Advanced Passenger Train ( APT ) — наклоняемый высокоскоростной поезд , разработанный British Rail в 1970-х и начале 1980-х годов для использования на главной линии Западного побережья (WCML). WCML содержал множество кривых, и APT впервые применила концепцию активного наклона для решения этих проблем - функцию, которая с тех пор копируется в конструкциях по всему миру. Экспериментальный APT-E установил новый рекорд скорости на британских железных дорогах 10 августа 1975 года, когда он достиг скорости 152,3 мили в час (245,1 км/ч), но его превзошёл служебный прототип APT-P со скоростью 162,2 мили в час (261,0 км/ч). з) в декабре 1979 года.
Разработка служебных прототипов затянулась, и к концу 1970-х годов конструкция строилась уже десять лет, а поезда все еще не были готовы к эксплуатации. Избрание Маргарет Тэтчер обострило ситуацию, и она намекнула на сокращение финансирования проекта. Столкнувшись с возможностью списания, руководство BR решило принять прототипы на вооружение, причем первые рейсы по маршруту Лондон – Глазго состоялись в декабре 1981 года.
В конечном итоге проблемы были решены, и в 1984 году поезда были вновь введены в эксплуатацию с гораздо большим успехом. К этому времени конкурирующий высокоскоростной поезд , оснащенный обычным дизельным двигателем и лишенный наклона и производительности APT, быстро прошел разработку и испытания и теперь составлял основу пассажирских перевозок BR. Всякая поддержка проекта APT рухнула, поскольку кто-либо из представителей власти дистанцировался от того, что высмеивалось как провал. От планов создания серийной версии APT-S отказались, и три APT-P проработали чуть больше года, прежде чем снова были сняты с вооружения 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 непростую историю APT, дизайн оказал большое влияние и напрямую вдохновил другие высокоскоростные поезда, такие как Pendolino . Значительная работа по электрификации, которая проводилась совместно с APT, нашла хорошее применение в новых конструкциях без наклона, таких как British Rail Class 91 . Система наклона APT была возвращена в WCML на British Rail Class 390 , основанной на конструкции наклонного поезда Fiat Ferroviaria и построенной Alstom . Другие функции, впервые использованные в APT, такие как гидрокинетическое торможение , используемое для остановки поезда на существующих эшелонах, не были приняты.
После национализации железных дорог Великобритании в 1948 году Британские железные дороги , как их тогда называли, столкнулись со значительным сокращением количества пассажиров, поскольку в 1950-х и 60-х годах автомобили быстро становились все более популярными. К 1970 году количество пассажиров было примерно вдвое меньше, чем непосредственно перед Второй мировой войной . В попытке сохранить уровень рентабельности правительство заказало отчет, в результате которого многие линии были заброшены в рамках проекта « Beeching Axe » 1963 года. Несмотря на эту значительную реструктуризацию, организация по-прежнему строилась на довоенных линиях, маршруты которых датируются 1800-ми годами. Обслуживание сети создавало проблемы, а сходы с рельсов становились все более частыми.
В 1962 году доктор Сидни Джонс был нанят из отдела вооружений RAE Farnborough с конечной целью назначить его на должность руководителя исследований BR вместо Колина Инглеса, вышедшего на пенсию в 1964 году . [1] Изучая проблему схода с рельсов, они обнаружили, что Большая часть проблемы может быть связана с проблемой, известной как охотничьи колебания . Это было хорошо известно в железнодорожном мире, но обычно происходило только на высоких скоростях. В сети BR, особенно на грузовых вагонах с изношенными колесами, его видели на скорости всего 20 миль в час (32 км/ч). [2] Джонс был убежден, что охотничьи колебания представляют собой эффект, аналогичный проблеме аэроупругого флаттера , встречающейся в аэродинамике , и решил нанять кого-нибудь из области аэронавтики для исследования этого явления. [1]
В октябре 1962 года эту должность получил Алан Викенс. Уикенс был экспертом по динамике, который ранее работал в Armstrong Whitworth над ракетой Sea Slug , а затем какое-то время в Canadair в Монреале, прежде чем вернуться в Великобританию и присоединиться к проекту ракеты Blue Steel . [a] Когда последующий Blue Steel II был отменен в пользу разработанного в США Skybolt , Викенс покинул AV Roe , потому что «увидел надпись на стене». Он ответил на объявление BR и во время интервью ответил, что ничего не знает о конструкции железнодорожных тележек и мало интересуется ею. Позже выяснилось, что именно по этой причине его наняли. [3]
В течение следующих нескольких лет команда Викенса провела то, что считается самым подробным исследованием динамики стальных колес на рельсах, когда-либо проводившимся. Начав с незавершенной работы Ф.В. Картера в 1930 году, группа изучила обычные двухосные тележки и быстро обнаружила, что, как и подозревал Джонс, проблема заключалась в динамической нестабильности. В результате этой работы возникла концепция критической скорости, при которой охота станет проблемой. [4] Затем эта работа была распространена на уникальные конструкции двухосных безтележекных вагонов, используемых в грузовой сети BR, где проблема была дополнительно изменена за счет динамики всего транспортного средства. [1]
Викенс пришел к выводу, что правильно демпфированная система подвески может устранить проблему. Ключевой момент заключался в том, что подвеска должна была быть как вертикальной, как это было раньше, когда она основывалась на листовых рессорах , так и горизонтальной, чтобы избежать небольших смещений, вызывающих колебания. Компьютеры использовались для моделирования движения и разработки правил, определяющих, какое демпфирование потребуется, чтобы избежать проблемы при любой заданной скорости. [5] К 1964 году в результате этой работы был создан первый высокоскоростной грузовой автомобиль HSFV-1, грузовой автомобиль без тележки, способный безопасно передвигаться со скоростью до 140 миль в час (225 км/ч). [4] В той же работе было высказано предположение, что не существует практического верхнего предела достижимых скоростей с точки зрения динамики, и что любые ограничения максимальной производительности будут связаны с другими факторами, такими как тяга или износ строп. В конечном итоге серия из шести проектов HSFV будет испытана до 1976 года [6] , и последний, HSFV-6, был принят на вооружение в том же году. [7]
За этот период подразделение пассажирского бизнеса BR подготовило отчет, в котором говорилось, что железная дорога может конкурировать с автомобильным и воздушным транспортом, но только в том случае, если поезда будут двигаться быстрее. Изучая рост пассажиропотока благодаря внедрению двигателей British Rail Class 55 «Deltic» на главной линии Восточного побережья , а также влияние электрификации на WCML, которая сократила время в пути на 20–30%, они пришли к выводу, что каждые 1 милю в Увеличение скорости в час (1,6 км/ч) приведет к увеличению количества пассажиров на 1%. Это основное правило, очевидно, было доказано в Японии, когда с 1964 года с огромным успехом работала линия Синкансэн Токио-Осака . [4]
Синкансэн обеспечил плавность хода на скорости до 125 миль в час (201 км/ч) за счет прокладки новых линий, предназначенных для движения на высоких скоростях. Самый используемый маршрут BR, WCML, перевозил около 6 миллионов пассажиров в год между Лондоном и Манчестером , что [ сомнительно ] далеко от 120 миллионов пассажиров по маршруту Токио-Осака. Финансирование новой линии для высокоскоростного движения было крайне маловероятным, учитывая такое количество пассажиров. [4] Это представляло проблему для любой высокоскоростной операции на маршруте, поскольку существующая линия содержала множество поворотов и кривых, и объезд их на высокой скорости вызывал боковые силы, которые затрудняли ходьбу и выбрасывали предметы со столов на пол.
Традиционное решение этой проблемы — наклонить рельсы в поворотах — эффект, известный как вираж или наклон . Это приводит к тому, что боковые силы становятся ближе к полу, уменьшая боковые силы. Поскольку большие размеры скосов труднее построить и обслуживать, а также из-за необходимости учитывать более медленное движение транспорта или возможность остановки поезда внутри поворота (в обоих случаях, следовательно, будет действовать сила, внутренняя часть кривой (состояние, известное как превышение угла наклона ), длительный опыт показал, что максимальный угол наклона, который можно применить к линиям со смешанным движением, составляет 6,5 градусов. [8]
Учитывая радиусы кривых, обычно встречающиеся на WCML, это означало, что даже при максимально допустимом наклоне скорость нельзя было значительно увеличить выше диапазона 100 миль в час (161 км / ч), не испытывая при этом чрезмерных боковых сил. Поскольку первоначальным фактором, ограничивающим скорость, является не безопасность от схода с рельсов или опрокидывания, а только комфорт пассажиров, решение для дальнейшего увеличения скорости состоит в том, чтобы также наклонять кузова вагонов - хотя это не влияет на силы, действующие на колесо. на уровне рельсов, он удерживает боковые силы, испытываемые внутри пассажирского салона, на комфортном уровне даже при дальнейшем увеличении скорости.
Talgo представила первую практичную конструкцию наклоняемой тележки в конце 1950-х годов. Он состоял из единственной тележки, размещенной между вагонами, при этом кузова вагонов подвешивались к А-образной раме, расположенной по центру тележки, с шарниром вверху. Когда поезд делал поворот, центробежные силы заставляли кузов вагона раскачиваться, как маятник, естественным образом достигая нужного угла наклона. Однако у этой системы была отчетливая задержка между входом в кривую и поворотом тела, а затем она проходила мимо этого угла, а затем кратковременно колебалась, пока не стабилизировалась под прямым углом. При прохождении серии поворотов, например, на распределительной станции, он имел тенденцию тревожно раскачиваться. Хотя в ряде полуэкспериментальных проектов 1970-х годов она использовалась, например, в UAC TurboTrain , эта концепция не получила широкого распространения. [4]
В 1964 году ряд ранее разрозненных исследовательских групп BR были организованы в новый исследовательский отдел Дерби . Именно здесь разрабатывалась последняя работа над HSFV Виккенса. [9] Сначала были некоторые споры о том, будет ли поддерживаться высокоскоростной поезд; после инцидента с Beeching Axe в 1963 году было неясно, какой размер сети правительство готово поддерживать и должна ли новая конструкция быть нацелена на более высокоскоростное междугороднее сообщение, где потребуется новый локомотив для замены устаревшего Deltics . во всяком случае, или более простую систему для лучшей производительности в пригороде.
В 1965 году Виккенс нанял стажера, голландского инженера А. Дж. Испеерта, и поручил ему провести первые работы над системами активного наклона. [3] Они заменят пассивную маятниковую систему Talgo системой, использующей гидравлические цилиндры , которые быстро поворачивают автомобиль на нужный угол и удерживают его там без какого-либо раскачивания. Основным преимуществом использования BR было то, что центр вращения мог располагаться через середину автомобиля, а не через верх, а это означало, что общее перемещение укладывалось в меньшие британские размеры погрузки . [3] Испирт представил отчет об этой концепции в августе 1966 года. [9]
Викенс отметил, что одноосная подвеска 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 автомобиля [9] , по сути, экспериментального автомобиля, подобного HSFV-1 , но предназначенного для пассажирского использования, а не для грузового. Первоначальные планы предусматривали использование одного манекена и двух тележек для испытания системы подвески и наклона на высокой скорости. Они установили максимальный угол наклона в 9 градусов, который можно было добавить к любому откосу нижележащего рельсового полотна. [3]
Программу проектирования организовал Майк Ньюман, а исследовательскую часть возглавил Аластер Гилкрист. Ньюман отметил, что один вагон вряд ли ответит на практические вопросы, например, как поезд будет работать как единое целое, и что макет кузова не ответит на вопрос, действительно ли механизм наклона можно построить под полом, не выступая в кабину. . Соответственно, позже в том же ноябре Ньюман и Викенс разработали план полного экспериментального поезда, целью которого было не только изучить систему наклона, но и сделать это на реальных линиях. [3] [9]
Викенс передал планы Сидни Джонсу, который сразу же подхватил эту идею. Они установили цель производительности на хорошо округленной цифре 250 км/ч (155 миль в час). В соответствии с целями руководства BR по сокращению времени в пути, а не просто по увеличению скорости, они также потребовали, чтобы поезд проходил повороты на 40% быстрее. [10] Они назвали это предложение «Усовершенствованный пассажирский поезд». Джонс передал это предложение председателю BR Стэнли Рэймонду, которому идея понравилась. Однако правление не смогло предоставить достаточное финансирование для его разработки и призвало Джонса обратиться в Министерство транспорта за дополнительным финансированием. [3]
Джонс так и сделал и провел следующие два года, бродя по коридорам Уайтхолла, когда один государственный служащий за другим соглашался, что это отличная идея, но на самом деле одобрить ее должен кто-то другой. Несмотря на то, что его неоднократно откладывали, Джонс настойчиво, особенно вместе с главным научным сотрудником правительства Солли Цукерманом , [4] организовал стабильную систему финансирования для всей темы железнодорожных исследований. Это было окончательно оформлено как совместная программа Министерства транспорта и Совета Британских железных дорог, в которой расходы разделились 50:50. Программа будет действовать шестнадцать лет с января 1969 года по март 1985 года. Первыми двумя программами были APT и Проект управления поездами. [11]
Еще одна из многих целей Джонса в отношении APT заключалась в том, чтобы не вызывать дополнительного износа строп. Мгновенные нагрузки на рельсовое полотно изменяются пропорционально квадрату скорости, поэтому более быстрый поезд значительно увеличит износ дороги. Чтобы компенсировать этот эффект, поезд должен был соответствовать строгим ограничениям по весу и исключал возможность использования обычных дизельных двигателей , которые были слишком тяжелыми. В качестве решения команда выбрала мощность газовой турбины , первоначально рассматривая Rolls-Royce Dart . [4]
Когда финансирование было обеспечено, ряд проектных записок все еще не был завершен, поэтому сроки были перенесены на июль 1971 года, чтобы дать дополнительное время для этапа определения проекта. К маю 1969 года эти вопросы были решены и появился окончательный проект. В экспериментальном поезде будет четыре вагона; два силовых вагона, расположенные по обе стороны, и два пассажирских вагона между ними, наполненные экспериментальными системами измерения и регистрации. Пока Джонс занимался поиском финансирования, стал доступен экспериментальный двигатель, созданный Leyland для грузовиков, который должен был быть гораздо менее дорогим. Dart был сброшен, и мощность будет обеспечиваться четырьмя газовыми турбинами Leyland 2S/350 мощностью 300 лошадиных сил (220 кВт) в каждом силовом автомобиле, а также пятой турбиной, подключенной к генератору для питания оборудования в легковых автомобилях. [12] В течение периода испытаний двигатели постепенно модернизировались до 330 лошадиных сил (250 кВт). [13]
После многих месяцев изучения различных систем трансмиссии, когда время на этапе определения подошло к концу, они, наконец, решили использовать электрическую трансмиссию, подобную дизель-электрическому локомотиву. [12] Наконец, из-за давления графика было решено не использовать одну шарнирно-сочлененную тележку между вагонами, а на каждом вагоне будут использоваться две обычные тележки. [12] Джим Уайлдхамер, недавно нанятый из Westland Helicopters , спроектировал кузов с пространственной рамой для силовых автомобилей на основе сварной стальной трубы вместо конструкции полумонокок, используемой на легковых автомобилях. [14]
Контракты на различные части конструкции были разосланы в июле 1969 года. Hawker Siddeley Dynamics выиграла контракт на подвеску и тормозные системы, GEC и English Electric выиграли контракт на прицепные автомобили, и к этому времени Leyland уже была выбрана для двигатели. [14] Со временем некоторые из этих контрактов были расторгнуты, и команды взяли проектирование на себя, аннулировав контракт на подвеску с Hawker Siddeley в феврале 1970 года. Проектирование тележек было передано, а физическое строительство было заключено с British Rail Engineering, а строительство силового вагона было передано компании Metro-Cammell . [14]
Пока эта работа шла, также началась работа над экспериментальной установкой для проектирования. Новые объекты, расположенные за главным офисом лаборатории Дерби, «Кельвин Хаус», включали в себя роликовый стенд для испытаний двигателей, тормозной динамометр и различные испытательные стенды для испытаний систем подвески и наклона. Новая лаборатория была открыта 26 октября 1970 года. Кроме того, в качестве испытательной трассы был приобретен участок пути длиной 13,25 миль (21,32 км) между Мелтоном Моубрей и Эдвалтоном. Первоначально это была основная линия до Ноттингема , но теперь она стала ненужной после Beeching Axe. Он включал в себя прямой участок длиной 3 мили (4,8 км), множество поворотов и несколько узких туннелей, которые пригодились бы для аэродинамических испытаний. Вдоль этой линии в Олд-Дэлби был построен ряд служебных зданий, и линия в целом стала известна как испытательный полигон Олд-Дэлби . [14]
Хотя конструкция поезда была относительно простой, в системах питания и управления возник ряд более серьезных проблем. Поэтому было принято решение построить два вагона дополнительной мощности в виде незавершенных каркасов без мощности. Вместо этого эти вагоны будут буксировать обычными локомотивами, чтобы получать данные о системах наклона и торможения, а также о динамике транспортных средств. Контракт на дополнительные две машины был разослан 14 апреля 1970 года и впервые вступил в силу в сентябре 1971 года. Было присвоено название «POP», аббревиатура от «power-zero-power», указывающая на двухмоторную компоновку автомобиля. без легковых автомобилей посередине. [14]
Выбор конструкции пространственной рамы для силовых автомобилей оказался удачным, поскольку во время строительства инженеры пришли к выводу, что компоновка различных элементов внутри автомобиля сделает его динамически нестабильным. Им нужно было больше места для размещения деталей, поэтому было принято решение примерно удвоить длину силовых автомобилей. Это оказалось легко сделать; в каркасы, уже строившиеся в Metro-Cammell, просто были вставлены дополнительные секции стальных труб, и конструкция практически не пострадала. [14]
Вагоны POP не имели обшивки и были увенчаны пространственной рамой, удерживающей балласт, имитирующей различные части предполагаемой конструкции. Аббревиатура «POP» вскоре стала неточной, когда в поезд из трех вагонов был добавлен пассажирский вагон, после чего силовые вагоны также получили кузова. За время своего существования POP претерпел ряд изменений, в частности, испытания различных конструкций тележек. [3]
Пока POP проверял основные концепции, в лаборатории Дерби продолжалось строительство испытательного поезда. К концу 1971 года набор был достаточно полным для официальной церемонии наименования, на которой он стал APT-E (экспериментальный). Свой первый рейс на низкой скорости он совершил из Дерби в Даффилд 25 июля 1972 года. Достигнув Даффилда, 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 сочли доказательством того, что BR переходит на поезда с одним оператором. Дружелюбный инспектор помог команде ночью вернуть поезд в Дерби. Это привело к однодневной общенациональной забастовке, стоимость которой превысила стоимость всего проекта APT-E. [4]
К этому моменту POP продемонстрировал ряд проблем, и инженеры воспользовались возможностью приступить к капитальному ремонту конструкции. Основной проблемой была конструкция неприводных тележек, которые не были устойчивыми и не могли использоваться для движения на высоких скоростях. Один силовой автомобиль остался в лаборатории, а другой и два легковых автомобиля были отправлены на близлежащий завод Дерби для модификации. Основные изменения заключались в усилении силовых тележек и замене подозрительных тележек версией механической тележки со снятыми двигателями. Другие изменения включали удаление керамических рекуператоров из турбин по соображениям надежности, хотя это резко увеличило расход топлива, а также добавление небольшого места для сидения в легковом автомобиле для VIP-использования. [15]
Переговоры по контракту на высокоскоростную железную дорогу завершились летом 1973 года, как раз вовремя, чтобы в августе 1973 года из цеха вышел модифицированный трехвагонный APT-E. Затем поезд приступил к серии испытаний, продолжавшейся восемь месяцев, в ходе которой были рассмотрены детали подвеска, торможение, характеристики поворотов и сопротивление. Однако надежность была серьезной проблемой, и в марте 1974 года он вернулся в мастерские для второго капитального ремонта. Среди многих изменений этого раунда было переключение турбин, ранее предназначенных для подачи мощности на легковые автомобили, чтобы добавить дополнительную мощность к тяге. двигатели, одновременно заменив все турбины на модернизированную версию мощностью 330 лошадиных сил (250 кВт), увеличив общую мощность на автомобиль с 1200 до 1650 лошадиных сил (с 890 до 1230 кВт). Другие изменения включали новые подшипники двигателя, а также возврат и аналогичную модификацию машины второй мощности, ранее использовавшейся в лаборатории. [15]
Восстановленный четырехвагонный поезд вернулся в строй в июне 1974 года. 10 августа 1975 года он разогнался до 152,3 миль в час (245,1 км/ч) [16] в западном регионе между Суиндоном и Ридингом, установив рекорд Великобритании. [15] Затем 30 октября 1975 года он установил рекорд маршрута от Лестера до лондонского 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 протестирован на главной линии Мидленда от Сент-Панкрас и на испытательном треке Олд-Дэлби, 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 11 июня 1976 года одиночный поезд был отправлен прямо в Национальный железнодорожный музей в Йорке . успех, но нельзя сказать, что поезд прошел всесторонние испытания; за три года он преодолел меньшее расстояние, чем средний семейный автомобиль за этот период. Для сравнения, первый прототип TGV , TGV 001 , также оснащенный газовыми турбинами, в период с 1972 по 1976 год преодолел 320 000 километров (200 000 миль) .
Пока APT-E все еще находился в стадии разработки, команда уже работала над созданием серийной версии. Джонс нашел союзника в лице Грэма Колдера, который в 1971 году был назначен главным инженером-механиком BR (CME). В то время они планировали построить два новых экспериментальных поезда; один по сути представлял собой удлиненную версию АПТ-Э с турбинным приводом, а другой был аналогичен, но питался от воздушных линий электропередач через пантограф (кастрюлю). [15]
По мере поступления данных от POP и APT-E в конструкцию был внесен ряд изменений. Среди наиболее проблемных изменений был уход Leyland с рынка турбин, поскольку компания пришла к выводу, что концепция грузовика с турбинным двигателем экономически нецелесообразна. Компания в любом случае согласилась продолжить поддержку проекта, включая выпуск более мощной версии мощностью 350 лошадиных сил (260 кВт), но дала понять, что для серийного производства придется найти другое решение. В ноябре 1972 года планы изменились: построить четыре электрические версии для работы на WCML и еще две турбинные версии. С этого момента версии с турбинами все больше отставали и в конечном итоге были отменены. [15]
Возможно, это было замаскированным благословением; нефтяной кризис 1973 года привел к росту цен на топливо в три раза, а газотурбинные двигатели, как известно, испытывали жажду; TurboTrain использовал на 50–100% больше топлива, чем обычные поезда, курсирующие по тем же маршрутам. [18] Использование рекуператора компанией Leyland значительно улучшило ситуацию, но оказалось проблемой с обслуживанием. [4]
Приняв в ноябре 1972 года решение о переходе в первую очередь на электрификацию, Джонс начал формировать более крупную управленческую команду для реализации проекта в эксплуатации. Это привело к тому, что в апреле 1973 года конструкция была передана из исследовательского отдела в Управление главного инженера-механика и электрика. Проверка была проведена совместной группой двух подразделений под руководством Дэвида Букока. [19]
По результатам проверки в конструкцию был внесен ряд дополнительных изменений. Серьезной проблемой стало недавнее открытие того, что воздушные линии WCML могут создавать большие волны на линиях на скорости более 200 километров в час (120 миль в час). Это не было проблемой для двух поездов, следующих друг за другом на расстоянии нескольких 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 электроэнергию между вагонами, но это было запрещено из-за опасений по поводу наличия напряжения 25 кВ в легковых вагонах. [19] [б]
Некоторое внимание было уделено размещению обоих двигателей спина к спине на одном конце поезда, но были высказаны опасения по поводу чрезмерных усилий изгиба при движении поезда на высоких скоростях с активной функцией наклона. Итак, наконец, команда дизайнеров решила разместить двигатели спина к спине в центре поезда. [19] Оба двигателя будут идентичными, и оба будут иметь пантограф для сбора мощности, но при нормальной работе только задняя часть двух двигателей будет поднимать пантограф, а другой двигатель будет подавать мощность через муфту, расположенную вдоль крыши. . Электроэнергия преобразовывалась в постоянный ток с помощью тиристоров ASEA , питающих четыре тяговых двигателя постоянного тока мощностью 1 мегаватт (1300 л.с.), установленных в каждом силовом вагоне. Тяговые двигатели были перенесены с тележек внутрь кузова автомобиля, что позволило снизить неподрессоренную массу. Двигатели передавали свою мощность через внутренние редукторы, карданные валы и конечные передачи .
Другие изменения, предложенные опытом эксплуатации APT-E, включали изменения в вертикальной подвеске с обычных гидравлических амортизаторов на подушки безопасности, которые одновременно улучшат качество езды и снизят требования к техническому обслуживанию. По соображениям обслуживания силовые вагоны были перепроектированы, чтобы иметь собственные тележки по схеме Бо-Бо, 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. . Легковые автомобили сохранили сочлененную конструкцию, но в связи с опытом работы на АПТ-Е был внесен ряд изменений. Наконец, была желательна система, которая вызывала бы отказ системы наклона в вертикальном положении, поскольку APT-E несколько раз выходил из строя в наклоненном положении. [19]
В рамках того же обзора команда заметила, что небольшое снижение максимальной скорости значительно упростит ряд конструктивных моментов и устранит необходимость в гидрокинетических тормозах. Однако было принято решение продолжить исходную спецификацию, чтобы обеспечить максимально возможную скорость. Правительство согласилось оплатить 80% стоимости восьми поездов. [4]
Именно в это время другие группы внутри BR начали агитировать против APT, заявляя, что это слишком большой шаг, чтобы сделать его в рамках единого проекта. Они предложили построить гораздо более простую конструкцию, оснащенную обычными дизелями и не имеющую наклона, но способную развивать скорость до 125 миль в час (201 км/ч) и двигаться в любой точке сети BR. Он появился в 1970 году как высокоскоростной поезд (HST), и его развитие шло быстрыми темпами. [4] [20] [21]
По мере продолжения программы APT между руководством начались распри. Опытные инженерные ресурсы были исключены из проекта APT, вместо этого они были использованы для как можно более быстрого продвижения вперед с тем, что они считали обычным конкурентом APT. [22] Поскольку казалось, что HST будет относительно верной ставкой, совет директоров BR колебался в отношении проекта APT, в конечном итоге сократив количество поездов до четырех. Позже правительство сократило эту цифру до трёх в ходе сокращения бюджета в 1974 году. [4]
Хотя центральномоторная компоновка была самой простой с точки зрения решения непосредственных технических проблем, она вызывала значительные проблемы в эксплуатационном плане. Проход через электровагоны, соединявший две половины поезда, был, но он был шумный, тесный и не разрешенный для пассажиров. Вместо этого на каждом конце поезда теперь требовался собственный вагон-ресторан и аналогичные помещения. Разделенная конструкция также создавала проблемы на станциях, где теперь можно было использовать только два конца платформ, тогда как обычное оборудование могло парковаться с локомотивами за пределами платформы. [19]
Хотя все вспомогательное оборудование, такое как освещение, кондиционеры и воздушные компрессоры, питалось от электродвигателей переменного тока с питанием от воздушной линии 25 кВ, было признано, что в случае отключения электроэнергии условия в пассажирских транспортных средствах быстро станут невыносимыми и даже небезопасными. Каждый ведущий прицеп-фургон, то есть ведущий и ведомый транспортные средства, был оборудован дизель-генератором, способным обеспечить минимальную потребность во вспомогательной энергии. Дизель-генераторы были запущены с использованием пневмодвигателей, питаемых от воздушной системы поезда, поскольку на APT было мало аккумуляторов.
APT был разработан для более быстрого движения, чем существующие поезда на том же пути. При расчетных скоростях APT оператор не мог вовремя прочитать ограничения скорости на путевых знаках и при необходимости замедлиться. Вместо этого была представлена новая система, использующая дисплей в кабине на базе транспондера, под названием «C-APT». Радиосигнал из поезда заставил установленный на пути транспондер вернуть местное ограничение скорости. Эти герметичные транспондеры без питания размещались с интервалом не более 1 км. Ограничения скорости приближения были предусмотрены на соответствующем расстоянии вместе со звуковым сигналом; неподтверждение этих предупреждений приведет к автоматическому торможению. C-APT управлялся резервированной бортовой компьютерной системой с использованием микропроцессоров Intel 4004 . Гусеничные устройства по сути были 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 улучшений на основе уроков, извлеченных из APT-E. Однако в целях снижения энергопотребления фрикционные тормоза с гидравлическим приводом, используемые на низких скоростях, были модифицированы для питания от пассивного гидравлического усилителя, а не от гидравлического силового агрегата.
Хотя в APT-P использовалась большая часть технологий, разработанных в APT-E, строительство первого APT-P несколько раз откладывалось. Первый силовой вагон был доставлен с локомотивного завода в Дерби в июне 1977 года, а первые пассажирские вагоны - 7 июня 1978 года, с опозданием на год. Первый комплектный поезд не был готов до мая 1979 года . [4] Вскоре после этого он поступил на испытания и в декабре 1979 года установил рекорд скорости Великобритании в 162,2 мили в час (261,0 км/ч), [4] рекорд, который оставался до тех пор, пока он не был побит. на самолете Eurostar класса 373 в июле 2003 года. [24] Были поставлены два дополнительных экземпляра, каждый с незначительными изменениями: один в конце 1979 года, а последний в 1980 году. Первоначально предлагалось в 1960-х годах и было одобрено в начале 1970-х годов. , проектирование теперь значительно запоздало. [4]
Длительные задержки в производстве прототипа привели к тому, что тормозные блоки пришлось хранить в течение длительного периода перед установкой. Переход с масла на водно-гликолевую смесь потребовал внутреннего покрытия цилиндров антикоррозионным покрытием, которое разрушалось при хранении. При испытаниях цилиндры неоднократно выходили из строя, и из-за потери давления поезду требовалось почти столько же времени, чтобы замедлиться с 25 миль в час до полной остановки, так и для замедления со 125 миль в час до 25 миль в час. Во время ввода в эксплуатацию из-за этой и других проблем разработки каждая ось поезда была модифицирована и заменена.
Еще одним источником проблем были системы сжатого воздуха, которые приводили в действие тормоза и приводили в действие двери и другие движущиеся части. Воздухопроводы обычно прокладываются таким образом, чтобы были естественные низкие точки, где вода, конденсирующаяся из воздуха, собиралась и могла быть удалена. На APT эти трассы были извилистыми, в результате чего во многих местах вода собиралась, а в холодную погоду замерзала. Команда по вводу в эксплуатацию нашла разработанное Westinghouse решение, позволяющее исключить воду, вырабатываемую компрессорами, но группа проектировщиков не приняла это решение. Они заявили, что проблема не возникнет при полном составе поездов, в отличие от более короткого состава, используемого при вводе в эксплуатацию.
Наконец, только на этапе ввода в эксплуатацию АПТ-П выяснилось, что части ВЦМЛ были построены таким образом, что в случае выхода из строя двух поездов АПТ-П с их системами наклона и встречи вагонов, застрявших в наклоненном внутрь положении, они встретились. ударят друг друга. Железная дорога не была построена с учетом наклона поездов, а динамические оболочки были слишком малы для наклонного APT. Эффект не был замечен в обычных поездах, поскольку без наклона их движения оставались в пределах динамического диапазона.
Вдобавок к проблемам, в 1980 году еще одна реорганизация привела к роспуску команды APT, в результате чего ответственность за проект была распределена между несколькими подразделениями. [4]
В то время как группа по вводу в эксплуатацию продолжала сообщать о проблемах в конструкции APT и решать их, руководство BR испытывало растущее давление со стороны прессы. К началу 1980-х годов проект действовал уже более десяти лет, а поезда все еще не работали. Private Eye высмеял это, написав расписание, в котором говорилось: «ATT прибывает на Платформу 4 с опозданием на пятнадцать лет». [25] [26] Давление прессы привело к политическому давлению, которое привело к давлению со стороны руководства, и команде APT было приказано запустить поезд в эксплуатацию, несмотря на продолжающиеся проблемы.
7 декабря 1981 года представители прессы были приглашены на борт APT для его первого официального рейса из Глазго в Лондон, во время которого был установлен рекорд расписания - 4 часа 15 минут. Однако в сообщениях прессы основное внимание уделялось отчетливым неприятным ощущениям от системы наклона, а APT прозвали «тошнотворным гонщиком». Они также сообщили, что стюардесса Мари Дочерти предложила решение: «просто стоять, расставив ноги». Инженер BR предположил, что репортеры просто были слишком пьяны от бесплатного алкоголя BR. [25] На обратном пути из Лондона на следующий день один из тренеров застрял в перевернутом положении из-за отказа системы наклона, и об этом широко сообщалось в прессе. [16] Два дня спустя температура упала, и вода в гидрокинетических тормозах замерзла, что вынудило поезд прекратить движение в Крю . [27]
APT оказался в центре внимания шквала негативных репортажей в прессе. Когда выяснилось, что только два из трех АПТ-П находятся в эксплуатации, а третий будет выведен из эксплуатации на капитальный ремонт и техническое обслуживание, пресса окрестила его «поездом, подверженным авариям». [25] BR также вел второй поезд на 15 минут позже него на случай, если он выйдет из строя, и, поскольку поезд смешивался с существующим движением, его скорость была ограничена 125 милями в час вместо полной скорости. [25]
BR, отчаянно нуждающийся в хорошей рекламе, нанял бывшего ведущего Blue Peter Питера Пёрвса , чтобы тот прилетел из Глазго. По прибытии в Юстон Первс сказал, что он «отлично позавтракал в самой восхитительной обстановке», а когда его спросили о поезде, сказал, что «он плавный, тихий и в целом доставил массу удовольствия». Однако, когда он это сказал, была видна легкая дрожь и слышен звук дребезжащей посуды. [25]
В 1981 году BR наняла консалтинговую фирму Ford & Dain Partners для подготовки отчета о проекте APT и внесения предложений по его улучшению. В ноябре 1981 года он подготовил промежуточный отчет, а в декабре — окончательную версию. [28] [29] В их отчетах сначала говорилось, что технические аспекты конструкции в основном завершены, хотя они обращали внимание на тормозную систему, но структура управления представляла собой серьезную проблему, и за нее должен был быть один менеджер. весь проект. Это привело к назначению Джона Митчелла на должность менеджера APT. [3] Дела сразу улучшились.
Среди улучшений было исправление укачивания пассажиров. Команда по вводу в эксплуатацию была хорошо осведомлена об этой проблеме до того, как она была введена в эксплуатацию, но об этом не было упомянуто в прессе, когда она была замечена во время публичных запусков. Проблема возникла из-за двух эффектов. Во-первых, система управления не реагировала мгновенно, поэтому автомобили, как правило, не реагировали при первом начале поворота, а затем быстро реагировали, чтобы компенсировать это отставание. Решением этой проблемы было получение информации о наклоне от идущей впереди машины, 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 равновесного восприятия тела может чувствовать движение, но внутри закрытой комнаты это движение невозможно увидеть. На APT можно было легко увидеть наклон поезда при входе в поворот, но ощущения этого движения не было. Результат был тот же: путаница между зрительной системой и системой эквилибриоцепции. Решение было почти тривиальным; Небольшое уменьшение наклона до преднамеренного меньшего значения, чем необходимо, привело к небольшому количеству остаточной центробежной силы, которая была воспринята системой эквилибриоцепции как совершенно естественная, что, как оказалось, устранило эффект.
Это также привело к еще одному смущающему открытию. Работа, которая предложила величину наклона, необходимую для снижения боковых сил до приемлемого уровня, в конечном итоге была связана с короткой серией исследований, проведенных паровозом на железнодорожной ветке в северном Уэльсе в 1949 году. Серия обновленных исследований, проведенных в 1949 году. 1983 год продемонстрировал необходимость меньшего наклона — около шести градусов. Это было в пределах диапазона, возможного при вираже, а это означало, что наклон может вообще не потребоваться. [17]
Поезда АПТ-П были вновь введены в эксплуатацию в середине 1984 года, но не упоминались как таковые ни в одном расписании; пассажиры узнают, принимают ли они APT, только когда он прибудет на платформу. Эти поезда показали себя хорошо, проблемы, по-видимому, были устранены. Однако политическая и управленческая воля продолжить проект и построить запланированные серийные автомобили APT-S со скоростью 140 миль в час испарилась.
Между тем, HST поступил на вооружение под названием InterCity 125 в 1976 году и имел всесторонний успех. Его дизельный режим работы и немного более низкие скорости также означали, что он мог работать в большей части сети BR. Давление с целью отказаться от APT в пользу HST было постоянным. Сторонники APT все больше изолировались, и зимой 1985/6 года система была выведена из эксплуатации. Официально это было оформлено в 1987 году, когда поезда разобрали и отправили в музеи.
Один комплект APT-P хранился в депо Глазго Шилдс и один или два раза использовался в качестве электропоезда для перевозки журналистов из Центрального Глазго на железнодорожный вокзал Андерстона и обратно для шотландского выставочного и конференц-центра . Второй APT-P хранился на запасном пути позади Crewe Works. Глазго APT-P и третий APT-P были списаны без огласки.
Провал проекта APT широко освещался в 1980-х годах и с тех пор остается темой некоторых дискуссий. Авторы в целом согласны с тем, что технические аспекты проекта были в основном решены ко времени внедрения второго сервиса, и возлагают большую часть вины за задержки на изменение структур управления и борьбу внутри BR между APT и HST. Также были опасения, что проведение разработок в БР само по себе является серьезной проблемой, поскольку это означало, что их промышленные партнеры не принимали участия, а их многолетний практический опыт игнорировался. [17]
Сроки разработки также являются предметом серьезных дискуссий. Для сравнения, канадский поезд LRC начал разработку одновременно с APT, разработал собственную уникальную активную систему наклона и начал производство в конце 1970-х годов. Как и APT, LRC также столкнулась с проблемами становления, на решение которых потребовалось некоторое время, и подверглась упрекам в прессе по поводу этих неудач. В отличие от APT, у LRC не было конкурентов, и руководство торопилось снять Turbo с эксплуатации. Системе было предоставлено время, необходимое для доработки, без серьезной возможности отмены. [30]
Медленные темпы развития APT объясняются скудным бюджетом в 50 миллионов фунтов стерлингов на 15 лет, хотя пресса того времени считала его слишком высоким. [17] Эту сумму можно сравнить с примерно 100 миллионами фунтов стерлингов, потраченными British Leyland на разработку Austin Mini Metro , проекта, который был технически тривиален 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, в котором система наклона стала дополнительной, а двигатели были перемещены на оба конца поезда, а между ними работали силовые муфты. Позднее этот проект был переименован в InterCity 225 (IC225), возможно, чтобы дистанцироваться от плохой огласки вокруг APT-P. Конструкция автобуса Mark 4 , которая была представлена как часть новых комплектов IC225 для электрификации магистральной линии Восточного побережья , позволяла модернизировать механизм наклона, хотя это так и не было реализовано. Локомотивы класса 91 , на которых установлены IC225, имели конструктивные особенности, «импортированные оптом» из силовых вагонов APT-P, включая тяговые двигатели, установленные на кузове, а не на тележке, для уменьшения неподрессоренной нагрузки, а также наличие трансформатора внизу, а не наверху подрамника. для уменьшения центра тяжести. Однако, в отличие от электромобилей APT-P, они никогда не предназначались для наклона. [32] [33]
В 1976 году компания Fiat Ferroviaria построила поезд ETR 401, наклоняемый поезд с активной системой наклона на 10 градусов, которая использовала гироскопы для обнаружения поворота на ранних этапах, чтобы обеспечить более пунктуальный и комфортный наклон: именно поэтому проект FIAT имеет успех с 70-х годов. В 1982 году FIAT приобрела несколько патентов APT, которые были использованы для улучшения технологии поездов ETR 450. [34]
Введение в состав флота эскадрильи, получившей обозначение APT-S, не произошло, как первоначально предполагалось. Проект APT уступил недостаточной политической воле в Соединенном Королевстве, чтобы продолжать решать трудности, с которыми столкнулись многие незрелые технологии, необходимые для новаторского проекта такого рода. Решение не продолжать было принято на фоне негативного общественного мнения, сформированного освещением того времени в средствах массовой информации. [35] [36] APT признана важной вехой в развитии нынешнего поколения наклоняемых высокоскоростных поездов. [ нужна цитата ] 25 лет спустя благодаря обновленной инфраструктуре Pendolinos класса 390 теперь соответствуют запланированным срокам APT. Маршрут из Лондона в Глазго по APT (расписание 1980/81 года) длился 4 часа 10 минут, то же самое время, что и самое быстрое время в Пендолино (расписание на декабрь 2008 года).
В 2006 году во время единственного беспосадочного благотворительного забега Pendolino преодолел путь из Глазго в Лондон за 3 часа 55 минут, тогда как в 1984 году APT завершил обратный рейс из Лондона в Глазго за 3 часа 52 минуты. [37]
17 июня 2021 года Pendolino по имени Royal Scot, управляемый Avanti West Coast, попытался побить рекорд, но не дотянул до рекордного времени всего на 21 секунду. Поезд из девяти вагонов двигался без остановок со средней скоростью 103 миль в час по маршруту длиной 401 милю. [38]
Постоянный анализ данных, собранных в ходе проекта, привел к лучшему пониманию причин износа гусениц и необходимости снижения неподрессоренной массы, а не снижения общего веса вагона. Это привело к разработке BREL P3/T3 для British Rail Class 365 и British Rail Class 465 , который, среди других усовершенствований, отличался колесами меньшего радиуса. Компания BREL продолжила разработку концепции производства усовершенствованной пригородной тележки, что сыграло важную роль в приобретении компанией ABB компании BREL. [39]
Устройство APT-E сейчас принадлежит Национальному железнодорожному музею и выставлено в его музее передвижения в Шилдоне в графстве Дарем . Устройство APT-P теперь выставлено в Центре наследия Крю, и его можно увидеть в поездах, проходящих по прилегающей главной линии Западного побережья, вместе с силовым вагоном APT-P номер 49006, который прибыл в марте 2018 года после семи лет работы в Музее электрических железных дорог недалеко от Ковентри .
Во время специальных мероприятий прицеп 370003 предлагает функцию «наклона», которая включает наклон автобуса, когда он неподвижен.
