Помоги проекту - поделись книгой:
Кроме того, высокоскоростные поезда (TGV) должны иметь гибкое шарнирное сочленение вагонов. Внешне такой поезд напоминает огромную змею, достигающую 500 м в длину. Испытания показали, что турбопоезд для высоких скоростей должен быть ниже и шире обычного. Насколько важна правильная аэродинамическая форма, видно хотя бы из такого сравнения.
Когда обычный поезд весом 400 т с локомотивом мощностью 2000 л. с. достигает скорости 160 км/ч, поезд такой же «массы» и мощности, но обтекаемой формы, будет мчаться со скоростью 222 км/ч! А при больших скоростях эта разница еще больше увеличится.
Но главное при организации скоростного движения — это не конструкция поездов, а реконструкция самого железнодорожного полотна. Прежде всего, оно должно быть максимально прямым с минимальным количеством переездов, а рельсы должны быть «бархатными» — с небольшим количеством стыков.
Опыт показывает, что затраты на организацию высокоскоростного движения окупаются довольно быстро. Так, самая первая линия TGV в Европе — 400-километровая трасса Париж — Лион, открывшаяся в 1981 году, стала приносить чистую прибыль через 10 лет после ее запуска.
ЛЕТАЙТЕ ПОЕЗДАМИ
Наиболее успешна линия скоростных поездов Париж-Лондон. В день на этом маршруте курсируют 18 поездов, обеспечивающих 70 % всех пассажирских перевозок между двумя столицами. Уже сейчас расстояние от центра Парижа до центра Лондона поезд преодолевает примерно за 3 часа, а в скором времени железнодорожники обещают сократить время поездки еще на полчаса.
Можно ли еще быстрее? На испытаниях французский электровоз уже много лет назад поставил рекорд — 331 км/ч. Однако инженерам паровоз и тепловоз нравились больше, чем электровоз. Они были дешевле. Им не нужны десятки тысяч столбов-опор и тысячи километров контактного провода. У них было то, чего нет у электровоза, — автономное питание. Но паровозы давно ушли в прошлое, а дизель слишком тяжел для скоростного поезда. Если тепловоз и разгонится до 300 км/ч, то вагоны ему уже не потянуть. Вот почему инженеры еще в 60-е годы прошлого века обратили внимание на авиационную турбину как на новый вид двигателя для подвижного состава.
В те годы КБ А. Яковлева провело эксперимент: отслуживший свое в небе двигатель от реактивного самолета установили на железнодорожный вагон. Вагон вел себя идеально. Быстро набирал колоссальную скорость, легко управлялся. Казалось, вот оно, решение!
Увы, с самого начала инженерам было ясно, что это всего лишь эксперимент: шум реактивного двигателя не погасишь. А ведь вдоль трассы железной дороги живут люди… Не оставлять же по сторонам пути полосы отчуждения километровой ширины!..
Тогда вспомнили, что, кроме ТРД, есть еще и газотурбинные двигатели, способные приводить во вращение любой потребитель механической энергии — например, электрогенератор. Расчеты показали, что эксплуатировать поезд с собственной электростанцией значительно дешевле, чем электрифицировать новый путь. Правда, одной турбины для поезда маловато. Пришлось поставить несколько. Однако даже в этом случае стоимость километрового пробега оказалась на 10 % ниже, чем у дизель-поезда.
Во Франции вот уже несколько лет используют турбопоезда с гидравлической передачей. Инженеры считают, что она вполне подходит для скоростей около 250 км/ч. Но при более высоких все же неэффективна. Поэтому для французского сверхскоростного поезда была выбрана электрическая передача.
Кроме того, мотор-вагонные поезда, построенные по принципу всем известной электрички, оказались очень удобны и для современных турбопоездов: все его колесные пары — движущие. Передача движения на все ведущие оси более равномерно распределяет тяговые усилия, делает управление проще, а поезд маневреннее.
Правда, при скоростях выше 300 км/ч заметной помехой движению становятся уже… сами колеса! А потому в конце 2007 года в японском городе Яманаси новый мировой рекорд скорости — 581 км/ч установил поезд «Маглев», у которого вообще нет колес.
Поезд состоял из трех вагонов, в которых находились 12 пассажиров. Принцип действия транспортной системы «Маглев» (магнитная левитация) построен на том, что поезд не катится по рельсам, а летит над ними, уравновешивая свой вес магнитной силой, которая возбуждается в сверхпроводящем кабеле электротоком.
Несмотря на многие технические сложности, поезда «Маглев» считаются перспективными транспортными системами во многих странах. В 2002 году путешествие по экспериментальной трассе «Маглев» в Китае, которую построили немецкие специалисты, совершили тогдашний премьер КНР Чжу Жунцзы и канцлер Германии Герхард Шредер. Китайский «Маглев» развивает скорость до 400 км/ч и, как ожидается, свяжет центр Шанхая с международным аэропортом. В США также планируют строительство поезда на магнитной подушке. Именно «Маглевы» в Японии должны заменить поезда-пули, которые являются сейчас самыми быстрыми в мире, достигая скорости 443 км/ч при средней скорости 300 км/ч.
КАК ОСТАНОВИТЬ «ПУЛЮ»?
Если любой экипаж, движущийся со скоростью 60 км/ч, остановить мгновенно, пассажиры подвергнутся воздействию таких же перегрузок, как при падении с пятого этажа. А что будет при скорости в 300 км/ч?! Так опасно ли ездить на скоростных поездах?
Ясно, что конструкторы должны думать не только о том, как разогнать поезд до высокой скорости, но и о том, как вовремя остановить его. Причем с таким расчетом, чтобы и пассажиры не испытали неприятных ощущений, и поезд не проскочил станцию.
А какие тормоза достаточно эффективны при высоких скоростях? Обычные чугунные колодки, которые прижимаются к колесам, мгновенно расплавятся. Для сверхскоростных турбопоездов используются принципиально иные виды тормозов.
Один из них — магнитно-рельсовый. Когда подается ток, тормоз прижимается к рельсу. Тормоз другого вида — вращающийся диск, закрепленный на валу ротора тягового двигателя, и электрическая обмотка. При торможении двигатель начинает работать в режиме генератора и вырабатываемый ток подается также в обмотку тормоза. В диске возникают вихревые токи, заставляющие двигатель остановиться.
Не менее остроумен и жидкостный тормоз. Ось колесной пары делается большого диаметра, а в ней — система трубок и лопастей. Если насосом подавать в эту систему жидкость, то, проходя по трубкам и ударяясь в лопасти, она будет мешать вращению оси, замедлять ее движение.
На турбопоездах никогда не устанавливают только одну из систем — их всегда несколько. Только четко распределенные обязанности различных видов тормозов могут остановить поезд, идущий со скоростью 300 км/ч.
ПАТЕНТЫ ОТОВСЮДУ
Энергия «ниоткуда», или почти вечные источники и двигатели
Мы уже рассказывали (см., например, «ЮТ» № 8 и 10 за 2008 г.) о том, какими хитроумными или, напротив, неожиданно простыми способами современные изобретатели научились получать энергию почти что ниоткуда. Как оказалось, мы перечислили далеко не все способы. Вот какие интересные факты собрал по нашей просьбе патентовед Алексей ДРОЗДОВ.
Разработчики во главе с известным нидерландским физиком и астронавтом Ваббо Окелсом, профессором Политехнического университета Делфта, предложили использовать для генерации электроэнергии кайты, поднятые на большую высоту.
Кайтами, как известно, называются особые воздушные змеи типа «летающее крыло». Обычно спортсмены используют их как некое тяговое устройство, чтобы скользить по воде или по снегу на досках для серфинга.
Нидерландские же ученые нашли кайту еще одну работу. Недавно они продемонстрировали оригинальную энергетическую установку, запустив кайт площадью 10 кв. м, который вырабатывал в полете 10 кВт энергии, что вполне достаточно для обеспечения электричеством жителей десятка коттеджей.
В следующий раз они обещают запустить в небо уже 50-киловаттную конструкцию, названную
В полете такой «энергокайт» использует силу ветра, чтобы автоматически подниматься и опускаться, приводя в движение струны, натянутые между ним и расположенным на земле генератором. Произведенная таким образом энергия, по подсчетам авторов, вдвое ниже, чем у стандартных ветряных турбин.
Еще одно преимущество кайтов — возможность забираться на большую высоту. Башни современных ветряков имеют высоту не более 80 м; их энергоустановки работают при средней скорости ветра около 5 м/с. Между тем, на высоте порядка 800 м она уже превышает 8 м/с. А поскольку эффективность использования силы ветра пропорциональна кубу его скорости, по отдаче кайты, парящие на этой высоте, могут значительно превосходить наземные ветряки. Вдобавок на больших высотах ветер дует практически постоянно и с одной и той же скоростью.
В декабре 2007 года ученые из Океанографического института Вудс Холл под руководством Дейва Фратантони спустили на воду у Виргинских островов прототип термального глайдера, который курсирует между островами Сент-Томас и Санта-Крус по сей день, пройдя уже тысячи миль. В отличие от обычных, перемещающихся с помощью гребного винта плавсредств, этот корабль движется благодаря изменению своей плавучести — он то погружается в глубины, то поднимается на поверхность. Подъем обеспечивают его крылья, а горизонтальные перемещения — вертикальный хвостовой «плавник» и руль. Управление судном осуществляется с берега с использованием системы GPS.
Термальный глайдер потому так называется, что черпает энергию для своего движения из разницы температур и плотностей океанической воды на разной глубине.
Собственная плавучесть глайдера близка к нулю. Поэтому, когда он находится близ поверхности, теплая вода разогревает особый воск в трубках. Этот воск расширяется, превращая таким образом тепловую энергию и механическую, которая выталкивает воду, находящуюся в особом резервуаре внутри корабля, через сопло наружу. Получив таким образом реактивный импульс, глайдер погружается в глубину, где температура воды ниже, а ее плотность больше. Воск застывает, и глайдер, имеющий чуть меньший удельный вес, чем окружающая среда, поднимается к поверхности. И все начинается сначала.
«Нынешняя экспедиция — это тест-драйв, позволяющий выяснить недостатки и преимущества подобной конструкции, — говорят ученые. — Кроме того, она имеет и исследовательскую цель, поскольку судно-робот попутно собирает данные о вращении потоков воды в воронках, которыми изобилует море у Виргинских островов»…
Говорят, этот уникальный торшер под названием
Конструкцию торшера придумал выпускник Вирджинского политехнического института Клэй Моултон. Основные элементы
Внешне торшер напоминает цилиндр высотой около 1,2 м, боковые стенки которого выполнены из прозрачного акрила. Благодаря такой «уловке» удалось добиться свечения практически всей поверхности лампы, а не только той ее части, в которой размещены светодиоды. Причем по мере эксплуатации лампы акрил будет стареть и превращаться в своеобразный «фильтр», блокирующий часть спектра, соответствующую синему цвету. В результате свет лампы будет становиться все более естественным, близким к солнечному свету.
Моултон утверждает, что срок службы механизма
Интересную статью опубликовали недавно ученые из Технологического института Джорджии в Атланте. В работе описывается ткань, нити которой способны вырабатывать электричество. Если из такой ткани сшить одежду, то надевший ее человек при движении превратится в своего рода электрогенератор, способный подзаряжать аккумулятор мобильника, плеера и другой электроники.
Суть явления такова. Наногенератор использует уникальные свойства оксида цинка, который одновременно является полупроводником и пьезоэлектриком. Из оксида цинка вокруг обычных кевларовых нитей ученые научились выращивать густую «шубу» из нановолокон диаметром 50 — 200 нм и длиной 3–4 мкм. После этого достаточно ворсинки другой нити покрыть тонким слоем золота, сплести ее с первой, подсоединить к их концам проводники — и наногенератор готов.
Контакт между золотым покрытием ворсинок одной нити и ворсинками из оксида цинка другой образует диод, пропускающий ток только в одном направлении. А когда вплетенная в ткань пара нитей трется друг о друга, ворсинки изгибаются и на них, благодаря пьезоэффекту в оксиде цинка, образуются электрические заряды, которые через диод попадают во внешнюю цепь. Одна ворсинка способна выдать до 45 мВ напряжения, но суммарное напряжение многих миллионов ворсинок может достигнуть нескольких вольт, необходимых для питания мобильных устройств. По расчетам, один квадратный метр такой ткани сможет вырабатывать до 80 мВт.
Впрочем, пока эксперименты проводились лишь с парой нитей длиной всего несколько миллиметров. И над тем, как обеспечить надежные электрические соединения тысяч таких нитей в ткани, исследователям еще предстоит поломать голову.
Другая проблема заключается в том, что оксид цинка боится сырости и вряд ли выдержит стирку. Так что одежду или придется делать одноразовой, или придумать какую-то гидрозащиту нановолокон.
ПО СЛЕДАМ СЕНСАЦИЙ
Зазеркалье существует!
Поделиться книгой: