Ромэн Яров - Скоростные поезда

Все это элементы чисто конструкторские. Но ведь существуют еще требования эксплуатационников, которые хотят, чтобы все узлы и агрегаты работали надежно и их было бы легко обслуживать. Затем поезд должен удовлетворять всем требованиям технической эстетики. И, наконец, технологи, как всегда, хотят, чтобы все детали легко было сделать, а агрегаты собрать. Короче говоря, инженеры-железнодорожники столкнулись с проблемами, никогда доселе перед ними не стоявшими. Зато этими же вопросами много лет подряд занимаются авиационники. Пришлось обратиться к их опыту, их оборудованию и… моделям. В аэродинамической трубе расположили модели, каждая из которых имитировала форму лобовой части одного из составов.

Существуют методы испытаний будущих машин с помощью моделей, где соответствие форм модели и прототипа вовсе не обязательно. Здесь было совсем не так. Выявлялась форма будущего поезда, и поэтому модель ее полностью повторяла. Это был, по существу, гипсовый макет, причем не только будущих, но — и существующих поездов. Быть может, уже найденные формы можно будет оставить? Множество научных организаций нашей страны принимало участие в этих экспериментах: Всесоюзный научно-исследовательский институт вагоностроения, Рижский и Калининский вагоностроительные заводы, Институт подшипниковой промышленности, Институт механики МГУ и др.

И вот маленькая модель заключена в трубу, где дует ураганный ветер. Но он нисколько не больше того, с которым придется бороться сверхскоростному поезду. Ураган, срывающий крыши с домов, имеет скорость 30 м/сек , поезду же придется преодолевать 60–75 м/сек. Одна модель, другая, третья… Сразу ясно, что формы многих ныне существующих электропоездов не годятся: слишком сильно лобовое сопротивление. Самыми лучшими оказались формы, предложенные МГУ и Рижским вагоностроительным заводом. Опыт и расчеты помогли установить очень важные закономерности. Поезд всего — из одного вагона с самыми лучшими из ныне существующих форм для того, чтобы двигаться со скоростью 250 км/ч, должен иметь двигатель мощностью 1150 л. с. А те формы, которые «рекомендовала» аэродинамическая труба, позволяют снизить эту мощность до 800 л. с. Правда, для поезда длиной в несколько вагонов экономия уменьшится, но, конечно, не исчезнет совсем.

Разумеется, уменьшение экономии с увеличением длины поезда явление не случайное. Самолет весь, как сорвавшаяся капля. С поездом то же самое сделать трудно. Его даже в аэродинамическую трубу трудно поместить. Но отдельные части можно. И вот вслед за моделями передней части локомотивов настала очередь моделей вагонов, и с полностью закрытым подвагонным пространством и с закрытым лишь частично. Три модели каждого типа образовали «поезд». Что же показали испытания? Если хоть частично закрыть подвагонное пространство, то при скорости 200 км/ч трехвагонный поезд потребует на 150 л. с. меньше, чем это нужно для движения такого же поезда, где внизу ураганный ветер цепляется за каждый выступ. А если днище вагона сделать таким же гладким, как низ самолета, то экономия мощности возрастет до 400 л. с. При этом, правда, ухудшится доступ к некоторым узлам. Что ж, придется разрабатывать новые методы проверки и осмотра, да и эксплуатации вообще.

Вихри под полом вагона «съедают» большую часть мощности локомотивных двигателей. Но свою долю «требуют» и те вихри, которые возникают в пространстве между вагонами. Встаньте на переходе из вагона в вагон в обычном поезде. Вы увидите торцы вагонов, лестницы, ведущие на крыши, и проносящиеся пейзажи. Поезду из десяти вагонов, идущему со скоростью 200 км/ч, эти картины обойдутся в лишних 500 л. с. Чтобы этого не было, придется полностью закрыть интервалы между вагонами или, на худой конец, уменьшить их, чтобы негде было разгуляться ветру. Вообще поезд, мчащийся с той скоростью, с какой совсем недавно летал самолет (например, послевоенный ЯК-18 делал в час около 250 км ), должен быть гладок, как птица.

Высокая скорость опрокидывает все привычные представления и взгляды. Ну что такое, казалось бы, вагонный поручень? А между тем эти в общем-то необходимые детали увеличивают требуемую мощность на 20 л. с. Смотровые мостки, проложенные по крыше вагона, — на 28 л. с . И таких «мелочей» набирается очень много.

Проблема создания сверхскоростного поезда является одной из сложнейших, какие стояли когда-либо перед инженерами железнодорожного транспорта. Свой собственный опыт придется коренным образом пересмотреть, привлечь на помощь опыт инженеров других отраслей промышленности, в первую очередь, авиации. Технические средства, рождающиеся на стыке разных отраслей промышленности, приводят к поразительным достижениям. Сверхскоростной поезд — одно из них.

Законы аэродинамики выступают как будто в роли врагов сверхскоростного поезда. Но нет худа без добра. Воздушное сопротивление препятствует движению поезда — но оно же может оказаться и полезным. Колоссальное давление воздуха на стенки поезда приведет к тому, что он будет меньше колебаться в поперечном направлении. Уменьшится виляние. Воздух превратится как бы в плотную оболочку, гасящую колебания, прижимающую поезд к рельсам. Тут может возникнуть новая отрасль науки — аэродинамика скоростных поездов. Так технические проблемы приводят к возникновению научных дисциплин, а те, в свою очередь, способствуют развитию техники.

Если отдельные паровозы-рекордсмены могли в старину двигаться со сверхвысокими скоростями, то путь на подобную резвость никак не был рассчитан. Вот поэтому-то сейчас при обдумывании проблем скоростного движения инженеры обращают внимание на подготовку пути не меньшее (если не большее), чем на конструкцию подвижного состава. Прежде всего речь идет об улучшении плана трассы. Эта работа заключается в увеличении радиусов кривых и спрямлении отдельных участков. Важность ее легко понять из таких цифр: в нашей стране на каждые 100 км сети приходится в среднем 8-16 участков для грузовых и 20–40 участков для пассажирских поездов, где из-за кривых приходится снижать скорость. При радиусе 600 м скорость не может быть больше 115 км/ч, при радиусе 800 м — больше 130 км/ч. Вот поэтому улучшение трассы в плане сыграет очень большую роль при подготовке к сверхскоростному движению. Американцы подсчитали: если можно выиграть минуту в пути, затратив от 46 тыс. до 115 тыс. долларов, на эти расходы целесообразно идти. Поэтому при спрямлении дорог они прибегают к очень большим капитальным работам, вплоть до постройки тоннелей, виадуков, изменения русел рек.