Ноу-хау в железнодорожном транспорте

Сегодня я познакомлю вас с результатами моих изысканий на тему самых оригинальных конструкторских идей, связанных с рельсами и шпалами. В современном мире очень популярны разнообразные рейтинги, топ-листы и пр. Поэтому, чтобы не отставать от моды, я также решил составить свой персональный топ-лист самых сумасшедших и дерзких ноу-хау в железнодорожном транспорте. 

От винта!

Где-то на рубеже двадцатых годов прошлого века конструкторы поездов стали задумываться о радикальном увеличении скорости поездов. Предлагались самые разнообразные методы и конструктивные решения для улучшения основных характеристик железнодорожного транспорта: грузоподъемности и скорости. В 1917 году молодой русский инженер-самоучка Валериан Абаковский предложил проект аэровагона с воздушным винтом авиационного типа (рисунок 1). «Рельсолёт» Абаковского был способен разгоняться до фантастической по тем временам скорости – 140 км/ч. К сожалению, проект не получил дальнейшего развития, т. к. автор изобретения трагически погиб в июле 1921 года в железнодорожной катастрофе.

 

Рельсолёт инженера Абаковского
Рисунок 1 – Рельсолёт инженера Абаковского.

Приблизительно в это же время немецкий инженер и ученый Франц Крукенберг работал над собственным проектом самоходного вагона (автомотрисы). Из-за характерного внешнего вида, его проект получил название Scheinenzeppelin или «Рельсовый цеппелин». Цеппелин Крукенберга имел каркасную конструкцию с внешней алюминиевой обшивкой (рисунок 2). В первоначальном варианте конструкции использовался 4-х лопастной винт, затем он был заменен на 2-х лопастной. Для уменьшения сопротивления корпусу автомотрисы придали характерные аэродинамические обводы в носовой и хвостовой частях. А для создания достаточной прижимающей силы на высокой скорости ось воздушного винта располагалась под углом 7 градусов к горизонтали. В качестве силовой установки во время испытаний использовался 12-ти цилиндровый двигатель BMW VI мощностью более 600 л. с.

21 июня 1931 года на линии Берлин-Гамбург Цеппелин установил новый рекорд скорости, который был обновлен лишь спустя 23 года: аэровагон Крукенберга разогнался до 230 км/ч.

Аэровагон Франца Крукенберга
Рисунок 2 – Аэровагон Франца Крукенберга.

Идею использования в качестве движителя открытого воздушного винта поддержали шотландцы. Правда, если быть совсем точным, это была не классическая двухколейная дорога, а аэромонорельсовая дорога – Railplane (рисунок 3). Автором этого проекта стал инженер-энтузиаст Джордж Бенни. 8 июля 1930 года неподалёку от Глазго состоялось официальное открытие первой и единственной в мире экспериментальной аэромонорельсовой дороги. Расчетная скорость «летающего поезда» достигала 200 км/ч.

Д. Бенни провел очень много успешных демонстраций своего чудо-изобретения, но финансовые проблемы убили и этот очередной «революционный» проект.

«Летающий поезд» Джорджа Бенни
Рисунок 3 – «Летающий поезд» Джорджа Бенни.

Если вернуться к русской (российской, советской) инженерной школе, то темой использования авиационной силовой установки на ж/д транспорте мы снова заинтересовались только в конце 60-х годов. Проект получил название СВЛ – «Скоростной вагон-лаборатория».  Его разработкой занималось КБ Калининского вагоностроительного завода. В качестве силовой установки в СВЛ предполагалось использовать двигатель РД-45. Но от этой идеи быстро отказались. В результате, дальнейшее проектирование шло вокруг турбореактивного двигателя АИ-25 А. С. Яковлева (рисунок 4). Во время испытаний в 1972 году СВЛ достиг максимальной скорости 250 км/ч. При этом расчеты показали, что максимальная конструкционная скорость для СВЛ составляет порядка 360 км/ч. Много это или мало? Судите сами. Высокоскоростной электропоезд «Сапсан» (семейство электропоездов Velaro) на текущий момент способен развивать скорость только до 300 км/ч.

Советский "реактивный" локомотив
Рисунок 4 – Советский «реактивный» локомотив.

Реактивная тяга

Реактивный локомотив пытались создать и за рубежом. 23 июля 1966 году в США по железной дороге, соединяющей города Батлер и Страйкер, проехал опытный реактивный вагон (локомотив) на базе дизельной мотрисы Budd RDC с двумя турбореактивными двигателями фирмы General Electric J47-GE-19 (с тягой 23 кН). Во время испытаний «Черный жук» – это кодовое название проекта – достиг максимальной скорость 296 км/ч (рисунок 5).

Реактивный поезд M-497 "Black Beetle" («Черный жук»)
Рисунок 5 – Реактивный поезд M-497 «Black Beetle» («Черный жук»).

В современной истории реактивными поездами активно занимается канадская фирма Bombardier Transportation, которая в 2002 году презентовала свой турбо-поезд JetTrain, разработанный специально для неэлектрифицированных железных дорог Северной Америки. В локомотиве JetTrain используется турбореактивный двигатель Pratt & Whitney PW150 мощностью порядка 5000 л. с.

Монорельс

О монорельсах мы уже упоминали в начале нашего обзора, теперь давайте обратимся к истокам этого явления. На рисунке 6 показан один из первых патентов на прототип монорельса – это патент британского инженера Генри Палмера от 1821 года. Учитывая, что это было начало 19-го века, поезда передвигались по рельсам лишь благодаря лошадям и людям. Мне больше по душе электричество, поэтому давайте сразу же перенесемся на сто лет вперед.

Один из первых патентов на монорельсовую дорогу
Рисунок 6 – Один из первых патентов на монорельсовую дорогу.

В 30-х годах в молодой и амбициозной Советской Республике родился не менее дерзкий и революционный проект скоростного электропоезда, совершенно уникальной и неповторимой конструкции. Автором идеи был молодой инженер Николай Ярмольчук – выпускник МВТУ и МЭИ. Ярмольчук придумал свой поезд (или даже больше – новый вид железнодорожного транспорта) еще в 1924 году, но воплотить свою мечту в металле и бетоне смог только после того, как получил соответствующее техническое образование.

Мечта инженера Ярмольчука называлась просто и незамысловато: шаропоезд. Вместо традиционной колесной пары Н. Я. предложил использовать шары, а пара рельсов (колея) была заменена бетонным желобом-лотком (см. рисунок 7).

Шаропоезд Н. Г. Ярмольчука
Рисунок 7 – Шаропоезд Н. Г. Ярмольчука.

Проект получил одобрение самого высокого начальства, изобретателю выделили миллион рублей, а при Народном комиссариате путей сообщения создали специальный отдел – Бюро опытного строительства сверхскоростного транспорта (БОССТ). Вскоре был готов первый уменьшенный прототип шаровагона, вмещающий двух человек. Затем количество вагонов увеличили до пяти.

Экспериментальный мини-поезд мог развивать скорость до 70 км/ч. После успешных испытаний Ярмольчук приступил к разработке проектов шаропоездов уже в натуральную величину. Самый большой шаропоезд был способен разгоняться до 300 км/ч. Параллельно начались работы по проектированию опытно-эксплуатационной шаролотковой дороги протяжённостью 50 км. Всё шло замечательно, но тут в дело вступили экономисты, которые и «похоронили» футуристический проект инженера Ярмольчука.

Идеи и отдельные элементы проекта «монорельсового» шаропоезда на многие десятилетия опередили свое время, и сейчас переживают свое второе рождение.