Журнал Наука и Техника (НиТ) - «Наука и Техника» [журнал для перспективной молодежи], 2007 № 07 (14)

Высокоскоростной колесный транспорт состоит в коммерческой эксплуатации с 1964 года. За этот сравнительно короткий интервал времени он утвердился на рынке транспортных услуг таких стран, как Япония, Франция, Германия, Нидерланды, Бельгия, Швейцария, Италия, Испания, Дания, Швеция, Норвегия, Австралия. Сейчас ведутся работы по его внедрению в США, Канаде, Южной Корее, Китае. Здесь коснемся только высокоскоростных поездов Японии, Франции и Германии, так как они в полной мере характеризуют уровень развития этой транспортной технологии.

Высокоскоростные поезда Shinkansen начали курсировать между Токио и Осака, отстоящих на расстоянии 515 км, с октября 1964 года. Сейчас общая протяженность железных дорог Синкан-сен составляет более 2300 км. Термин Shinkansen был определен в мае 1970 года в опубликованном законе «О создании общенациональной сети Shinkansen следующим образом: так принято именовать железнодорожную магистраль, большую часть протяженности которой поезд в состоянии следовать со скоростью 200 км/ч. На магистрали Shinkansen в настоящее время эксплуатируются 11 типов поездов нескольких поколений. Ключевыми являются поезда серий: 0; 300; 500; Е4; 700.

Высокоскоростные пассажирские поезда TGV (аббревиатура французских слов Train a Grande Vitesse — поезд высокой скорости) эксплуатируется на железных дорогах Франции и многих стран Европы, начиная с 1981 года. За это время создано три поколения высокоскоростных поездов TGV. Все эти три поколения базировались на принятой в 1974 году концепции создания поездов постоянной составности сочлененной конструкции (то есть опирание концов смежных промежуточных вагонов на общие тележки) при локомотивной тяге с размещением тягового электрооборудования на концевых вагонах. Это дало возможность уменьшить число тележек и, как следствие, — массу состава, снизить положение центра тяжести вагонов (уровень пола вагона над УГР составил всего 0,9 м), обеспечить жесткое соединение вагонов. Такие технические решения обусловили снижение сил основного сопротивления движению (аэродинамического, сопротивления от внутреннего трения в подвижном составе, а также от взаимодействия состава и пути), и тем самым обеспечили достижение высоких скоростей. Этими мероприятиями были созданы также условия для повышения динамической устойчивости поезда, стабильности хода при высокой скорости и уменьшения динамических воздействий движущегося поезда на путь.

На поездах TGV Atlantique и TGV Reseau были установлены рекорды для железных дорог как максимальной скорости, так и средней скорости движения пассажирских составов.

Первый рекорд (скорость 515,3 км/ч) был достигнут на поезде TGV Atlantique № 325 18 мая 1990 г. в 10 ч. 06 мин. вблизи станции Вандом (166,8 км от Парижа). Серийный поезд бы/i модифицирован. Число промежуточных вагонов было сокращено с 10 до 3.

Рекорд средней скорости движения 305,5 км/ч был установлен 26 мая 2001 года поездом TGV Reseau № 531 при прохождении пути между Кале и Марселем длиной 1067,2 км за 3 часа 29 мин. 36 с.

Уже сейчас более 300 поездов TGV курсируют между столицами и крупными городами Европы. Поезда Eurostar обслуживают перевозки по тоннелю под Ла-Маншем между Францией и Бельгией с одной стороны и Великобританией — с другой. Высокоскоростной поезд Thalys связывает между собой Париж-Брюссель-Кельн-Амстердам (РВКА).

Высокоскоростные поезда Германии ICE (аббревиатура InterCity Express — междугородний экспресс) строит консорциум в составе АВВ-Henshel, AEG, Krupp, Thyssen, Krauss-Maffei и Simens.

Поезда ICE 1 и ICE 2 ввиду высокой осевой нагрузки предназначены для работ только на внутригерманских железных дорогах. Для выхода на железные дороги других стран Европы разработан поезд нового поколения ICE 3.

Поезд ICE 3 имеет два исполнения — односистемный для использования внутри Германии и четырехсистемный для международных перевозок между Германией, Францией, Австрией, Нидерландами и Бельгией.

Нисколько не умаляя значения описанных выше достижений в области создания высокоскоростных колесных поездов, следует признать, что система «колесо-рельс» имеет потолок рентабельности при скоростях более 300–350 км/ч. Наличие в этой системе механического контакта порождает на высоких скоростях проблемы (сцепление, износ, динамические нагрузки), многие из которых сегодня неразрешимы. Устранение этого препятствия мировое инженерно-техническое сообщество начало интенсивно искать в замене системы «колесо-рельс» бесконтактными системами, использующими воздушную или магнитную подушку. Воздушная подушка довольно скоро показала свою неконкурентоспособное™ из-за низких энергетических показателей и множества экологических проблем. Использование же для этих целей электромагнитного поля оказалось весьма перспективным.

Поезд TGV-Duplex

Поезд ICE-1

В настоящее время в мире имеются два типа транспортных систем на магнитном подвесе, которые практически доведены до стадии внедрения в коммерческую эксплуатацию. Это германская система Transrapid (производное от двух немецких слов Transport rapid — транспорт быстрый) и японская ML (аббревиатура английских слов Magnetic Levitation — магнитная левитация, или магнитный подвес).

Для обеих транспортных систем общим является то, что движение вагонов вдоль путевого полотна в них обеспечивается за счет использования линейного электрического синхронного двигателя.

Подвес и боковое направление вагона относительно путевого полотна в этих двух системах принципиально различаются: в Transrapid для этих целей применяется электромагнитная система, а в ML — электродинамическая.

Практическая реализация таких систем стала на сегодняшний день возможной благодаря современному состоянию таких высоких технологий, как преобразовательная и микропроцессорная техника, являющихся узловыми в системе электромагнитного подвеса, а также технической сверхпроводимости, без которой невозможно реализовать электродинамический подвес с требуемыми параметрами.

В Германии создан двухвагонный поезд на электромагнитном подвесе Transrapid, прошедший на 46 км полигона в Эмслянде полный цикл испытаний — от ходовых до приемочных. Подготовлен и рассматривается в правительстве закон о строительстве такой системы между Гамбургом и Берлином. Ведутся переговоры между Германией и США о строительстве системы Transrapid. Совместно Германией и Китаем построена и сдана в эксплуатацию 30-километровая линия Transrapid между центром Шанхая и аэропортом Пудонг.

В Японии планируется ввести первую очередь системы на электродинамическом подвесе ML между Токио и Осака параллельно действующей линии Shinkansen. Строительство первой очереди начато с ее середины между городами Оцуки и Цуру префектуры Яманаши, с тем чтобы дальнейшее строительство вести в оба направления — к Токио и Осака. В 1997 году построен двухпутный участок, длиной 18 км, где два поезда MLX (3-вагонный и 4-нагонный) успешно прошли ходовые, функциональные и ресурсные испытания. При испытаниях поездов, движущихся навстречу друг другу, достигалась относительная скорость 1003 км/ч, причем в обоих поездах находились люди.