Advanced Passenger Train ( APT ) — высокоскоростной поезд с наклонным кузовом , разработанный British Rail в 1970-х и начале 1980-х годов для использования на West Coast Main Line (WCML). WCML содержал множество кривых, и APT стал пионером концепции активного наклона для их решения, особенность, которая с тех пор копировалась в проектах по всему миру. Экспериментальный APT-E установил новый рекорд скорости на британских железных дорогах 10 августа 1975 года, разогнавшись до 152,3 миль в час (245,1 км/ч), и был превзойден только служебным прототипом APT-P, который разогнался до 162,2 миль в час (261,0 км/ч) в декабре 1979 года.
Разработка прототипов обслуживания затянулась, и к концу 1970-х годов проект находился в стадии разработки уже десятилетие, а поезда все еще не были готовы к эксплуатации. Избрание Маргарет Тэтчер обострило ситуацию, и она намекнула на сокращение финансирования проекта. Столкнувшись с возможностью отмены, руководство BR решило ввести прототипы в эксплуатацию, и первые рейсы по маршруту Лондон – Глазго состоялись в декабре 1981 года.
В конечном итоге проблемы были решены, и поезда тихо возобновили работу в 1984 году с гораздо большим успехом. К этому времени конкурирующий высокоскоростной поезд , работавший на обычном дизельном двигателе и не имевший наклона и производительности APT, прошел разработку и испытания быстрыми темпами и теперь составлял основу пассажирских перевозок BR. Вся поддержка проекта APT рухнула, поскольку все, кто был у власти, дистанцировались от того, что высмеивалось как провал. Планы по серийной версии, APT-S, были заброшены, и три APT-P работали чуть больше года, прежде чем были снова отозваны зимой 1985/6 года. Два из трех комплектов были разобраны, а части третьего отправлены в Национальный железнодорожный музей , где он присоединился к APT-E.
Несмотря на трудности, с которыми столкнулся APT, его конструкция оказала большое влияние и напрямую вдохновила другие высокоскоростные поезда, такие как Pendolino . Обширная работа по электрификации, проведенная вместе с APT, была эффективно использована в более поздних конструкциях без наклона, включая British Rail Class 91. Система наклона APT была повторно введена на главной линии Западного побережья с British Rail Class 390 , который был основан на конструкции наклоняемого поезда Fiat Ferroviaria и построен Alstom . Однако некоторые функции, введенные APT, такие как гидрокинетическая тормозная система, не получили широкого распространения.
После национализации железных дорог Великобритании в 1948 году British Railways , как они тогда назывались, столкнулись со значительным сокращением числа пассажиров, поскольку автомобили быстро становились все более популярными в 1950-х и 60-х годах. К 1970 году число пассажиров было примерно вдвое меньше, чем непосредственно перед Второй мировой войной . В попытке сохранить уровень прибыльности правительство заказало отчет, который привел к отказу от многих линий в рамках « Beeching Axe » 1963 года. Несмотря на эту значительную реструктуризацию, организация по-прежнему была построена на линиях, которые были довоенными, с маршрутами, датируемыми 1800-ми годами. Поддержание сети создавало проблемы со сходами с рельсов, которые становились все более частыми.
В 1962 году доктор Сидни Джонс был нанят из отдела вооружений в RAE Farnborough с конечной целью, чтобы он занял пост руководителя исследований BR у Колина Инглза, который вышел на пенсию в 1964 году. [1] Изучая проблему схода с рельсов, они обнаружили, что большую часть проблемы можно было отнести к проблеме, известной как колебание качения . Это было хорошо известно в железнодорожном мире, но, как правило, происходило только на высоких скоростях. На сети BR, особенно на грузовых вагонах с изношенными колесами, это наблюдалось на скоростях всего 20 миль в час (32 км/ч). [2] Джонс был убежден, что колебание качения было эффектом, аналогичным проблеме аэроупругого флаттера, встречающейся в аэродинамике , и решил нанять кого-нибудь из области аэронавтики, чтобы исследовать его. [1]
В октябре 1962 года должность была предоставлена Алану Викенсу. Викенс был экспертом по динамике, который ранее работал в Armstrong Whitworth над ракетой Sea Slug , а затем некоторое время в Canadair в Монреале, прежде чем вернуться в Великобританию и присоединиться к проекту ракеты Blue Steel . [a] Когда последующая Blue Steel II была отменена в пользу американской ракеты Skybolt , Викенс покинул AV Roe, потому что «увидел предзнаменование на стене». Он ответил на объявление в BR и во время собеседования ответил, что не имеет никаких знаний и мало интересуется проектированием железнодорожных тележек. Позже выяснилось, что именно по этой причине его наняли. [3]
В течение следующих нескольких лет команда Уикенса провела то, что считается самым подробным исследованием динамики стальных колес на рельсах, когда-либо проводившимся. Начиная с незавершенной работы Ф. В. Картера от 1930 года, команда изучала обычные двухосные тележки и быстро обнаружила, что, как и подозревал Джонс, проблема заключалась в динамической нестабильности. Из этой работы возникла концепция критической скорости, при которой рысканье становилось проблемой. [4] Затем эта работа была распространена на уникальные конструкции двухосных безтележечных вагонов, используемых в грузовой сети BR, где проблема была дополнительно изменена динамикой всего транспортного средства. [1]
Викенс пришел к выводу, что правильно демпфированная система подвески может устранить проблему. Ключевым моментом было то, что подвеска должна быть как вертикальной, как это было в прошлом, когда она была основана на листовых рессорах , так и горизонтальной, чтобы избежать небольших смещений, вызывающих колебания. Компьютеры использовались для моделирования движения и разработки правил того, какое демпфирование потребуется, чтобы избежать проблемы для любой заданной скорости. [5] К 1964 году эта работа создала первое высокоскоростное грузовое транспортное средство , HSFV-1, грузовой вагон без тележки, способный безопасно двигаться со скоростью до 140 миль в час (225 км/ч). [4] Та же работа предположила, что не существует практического верхнего предела достижимых скоростей с точки зрения динамики, и что любые ограничения максимальной производительности будут обусловлены другими факторами, такими как тяга или износ линий. В конечном итоге серия из шести конструкций HSFV будет испытываться до 1976 года, [6] и последняя, HSFV-6, будет введена в эксплуатацию в том же году. [7]
В этот период подразделение пассажирских перевозок BR подготовило отчет, в котором говорилось, что железная дорога может конкурировать с автомобильным и воздушным транспортом, но только если поезда будут ходить быстрее. Изучая рост пассажиропотока в связи с введением локомотивов British Rail Class 55 «Deltic» на главной линии Восточного побережья и влияние электрификации на WCML, которая улучшила время поездки на 20–30%, они пришли к выводу, что каждое увеличение скорости на 1 милю в час (1,6 км/ч) приведет к увеличению количества пассажиров на 1%. Это основное правило, по-видимому, было доказано в Японии, когда линия Токио-Осака Синкансэн работала с 1964 года и пользовалась огромным успехом. [4]
Shinkansen обеспечил плавную езду на скоростях до 125 миль в час (201 км/ч) за счет прокладки новых линий, предназначенных для высокоскоростных поездок. Самый используемый маршрут BR, WCML, перевозил порядка 6 миллионов пассажиров в год между Лондоном и Манчестером , [ сомнительно – обсудить ] далеко от 120 миллионов пассажиров Токио-Осака. Финансирование новой линии для высокоскоростного использования было крайне маловероятным, учитывая такой уровень пассажиропотока. [4] Это представляло проблему для любого вида высокоскоростной работы на маршруте, поскольку существующая линия содержала много поворотов и кривых, и их прохождение на высокой скорости вызвало бы боковые силы, которые затруднили бы ходьбу, и сбрасывали бы предметы со столов на пол.
Традиционным решением этой проблемы является наклон рельсов в поворотах, эффект, известный как вираж или кант . Это приводит к тому, что боковые силы становятся более параллельными полу, что снижает боковые силы. Поскольку большие величины канта сложнее строить и обслуживать, а также из-за необходимости учитывать более медленно движущийся трафик или возможность остановки поезда на кривой (оба из этих случаев, следовательно, будут испытывать силу, действующую внутрь кривой, состояние, известное как избыток канта ), многолетний опыт показал, что максимальная величина канта, которая может быть применена к линиям со смешанным движением, составляет 6,5 градуса. [8]
Учитывая радиусы кривых, обычно встречающиеся на WCML, это означало, что даже при максимально допустимом наклоне нельзя было значительно увеличить скорость выше диапазона 100 миль/ч (161 км/ч) без повторного возникновения чрезмерных боковых сил. Поскольку изначальным фактором, ограничивающим скорость, является не безопасность от схода с рельсов или опрокидывания, а только комфорт пассажиров, решением для дальнейшего увеличения скорости является наклон кузовов вагонов поезда — хотя это не влияет на силы, действующие на уровне колес и рельсов, это сохраняет боковые силы, испытываемые внутри пассажирского салона, на комфортном уровне даже при дальнейшем увеличении скорости.
Talgo представила первую практическую конструкцию для наклонного вагона в конце 1950-х годов. Она состояла из одной тележки, размещенной между вагонами поезда, с кузовами вагонов, подвешенными к А-образной раме, центрированной на тележке с шарниром около вершины. Когда поезд огибал поворот, центробежные силы заставляли кузов вагона раскачиваться, как маятник, естественным образом достигая нужного угла наклона. Однако эта система имела отчетливую задержку между входом в кривую и раскачиванием кузова, а затем раскачивалась за этот угол и затем коротко колебалась, пока не устанавливалась под правильным углом. При прохождении серии кривых, как на сортировочной станции, он имел тенденцию раскачиваться тревожно. Хотя ряд полуэкспериментальных конструкций 1970-х годов использовали ее, например, UAC TurboTrain , эта концепция не получила широкого распространения. [4]
В 1964 году ряд ранее разрозненных исследовательских групп BR были организованы в новое Исследовательское отделение Дерби . Именно здесь разрабатывалась окончательная работа над HSFV Уикенса. [9] Сначала возникли некоторые споры о том, будет ли поддерживаться высокоскоростной поезд; после Beeching Axe 1963 года не было ясно, какой размер сети правительство готово поддержать, и следует ли нацеливать новый проект на высокоскоростное междугороднее сообщение, где в любом случае потребуется новый локомотив для замены стареющих Deltics , или на более простую систему для лучшей работы в пригородах.
В 1965 году Викенс нанял стажера, голландского инженера А. Дж. Испеерта, и поручил ему провести некоторые ранние работы по активным системам наклона. [3] Они заменили бы пассивную маятниковую систему Talgo на систему с гидравлическими цилиндрами , которая быстро приводила бы вагон под нужным углом и удерживала бы его там без каких-либо колебаний. Главным преимуществом использования BR было то, что центр вращения мог проходить через середину вагона, а не через верх, что означало, что общее движение укладывалось бы в меньший британский габарит погрузки . [3] Испеерт вернул отчет о концепции в августе 1966 года. [9]
Викенс отметил, что одноосная система подвески BR будет иметь меньшее сопротивление на высокой скорости, и что ее меньший вес сделает ее более устойчивой на высоких скоростях, чем обычные двухосные тележки. В ноябре 1966 года он написал отчет, призывающий к двухлетней программе по созданию и испытанию высокоскоростного пассажирского транспортного средства [9] , по сути экспериментального автомобиля типа HSFV-1, но для использования пассажирами вместо грузов. Первоначальные планы предусматривали один фиктивный кузов и две тележки для испытания подвески и системы наклона на высокой скорости. Они установили максимальный угол наклона в 9 градусов, который мог быть добавлен к любому наклону в основном железнодорожном полотне. [3]
Программа проектирования была организована под руководством Майка Ньюмана, в то время как Аластер Гилкрист возглавлял исследовательскую часть. Ньюман отметил, что один вагон вряд ли сможет ответить на практические вопросы, например, как поезд будет работать как единое целое, и что фиктивный кузов не даст ответа на вопрос, можно ли действительно построить механизм наклона под полом, не выступая в кабину. Соответственно, позднее в том же ноябре Ньюман и Викенс составили планы полного экспериментального поезда с целью проектирования не только изучить систему наклона, но и сделать это на реальных линиях. [3] [9]
Уикенс передал планы Сиднею Джонсу, который тут же подхватил идею. Они установили целевую производительность на округленном значении 250 км/ч (155 миль/ч). В соответствии с целями руководства BR по обеспечению более быстрого времени в пути, а не просто более высокой скорости, они также потребовали, чтобы поезд проходил повороты на 40% быстрее. [10] Они назвали предложение Advanced Passenger Train. Джонс передал предложение председателю BR Стэнли Рэймонду, которому идея понравилась. Однако совет не смог предоставить достаточного финансирования для его разработки и призвал Джонса обратиться в Министерство транспорта за дополнительным финансированием. [3]
Джонс так и сделал, и провел следующие два года, гуляя по коридорам Уайтхолла , когда один государственный служащий за другим соглашался, что это была отличная идея, но что на самом деле это работа кого-то другого, чтобы одобрить ее. Несмотря на то, что его неоднократно откладывали, Джонс настоял, особенно с главным ученым правительства Солли Цукерманом [4] , на организации стабильной системы финансирования для всей темы железнодорожных исследований. Это было окончательно оформлено как Совместная программа между Министерством транспорта и Советом по британским железным дорогам, разделившая расходы 50:50. Программа будет длиться шестнадцать лет с января 1969 года по март 1985 года. Первыми двумя программами были APT и Проект управления поездами. [11]
Еще одной из многочисленных целей Джонса для APT было то, что он не вызовет дополнительного износа на линиях. Мгновенные нагрузки на рельсовое полотно изменяются пропорционально квадрату скорости, поэтому более быстрый поезд значительно увеличит износ дороги. Компенсация этого эффекта потребовала, чтобы поезд соответствовал строгим ограничениям по весу, и исключила возможность использования обычных дизельных двигателей , которые были просто слишком тяжелыми. Команда выбрала в качестве решения газотурбинную мощность, изначально рассматривая Rolls-Royce Dart . [4]
Когда финансирование было обеспечено, ряд проектных заметок все еще не были завершены, поэтому сроки были растянуты до июля 1971 года, чтобы предоставить дополнительное время для этапа определения проекта. К маю 1969 года эти вопросы были решены, и появился окончательный проект. Экспериментальный поезд должен был иметь четыре вагона: два силовых вагона, размещенных на каждом конце, и два пассажирских вагона между ними, заполненных экспериментальными системами измерения и регистрации. Пока Джонс занимался организацией финансирования, появился экспериментальный двигатель, построенный Leyland для грузовиков, который был спроектирован так, чтобы быть намного менее дорогим. Dart был снят, и питание должно было подаваться четырьмя газовыми турбинами Leyland 2S/350 мощностью 300 лошадиных сил (220 кВт) в каждом силовом вагоне, а также пятой турбиной, подключенной к генератору для питания оборудования в пассажирских вагонах. [12] В течение периода испытаний двигатели были постепенно модернизированы до 330 лошадиных сил (250 кВт). [13]
После многих месяцев изучения различных систем трансмиссии, когда время на этапе определения подходило к концу, они наконец решили использовать электрическую трансмиссию, как у дизель-электрического локомотива. [12] Наконец, из-за давления графика было решено не использовать одну сочлененную тележку между вагонами, а использовать две обычные тележки на каждом вагоне. [12] Джим Уайлдхеймер, недавно нанятый из Westland Helicopters , спроектировал кузов с пространственной рамой для силовых вагонов на основе сварных стальных труб вместо конструкции полумонокока, используемой на пассажирских вагонах. [14]
Контракты на различные части конструкции были разосланы в июле 1969 года. Hawker Siddeley Dynamics выиграла контракт на подвески и тормозные системы, GEC и English Electric выиграли контракт на прицепные вагоны, и к этому времени Leyland уже была выбрана для двигателей. [14] Со временем некоторые из этих контрактов были отозваны, и команды взяли проектирование на себя, расторгнув контракт на подвески с Hawker Siddeley в феврале 1970 года. Проектирование тележек было передано, физическое строительство было поручено British Rail Engineering, в то время как строительство силового вагона было поручено Metro-Cammell . [14]
Пока велась эта работа, также началась работа над экспериментальным объектом для проектирования. Расположенные за главными офисами в лабораториях Дерби, Домом Кельвина, новые объекты включали роликовый стенд для испытания двигателей, тормозной динамометр и различные испытательные стенды для испытания подвески и наклонных систем. Новая лаборатория была открыта 26 октября 1970 года. Кроме того, участок пути длиной 13,25 миль (21,32 км) между Мелтон-Моубрей и Эдвалтон был приобретен в качестве испытательного трека. Первоначально это была главная линия в Ноттингем , но теперь она не нужна после Beeching Axe. Она содержала прямой участок длиной 3 мили (4,8 км), множество поворотов и несколько узких туннелей, которые были бы полезны для аэродинамических испытаний. Вдоль этой линии в Олд-Далби был построен ряд зданий для технического обслуживания, и линия в целом стала известна как испытательный трек Олд-Далби . [14]
Хотя конструкция поезда была относительно простой, в системах питания и управления возникло несколько более серьезных проблем. Поэтому было принято решение построить два дополнительных силовых вагона в качестве незаконченных каркасов без питания. Вместо этого эти вагоны должны были перевозиться обычными локомотивами для предоставления данных о системах наклона и торможения, а также о динамике транспортных средств. Контракт на два дополнительных вагона был отправлен 14 апреля 1970 года и впервые запущен в сентябре 1971 года. Было присвоено название «POP», аббревиатура от «power-zero-power», указывающая на двухмоторную компоновку вагона без пассажирских вагонов в середине. [14]
Выбор конструкции пространственной рамы для силовых вагонов оказался удачным, так как во время строительства инженеры пришли к выводу, что упаковка различных элементов внутри вагона сделает его динамически нестабильным. Им требовалось больше места для распределения деталей, поэтому было принято решение примерно удвоить длину силовых вагонов. Это оказалось легко сделать; в каркасы, которые уже строились в Metro-Cammell, просто вставлялись дополнительные секции стальных труб, и конструкция почти не страдала. [14]
Вагоны POP были без оболочки, увенчанные пространственной рамой, удерживающей балласт для имитации различных частей перспективного проекта. Аббревиатура «POP» вскоре стала неточной, когда был добавлен пассажирский вагон, чтобы сделать трехвагонный поезд, в это время силовые вагоны также получили кузова. POP претерпел ряд изменений, в частности, опробовал различные конструкции тележек, за время своего существования. [3]
Пока POP проверял основные концепции, строительство испытательного поезда продолжалось в лаборатории Дерби. Набор был достаточно завершен к концу 1971 года для официальной церемонии наименования, где он стал APT -E (от Experimental). Он совершил свой первый низкоскоростной пробег из Дерби в Даффилд 25 июля 1972 года. По прибытии в Даффилд профсоюз ASLEF немедленно «зачернил» его, запретив своим членам выполнять любую работу, связанную с поездом. Их жалоба заключалась в том, что у APT-E было одно кресло машиниста, что они восприняли как доказательство того, что BR переходит на одноместные поезда с одним машинистом. Дружелюбный инспектор помог команде переместить поезд обратно в Дерби ночью. Это привело к однодневной общенациональной забастовке, которая обошлась дороже, чем весь проект APT-E. [4]
К этому моменту POP продемонстрировал ряд проблем, и инженеры воспользовались возможностью начать капитальный ремонт конструкции. Главной проблемой была конструкция неприводных тележек, которые были нестабильны и не могли использоваться для высокоскоростных поездок. Один силовой вагон был оставлен в лаборатории, а другой и два пассажирских вагона были отправлены на близлежащий завод в Дерби для модификации. Основные изменения заключались в укреплении силовых вагонов и замене подозрительных тележек версией приводной тележки со снятыми двигателями. Другие изменения включали удаление керамических рекуператоров с турбин из соображений надежности, хотя это значительно увеличило расход топлива, и добавление небольшой зоны отдыха в пассажирский вагон для VIP-использования. [15]
Переговоры по контракту на высокоскоростную железную дорогу завершились летом 1973 года, как раз вовремя для того, чтобы модифицированный трехвагонный APT-E вышел из цеха в августе 1973 года. Затем поезд начал серию испытаний, длившуюся восемь месяцев, охватывающую детали подвески, торможения, характеристики на поворотах и сопротивление. Однако надежность была серьезной проблемой, и он вернулся в цеха для второго капитального ремонта в марте 1974 года. Среди многих изменений для этого раунда было переключение турбин, ранее предназначенных для подачи энергии для пассажирских вагонов, чтобы добавить дополнительную мощность тяговым двигателям, и в то же время замена всех турбин на модернизированную версию мощностью 330 лошадиных сил (250 кВт), что увеличило общую мощность на вагон с 1200 до 1650 лошадиных сил (с 890 до 1230 кВт). Другие изменения включали новые подшипники двигателя и возврат и аналогичную модификацию второго силового вагона, ранее использовавшегося в лаборатории. [15]
Восстановленный четырехвагонный поезд вернулся в эксплуатацию в июне 1974 года. 10 августа 1975 года он развил скорость 152,3 миль в час (245,1 км/ч) [16] на участке Western Region между Суиндоном и Редингом, установив рекорд Великобритании. [15] Затем 30 октября 1975 года он установил рекорд маршрута от Лестера до лондонского вокзала Сент-Панкрас за 58 минут 30 секунд, со средней скоростью чуть более 101 мили в час (163 км/ч) по этому извилистому маршруту. [15] Он также был тщательно испытан на главной линии Midland от вокзала Сент-Панкрас и на испытательном треке Old Dalby, где в январе 1976 года он достиг скорости 143,6 миль в час (231,1 км/ч).
Испытания APT-E закончились в 1976 году, и единственный поезд был отправлен непосредственно в Национальный железнодорожный музей в Йорке 11 июня 1976 года. [15] Во время испытаний он прошёл около 23 500 миль (37 800 км), положив конец карьере, которая считается успешной, но нельзя сказать, что поезд был тщательно испытан; за три года он прошёл меньшее расстояние, чем средний семейный автомобиль в тот период. Для сравнения, первый прототип TGV , TGV 001 , также работающий на газовых турбинах, прошёл 320 000 километров (200 000 миль) между 1972 и 1976 годами. [17]
Пока APT-E еще строился, команда была уже вовсю занята разработкой серийной версии. Джонс нашел союзника в лице Грэма Колдера, который в 1971 году был повышен до должности главного инженера-механика BR (CME). В то время они задумали построить два новых экспериментальных поезда; один был по сути удлиненной версией APT-E с турбинным приводом, а другой был похож, но питался от воздушных линий электропередач через пантограф (пан). [15]
По мере поступления данных от POP и APT-E в конструкцию вносились некоторые изменения. Среди наиболее проблемных изменений был уход Leyland с рынка турбин, придя к выводу, что концепция грузовика с турбинным приводом экономически нецелесообразна. Компания согласилась продолжить поддержку проекта в любом случае, включая выпуск более мощной версии на 350 лошадиных сил (260 кВт), но дала понять, что для разработки серийного проекта придется искать другое решение. В ноябре 1972 года планы изменились, и теперь для работы на WCML выпускают четыре электрические версии и еще две турбинные. С этого момента турбинные версии все больше отставали и в конечном итоге были отменены. [15]
Это могло быть скрытым благословением; нефтяной кризис 1973 года привел к росту цен на топливо в три раза, а турбинные двигатели были печально известны своей прожорливостью; TurboTrain потреблял от 50 до 100% больше топлива, чем обычные поезда, курсирующие по тем же маршрутам. [18] Использование Leyland рекуператора значительно улучшило ситуацию, но вызвало проблемы с обслуживанием. [4]
С решением перейти в первую очередь к электрификации, принятым в ноябре 1972 года, Джонс начал формировать большую управленческую команду для продвижения проекта к эксплуатации. Это привело к передаче проекта в апреле 1973 года из исследовательского отдела в офис главного инженера-механика и электрика. Обзор был проведен совместной группой из двух отделов под руководством Дэвида Букока. [19]
В результате этого обзора в конструкцию был внесен ряд дополнительных изменений. Основной проблемой стало недавнее открытие, что воздушные линии на WCML подвергались образованию больших волн на линиях при скорости более 200 километров в час (120 миль в час). Это не было проблемой для двух поездов, следующих друг за другом с интервалом в несколько километров, но было серьезной проблемой для одного поезда с пантографами на обоих концах. Очевидным решением было использовать один пантограф спереди или сзади, а затем подавать питание между вагонами, но это было запрещено из-за опасений по поводу наличия питания 25 кВ на пассажирских вагонах. [19] [b]
Некоторые рассматривали возможность размещения обоих двигателей спина к спине на одном конце поезда, но были высказаны опасения по поводу чрезмерных сил изгиба при толкании поезда на высоких скоростях с активной функцией наклона. Поэтому, в конце концов, команда проектировщиков решила разместить двигатели спина к спине в центре поезда. [19] Два двигателя были бы идентичны, и оба несли бы пантограф для сбора мощности, но в нормальном режиме работы только задняя часть двух двигателей поднимала бы свой пантограф, а другой двигатель получал бы питание через муфту вдоль крыши. Мощность преобразовывалась в постоянный ток тиристорами ASEA , питая четыре тяговых двигателя постоянного тока мощностью 1 мегаватт (1300 л. с.), установленных в каждом силовом вагоне. Тяговые двигатели были перемещены из тележек внутрь кузова вагона, тем самым уменьшая неподрессоренную массу. Двигатели передавали свою мощность через внутренние коробки передач, карданные валы и конечные передачи иглы .
Другие изменения, предложенные опытом на APT-E, включали изменения в вертикальной подвеске с обычных гидравлических амортизаторов на воздушные подушки, что улучшило бы качество езды и снизило бы требования к техническому обслуживанию. По причинам обслуживания силовые вагоны были перепроектированы так, чтобы иметь собственные тележки в компоновке Bo-Bo, чтобы их можно было легко снять с поезда, в отличие от прежней сочлененной конструкции, которая соединяла соседние вагоны вместе и затрудняла разделение поезда на части. Пассажирские вагоны сохранили сочлененную конструкцию, но был внесен ряд изменений из-за опыта на APT-E. Наконец, была желательна система, которая заставила бы систему наклона выйти из вертикального положения, поскольку APT-E несколько раз выходил из строя в наклонном положении. [19]
В рамках того же обзора команда заметила, что небольшое снижение максимальной скорости значительно упростило бы ряд проектных моментов и устранило бы необходимость в гидрокинетических тормозах. Однако было принято решение придерживаться первоначальной спецификации, чтобы обеспечить максимально возможную скорость. Правительство согласилось оплатить 80% стоимости восьми поездов. [4]
Именно в это время другие группы в BR начали агитировать против APT, заявляя, что это был слишком большой шаг, чтобы сделать его в рамках одной конструкции. Они предложили построить гораздо более простую конструкцию, работающую на обычных дизелях и не имеющую наклона, но способную развивать скорость до 125 миль в час (201 км/ч) и способную работать в любой точке сети BR. Это появилось в 1970 году как высокоскоростной поезд (HST), и разработка пошла быстрыми темпами. [4] [20] [21]
По мере продолжения программы APT в руководстве начались внутренние распри. Опытные инженерные ресурсы были отстранены от проекта APT, вместо этого их использовали для того, чтобы как можно быстрее продвигаться вперед с тем, что они считали обычным конкурентом APT. [22] Поскольку казалось, что HST будет относительно надежной ставкой, совет директоров BR колебался в отношении проекта APT, в конечном итоге сократив количество поездов до четырех. Позже это число было сокращено до трех правительством в ходе раунда бюджетных сокращений 1974 года. [4]
Хотя компоновка с центральным двигателем была самой простой с точки зрения решения непосредственных технических проблем, она могла вызвать значительные проблемы в эксплуатационном плане. Был проход через силовые вагоны, соединявшие две половины поезда, но он был шумным, тесным и не допускал пассажиров. Вместо этого каждый конец поезда теперь требовал своего собственного вагона-ресторана и подобных удобств. Раздельная конструкция также создавала проблемы на станциях, где теперь можно было использовать только два конца платформ, тогда как обычное оборудование могло парковаться с локомотивами вне конца платформы. [19]
Хотя все вспомогательное оборудование, такое как освещение, кондиционирование воздуха и воздушные компрессоры, питалось от мотор-генераторов, приводимых в действие воздушной линией 25 кВ, было признано, что в случае отключения электроэнергии условия в пассажирских вагонах быстро станут невыносимыми и даже небезопасными. Каждый ведущий прицеп-фургон, т. е. головной и замыкающий вагоны, был оборудован дизель-генератором, способным обеспечить минимальную потребность во вспомогательной мощности. Дизель-генераторы запускались с помощью пневмодвигателей, питаемых от воздушной системы поезда, поскольку APT перевозил мало аккумуляторов.
APT был разработан для более быстрого движения, чем существующие поезда на том же пути. При проектных скоростях APT оператор не мог вовремя прочитать ограничения скорости на путевых знаках, чтобы при необходимости снизить скорость. Вместо этого была введена новая система, использующая транспондерный дисплей кабины, под названием «C-APT». Радиосигнал от поезда заставлял установленный на пути транспондер возвращать местное ограничение скорости. Эти герметичные, непитаемые транспондеры были размещены с интервалом не более 1 км. Ограничения скорости приближения предоставлялись на соответствующем расстоянии вместе со звуковым сигналом; неспособность подтвердить эти сигналы приводила к автоматическому применению тормозов. C-APT управлялся избыточной бортовой компьютерной системой с использованием микропроцессоров Intel 4004. Путевые блоки были по сути такими же, как современные французские маяки Balise . [23]
Гидрокинетическая тормозная система оказалась успешной и надежной на APT-E и была сохранена для APT-P с рядом конструктивных усовершенствований из уроков, извлеченных из APT-E. Однако в качестве меры по сокращению энергии гидравлические фрикционные тормоза, используемые для низкой скорости, были модифицированы для питания от пассивного гидравлического усилителя, а не от гидравлического силового агрегата.
Хотя APT-P использовал большую часть технологий, разработанных для APT-E, строительство первого APT-P несколько раз откладывалось. Первый моторный вагон был доставлен с локомотивного завода Дерби в июне 1977 года, а первые пассажирские вагоны — 7 июня 1978 года, на год позже. Первый полный поезд был готов только в мае 1979 года. [4] Вскоре после этого он поступил на испытания и установил рекорд скорости Великобритании в 162,2 мили в час (261,0 км/ч) в декабре 1979 года, [4] рекорд, который держался до тех пор, пока его не побил Eurostar класса 373 в июле 2003 года. [24] Было доставлено еще два образца, каждый с небольшими изменениями, один в конце 1979 года, а последний в 1980 году. Первоначально предложенный в 1960-х годах и получивший одобрение в начале 1970-х годов, проект теперь значительно запаздывал. [4]
Длительные задержки в производстве прототипа означали, что тормозные блоки должны были храниться в течение длительного периода перед установкой. Переход с масла на водно-гликолевую смесь потребовал, чтобы цилиндры были покрыты изнутри антикоррозионным покрытием, которое разрушилось во время хранения. Во время испытаний цилиндры неоднократно выходили из строя, и потеря давления привела к тому, что поезду потребовалось почти столько же времени, чтобы замедлиться с 25 миль в час до полной остановки, сколько и со 125 миль в час до 25 миль в час. Во время ввода в эксплуатацию из-за этой и других проблем разработки каждая ось в поездах была модифицирована и заменена.
Системы сжатого воздуха, которые приводили в действие тормоза и приводили в действие двери и другие движущиеся части, были еще одним источником проблем. Воздушные трубопроводы обычно прокладывались таким образом, чтобы были естественные низкие точки, где конденсирующаяся из воздуха вода собиралась и могла быть удалена. На APT эти трассы были извилистыми и приводили к многочисленным точкам, где вода собиралась и в холодную погоду замерзала. Команда по вводу в эксплуатацию нашла разработанное Westinghouse решение, которое исключало бы воду, производимую компрессорами, но команда по проектированию не приняла это решение. Они заявили, что проблема не возникнет при полном формировании поезда, в отличие от более короткого формирования, используемого при вводе в эксплуатацию.
Наконец, только на этапе ввода в эксплуатацию APT-P было обнаружено, что части WCML были построены таким образом, что если два поезда APT-P с их системами наклона выйдут из строя и вагоны, застрявшие в наклонном положении внутрь, встретятся, они ударятся друг о друга. Железная дорога не была построена с учетом наклоняющихся поездов, а динамические оболочки были слишком малы для наклоняющегося APT. Эффект не наблюдался с обычными поездами, поскольку без наклона их движения оставались в пределах динамической оболочки.
В дополнение к проблемам в 1980 году очередная реорганизация привела к расформированию команды APT, в результате чего ответственность за проект была распределена между несколькими подразделениями. [4]
В то время как команда по вводу в эксплуатацию продолжала сообщать о проблемах в конструкции APT и решать их, руководство BR находилось под растущим давлением прессы. К началу 1980-х годов проект действовал уже более десяти лет, а поезда все еще не были введены в эксплуатацию. Private Eye высмеял его в расписании, заявив, что «APT прибывает на платформу 4 с опозданием на пятнадцать лет». [25] [26] Давление прессы привело к политическому давлению, которое привело к давлению руководства, и команде APT было приказано ввести поезд в эксплуатацию, несмотря на его продолжающиеся проблемы.
7 декабря 1981 года пресса была приглашена на борт APT для его первого официального рейса из Глазго в Лондон, во время которого он установил рекорд расписания в 4 часа 15 минут. Однако сообщения прессы были сосредоточены на отчетливом тошнотворном ощущении от системы наклона и прозвали APT «тошнотворным ездоком». Они также сообщили, что стюардесса Мари Дочерти предложила решение «просто стоять, расставив ноги». Инженер BR предположил, что репортеры были просто слишком пьяны бесплатным алкоголем BR. [25] Во время обратного рейса из Лондона на следующий день один из вагонов застрял в перевернутом положении, когда система наклона отказала, и это широко освещалось в прессе. [16] Два дня спустя температура упала, и вода в гидрокинетических тормозах замерзла, вынудив поезд прекратить обслуживание в Крю . [27]
APT стал объектом бури негативных сообщений в прессе. Когда выяснилось, что только два из трех APT-P были в эксплуатации, а третий будет выведен из эксплуатации для капитального ремонта и обслуживания, пресса окрестила его «Поездом, подверженным авариям». [25] BR также запустила второй поезд в 15 минутах позади него на случай отказа, и поскольку поезд смешивался с существующим трафиком, его скорость была ограничена 125 милями в час вместо его полной скорости. [25]
BR, отчаянно нуждаясь в хорошей рекламе, нанял бывшего ведущего Blue Peter Питера Первеса , чтобы тот совершил поездку из Глазго. По прибытии в Юстон Первес сказал, что у него был «превосходный завтрак в самой восхитительной обстановке», а когда его спросили о поезде, он сказал, что «он плавный, тихий и в целом восхитительный опыт». Однако, когда он это сказал, было видно легкое содрогание, и можно было услышать звук дребезжащей посуды. [25]
В 1981 году BR наняла консалтинговую фирму Ford & Dain Partners для подготовки отчета по проекту APT и внесения предложений по его улучшению. В ноябре 1981 года был подготовлен промежуточный отчет, а в декабре — окончательный. [28] [29] В их отчетах сначала говорилось, что технические аспекты проекта в основном завершены, хотя они и обращали внимание на тормозную систему, но что структура управления представляет собой серьезную проблему, и должен быть один менеджер, отвечающий за весь проект. Это привело к назначению Джона Митчелла на должность менеджера APT. [3] Дела сразу пошли на поправку.
Среди улучшений было исправление укачивания, испытываемого пассажирами. Команда по вводу в эксплуатацию хорошо знала об этой проблеме до ввода поезда в эксплуатацию, но об этом не было упомянуто в прессе, когда ее заметили на общественных рейсах. Проблема была вызвана двумя эффектами. Во-первых, система управления не реагировала мгновенно, поэтому вагоны, как правило, не реагировали, когда кривая только начиналась, а затем быстро реагировали, чтобы компенсировать эту задержку. Исправление этой проблемы состояло в том, чтобы получать информацию о наклоне от вагона впереди, что давало системе небольшое преимущество во времени, в котором она нуждалась. Другая проблема была похожа на морскую болезнь , но наоборот. Морская болезнь возникает, когда система эквилибриоцепции тела может чувствовать движение, но внутри закрытого помещения это движение невозможно увидеть. На APT можно было легко увидеть наклон, когда поезд входил в повороты, но не было никакого восприятия этого движения. Результат был тем же самым, путаница между визуальной и эквилибриоцептивной системой. Решение было почти тривиальным; Незначительное уменьшение наклона до величины, намеренно меньшей, чем необходимо, привело к возникновению небольшого количества остаточной центробежной силы, которая воспринималась системой эквилибриоцепции как совершенно естественная, что, как оказалось, устраняло эффект.
Это также привело к еще одному смущающему открытию. Работа, которая предполагала величину наклона, необходимую для снижения боковых сил до приемлемого уровня, в конечном итоге была прослежена до короткой серии исследований, проведенных паровозом на ветке в северном Уэльсе в 1949 году. Серия обновленных исследований, проведенных в 1983 году, продемонстрировала, что требовался меньший наклон, около шести градусов. Это было в пределах возможного диапазона через вираж, что предполагало, что наклон может вообще не понадобиться. [17]
Поезда APT-P были тихо введены в эксплуатацию в середине 1984 года, но не упоминались как таковые ни в одном из расписаний; пассажиры узнавали, едут ли они на APT, только когда он прибывал на платформу. Эти поезда оказались хорошо работающими, проблемы, по-видимому, были устранены. Однако политическая и управленческая воля продолжать проект и строить запланированные серийные вагоны APT-S, способные развивать скорость до 140 миль в час, испарилась.
Тем временем HST был введен в эксплуатацию как InterCity 125 в 1976 году и оказался всесторонним успехом. Его дизельный привод и немного более низкие скорости также означали, что он мог работать на большей части сети BR. Давление с целью отказа от APT в пользу HST было постоянным. Сторонники APT все больше и больше изолировались, и система была выведена из эксплуатации зимой 1985/6 года. Это было официально оформлено в 1987 году, когда поезда были разобраны и отправлены в музеи.
Один комплект APT-P хранился в депо Глазго-Шилдс и использовался один или два раза в качестве электропоезда для перевозки журналистов из Глазго-Сентрал на железнодорожную станцию Андерстон и обратно, для Шотландского выставочного и конференц-центра . Второй комплект APT-P хранился на запасном пути позади Crewe Works. Glasgow APT-P и третий APT-P были списаны без огласки.
Провал проекта APT вызвал обширные сообщения в 1980-х годах и с тех пор остается предметом некоторых дискуссий. Авторы в целом согласны с тем, что технические аспекты проекта были в значительной степени решены к моменту введения их второй службы, и возлагают большую часть вины за задержки на меняющиеся структуры управления и внутреннюю борьбу внутри BR между APT и HST. Также были опасения, что проведение разработки в BR было само по себе серьезной проблемой, поскольку это означало, что их промышленные партнеры не имели никакой поддержки, а их многолетний практический опыт игнорировался. [17]
Сроки разработки также являются предметом значительных дискуссий. Для сравнения, канадский поезд LRC начал разрабатываться в то же время, что и APT, разработал собственную уникальную систему активного наклона и поступил в производство в конце 1970-х годов. Как и APT, LRC также столкнулся с проблемами начального периода, решение которых заняло некоторое время, и подвергся некоторой критике в прессе из-за этих неудач. В отличие от APT, у LRC не было конкурентов, и руководство спешило снять Turbo с эксплуатации. Системе было предоставлено время, необходимое для того, чтобы созреть, без серьезной возможности отмены. [30]
Медленный темп разработки APT был списан на скудный бюджет в 50 миллионов фунтов стерлингов за 15 лет, хотя пресса того времени отвергла это как слишком высокую сумму. [17] Эту цифру можно сравнить с примерно 100 миллионами фунтов стерлингов, потраченными British Leyland на разработку Austin Mini Metro , проекта, который был технически тривиальным по сравнению с APT. [17]
Алан Уильямс [31] отмечает, что работа над новым вариантом, APT-U (APT-Update), продолжалась. По сути, это был APT-P с опциональной системой наклона и переставленными на оба конца поезда двигателями с силовыми муфтами между ними. Позже этот проект был переименован в InterCity 225 (IC225), возможно, чтобы дистанцироваться от плохой рекламы, окружающей APT-P. Конструкция вагона Mark 4 , представленная как часть новых наборов IC225 для электрификации главной линии Восточного побережья , позволяла модернизировать механизм наклона, хотя это так и не было реализовано. Локомотивы класса 91 , которые приводят в действие IC225, имели конструктивные особенности, «импортированные целиком» из силовых вагонов APT-P, включая тяговые двигатели, установленные на кузове, а не на тележке, для снижения неподрессоренной нагрузки, и трансформатор под, а не наверху подрамника для снижения центра тяжести. Однако, в отличие от силовых вагонов APT-P, они никогда не предназначались для наклона. [32] [33]
В 1976 году Fiat Ferroviaria построила поезд ETR 401, наклонный поезд, использующий активную систему с 10 градусами наклона, которая использовала гироскопы для обнаружения угла на ранних этапах, чтобы иметь более точный и комфортный наклон: вот почему проект FIAT был успешным с 70-х годов. В 1982 году FIAT купила некоторые патенты APT, которые использовались для улучшения их технологии для поездов ETR 450. [34]
Введение флота Squadron, обозначенного как APT-S, не произошло, как изначально предполагалось. Проект APT уступил недостаточной политической воле в Соединенном Королевстве, чтобы продолжать решать трудности начального периода, возникшие из-за множества незрелых технологий, необходимых для новаторского проекта такого рода. Решение не продолжать было принято на фоне негативного общественного восприятия, сформированного освещением в СМИ того времени. [35] [36] APT признан вехой в развитии текущего поколения наклоняемых высокоскоростных поездов. [ необходима цитата ] 25 лет спустя на модернизированной инфраструктуре Pendolinos класса 390 теперь соответствуют расписанию APT. Маршрут Лондон-Глазго на APT (расписание 1980/81) составлял 4 часа 10 минут, то есть столько же, сколько и самое быстрое время Pendolino (расписание декабря 2008 года).
В 2006 году во время одноразового беспосадочного благотворительного рейса поезд Pendolino преодолел путь из Глазго в Лондон за 3 часа 55 минут, тогда как в 1984 году поезд APT преодолел обратный путь из Лондона в Глазго за 3 часа 52 минуты. [37]
17 июня 2021 года поезд Pendolino под названием Royal Scot, которым управляла компания Avanti West Coast, попытался побить рекорд, но не дотянул до рекордного времени всего на 21 секунду. Поезд из девяти вагонов ехал без остановок со средней скоростью 103 мили в час по маршруту длиной 401 миля. [38]
Продолжение анализа данных, собранных в ходе проекта, привело к лучшему пониманию причин износа путей и необходимости снижения неподрессоренной массы, а не общего веса вагона. Это привело к разработке BREL P3/T3 для British Rail Class 365 и British Rail Class 465 , которые среди прочих усовершенствований включали колеса меньшего радиуса. BREL далее разработала концепцию для производства Advanced Suburban Bogie, что стало фактором приобретения BREL компанией ABB . [39]
В настоящее время APT-E принадлежит Национальному железнодорожному музею и экспонируется в его музее Locomotion в Шилдоне в графстве Дарем . APT-P теперь экспонируется в Crewe Heritage Centre и его можно увидеть в поездах, проходящих по соседней West Coast Main Line вместе с моторным вагоном APT-P номер 49006, который прибыл в марте 2018 года после семи лет пребывания в электрическом железнодорожном музее недалеко от Ковентри .
Во время специальных мероприятий прицеп-тележка 370003 предлагает возможность наклона вагона, когда он неподвижен.
