, а кое-где запрещать

движение моторных лодок. Так что у электромоторных судов с солнечными

батареями появился шанс стать им реальной альтернативой. Экологически

чистые "солнечные" суда лучше других подходят для активного отдыха, спорта,

рыбалки и туризма.

Превратить в "солнечный" транспорт водное судно гораздо проще, чем

машину: на палубе катера или лодки намного больше места для размещения

солнечных батарей, чем в кузове автомобиля. Есть и другие плюсы. На

открытых водоемах фотоэлектрические преобразователи не затеняются ни

деревьями, ни домами, ни машинами и поэтому отдают больше энергии. Водному

транспорту не приходится преодолевать затяжные подъемы и спуски,

стремительно разгоняться и тормозить на светофорах, а значит, им нужно

меньше энергии.

На всех транспортных средствах с солнечным приводом есть аккумуляторы.

Их емкость и вес зависят от назначения судна. На катерах или лодках для

воскресных прогулок они могут быть небольшими. Если "солнечной" лодкой

пользоваться только по выходным, аккумуляторы можно заряжать в рабочие дни,

причем солнечные батареи для зарядки аккумуляторов стоит размещать не на

самой лодке, а на стационарной береговой гелиостанции.

В коротком плавании можно обойтись и без аккумуляторов. Но тогда на

случай непогоды нужно иметь на борту резервный движитель: весла, педали или

парус. Роль паруса могут играть солнечные панели. Из них получается и

навес, который защитит от солнца и дождя.

В отличие от ДВС современные лодочные электромоторы практически не

требуют ухода. Не нужно держать на судне емкости для топлива и смазочных

масел и менять масло в двигателе.

Первое электромоторное судно, приводимое в движение солнечной энергией,

построил в 1975 году англичанин Алан Фримен. Его электрокатамаран развивал

скорость до 5 км/ч. В наши дни, всего через четверть века, скорость

электролодок с солнечными панелями возросла более чем вдвое, и их можно

купить в магазинах спорттоваров, например, в Германии, Швейцарии и других

странах.

Электромоторные суда на солнечных батареях не раз проходили испытания в

длительных морских путешествиях. В 1985 году японский яхтсмен Кеничи Хори

на "солнечном" катере "Сикрикерк" в одиночку пересек Тихий океан. За 75

суток он преодолел 8700 морских миль. Скорость 3-5 узлов, с которой

"Сикрикерк" шел от Гавайских островов до острова Бонин вблизи западного

побережья США, была близка к средней скорости 9-метровой крейсерской

парусной яхты.

У "солнечного" судна есть немало преимуществ перед парусным: плавание

на нем гораздо меньше зависит от капризов погоды, удобно и то, что можно

пользоваться электрическими средствами связи и бытовыми приборами.

Например, на катере Кеничи Хори работали холодильник, СВЧ-печь, телевизор и

видеокамера, спутниковая навигационная система, радиолокатор,

метеорологические приборы и бортовой компьютер. Путешественник взял с собой

в одиночное плавание даже малогабаритную стиральную машину. Энергию для

работы этих приборов вырабатывали солнечные панели площадью 9 м2 и общей

мощностью 1100 Вт. Из них 500 Вт использовалось днем для работы гребного

винта электродвигателя мощностью 0,33 кВт, 400 Вт - для зарядки

аккумуляторной батареи, питающей двигатель ночью, 200 Вт - для бытовых нужд

и работы радиостанции. Облегченные солнечные модули жестко крепились на

крыше рубки и палубе "Сикрикерка". Тяжелые аккумуляторы располагались в

трюмной части корпуса и служили балластом.

Экологически чистые транспортные средства, как наземные, так и водные,

были представлены в международном экотуре "Финляндия-2000". Большой интерес

специалистов и зрителей вызывала финская "солнечная" яхта "Сольвейг" с

палубой, облицованной ярко-синими фотоэлектрическими модулями.

Установленный на ней электромотор мощностью 1,5 кВт позволяет в солнечную

погоду развивать скорость до 5 узлов. Шесть аккумуляторов емкостью по 125

А·ч, помещенные внутрь киля, повышают устойчивость судна. В просторной

каюте достаточно места для длительного путешествия команды из четырех-пяти

человек. Навигационные приборы, СВЧ-печь, холодильник, как и электромотор,

получают энергию от солнечных батарей. Складывающаяся, чтобы свободно

проходить под низкими мостами, мачта приспособлена для паруса.

В экотуре "Финляндия-2000" участвовала еще одна "солнечная" яхта

изобретате ля Йорма Панкала, названная "Атон" (по имени древнеегипетского

бога Солнца). Легкое судно, изготовленное из стеклопластика, по форме

напоминает маленький авианосец. На его просторной палубе достаточно места

для размещения солнечных панелей суммарной мощностью 1200 Вт. На "Атоне"

нет мачты, но Й. Панкала намеревается оборудовать судно

ветроэлектрогенератором на телескопической стойке и парусом в виде

воздушного змея. На мелководье, где нельзя пользоваться гребным винтом,

пропеллер реверсивного электрогенератора будет работать как воздушный

движитель.

В днище яхты есть стеклянный иллюминатор. Его можно открыть и облиться

морской водой. Осадка судна всего 25 см, поэтому невысокого бортика вокруг

иллюминатора вполне достаточно, чтобы избежать затопления судна.

Экотур "Финляндия-2000" убедил всех, что "солнечные" лодки, катера и

яхты пригодны для плавания даже в такой северной стране, как Финляндия, -

летом там солнечных дней не намного меньше чем на юге. Они могут быть

совершенно автономными даже в длительном плавании и подходят как для малых

рек и озер, так и для открытых морей.

Фотоэлектрические преобразователи энергии, химические источники тока и

системы электропривода, используемые на "солнечных" судах, становятся все

более эффективными. Они занимают совсем немного места, поэтому даже на

небольших "семейных" яхтах можно разместить разнообразное дополнительное

оборудование - от биотуалета до малогабаритной сауны. Это особенно

привлекает привыкших к благам цивилизации путешественников. "Солнечные"

суда почти бесшумны. На них разговаривают, не повышая голоса, слушают пение

птиц, плеск волн и шум ветра, дышат свежим воздухом. Воспользоваться таким

транспортом захочет каждый, кто любит совершать водные путешествия.

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).

[pic]

Рисунок 8.1. Высокоскоростной поезд Thalys с концевыми моторными вагонами

[pic]

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

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7