Гусеничное судно на воздушной подушке — экспериментальный высокоскоростной поезд, разработанный в Великобритании в 1960-х годах. Компания объединила два британских изобретения, судно на воздушной подушке и линейный асинхронный двигатель , в попытке создать систему поездов, которая обеспечивала бы междугороднее сообщение со скоростью 250 миль в час (400 км/ч) с меньшими капитальными затратами по сравнению с другими высокоскоростными решениями. Гусеничный корабль на воздушной подушке , во многом похожий на французский Aérotrain и другие системы на воздушной подушке 1960-х годов, постигла та же участь, что и эти проекты, когда он был отменен в результате значительного сокращения бюджета в 1973 году.
На ранних этапах разработки судна на воздушной подушке было замечено, что энергия, необходимая для подъема транспортного средства, напрямую связана с гладкостью поверхности, по которой оно движется. В этом не было ничего удивительного; воздух, попавший под судно на воздушной подушке, останется там, за исключением тех мест, где он вытекает, где подъемная поверхность соприкасается с землей — если этот интерфейс гладкий, количество вытекшего воздуха будет небольшим. [1] Для этого предназначена юбка большинства судов на воздушной подушке; это позволяет фюзеляжу находиться на некотором расстоянии от земли, сохраняя при этом воздушный зазор как можно меньшим.
Удивительным открытием стало то, что количество энергии, необходимое для перемещения данного транспортного средства с использованием технологии зависания, может быть ниже, чем у того же транспортного средства на стальных колесах, по крайней мере, на высоких скоростях. На скорости более 140 миль в час (230 км/ч) обычные поезда страдали от проблемы, известной как « охотничьи колебания» , из-за которой фланцы по бокам колес все чаще ударялись о рельсы, что резко увеличивало сопротивление качению . [2] Хотя энергия, необходимая для поддержания движения судна на воздушной подушке, также увеличивалась с увеличением скорости, [1] это увеличение было медленнее, чем внезапное (а иногда и катастрофическое) увеличение из-за охоты. Это означало, что при движении со скоростью, превышающей некоторую критическую, судно на воздушной подушке может быть более эффективным, чем колесное транспортное средство, движущееся по тому же маршруту.
А еще лучше, чтобы это транспортное средство еще и сохранило все положительные качества судна на воздушной подушке. Небольшие дефекты поверхности не окажут влияния на качество езды, а сложность системы подвески можно будет значительно снизить. Кроме того , поскольку нагрузка распределяется по поверхности подъемных подушек, давление на беговую поверхность значительно снижается — примерно 1/10 000 давления колеса поезда, примерно 1/20 давления резиновой шины на дорога. [3] Эти два свойства означали, что беговая поверхность может быть значительно проще, чем поверхность, необходимая для поддержки того же транспортного средства на колесах; Поезда на воздушной подушке можно было бы поддерживать на поверхностях, аналогичных существующим дорогам малой грузоподъемности, вместо гораздо более сложных и дорогих рельсовых полотен, необходимых для выдерживания веса на двух рельсах. Это может значительно снизить капитальные затраты на инфраструктуру. [4]
В 1960 году несколько инженеров компании Christopher Cockerell 's Hovercraft Development Ltd. в Хайте, Хэмпшир , начали первые исследования концепции поезда на воздушной подушке. В то время главной проблемой был выбор подходящего источника энергии. Поскольку судно на воздушной подушке не имело прочного контакта с беговой поверхностью, движение обычно обеспечивалось самолетным решением, обычно большим гребным винтом. [5] Это ограничивает ускорение, а также эффективность системы, что является основным ограничением для концепции проекта, которая будет конкурировать с самолетами на тех же маршрутах.
В тот же период Эрик Лейтуэйт занимался разработкой линейного асинхронного двигателя (ЛИМ) в Манчестерском университете . К 1961 году он построил небольшую демонстрационную систему, состоящую из реактивной пластины LIM длиной 20 футов (6,1 м) и четырехколесной тележки с сиденьем сверху. В 1962 году он начал консультировать British Rail (BR) по поводу идеи использования LIM для высокоскоростных поездов. В статье Popular Science за ноябрь 1961 года показана его концепция Hovertrain с использованием LIM. На сопроводительной иллюстрации показаны небольшие подъемные площадки, подобные тем, что были в концепции Ford Levapad, движущиеся поверх обычных рельсов. [6] После переезда в Имперский колледж Лондона в 1964 году Лэйтуэйт смог посвятить больше времени этой работе и усовершенствовать первые рабочие примеры больших LIM, подходящих для транспортных систем. [7] [8]
LIM обеспечивают тягу за счет взаимодействия магнитных полей, генерируемых на транспортном средстве, и фиксированного внешнего проводника. Внешний проводник обычно изготавливался из пластин алюминия, выбранного из-за его высокой проводимости по сравнению с его ценой. Активная часть мотора состоит из обычной обмотки электродвигателя , протянутой под автомобилем. Когда на обмотки двигателя подается напряжение, в близлежащей реакционной пластине индуцируется противоположное магнитное поле, которое заставляет их отталкиваться друг от друга. Перемещая поля вниз по обмоткам, двигатель толкает себя вдоль пластины с той же силой, которая обычно используется для создания вращения в обычном двигателе. [6] [3] LIM устраняет необходимость в прочном физическом контакте с гусеницей, вместо этого требуется прочная реактивная пластина. У него нет движущихся частей, что является его большим преимуществом перед обычной тягой. [4]
В оригинальных конструкциях Лэйтуэйта, известных как двухсторонние сэндвич-двигатели , использовались два набора обмоток, расположенных на расстоянии нескольких сантиметров друг от друга. Они были расположены так, чтобы алюминиевая пластина статора помещалась в зазор между обмотками, зажав ее между ними. Преимущество этой схемы заключается в том, что силы, притягивающие один набор обмоток к пластине, уравновешиваются противоположными силами в другом наборе. Прикрепив два набора обмоток к общему каркасу, все силы передаются внутрь. [7]
Команда разработчиков судов на воздушной подушке также быстро подхватила концепцию LIM. Их первоначальным решением была гусеница в форме перевернутой буквы Т, вертикальная часть которой состояла из центральной бетонной секции с алюминиевыми статорными пластинами, закрепленными с обеих сторон. Их первая концепция дизайна выглядела как фюзеляж авиалайнера с двумя палубами, расположенный над балкой статора, с LIM по центру корпуса. Подъемную силу обеспечивали четыре подушки, расположенные по две сбоку в носовой и кормовой части и опирающиеся на горизонтальную поверхность направляющих. Еще четыре подушки, расположенные над подъемными площадками, поворачивались вертикально, прижимаясь к центральной балке и удерживая корабль в центре. Испытательная установка этой компоновки была построена в Хайте, работа которой была заснята британской компанией Pathé в 1963 году, на которой также была показана модель предлагаемой полноразмерной версии. [9]
По мере продолжения разработки конструкции испытательного стенда в компании HDL стала очевидной проблема высокоскоростных нагрузок на направляющие. Несмотря на свой небольшой вес по сравнению с обычными составами поездов, гусеничное судно на воздушной подушке работало на таких высоких скоростях, что его проезд вызывал вибрации в направляющих, которые необходимо было гасить. Это была относительно новая область для инженеров-строителей , работавших над проектированием направляющих, поскольку их область в основном касалась статических нагрузок. [10] Компоновка поезда была изменена: главная балка коробчатой формы, верхняя реактивная пластина использовалась для LIM, а вертикальные стороны направляющих использовались для центрирования. Крылообразные удлинители отходили от корпуса поезда вниз и закрывали центрирующие площадки. Версия с такой компоновкой была построена как масштабная модель в Хайте и показана в другом фильме Пате в 1966 году. [11] Эта версия была показана на Hovershow '66.
Дальнейшая модификация создала направляющую, которая выглядела как перевернутая буква Т, хотя вертикальное сечение представляло собой трапециевидную балку, ширина которой почти равна верхней части буквы Т. Реактивная пластина для LIM была перемещена на нижнюю часть горизонтальной части направляющей. Т с одной стороны, идущая вертикально вниз, в то время как на другой стороне находились электрические проводники, обеспечивающие питание. [12] При таком расположении дождь, снег и мусор просто падали бы с пластин. Новая конструкция направляющих была смоделирована в компьютерной лаборатории «Атлас» . [10] Эта работа включала создание фильмов, показывающих транспортное средство в действии, с использованием устройства записи микрофильмов Stromberg-Carlson SC4020.
Пока разрабатывался поезд на воздушной подушке, BR проводила обширный исследовательский проект по теме высокоскоростных колесных поездов в своем недавно открытом исследовательском отделе British Rail в Дерби . Это была первая группа, подробно охарактеризовавшая колебание охоты. Их работа ясно показала, что тщательная разработка системы подвески может устранить проблему. Это позволит строить высокоскоростные поезда с использованием традиционной технологии стальных колес. [13]
Хотя высокоскоростное путешествие потребует прокладки новых, дорогостоящих линий, такой поезд может использовать существующую железнодорожную инфраструктуру на более низких скоростях. Это позволит такому поезду приближаться к существующим станциям на более низких скоростях, что значительно снизит капитальные затраты на доставку сообщения в города. Междугородные участки можно было бы перепроложить на более высокие скорости, где затраты на инфраструктуру в любом случае были бы ниже. BR также показала, что преимущества концепции подвесного поезда в капитальных затратах нивелируются более высокой стоимостью транспортных средств; концепция гусеничного судна на воздушной подушке имела смысл для меньшего количества транспортных средств или для более длинных линий, где капитальные затраты были сосредоточены на гусеницах, но ни один из них не характеризовал деятельность BR. [13]
Тем временем, исчерпав свои исследовательские возможности с использованием небольших моделей, команда разработчиков судов на воздушной подушке обратилась к своей материнской организации, Национальной корпорации исследований и разработок (NRDC), с просьбой о дополнительном финансировании для строительства полноразмерного испытательного полигона. [14] NDRC не удалось привлечь новый капитал от правительства и решил вложить 1 миллион фунтов стерлингов из своего заранее выделенного дискреционного бюджета, чтобы начать строительство пути, надеясь, что дополнительное финансирование будет получено от промышленности. [15]
1 апреля 1967 года компания Hovercraft Development была официально передана Национальной физической лаборатории . [16] Стремясь защитить свои инвестиции и найдя небольшое внешнее финансирование, NRDC решил выделить группу поездов на воздушной подушке под названием Tracked Hovercraft Ltd. (THL). Они также решили распределить финансирование на четыре года, начиная с гранта в 1 миллион фунтов стерлингов на один прототип автомобиля и небольшой участок испытательного полигона. Хотя этого финансирования хватило только на первый этап трассы, в NRDC предположили, что оно будет весьма полезно для тестирования низкоскоростных внутригородских версий концепции. [15]
Разочарованный отсутствием интереса BR к его работе на воздушной подушке и отсутствием финансирования, в 1967 году Лэйтуэйт разорвал свои связи с BR и присоединился к компании Tracked Hovercraft в качестве консультанта. К этому времени французское правительство начало предоставлять крупное финансирование проекту Жана Бертена Aérotrain , который по своей концепции был во многом похож на гусеничное судно на воздушной подушке. Лейтуэйт, которого всегда называли убедительным, убедил правительство, что оно вот-вот проиграет в этой растущей области высокоскоростного транспорта [15] , и в конечном итоге получил 2 миллиона фунтов стерлингов в виде дополнительного финансирования. [8]
К началу строительства в 1970 году возникла новая проблема. До создания большинство LIM представляли собой испытательные системы, работавшие на низких скоростях, но по мере увеличения скорости было замечено, что механические силы обмоток LIM на пластине статора создавали серьезную проблему безопасности. Магнитные силы меняются в зависимости от куба расстояния, поэтому любое изменение расстояния между двигателем и пластиной статора приводило к более сильному притягиванию его к более близкой стороне. На высоких скоростях задействованные силы были настолько велики, что пластина статора могла треснуть вдоль вертикальных стыков пластин, после чего она могла ударить двигатель или части транспортного средства за точкой трещины. [19] Даже без явного отказа любое механическое движение пластины под действием сил проходящего поезда может вызвать волны в статоре, которые перемещаются вместе с ней. Если бы автомобиль затем замедлился, эти волны могли бы его догнать. Кроме того, проезжающий поезд нагрел пластину, что потенциально ослабило ее механически. Лэйтуэйт пришел к выводу, что двусторонний LIM «слишком опасен» для использования. [20]
Большинство систем, использующих LIM (к этому моменту их было уже несколько десятков), изменили конструкцию своих гусениц, чтобы использовать односторонний LIM поверх статорной пластины, лежащей ровно между рельсами. Это привело к еще одной переработке направляющей Hovertrain в виде квадратной коробчатой балки со статором LIM, прикрепленным плоско вверху коробки, и электрическими датчиками внизу по обе стороны от нее. Датчики мощности выходили из задней части вертикальных крыльевых поверхностей по обеим сторонам автомобиля, и искры, которые они выбрасывали во время работы, легко заметны во время тестовых заездов. [21]
Начиная с 1970-х годов, на болотах в Эрите в Кембриджшире началось строительство испытательного трека при поддержке офисов Tracked Hovercraft Ltd в Диттон-Уок в городе Кембридж . Дорога находилась на высоте около 6 футов (1,8 м) над землей и проходила вдоль земляных валов между рекой Олд-Бедфорд и встречным стоком к северу от нее, между Эритом и Денверским шлюзом . Первый участок запланированной трассы длиной 20 миль (32 км) длиной 4 мили (6,4 км) был проложен до Саттон-ин-те-Айл . Ожидалось, что на всей длине 20 миль (32 км) поезд будет развивать скорость 300 миль в час (480 км/ч). [12]
7 февраля 1973 года первый испытательный поезд, Research Test Vehicle 31, или RTV 31, достиг скорости 104 миль в час (167 км/ч) на участке длиной 1 милю (1,6 км), несмотря на короткий путь и скорость 20 миль в час (32 км/ч). км/ч) встречный ветер. Испытание широко освещалось и в течение дня транслировалось в новостях BBC . Большая часть интереса возникла из-за слухов о неизбежной отмене проекта. Министр аэрокосмической промышленности Майкл Хезелтайн послал Майкла Макнейра-Уилсона посмотреть на испытания. Хезелтин заявил в интервью, что верит, что проект не отменят. [21]
К тому времени, когда началось строительство испытательного полигона гусеничного судна на воздушной подушке, компания British Rail уже значительно продвинулась в реализации своих планов по созданию усовершенствованного пассажирского поезда (APT) со стальными колесами. Правительство оказалось в положении финансирования двух разных систем высокоскоростных поездов, сторонники которых поспешили указать на проблемы в конкурирующей системе. Чтобы внести некоторую ясность, они сформировали межведомственную рабочую группу, которая изучила несколько потенциальных решений междугороднего транзита на маршрутах Лондон-Манчестер и Лондон-Глазго. Варианты включали автобусы, усовершенствованный пассажирский поезд, гусеничный корабль на воздушной подушке, а также самолеты вертикального и вертикального взлета и посадки . В их отчете за декабрь 1971 года решительно отдавалась поддержка APT. [а]
В конечном итоге споры сошлись на необходимости строительства новых линий. Предполагалось, что APT начнет тестирование в 1973 году, а платные услуги — до конца 1970-х годов. Для сравнения: гусеничное судно на воздушной подушке не будет готово к реальным испытаниям до конца 1970-х годов и не сможет быть введено в эксплуатацию до тех пор, пока не будет построен совершенно новый набор направляющих. Аргументы в пользу TH включали проблему, состоящую в том, что размещение APT на существующих линиях просто увеличило бы на них заторы, и что его скорость в 155 миль в час (249 км/ч) была слишком низкой, чтобы напрямую конкурировать с реактивными самолетами, в отличие от скорости 250 миль в час (402 км/ч). км/ч) TH. Если бы собирались прокладывать новые линии, TH стоила бы около 250 000 фунтов стерлингов за милю по сравнению с 500 000 фунтов стерлингов, потраченными за тот же период Deutsche Bundesbahn на увеличение скорости существующих железнодорожных линий до всего лишь 100 миль в час (161 км/ч). [4] Все это происходило даже в то время, когда многие из «самодовольных элементов» British Rail отвергали необходимость в какой-либо форме высокоскоростной железной дороги. [4]
Еще одной серьезной проблемой было быстрое развитие и очевидное превосходство конкурирующей концепции магнитной подвески . Исследование, проведенное THL, показало, что сопротивление воздуха на каноническом судне на воздушной подушке массой 40 тонн и 100 пассажирами на скорости 400 км/ч (250 миль в час) при (значительном) боковом ветре 70 км/ч (43 мили в час) будет поглощать 2800 кВт (3800 л.с.) . Это не особенно большое количество мощности, пригородному самолету СВП аналогичного размера, вероятно, потребуется в два-три раза больше мощности в крейсерском режиме - Vickers Viscount перевозил 75 пассажиров и был оснащен в общей сложности 6000 кВт (8000 л.с.) для взлета. -выключен и работал в крейсерском режиме с мощностью от 4000 до 5000 кВт (от 5400 до 6700 л.с.). [22]
Гораздо большую озабоченность вызывала необходимость всасывания воздуха для навесных площадок, ускорения его от скорости окружающей среды до скорости транспортного средства перед закачкой в площадки. Эта нагрузка, которую THL называла сопротивлением импульса , составляла еще 2100 кВт (2800 л.с.). Суммарная мощность 4900 кВт (6600 л.с.) не была чем-то необычным, существующие грузовые локомотивы аналогичной мощности уже использовались. Однако они весили 80 тонн, большая часть из которых приходилась на оборудование контроля и преобразования напряжения, которое было бы слишком тяжелым для легкого TH. Решение THL заключалось в том, чтобы переместить источники питания на обочину пути и использовать их для питания отдельных участков пути по мере проезда транспортного средства, но это потребовало больших затрат, поскольку такое оборудование было распределено вдоль линии. [23]
В общих чертах, маглев просто заменил кулисы на электромагниты. Удаление двигателей и вентиляторов и замена колодок на магниты снизили вес автомобиля примерно на 15%. Это изменение означало, что относительно низкая полезная нагрузка судна на воздушной подушке была значительно увеличена, почти вдвое. Но гораздо важнее было то, что не было необходимости засасывать и ускорять воздух для подачи в колодки, что устранило 2100 кВт (2800 л.с.) и заменило его мощностью, необходимой для работы магнитов, которая, по оценкам, составляет всего лишь 40 кВт ( 54 л.с.). [23] Это означало, что гусеничный корабль на воздушной подушке оказался зажатым между подъемной системой с нулевой энергией APT со стальными колесами и низкоэнергетической подъемной системой маглева, не оставляя никакой роли, которую бы ни одна из этих систем не выполняла лучше. [24] [25]
Всего через неделю после комментариев Макнейра-Уилсона по поводу бегства в феврале 1973 года финансирование проекта гусеничного судна на воздушной подушке было отменено. [26] Хезелтайн отметил проблемы с концепцией, заявил, что не было никаких перспектив установки системы до 1985 года, а также очень ограниченные возможности с тех пор и до конца века. Он заявил, что дальнейшее финансирование, уже составившее к этому моменту 5 миллионов фунтов стерлингов, [27] в то время не имело смысла. Однако работа над LIM будет продолжать финансироваться, и Министерство торговли и промышленности подписало контракт на сумму 500 000 фунтов стерлингов с Hawker Siddeley на продолжение разработки LIM. [28]
Эйри Нив и другие обвинили Хезелтайна в том, что ранее он ввел в заблуждение Палату общин, когда он заявил, что правительство все еще рассматривает возможность предоставления финансовой поддержки ховерпоезду, хотя решение об отключении вилки, должно быть, уже было принято кабинетом министров . [28] Он созвал Специальный комитет по науке и технологиям для изучения этого вопроса, но их попытки получить отчеты о заседаниях кабинета министров постоянно терпели неудачу. Одна вещь, которая действительно всплыла на поверхность, заключалась в том, что Hawker Siddeley и Tracked Hovercraft находились в процессе подачи заявки на систему GO-Urban в Торонто , Онтарио. Речь шла о технологии LIM, которую компания Hawker Siddeley предлагала объединить со своей системой Hawker Siddeley Minitram с резиновыми колесами . [26] Конкурс GO-Urban в конечном итоге выиграл низкоскоростной маглев Krauss-Maffei Transurban , выбор, который был сделан во время заседания комитета. [27] [29]
Лэйтуэйт публично критиковал отмену правительства так же, как и предыдущие усилия BR по исследованию LIM. Однако к этому времени он дистанцировался от судна на воздушной подушке, придя к выводу, что магнитная подвеска является лучшим решением. Лэйтуэйт обнаружил, что тщательное расположение LIM позволяет одному двигателю действовать как подъемная, так и тяговая система, систему, которую он назвал «поперечным потоком» или «рекой магнетизма». [20] Продолжая свои исследования в Дерби, когда стало ясно, что гусеничное судно на воздушной подушке действительно мертво, Лэйтуэйт начал настаивать на преобразовании испытательного трека в испытательный стенд для его конструкции на магнитной подвеске. [30] К этому моменту компания Rohr, Inc. в США уже экспериментировала со своей собственной системой LIM такого типа на своей персональной системе скоростного транспорта ROMAG , а также в Германии также предпринимались несколько проектов по созданию магнитной подвески. В конце концов испытательный полигон TH был заброшен. Работа Лэйтуэйта в конечном итоге будет использована в качестве основы для Birmingham Maglev , первой действующей системы на магнитной подвеске. [31]
RTV 31 оказался в Крэнфилдском университете , где хранился под открытым небом более 20 лет. В 1996 году он был передан в дар Railworld , где позже был отреставрирован и установлен в качестве главной экспозиции перед зданиями. [32] Испытательная трасса была удалена, но несколько бетонных опор выступают на уровне земли из небольшого пруда рядом со счетчиком дренажа. [33] Ход самой трассы можно увидеть на аэрофотоснимках, поскольку она была повторно использована в качестве грунтовой дороги. Дальше по берегу реки в Эрите сохранился инженерный сарай . Единственным сохранившимся свидетельством наличия офисов в Диттон-Уок, Кембридж, является электрическая подстанция под названием «Судно на воздушной подушке», [34] которая была установлена для поддержки там мощных электротехнических исследовательских работ.
Многие оригинальные документы проекта гусеничного судна на воздушной подушке хранятся в библиотеке Музея судов на воздушной подушке в Хэмпшире , Англия, включая техническую документацию, видеозаписи, пресс-альбомы и чертежи. В музее хранятся масштабная модель РТВ 31, действующая миниатюрная ЛИМ, фотографии, видеозаписи и архивные документы. [35] [36] Еще одна масштабная модель RTV 31 хранится в музее Railworld Wildlife Haven.
52 ° 23'23 "N 0 ° 04'57" E / 52,38964 ° N 0,082397 ° E / 52,38964; 0,082397
