воскресенье, 3 января 2016 г.

Аэровагон на воздушной подушке Grumman TLRV


Поезда на магнитной подушке на данный момент имеют самую высокую скорость среди всего железнодорожного транспорта. Подобная техника основывается на использовании мощного магнитного поля, которое поднимает поезд над путями, а также разгоняет его. При этом полностью исключается трение между деталями ходовой части и пути, благодаря чему энергия расходуется максимально эффективно, а разгону мешает только сопротивление окружающего воздуха. Поезда на магнитной подушке появились сравнительно недавно, в восьмидесятых годах. Тем не менее, попытки поднять поезд над дорогой для исключения трения предпринимались и ранее, хотя и реализовывались с использованием существовавших на тот момент технологий.

В конце шестидесятых годов проблемой скоростного железнодорожного транспорта или иных подобных систем заинтересовалась американская компания Grumman. В течение нескольких следующих лет ее сотрудники разработали перспективный проект высокоскоростного транспортного средства, получивший название TLRV (Tracked Levitated Research Vehicle – «Экспериментальный рельсовый левитирующий аппарат»). Кроме того, встречается альтернативное обозначение TACRV (Tracked Air Cushion Research Vehicle – «Экспериментальный рельсовый аппарат на воздушной подушке»).

Как следует из двух обозначений, целью проекта были разработка и строительство опытного транспортного средства, которое во время движения не должно было касаться поверхности дороги.


Проект TLRV разрабатывался при активном участии министерства транспорта США. Эта организация в то время проявляла интерес к различным перспективным разработкам в области железнодорожного транспорта, в том числе и не использующим традиционные рельсовые пути. Начиная с определенного момента министерство взяло на себя часть финансирования работ, а также помогало компании-разработчику с строительством опытной трассы и проведением испытаний.

В некоторых источниках упоминается связь проекта TLRV с программой Space Shuttle. Тем не менее, в реальности этот проект не имел никакого отношения к космической программе, хотя построенный прототип своим футуристическим внешним видом действительно напоминал «Спейс-шаттл» без крыльев.

В ходе предварительных работ, результаты которых легли в основу проекта TLRV, специалисты компании Grumman выяснили, что для строительства кардинально нового транспортного средства требуется соответствующая трасса. Использование традиционного рельсового пути посчитали нецелесообразным и разработали новый вариант сооружения, по которому мог бы ездить перспективный аппарат. Вместо пары рельсов было предложено использовать ровную бетонную дорогу с вертикальными бортами по бокам. Вагон TLRV должен был ездить по этому «лотку», оставаясь на некоторой высоте над поверхностью его дна. Борта служили для удержания аппарата на трассе, а также помогали ему входить в повороты.

Новый проект предлагалось основывать на воздушной подушке. Эта технология к тому времени была хорошо освоена и могла обеспечить требуемые характеристики. Подъем транспортного средства на воздушной подушке позволял исключить контакт его конструкции и трассы. Кроме того, за счет аналогичного оборудования можно было предотвратить контакт вагона с бортами трассы. Эти, а также некоторые другие соображения в итоге сказались на конструкции экспериментального аппарата TLRV.

В качестве источника энергии для передвижения аппарата и подачи воздуха в подушки предлагалось использовать несколько турбореактивных двигателей. Мощности подобной силовой установки хватало и для поддержания вагона в воздухе, и для его поступательного перемещения с достаточно высокой скоростью. Таким образом, машина TLRV, исходя из основных особенностей ее облика, может считаться аэровагоном на воздушной подушке. Также нельзя не отметить, что она стала одним из немногих представителей этого крайне редкого класса техники.


Основой перспективного транспортного средства должны были стать две тележки особой конструкции, расположенные в передней и задней частях вагона. Каждая из них должна была иметь по четыре небольших агрегата для создания воздушной подушки. Два располагались под днищем тележки, еще два – на бортах. Предполагалось, что нижние будут поднимать вагон над дорогой, а боковые станут удерживать между бортами трассы и предохранять от ударов о них.

В составе аппарата TLRV предлагалось использовать воздушные подушки двух типов: под днищем планировалось расположить более широкие агрегаты, бортовые имели меньшую ширину. Длина всех подушек была одинаковой, а общая конструкция схожей. Основой каждой подушки был металлический корпус с воздуховодами, на котором крепилась резиновая юбка и амортизаторы, предохраняющие детали от повреждения при контакте с бетоном. Подушки имели овальную форму, обеспечивавшую максимальную эффективность работы, а также облегчавшую их расположение на тележке.

Для прохождения поворотов и компенсации различных колебаний все восемь подушек аэровагона были установлены на шарнирах, позволявших им качаться вдоль продольной оси. Система подвески подушек также оснащалась амортизаторами и гидравлическими приводами для изменения конфигурации ходовой части. Использование двух групп воздушных подушек позволило в определенной мере упростить и облегчить конструкцию, а также улучшить ее показатели при прохождении кривых участков пути. Аппарат схожих габаритов со сплошными воздушными подушками по всей поверхности днища и бортов не мог бы нормально проходить повороты из-за появления крупных зазоров между юбками и бортами трассы. Две подвижные тележки, в свою очередь, позволяли решить проблему сохранения правильного положения подушек.


В составе задней тележки имелся крупный резервуар для распределения сжатого воздуха, подаваемого насосами. Этот резервуар при помощи системы труб был связан с задними воздушными подушками. Кроме того, имелись две трубы крупного диаметра, проходившие под корпусом аппарата. В передней части этих трубопроводов имелись агрегаты для передачи сжатого воздуха на передние подушки. На внешних поверхностях этих труб предусматривались деревянные блоки, предназначавшиеся для их защиты от соприкосновения с бортами трассы-лотка.

Корпус опытного аэровагона TLRV выполнили в виде вытянутого вагона с характерным носовым обтекателем. К его раме внизу шарнирно крепились обе тележки с воздушными подушками. Для облегчения прохождения поворотов тележки могли вращаться вокруг вертикальной оси. Из-за этого носовой обтекатель корпуса выполнили в виде отдельного агрегата и закрепили на передней тележке. Между обтекателем и основной частью корпуса образовался заметный зазор. Изначально он закрывался полоской ткани, но в дальнейшем эта деталь была утрачена, из-за чего в настоящее время между корпусом и обтекателем присутствует ничем не закрытая щель.

В нижней части обтекателя присутствовала некая вертикальная прорезь, точное назначение которой остается неизвестным. Возможно, на одном из этапов проекта U-образную трассу планировалось дополнить центральным рельсом, который и должен был входить в прорезь обтекателя. Тем не менее, построенная опытная трасса не получила такого рельса и точное назначение прорези в обтекателе вызывает вопросы.


Непосредственно позади носового обтекателя располагалась кабина экипажа с крупным лобовым остеклением и полноценными рабочими местами машинистов. Для доступа в кабину предусматривались две двери конструкции «крыло чайки» на местах машиниста и его помощника. Кроме того, в бортах корпуса имелись несколько люков для доступа к внутренним агрегатам.

По некоторым данным, средняя часть корпуса была отдана под размещение набора специальной аппаратуры, а также топливных баков для керосина. В хвостовой части корпуса находился широкий пилон с тремя турбореактивными двигателями Pratt & Whitney J52, которые должны были обеспечивать работу воздушных подушек, а также использоваться в качестве движителя.

Можно предположить, что в пилоне двигателей была организована система насосов и трубопроводов для подачи атмосферного воздуха в резервуары воздушных подушек. По-видимому, был применен отбор воздуха от компрессора двигателя, который затем распределялся между восемью подушками. При этом у двигателей оставался определенный запас мощности, который можно было использовать для движения вагона вперед. Турбореактивные двигатели так же предлагалось использовать при торможении. Для этого сопловые агрегаты двигателей оснащались подвижными патрубками реверса, расположенными на общей оси.


Экспериментальный аэровагон Grumman TLRV был построен в 1972 году. Этот аппарат имел вес порядка 25 тыс. фунтов (11,35 т) и оснащался набором аппаратуры, необходимой для проведения испытаний. В такой конфигурации вагон должен был испытываться на специальной трассе.

Специально для проверки оригинального проекта на одной из площадок, принадлежащих компании Grumman (по другим данным, на полигоне министерства транспорта), была построена опытная трасса. Было уложено кольцо из бетонных плит соответствующей ширины, по бокам от которого установили вертикальные плиты для удержания вагона. Все последующие проверки проводились только на этой трассе. Строительство новых трасс или модернизация существующего полигона так и не понадобились.

По расчетам, перспективное транспортное средство могло развивать скорость до 300 миль в час и перевозить груз весом порядка 10-15 тыс фунтов (4,5-6,8 т). Для разгона от нуля до 270 миль в час требовалось не более трех минут. В дальнейшем было возможно повышение характеристик за счет использования новых комплектующих, в первую очередь двигателей, а также при помощи серьезных доработок конструкции самого аппарата. Тем не менее, испытания первого прототипа показали, что подобные разработки не нужны.


Оригинальная ходовая часть вагона TLRV привела к заимствованию методик работы у морских судов на воздушной подушке. Перед поездкой экипаж должен был запустить турбореактивные двигатели и вывести их на рабочий режим. После этого начинался отбор воздуха в резервуары и трубопроводы воздушных подушек. По достижении требуемого давления в системе можно было включить подушки и поднять аппарат на небольшую высоту над трассой. Далее следовало прибавлять тягу двигателей и тем самым начинать разгон.

По имеющимся данным, первые проверки аэровагона на воздушной подушке прошли без особых проблем. Все системы работали в штатном режиме и обеспечивали правильный разгон до небольших скоростей. Вагон аккуратно проходил повороты, бортовые воздушные подушки удерживали его на безопасном расстоянии от бетона. Кроме того, прохождению поворотов способствовало наличие двух подвижных тележек. Авторы проекта были довольны и со временем начали повышать скорость тестовых заездов.

Постепенный рост скоростей осуществлялся без особых проблем, но вскоре были выявлены первые серьезные недостатки. Опытным путем было выяснено, что экспериментальный аппарат мог двигаться с высокой скоростью только по прямым участкам дороги. В таком случае путем установки новых двигателей и доработки конструкции скорость действительно могла быть увеличена до 300 миль в час. Однако для безопасного прохождения поворотов следовало замедляться до 90 миль в час. Несмотря на использование поворотных тележек и бортовых воздушных подушек, на больших скоростях присутствовал риск несвоевременной реакции ходовой части с последующим ее повреждением.


Вполне возможно, что именно проблемы со скоростным прохождением поворотов не позволили аэровагону TLRV показать все свои возможности и развить расчетную скорость. Испытания на тестовой трассе продолжались несколько месяцев. В ходе испытательных заездов удалось развить максимальную скорость на уровне 258,4 мили в час (415 км/ч). Дальнейший разгон в существующих условиях не представлялся возможным по целому ряду причин.

Испытания единственного прототипа TLRV на опытной трассе позволили проверить жизнеспособность оригинальной концепции, а также выявить ее положительные и отрицательные стороны. Удалось выяснить, что предложенная конструкция перспективного высокоскоростного транспортного средства действительно позволяет развивать высокие скорости и сокращать время в пути. Кроме того, опытным путем была подтверждена возможность полноценного использования группы воздушных подушек.

Тем не менее, не обошлось без недостатков. Самым серьезным стала недостаточно совершенная конструкция ходовой части, которая не могла обеспечивать правильное взаимодействие воздушных подушек и бортов трассы на высоких скоростях. Из-за высокого риска удара по бетонным деталям на поворотах приходилось сбрасывать скорость. При эксплуатации на реальных трассах это могло бы привести к необходимости регулярных торможений и разгонов, которые, среди прочего, были способны серьезно испортить экономичность системы за счет частого изменения режима работы турбореактивных двигателей. Кроме того, регулярная необходимость менять скорость усложняла управление вагоном, а на практике привела бы к затруднениям при планировании рейсов.


Еще одним серьезным недостатком программы TLRV, который к тому времени уже привел к закрытию массы смелых проектов, была необходимость строительства специальной трассы. Аэровагон на воздушной подушке не мог использовать существующую железнодорожную сеть и нуждался в специальных трассах. Для их строительства требовались серьезные финансовые вложения, которые в теории могли бы окупиться в процессе эксплуатации нового транспорта. Тем не менее, даже имеющиеся преимущества не позволяли рассчитывать на возвращение вложений в разумные сроки.

По результатам проведения испытаний на тестовой трассе было решено отказаться от дальнейших работ. В существующем виде новый аэровагон имел серьезные недостатки, не позволяющие говорить о его практическом использовании. Присутствовали заметные технические недостатки, а кроме того, существовали серьезные сомнения в возможности полноценной практической эксплуатации подобной техники.

Испытания завершились в 1972 году и вскоре опытную трассу разобрали за ненадобностью. Единственный прототип вагона TLRV отправили на хранение. Вскоре Grumman и министерство транспорта США определили дальнейшую судьбу аппарата. Никто не решился утилизировать уникальное воплощение оригинальных идей и поэтому опытный аэровагон передали авиационному музею Pueblo Weisbrod Aircraft Museum (г. Пуэбло, шт. Колорадо), где он экспонировался в течение нескольких лет. Весной 2010 года авиационный музей согласился передать «непрофильный» экспонат другой организации. В апреле 2010-го аэровагон перевезли в музей железнодорожной техники Pueblo Railroad Museum. Там аппарат TLRV хранится по сей день и доступен для всех желающих.