Ромэн Яров - Скоростные поезда

Один такой прибор имеет педаль, на которую машинист нажимает ногой. Педаль может занимать три положения — верхнее, нижнее и среднее. Именно это последнее и свидетельствует о том, что все в порядке. Через каждые 60 сек педаль поднимается вверх, и если машинист не опустит ее в среднее положение, через 5–6 сек автоматически включаются тормоза. Если с машинистом что-то произошло, скажем, он упал, и под тяжестью его тела педаль опустилась в нижнее положение, происходит то же самое — раздается громкий звук, и через те же 5–6 сек включаются тормоза. Эта конструкция испытывалась на европейских дорогах.

Американцы для решения подобной задачи вмонтировали в виденье машиниста антенну, представляющая собой медную рамку. Перевод рукояток и нажатие сигналов меняют выходную мощность системы. Если машинист вдруг становится неподвижным, через 20 сек включаются звуковой и световой сигналы. Если машинист не реагирует и на это, еще через 10 сек приводятся в действие экстренные тормоза. Эти приборы не специфичны исключительно для скоростных поездов, но именно здесь они как нельзя более кстати.

А как обстоят дела с другим направлением, представители которого работают над движением без машиниста?

Подобные работы были начаты в нашей стране во второй половине 50-х годов. В 1956 г. была разработана первая в мире модель автомашиниста для электропоезда железных дорог. Затем создается система автоматического управления для поездов московского метрополитена, состоящая из трех основных элементов: малогабаритной электронно-вычислительной машины с комплексом датчиков, специальной автоблокировки и локомотивной сигнализации. В настоящее время на московском метро эксплуатируется шесть поездов с автомашинистами.

В 1967 г. на опытном участке вблизи Сан-Франциска испытывалась автоматическая система управления поездами, движущимися со скоростью до 128 км/ч. Стодвадцатикилометровая сеть с автоматическим управлением поездами рассчитывается на перевозку 60 тыс. пассажиров в час. Систему автоматического управления движением разрабатывало несколько конкурирующих фирм. «Дженерал электрик» предложила непрерывно действующее радиолокационное устройство. Передатчик с поезда посылает сигнал в линию, состоящую из двух алюминиевых полос. Если впереди есть поезд, сигнал отражается от него и возвращается назад. Возвратившийся сигнал пропорционален расстоянию между поездами. Он подается в регулятор скорости и интервала, и поезд может замедлить ход до полной остановки.

По системе фирмы «Вестингауз» на моторном вагоне стоят датчики, устанавливающие режим движения поезда. Связь между ними и вычислительными машинами осуществляется с помощью проволочного контура, уложенного между рельсами. Генераторы на головном и хвостовом вагонах питают индуктивные катушки, и в контуре наводятся сигналы. Они поступают в управляющее устройство, которое рассчитывает скорость поезда, сравнивает ее с допустимой, определяет расстояние до впереди идущего поезда или до остановки и передает в систему управления поезда команды увеличить или уменьшить скорость.

Как видим, работы ведутся в самых разных направлениях. Общий их смысл в том, что кибернетика становится неотделимой спутницей железных дорог. Это не удивительно. Ведь если самолет может передвигаться в трех измерениях, автомобиль в двух, то поезд — только в одном. А это значительно упрощает все работы, связанные с программированием движения.

Высокие скорости требуют не только мощных локомотивов, но и совершенно особого технического оснащения путевого хозяйства и подвижного состава. И помимо таких, чисто конструкторских вопросов, встал еще один, казалось бы, до сих пор являвшийся привилегией авиаторов и не очень смущавший инженеров наземного транспорта.

Два поезда мчались навстречу друг другу. Все ближе, ближе, вот поравнялись. И в этот момент машинист одного из электровозов ЧС2 вдруг услышал глухой удар над крышей. Оказалось, что встречным потоком воздуха подняло передний нерабочий пантограф, который ударился о фиксатор контактного провода и сломался. Этот случай произошел на Октябрьской железной дороге летом 1965 г. Инженеры могут рассказать о множестве подобных происшествий. При относительных скоростях встречных поездов, приближающихся к 300 км/ч, воздушная волна выдавливает оконные стекла. И это не удивительно. Когда оба состава движутся со скоростями 160 км/ч, давление воздуха на стены и окна составляет 2 кГ/см 2. Поезд, весящий 300 т и движущийся со скоростью 200 км/ч, испытывает воздушное сопротивление силой в 6–8 т. Что уж тут говорить об отдельном человеке, попавшем в этот мощный воздушный поток. Известно, что подходить близко к работающим реактивным двигателям самолета не стоит. Точно таких же предосторожностей требует и быстро идущий поезд. Если скорость его равна 250 км/ч, то человек, стоящий на расстоянии 1 м от стенки вагона, почувствует «прикосновение» воздушной струи силой в 50 кГ. Не поздоровится от такого «прикосновения». Даже на расстоянии 2,5 м от стенки сила воздушного удара составит 6 кГ, что, в общем тоже немало.

Как несовершенны были старинные паровозы с точки зрения аэродинамики! Сколько угловатых, прямоугольных выступающих за линии общего контура частей! Это объясняется просто: при скорости 30 км/ч воздушное сопротивление по отношению к общему составляет всего 5 %, и потому не было нужды работать над обтекаемостью паровозов. Увеличьте скорость до 1100 км/ч , сопротивление вырастет до 35 %. А при скорости 1230 км/ч 70 % всей потребляемой мощности поезд затрачивает на то, чтобы разрывать возникающую перед ним воздушную стену.

Инженеры-железнодорожники встали перед той же проблемой, которая постоянно волнует авиаторов. Но на земле она оказалась в чем-то посложнее. В самом деле, поезд под один фюзеляж не спрячешь, форму капли ему не придашь. Он всегда будет состоять из вагонов, а следовательно, и промежутков между ними. Отсюда лишние завихрения. Те «собачьи ящики» под вагонами, в которых путешествовали беспризорники, для поезда больших скоростей недопустимы, как недопустимы вообще любые выступающие агрегаты.

Для скоростных и сверхскоростных поездов важно выяснить, как зависит аэродинамическое сопротивление от скорости и направления ветра, строения пути, как распределяются силы воздушного сопротивления по поверхности состава, на какие элементы приходится наибольшая их часть. При скорости 160 км/ч разница между лобовым давлением и давлением в хвосте составляет 95 кГ/см 2. А это значит, что вдоль состава проходят зоны разного давления. При скорости 250 км/ч не будет разрешено открывать окна. Следовательно, надо знать, как распределяются эти зоны, чтобы правильно спроектировать вентиляцию, кондиционирование воздуха, выхлопные устройства тепловозных дизелей.