Плетнев С.В. Магнитное поле: свойства, применение

Подождите немного. Документ загружается.

МАГНИТОПЛАН ИЗ РОССИИ

Поиски новых, оригинальных схем монорельса продолжались. С давних

времен люди мечтали о транспорте без колес, использующем для перемещения

силы магнетизма. И вот в 1910 году Э. Башеле во Франции построил первую

модель вагона на магнитном подвесе (по другим источникам, в 1912 году).

Практически в то же время, в 1911 году профессор Томского технологического

института Б.П. Вайнберг изобрел поезд на электромагнитной подвеске, приво-

димый в движение линейным синхронным электродвигателем. Использование

электромагнитов позволяло реализовывать усилия, необходимые для поддер-

жания на весу вагонов с пассажирами и позволяло видеть в магнитопланах не

просто оригинальные физические опыты, а реальное транспортное средство.

В том же году Вайнбергом была построена экспериментальная стендовая

установка с вагончиком весом 10 кг. Опыты, проведенные в 1911-1913 году

оказались успешными (что просто потрясающе, ибо силовой полупроводнико-

вой электроники в те времена еще не существовало).

Был разработан проект натурной экспериментальной трассы, на которой

предполагалось достичь скорости 800-1000 км/ч (реконструкция показана на

рис.).

Для разгона и торможения возле каждой станции предполагалось соору-

дить дополнительные линейные двигатели длиной около трех верст. Вагоны

должны были двигаться внутри балки, представляющей собой полую трубу;

для снижения сопротивления воздуха на скорости, близкой к звуковой, было

предусмотрено создавать в трубе разрежение.

Идея Вайнберга в своем изначальном виде выглядела для обывателя столь

же экзотична, как жюль — верновские полеты из пушки на Луну. Тем не менее

ученые видели в ней рациональное зерно — не случайно известный отечест-

венный популяризатор науки Перельман считал, что об этом проекте полезно

знать каждому интересующемуся физикой. Идея магнитоплана была реализо-

вана в семидесятых годах в ряде стран, в частности, в Японии (эксперимен-

тальный участок, созданный авиакомпанией ДжАЛ). Более того, поезда с

411

магнитной левитацией считаются одним из наиболее перспективных направ-

лений развития высокоскоростного монорельса...

Использованные источники:

Н. Астахова. Кольцевая подушка. "Техника — Молодежи", 2, 1972.

Я. И. Перельман. Занимательная физика, кн.2. Ид. восемнадцатое, М.

"Наука", 1972.

С.А. Адасинский. Городской транспорт будущего. М., "Наука", 1979г.

З.К. Сика, И.И. Куркалов, Б.А. Петров. Электродинамическая левитация

и линейные синхронные двигатели транспортных систем. Рига, "Знатне", 1988.

Валерий Антонов. ДжАЛ становится на рельсы. "Техника — Молодежи",

12, 1978.

Рисунок В. Овчинского.

ЗА ДАЛЕКОЙ ЗА НАРВСКОЙ ЗАСТАВОЙ

Первая мировая война, революция, интервенция, гражданская... Казалось

бы, о каких монорельсах в России может идти речь" Но уже в 1921 году

началось строительство 20-мильной линии (32 км) между Петроградом и Цар-

ским Селом по проекту Петра Шиловского.

Это был так называемый монорельс с гироскопической стабилизацией,

впервые запатентованный Луи Бреннаном в 1903 году. Вагончик с массивным

маховиком под полом, как цирковой эквилибрист, сохранял равновесие на

единственном железнодорожном рельсе. Таким образом, достигалась значи-

тельная экономия на стоимости железнодорожного пути, упрощалась кон-

струкция стрелок.

Несмотря на необычный внешний вид, транспорт был вполне безопасным;

при отключении питания боковые подножки можно было опустить прежде,

чем гироскоп остановится.

В отличие от зарубежных прототипов, получивших распространение глав-

ным образом в качестве паркового транспорта, по линии Петроград — Царское

село должны были курсировать сочлененные вагоны вместимостью 400 пасса-

жиров. Была построена треть линии, но затем финансирование проекта прекра-

тилось.

И В КАЖДОМ ПРОПЕЛЛЕРЕ ДЫШИТ...

После окончания первой мировой войны быстрыми темпами развивается

авиация. "Крылатые" технические решения из передовой отрасли заимствуют

и создатели наземного транспорта.

В 1926 году шотладский инженер Джордж Бени построил первый моно-

рельс с тягой от воздушного винта. По довольно громоздкой эстакаде был

пущен цилиндрический обтекаемый вагон, напоминающий торпеду. Его толка-

412

ли пропеллеры, приводимые в движение электродвигателем. В 1929 году на

новом опытном участке под Глазго была достигнута скорость 240 км/ч; тем

самым было доказано, что монорельс может быть конкурентом гражданской

авиации. Недостаток монорельса Бени был в том, что для него требовалась

слишком сложная и дорогая эстакады. Но идея использовать воздушный винт

в качестве движителя нашла свое развитие в СССР.

В конце октября 1933 года

взору жителей Москвы предстало

загадочное сооружение. Распола-

галось оно в Парке культуры и от-

дыха им. A.M. Горького и пред-

ставляло собой уменьшенную

копию "аэропоезда" -- сверхско-

ростного монорельса, запатенто-

ванного в том же 1933 году отече-

ственным механиком — мотористом С. Вальднером (а.с. 35209).

Создавая свою систему монорельса, Вальднер, как и Бени, в первую

очередь уделял внимание обеспечению устойчивости движения вагона на

высоких скоростях, но ему удалось найти решение, при котором эстакада

получалась бы гораздо легче. На момент разработки такая схема не имела

мировых аналогов.

В системе Вальднера две гондолы обтекаемой формы, соединенные в

верхней части двумя расположенными тандемом крыльями малого удлинения,

как бы охватывают дельта — образную ажурную балку.

Направляющие горизонтальные колеса размещены в нижних частях гон-

дол, а опорные тележки располагаются в крыльях. Такая схема не случайно

была названа Вальднером "треугольником устойчивости": она принципиально

обеспечивала стабильность движения экипажа как в кривых, так и на прямых

участках пути, без свойственных обычным железнодорожным экипажам коле-

баний виляния и относа.

Изобретение Вальднера было признано особо важным. При Центральном

институте сооружений НКПС была создана специальная группа — впоследст-

413

вии "Бюро аэропоезда Вальднера", во

главе с самим изобретателем. Разра-

ботки велись совместно с ЦАГИ. В

проектировании приняли участие

профессора С. Дадыко, Н. Щусев, М.

Бабичков, И. Рабинович, М. Гонча-

ров, А, Некрасов, А. Туполев.

Исследуемая масштабная копия аэропоезда имела в длину 2,5 метров,

винты приводились в движение двумя электродвигателями, ток подавался по

рельсам. Кольцевая эстакада в Парке Горького имела длину 474 метра. Во

время испытаний модель аэропоезда развивала скорость 120 км/ч, движение в

прямых и кривых было стабильным. Более того, выявилась высокая устойчи-

вость такой системы к снежным заносам; снег с экспериментальной эстакады

не требовалось счищать даже тогда, когда в Москве из-за сильных метелей

нарушилось движение трамваев (!).

В натуральную величину аэропоезд должен был вмещать 300 пассажиров

- как послевоенный аэробус (рис. вверху). Два двигателя по 530 л.с. должны

были обеспечить весьма значительную даже по нынешним временам скорость

250-300 км/ч. Для малозагруженных направлений был также разработан эки-

паж на 80 мест. (рис. внизу)

414

Продувка модели аэропоезда в ЦАГИ также подтвердила возможность

достижения скорости 250 км/ч, а теоретические исследования показали, что

при движении свыше 300 км/ч устойчивость экипажа должна быть "исключи-

тельно высока".

По результатам испытаний модели в 1934-1935 годах под Москвой на

станции Северянин был создан и испытан опытный участок эстакады в нату-

ральную величину. НКПС также принял решение соорудить опытное кольцо

протяженностью около 8 км. около станции Бутово. В 1934 году началась

рекогносцировка 500-километровой трассы Ташауз -Чарджоу, рассматрива-

лись возможности строительства и других линий. Предполагалось также по-

строить опытный аэровагон на реактивной тяге для изучения его динамики на

более высоких скоростях — нечто вроде прообраза СВЛ.

...Работы над аэропоездом были свернуты внезапно, несмотря на положи-

тельные результаты, и причины этого до сих пор неясны. По словам участво-

вавшего в разработке инженера Б. Качурина "так уж сложились обстоятельст-

ва, не относящиеся к сути самого изобретения, что бурно начавшиеся работы

по его внедрению были прекращены в конце 1936 г. Все материалы — около

600 чертежей, не считая расчетов и текстового материала — попали в архив,

где и находятся по сей день (август 1971 г., — О.И.)"

Идеи, заложенные в аэропоезд, до сих пор не устарели. Так, в 1971 году

43-летний инженер Марти Трент (США) запатентовал вариант системы Вальд-

нера. За дальнейшую разработку поезда бралась фирма North American Rock-

well, предполагалось довести скорость поезда до 500 км/ч. Проект не был

доведен до внедрения — скорее всего потому, что это затронуло бы интересы

авиакомпаний и автомобильных фирм.

Использованные источники:

"Пассажирские монорельсовые дороги", В.В. Чиркин, О.С. Петренко, А.С.

Михайлов, Ю.М. Галонен. М., "Машиностроение", 1969г., 240с.

Б. Качурин. Аэропоезд Вальднера. "Наука и жизнь", 8, 1971.

Ю. Федоров. Треугольник устойчивости. "Техника - - Молодежи", 10,

1972.

От паровоза до "ЛАДовоза". "Техника — молодежи", 10, 1971.

ПО ИДЕЯМ ЦИОЛКОВСКОГО

Нет, речь здесь пойдет не о монорельсе с ракетным двигателем, и уж тем

более не о космическом монорельсе. Просто основоположник теории межпла-

нетных полетов занимался исследованиями и в области наземного транспорта.

В опубликованной в 1934 году работе общие условия транспорта К. Э.

Циолковский рассматривал проблемы создания высокоскоростного монорель-

са на воздушной подушке для достижения скоростей 720 километров в час. При

этом впервые было предложено использовать гибкие закраины (по современ-

ной терминологии, "юбка") для снижения расхода воздуха и мощности, по-

415

требной для создания воздушной смазки (см. рис. справа из рукописи Циол-

ковского).

Монорельс на воз-

душной подушке был

построен и пущен в экс-

плуатацию во Франции

в конце 60-х годов.

Использованные источники:

Константин Циолковский. Будущее наземного транспорта, (сокращенная

ретро — публикация в ж-ле "Техника — Молодежи", 3, 1965).

ОПЫТ ВОПЛОЩАЕТСЯ В ТЕОРИЮ

Двадцатые - - тридцатые годы были не только временем выдвижения

новых идей и смелых проектов. В это время создавалась и теоретическая база

монорельсовых дорог.

К наиболее ранним из известных крупных научных трудов в сфере моно-

рельса относится монография "Однорельсовые навесные железные дороги",

255 с, (авторы.: Тихоцкий В.П., Берлянд С.С. и Козлов С.В.) вышедшая в 1933

году в московском "Гослесиздате" по плану Всесоюзного научно-исследова-

тельского института промышленного транспорта (НИИПТ).

Книга была посвящена грузовым промышленным монорельсам. В ней

говорится как о действующих о Сипягинской, Солотчинской, Лысковской,

Редкинской экспериментальных однорельсовых железных дорогах на эстакад-

ных основаниях, опыт которых должен был послужить для создания более

длинной Красноярской, а также об экспериментах, проводимых Научно-экспе-

риментальным институтом гражданских промышленных и инженерных соору-

жений при Союзстрое ВСНХ СССР. В книге есть чертежи, схемы, фотографии,

ссылки на более ранние работы Тихоцкого В.П.

Вячеслав Петрович Тихоцкий окончил курс в Институте инженеров путей

сообщения в 1902 году 28 июня с правом на чин коллежского секретаря.

Характерным для его работ было следование добрым традициям русской ин-

женерной школы начала века, для которой никогда не были характерна ни

рекламная подача новинки в научном исследовании, ни попытки односторон-

него подбора негативных фактов по другим возможным путям решения задан-

ной инженерной задачи. Напротив, автор публикации — не менее страстный

и последовательный апологет монорельса — приводит список его достоинств

(полтора десятка пунктов), затем список его недостатков (примерно такой же

длины), а затем дает обстоятельный сравнительный анализ, когда и при каких

условиях предпочтительнее строить так, а когда следует предпочесть иное

решение.

416

Наработанный теоретический задел стал своеобразным компасом для раз-

работчиков монорельсовых дорог, сокращал время поисков и уменьшал веро-

ятность грубых просчетов. Он послужил научной базой для целой серии про-

ектов не только промышленного, но и пассажирского монорельса.

МОНОРЕЛЬС НА КРАЮ ЗЕМЛИ

В начале 50-х годов на монорельс в СССР снова обратили внимание — на

этот раз как на транспорт, удобный для перевозки грузов в условиях постоян-

ных снежных заносов и пересеченной местности. В 1954 году был разработан

проект Камчатской монорельсовой дороги, по которой предполагалось осу-

ществлять как грузовое (в основном), так и пассажирское движение.

Эта монорельсовая дорога должна была стать самой длинной в мире (511

километров). Поскольку большая часть пути пролегала по малонаселенной

местности, то вагоны было решено подвесить на небольшой высоте от земли

(примерно 2 метра). На станциях расстояние до земли сокращалось до метра,

для удобства перегрузки.

Дорогу намечалось сделать двухпутной. Путь было решено выполнить из

балок с пролетом 15 метром, минимально-допустимые радиусы кривых по

вписыванию вагона составляли 3 метра, радиусы на внутризаводских ветках

принимались равными 10 метров, рекомендуемые радиусы для магистральной

линии — от 100 до 200 метров, максимальные — 500 метров. Особенность пути

Камчатской монорельсовой дороги - - гибкое соединение несущей балки с

ходовым рельсом, что обеспечивалось путем подвески рельса к балке на тягах.

Вес рельса составлял 24 кг/м., расстояние между точками подвеса— 1,5 метра.

В целом стоимость эстакады получалась весьма низкой по сравнению с други-

ми, существующими в мировой практике.

Тягу поездов должны были производить тепловозы с тяговым усилием до

8000 кг. (рис. вверху). Двигатель тепловоза -- ЯАЗ-206, 165 л.с, передача

электрическая. Необычно был решен тяговый привод - - усилие создавали

417

обрезиненные колеса, прижимавшиеся к балке снизу. Конструкционная ско-

рость была всего 35 километров в час, но она обеспечивала более быструю

доставку грузов по сравнению с другими видами транспорта. Габариты тепло-

воза Камчатской дороги — 6,9-1,9-1,85 метра.

Товарные 25-тонные вагоны по проекту были длиной 11,8 м, шириной 2,25

м. и высотой 1,6 м. Были разработаны также легкие вагоны 8-2,1-1,25 метра и

саморазгружающиеся (рис. внизу).

Для пересечения рек были спроектированые висячие мосты, отличающие-

ся наличием подпружиненных канатов и наклонным расположением подвесок

балки, что уменьшало деформации моста от подвесной нагрузки и создавало

поперечную жесткость.

Кроме Камчатской, планировалось также построить аналогичные моно-

рельсовые дороги Омск — Сургут и Норильск — Салехард. Но эти проекты

так и остались нереализованными до конца - - на Камчатке был построен

только опытный участок дороги. Впрочем, опыт проектирования дешевой и

экономичной монорельсовой линии еще может быть полезен при решении

транспортных проблем Сибири и Заполярья.

Использованные источники:

"Пассажирские монорельсовые дороги", В.В. Чиркин, О.С. Петренко, А.С.

Михайлов, Ю.М. Галонен. М., "Машиностроение", 1969г., 240с.

НА СМЕНУ ТРАМВАЮ

Со второй половины пятидесятых годов в Союзе снова возрос интерес к

созданию пассажирских монорельсов для городского транспорта. Выяснилось,

что метро не может решить всех проблем больших городов из-за высокой

стоимости прокладки. Но если трудно вести дорогу под землей, то не проще

ли — над ней?

В 1957 году был разработан проект пассажирской трассы Темир-Тау-

Карагандинский металлургический комбинат, протяженностью 19,1 километ-

ра. Предполагалось использовать симметричную подвеску вагонов под балкой

открытого профиля, на высоте от 4 до 5,5 метров. Подвижной состав -

418

обтекаемые моторные вагоны длиной 19 метров. Время поездки должно было

составить 15,3 минуты против 42 минуты на трамвае, т.е. средняя скорость

поездки должна была составить 80 км/ч.

Тележки монорельсовой дороги были спроектированы только моторными.

Они имели ходовые безребордные колеса, катящиеся по рабочим дорожкам

нижних полок двутавровых балок и четыре направляющих ролика. Каждый

вагон подвешивался к тележкам. На каждой тележке было предусмотрено

установить по одному тяговому электродвигателю постоянного тока последо-

вательного возбуждения с часовой мощностью 80-100 кВт, передающему тя-

говое усилие через нижнее тяговое колесо с пневматической шиной высокого

давления.

Важно отметить, что проектная стоимость монорельса, составившая по

расчетам 0,241 млн. рублей на километр, оказалась существенно ниже стои-

мости трамвайной линии (0,34 млн. рублей, на километр).

Проект монорельсовой дороги для Темир-Тау

В 1960 году для Магнитогорска были спроектированы два варианта пас-

сажирской монорельсовой дороги — 21,6 км и 16,5 км. Путь представлял собой

железобетонные балки двутаврового сечения длиной 20 и 30 метров. Поезда

- двухвагонные, вместимостью по 300 человек. Средняя эксплуатационная

скорость — 50 километров в час. При проектировании выявились трудности,

связанные с необходимостью пересечения многочисленных железнодорожных

(в том числе электрифицированных) путей, газопроводов и реконструкции или

пересечения ряда зданий или промышленных сооружений. Вероятно, по этой

причине дорога не была построена.

В 1961 году был спроектирован монорельс для Миасса. Путь было решено

выполнить в виде железобетонной эстакады с балкой коробчатого сечения.

Подвижной состав на этот раз был спроектирован навесным, по схеме подвес-

ки, применявшейся фирмой Алвег. Данная система позволяла использовать для

балок эстакады не сталь, а железобетон, что давало экономию капитальных

вложений. Недостатком системы Алвег было то, что центр тяжести вагона

419

находился значительно выше точки опоры, что вызывало значительные усилия

на направляющие колеса в кривых.

Пассажирские вагоны для Миасса проектировались на основе техничес-

кого задания на проектирование вагонов для монорельсовой дороге в Москве,

что позволяет предполагать возможное наличие еще одного подобного проекта

для Москвы. Вагон длиной 16 метров и вместимостью 150 пассажиров весил

19 тонн. Вагон имел две ходовые тележки с двумя осями и четырьмя ведущими

и восемью направляющими колесами.

Использованные источники:

"Пассажирские монорельсовые дороги", В.В. Чиркин, О.С. Петренко, А.С.

Михайлов, Ю.М. Галонен. М., "Машиностроение", 1969г., 240с.

НЕ ТОЛЬКО В ОБЛАСТИ БАЛЕТА

В начале 60-х годов в Москве было решено построить целую разветвлен-

ную сеть монорельсовых дорог — к аэропортам Внуково, Домодедово, Шере-

метьево, в зону отдыха Клязминского водохранилища, а также по малому

кольцу Московской ж.д. Трассы к Внуково и Шереметьево прорабатывались в

вариантах с выходом к центральному аэровокзалу на Ленинградском проспек-

те (длина линий 33 и 27,1 км.) или к периферийным станциям метро (14,8 км.

и 17 км. соответственно). От станции метро Каширское Шоссе до Домодедово

намечалось протянуть линию 32 километра и трассу такой же длины — от

Рижского вокзала до Клязьминского водохранилища. И это было только нача-

ло. После Москвы намечалось строить монорельс в 19 городах СССР, включая

Киев, Ленинград, Харьков, Горький, Тбилиси, Новосибирск, Волгоград...

Известно, что в то время одним из сторонников строительства монорель-

совых линий в СССР был Генеральный секретарь ЦК КПСС Н.С.Хрущев. В

книге "Воспоминания (книга 1)" он отмечал: "Во Франции проложены экспе-

риментальные линии электрических поездов на монорельсе... За ним будущее,

потому что его можно поднять повыше. Следовательно, улицы разгрузятся для

наземного транспорта." Интересно, что спустя десятилетия практически тот

же аргумент — разгрузить улицы для наземного транспорта — будет фигури-

ровать в числе основных при строительстве Московского монорельса нового

тысячелетия...

В 1963 году были выработаны требования к подвижному составу москов-

ского монорельса, были и созданы проекты. В частности, в том же 1963 году

Мытищинский завод, производивший вагоны для Московского метрополите-

на, создал проект трехвагонного монорельсового поезда для линии от станции

"Юго-Западная" до аэропорта "Внуково". Это поезд был длиной 52 метра,

шириной 2,7 метров и высотой 2,9 метра. В поезде было 224 места (из них 48

откидных), по 4 в ряду, а всего должен был вмещать 315 пассажиров и разви-

вать скорость до 150 километров в час.

420