воскресенье, 8 февраля 2015 г.

Неизвестный отечественный монорельс (часть 2)


Первая мировая война, революция, интервенция, гражданская... Казалось бы, о каких монорельсах в России может идти речь? Но уже в 1921 году началось строительство 20-мильной линии (32 км) между Петроградом и Царским Селом по проекту Петра Петровича Шиловского.

Далеко за Нарвской заставой


Это был так называемый монорельс с гироскопической стабилизацией, впервые запатентованный Луи Бреннаном в 1903 году. Вагончик с массивным маховиком под полом, как цирковой эквилибрист, сохранял равновесие на единственном железнодорожном рельсе. Таким образом, достигалась значительная экономия на стоимости железнодорожного пути, упрощалась конструкция стрелок.

Несмотря на необычный внешний вид, транспорт был вполне безопасным; при отключении питания боковые подножки можно было опустить прежде, чем гироскоп остановится.

Столь необычная на первый взгляд идея получила поддержку благодаря авторитету Петра Шиловского. Занимая высокие посты на государственной службе, он одновременно всерьез увлекался техническим творчеством. Еще в 1909 году он запатентовал спользование гироскопа для стабилизации повозок, подводных лодок и торпед. В 1911 году, на выставке в Санкт-Петербурге, посвященной 75-летию железных дорог, он представил модель усовершенствованной гироскопической дороги.


В 1912 году Шиловский вместе с фирмой Уолсли начинает строить в Лондоне "Гирокар" - двухколесный автомобиль, стабилизируемый гироскопом. Автомобиль был построен в 1913 году и успешно испытан. После начала первой мировой войны Шиловский предлагает правительству России ряд весьма ценных изобретений: гироскопический стабилизатор морского орудия, стабилизатор прожекторов, и гирокомпас для самолетов, испытанный на бомбардировщике "Илья Муромец". Эти достижения, а также успешные испытания "Гирокара" в Лондоне дали новому, революционному правительству России полную уверенность и в успехе гироскопического монорельса. В условиях дефицита рельсов во время гражданской войны новый транспорт выглядел весьма привлекательным. Кроме того, то была и возможность упростить строительство военных полевых узкоколеек.

В 1919 году опытной дороге было придано общегосударственное значение, и руководство строительством ее было поручено Всероссийскому совету народного хозяйства (ВСНХ).
В течении года группа инженеров (Р.Н.Вульф, А.М.Годыцкий-Цвирко, В.Н.Евреинов, Р.А.Лютер, А.С.Шварц и другие) под руководством Шиловского создала проект однорельсового пути и гироскопическиго поезда. К теоретическому обоснованию монорельса были привлечены известнейшие ученые-механики России: И.В.Мещерский, П.Ф.Папкович, Н.Е Жуковский.


Первоначально планировалось построить линию Московский Кремль - Кунцево (около 16 км.). Однако в дальнейшем было признано более целесообразным строительство трассы Петроград - Царское Село - Гатчина. До Царского Села линию предполагалость вести по насыпи бывшей царской ветки, а далее, до Гатчины, планировалось совместить дорогу с существующей железной, уложив на пути третий рельс. На выбор этого проекта повлияло то, что он не требовал больших земляных работ. Замысел линии Петроград - Царское село и сегодня поражает своей смелостью. Поезд должен был состоять из двух сочлененных вагонов, моторного и пассажирского, на 50 мест обтекаемой формы (по другим данным - общей вместимостью 400 пассажиров), приводимые в действие двумя двигателями по 240 л.с. с электропередачей. Скорость движения должна была доходить до 150 км/час.


За четыре месяца было построено 12 километров монорельсового пути (от Детского Села до Средней Рогатки), а предприятиям в Санкт-Петербурге был заказан подвижной состав. Однако в мае 1922 года финансирование проекта иссякло. Шиловский эмигрировал в Англию, где продолжил работу в Sperry Gyroscope Company. В 1924 году он опубликовал книгу о проектировании и применении гироскопов. Однако в Англии спроса ни на гироскопические монорельсы, ни на гироскопические автомобили не нашлось, а в России не нашлось продолжателей его тематики.

В 60-х годах его работу продолжали в США Е.Суинни, Л. Суинни и Г. Ферейра. Данная система могла бы быть использована, например, для трамвая на полосе с автомобильным движением; при этом трамвайный рельс меньше мешает движению автомобилей. т.к. располагается внутри колеи.

И в каждом пропеллере дышит ...


После окончания первой мировой войны быстрыми темпами развивается авиация. "Крылатые" технические решения из передовой отрасли заимствуют и создатели наземного транспорта.

В 1926 году шотладский инженер Джордж Бени построил первый монорельс с тягой от воздушного винта. По довольно громоздкой эстакаде был пущен цилиндрический обтекаемый вагон, напоминющий торпеду. Его толкали пропеллеры, приводимые в движение электродвигателем. В 1929 году на новом опытном участке под Глазго была достигнута скорость 240 км/ч; тем самым было доказано, что монорельс может быть конкурентом гражданской авиации. Недостаток монорельса Бени был в том, что для него требовалась слишком сложная и дорогая эстакады. Но идея использовать воздушный винт в качестве движителя нашла свое развитие в СССР.


В конце октября 1933 года взору жителей Москвы предстало загадочное сооружение. Располагалось оно в Парке культуры и отдыха им. А.М. Горького и представляло собой уменьшенную копию "аэропоезда" - сверхскоростного монорельса, запатентованного в том же 1933 году отечественным механиком - мотористом С. Вальднером (а.с. 35209).

Создавая свою систему монорельса, Вальднер, как и Бени, в первую очередь уделял внимание обеспечению устойчивости движения вагона на высоких скоростях, но ему удалось найти решение, при котором эстакада получалась бы гораздо легче. На момент разработки такая схема не имела мировых аналогов.


В системе Вальднера две гондолы обтекаемой формы, соединенные в верхней части двумя расположенными тандемом крыльями малого удлинения, как бы охватывают дельта - образную ажурную балку.Направляющие горизонтальные колеса размещены в нижних частях гондол, а опорные тележки располагаются в крыльях. Такая схема не случайно была названа Вальднером "треугольником устойчивости": она принципиально обеспечивала стабильность движения экипажа как в кривых, так и на прямых участках пути, без свойственных обычным железнодорожным экипажам колебаний виляния и относа.


Для поезда Вальднера были разработаны верхняя ходовая и боковые бегунковые тележки оригинальной конструкции. Ходовая тележка имела бесчелюстные одноповодковые буксы, которые найдут широкое применения в вагоно- и локомотивостроении с 60-х годов. При поломке оси или рессоры тележка должна была "приземлиться" на предохранительную лыжу.
Боковые тележки соединены с вагоном гидравлической пружинной муфтой, между буксой и рамой установлены резиновые прокладки. Таким образом, экипажная часть поезда Вальднера была построена на элементах, которые будут внедряться в железнодорожный транспорт лишь в послевоенное время.

Изобретение Вальднера было признано особо важным. При Центральном институте сооружений НКПС была создана специальная группа - впоследствии "Бюро аэропоезда Вальднера", во главе с самим изобретателем. Разработки велись совместно с ЦАГИ. В проектировании приняли участие профессора С. Дадыко, Н. Щусев, М. Бабичков, И. Рабинович, М. Гончаров, А, Некрасов, А. Туполев. 

Исследуемая масштабная копия аэропоезда имела в длину 2,5 метров, винты приводились в движение двумя электродвигателями, ток подавался по рельсам. Кольцевая эстакада в Парке Горького имела длину 474 метра. Во время испытаний модель аэропоезда развивала скорость 120 км/ч, движение в прямых и кривых было стабильным. Более того, выявилась высокая устойчивость такой системы к снежным заносам; снег с экспериментальной эстакады не требовалось счищать даже тогда, когда в Москве из-за сильных метелей нарушилось движение трамваев (!).

Продувка модели аэропоезда в ЦАГИ также подтвердила возможность достижения скорости 250 км/ч, а теоретические исследования показали, что при движении свыше 300 км/ч устойчивость экипажа должна быть "исключительно высока".


В натуральную величину аэропоезд должен был вмещать 300 пассажиров - как послевоенный аэробус. Два двигателя по 530 л.с. должны были обеспечить весьма значительную даже по нынешним временам скорость 250-300 км/ч. Для малозагруженных направлений был также разработан экипаж на 80 мест.


По результатам испытаний модели в 1934 - 1935 годах под Москвой на станции Северянин был создан и испытан опытный участок эстакады в натуральную величину. НКПС также принял решение соорудить опытное кольцо протяженностью около 8 км. около станции Бутово. В 1934 году началась рекогносцировка 500 - километровой трассы Ташауз - Чарджоу, рассматривались возможности строительства и других линий. Предполагалось также построить опытный аэровагон на реактивной тяге для изучения его динамики на более высоких скоростях - нечто вроде прообраза СВЛ.


Июльский номер журнала Popular Science в 1934 году опубликовал обширную статью об аэропоезде Вальднера, назвав его "амфибийным поездом". В статье указывалось о планах постройки в СССР трех линий аэропоезда общей длиной 332 мили (530 км) в разных регионах, включая Туркестан. Указывалось, что поезда будут снабжены дизельными двигателями, могут достигать скорости 180 миль в час (290 км/час), вместимость вагона будет составлять 40 человек, а при движении через Аму-Дарью, чтобы не делать тяжелого моста, вагоны будут плыть по воде, направляемые эстакадой. Отмечалось, что изыскательские работы на трассах уже начаты. Судя по приведенным в статье данным, речь в журнале идет о трассе Ташауз-Чарджоу в Туркменистане.

...Работы над аэропоездом были свернуты внезапно, несмотря на положительные результаты, и причины этого до сих пор неясны. По словам участвовавшего в разработке инженера Б. Качурина "так уж сложились обстоятельства, не относящиеся к сути самого изобретения, что бурно начавшиеся работы по его внедрению были прекращены в конце 1936 г. Все материалы - около 600 чертежей, не считая расчетов и текстового материала - попали в архив, где и находятся по сей день (август 1971 г., - О.И.)"

Идеи, заложенные в аэропоезд, до сих пор не устарели. Так, в 1971 году 43-летний инженер Марти Трент (США) запатентовал вариант системы Вальднера. За дальнейшую разработку поезда бралась фирма North American Rockwell, предполагалось довести скорость поезда до 500 км/ч. Проект не был доведен до внедрения - скорее всего потому, что это затронуло бы интересы авиакомпаний и автомобильных фирм.

Снова к "Дороге на столбах"


В 1933 г. отечественный изобретатель Михаил Андреевич Козлов запатентовал (а.с. 36439) транспортное средство, по своему принципу действия подобное "дороге на столбах" Эльманова. Длина вагона должна была составить 50-70 метров, расстояние между опорами с грибообразными роликами 10-15 метров. Вагон опирался на ролики через прикрепленные к кузову направляющие. Такую дорогу предполагалось использовать в случае высокой стоимости земляных работ при прокладке обычной дороги. Изобретение не было реализовано.

По идеям Циолковского


Нет, речь здесь пойдет не о монорельсе с ракетным двигателем, и уж тем более не о космическом монорельсе. Просто основоположник теории межпланетных полетов занимался исследованиями и в области наземного транспорта.

В опубликованной в 1934 году работе общие условия транспорта К. Э. Циолковский рассматривал проблемы создания высокоскоростного монорельса на воздушной подушке для достижения скоростей 720 километров в час. При этом впервые было предложено использовать гибкие закраины (по современной терминологии, "юбка") для снижения расхода воздуха и мощности, потребной для создания воздушной смазки (см. рис. справа из рукописи Циолковского).

Монорельс на воздушной подушке был построен и пущен в эксплуатацию во Франции в конце 60-х годов.

Опыт воплощается в теорию


Двадцатые - тридцатые годы были не только временем выдвижения новых идей и смелых проектов. В это время создавалась и теоретическая база монорельсовых дорог.

К наиболее ранним из известных крупных научных трудов в сфере монорельса относится монография "Однорельсовые навесные железные дороги", 255 с., (авторы.: Тихоцкий В.П., Берлянд С.С. и Козлов С.В.) вышедшая в 1933 году в московском "Гослесиздате" по плану Всесоюзного научно-исследовательского института промышленного транспорта (НИИПТ).
Книга была посвящена грузовым промышленным монорельсам. В ней говорится как о действующих о Сипягинской, Солотчинской, Лысковской, Редкинской экспериментальных однорельсовых железных дорогах на эстакадных основаниях, опыт которых должен был послужить для создания более длинной Красноярской, а также об экспериментах, проводимых Научно-экспериментальным институтом гражданских промышленных и инженерных сооружений при Союзстрое ВСНХ СССР. В книге есть чертежи, схемы, фотографии, ссылки на более ранние работы Тихоцкого В.П.

Вячеслав Петрович Тихоцкий окончил курс в Институте инженеров путей сообщения в 1902 году 28 июня с правом на чин коллежского секретаря. Характерным для его работ было следование добрым традициям русской инженерной школы начала века, для которой никогда не были характерна ни рекламная подача новинки в научном исследовании, ни попытки одностороннего подбора негативных фактов по другим возможным путям решения заданной инженерной задачи. Напротив, автор публикации - не менее страстный и последовательный апологет монорельса - приводит список его достоинств (полтора десятка пунктов), затем список его недостатков (примерно такой же длины), а затем дает обстоятельный сравнительный анализ, когда и при каких условиях предпочтительнее строить так, а когда следует предпочесть иное решение.

Наработанный теоретический задел стал своеобразным компасом для разработчиков монорельсовых дорог, сокращал время поисков и уменьшал вероятность грубых просчетов. Он послужил научной базой для целой серии проектов не только промышленного, но и пассажирского монорельса.

По меньшей мере, две из действовавших тогда монорельсовых дорог - Лысковская и Борская - были грузопассажирскими. Лысковский монорельс (Нижегородская область) был спроектирована инженером леспромхоза Иваном Городцовым. Трасса длиной около 50 км. соединяла поселок Сельская Маза с поселками Бакалды и Ялокша. Эстакада была деревянной с шагом опор 5 метров. На опоры укладывался брус, поддерживаемый подкосами, на котором располагался рельс Р43. На холмистых участках трасса шла через выемки, на заболоченных участках использовались пропитанные креозотом сваи.

Мотовоз был двухэтажным. Наверху, на площадке с перилами располагалась кабина машиниста и двигатель трактора, передававший вращение на колеса с двумя ребордами (как на вуппертальском монорельсе). Ходовая часть была изготовлена в леспромхозовских мастерских. Под балкой с обоих сторон располагались деревянные пассажирские гондолы с окнами, на 10 мест каждая, в которые вел трап из кабины машиниста. Машинист и помощник обязаны были следить, чтобы оба салона заполнялись пассажирами равномерно. Позднее, в 1956 году, такая необычная компоновка, только асимметричная, была использована в США для опытного монорельса Skyway в Хьюстоне: там также механик сидел в кабине на одной из тележек монорельса, а пассажирская гондола была под балкой.


К мотовозу цепляли 20 грузовых вагонов, каждый на 20 кубометров леса, также симметрично подвешенные к ходовой части. Они были снабжены пневмотормозами. В Сельской Мазе были построены депо и станция, а также деревянные пассажирские платформы.
Открытие монорельса произошло 7 ноября 1934 года. Поезд развивал скорость 20-30 километров в час. Всего эксплуатировалось три поезда. Впоследствии от дороги были сделаны ответвления к делянкам; таким образом, была налажена эксплуатация целой монорельсовой сети.

По данному примеру был построен 42-километровый грузопассажирский монорельс от г. Бор до села Завражное, где велись разработки леса и торфа.

Лысковский монорельс прекратил работу в 1949 году, в связи с выработкой делянок.

Олег Измеров