Текст книги "Эта удивительная подушка"
Автор книги: Карл Гильзин
сообщить о нарушении
Текущая страница: 13 (всего у книги 14 страниц)
Каким будет рельсолет!
За рубежом наибольшие успехи в создании летающих поездов достигнуты во Франции. Это – единственная страна, где от первых успешных экспериментов перешли к созданию специальных железнодорожных линий для рельсолетов.
Французский рельсолет получил название «Аэропоезд» («Аэротрен»), Первые эксперименты велись начиная с 1965 года с рельсолетом «Аэропоезд-1» на специальной трассе длиной около семи километров под Парижем. Трасса представляет собой железобетонный путь формы перевернутой буквы «Т». По вертикальному брусу – ножке этой буквы, верхом, как наездник, скользит на воздушной подушке рельсолет – вагончик с установленным на его крыше двигателем, вращающим воздушный винт. В вагончике – машинист, помощник и четыре пассажира.
Чтобы выяснить, как ведет себя рельсолет на высоких скоростях, на «Аэропоезде-1» был установлен дополнительно пороховой ракетный двигатель. Десяти секунд его работы оказалось достаточно для разгона рельсолета до трехсот километров в час, а потом, когда на рельсолете были установлены самолетный турбовинтовой и два ракетных двигателя, – до трехсот сорока пяти километров в час.
В крайних точках трассы рельсолет приходилось разворачивать для движения в обратном направлении. Это происходило с помощью поворотного круга, хорошо известного всем железнодорожникам, но так как круг вращался тоже на воздушной подушке, то поворот производил один человек рукой. Это – не первое применение воздушной подушки для подобной цели: в США, например, уже ряд лет используется поворотный круг диаметром около девятнадцати метров на воздушной подушке. С помощью электродвигателя мощностью всего полторы лошадиных силы легко и просто, за одну минуту, круг поворачивает целый трехвагонный состав весом пятьдесят тонн.
В 1968 году начались испытания другого экспериментального французского рельсолета «Аэропоезд-2» длиной восемь метров. Когда на нем был установлен самолетный турбореактивный двигатель, то скорость достигла трехсот восьмидесяти километров в час. А после того как вдобавок был установлен и пороховой ракетный двигатель, она возросла до четырехсот двадцати километров в час.
Однако и это не рекорд. На сравнительно небольших моделях достигались скорости в тысячу километров в час и более. А на специальных испытательных установках, так называемых «ракетных салазках», предназначенных для исследований в области авиации и ракетной техники, скорость намного превзошла скорость звука! Эти «салазки» представляют собой небольшие платформы с испытуемым оборудованием, скользящие на воздушной подушке по рельсам.
После успешных испытаний французские инженеры построили рельсолеты, предназначенные для эксплуатации. Один из них рассчитан на восемьдесят пассажиров и называется «Орлеан». Вагон скользит на бетонном выступе, шесть воздушных подушек несут на себе вагон, еще шесть, по три с каждой стороны, создают боковую опору о выступ. Рельсолет будет курсировать на линии Париж – Орлеан длиной сто тринадцать километров, проходя этот путь за тридцать пять минут со скоростью до трехсот километров в час.
Разработка «Орлеана» выявила важное преимущество летающих поездов. Конструкция вагонов обычного поезда-экспресса неизбежно получается массивной и тяжелой: ведь на них действуют сильные удары и вибрации. В рельсолете они отсутствуют, поэтому вагон может быть, как выяснилось при подсчете, в пять раз легче.
Ученые США изучили перспективы развития высокоскоростного наземного транспорта и установили, что рельсолеты выгоднее самолетов на расстояниях до тысячи километров. В стране разрабатывается ряд проектов рельсолетов и трасс для них, широко используются и результаты французских работ по «Аэропоезду». В первую очередь рельсолеты должны связать крупные города с аэропортами, а также пройти по наиболее заселенным районам побережья.
Наша страна – величайшая железнодорожная держава, с наиболее развитой в мире сетью железных дорог. Некоторые маршруты уже так загружены, что неизбежно возникает необходимость создания новых, специальных высокоскоростных линий. Исследования показали, что наиболее выгодно применение для этих линий летающих поездов. Имеются проектные разработки некоторых линий, например Москва – Крым, Москва – Минеральные Воды, а также более коротких, в частности связывающих Москву с аэропортами столицы. Выгодны летающие поезда и в районах Севера, с его вечной мерзлотой и множеством болот.
Разрабатываются у нас и проекты рельсолетов. По одному из них рельсолет должен иметь скорость триста километров в час. Испытания будут проводиться на опытном участке пути длиной сорок километров. На берегу Киевского моря, на Днепре, строится научный центр-полигон для испытания скоростных поездов, в том числе и летающих.
Мнение ученых и инженеров всего мира единодушно: лет через десять-пятнадцать рельсолеты уже будут перевозить пассажиров на многих линиях.
Магнитная подушка
Как ни перспективна воздушная подушка для создания летающих поездов, у нее есть серьезный конкурент. Поезд может лететь над рельсами и без воздушной подушки, место которой способна занять ее своеобразная дальняя родственница – тоже подушка, но… магнитная.
Явление магнетизма, магнетическая сила известны людям с древних нор. Наука и теперь далеко не до конца выяснила природу магнетизма, его роль в жизни, однако сумела во множестве случаев использовать эту могучую природную силу на службе людям. Вполне реально и будущее магнитной подушки для рельсолетов.
Самый простой путь для этого – использование силы отталкивания одноименных полюсов магнита или, наоборот, притягивания разноименных полюсов. Но обычные магниты слишком слабы для этого, а применение мощных электромагнитов, образующих сильное магнитное поле с помощью электрического тока, связано со многими трудностями.
Наиболее эффективный путь решения задачи был впервые продемонстрирован в лаборатории одного из московских физических институтов полвека назад. Изумленные наблюдатели видели магнит, недвижно повисший в стеклянном сосуде над небольшой свинцовой тарелочкой.
Значение опыта столь велико, что о нем стоит рассказать подробнее. Прежде всего, для чего нужна была свинцовая тарелочка? Не на случай ли возможного падения магнита?
Ее роль была куда более важной. В сосуде под тарелочкой находился жидкий гелий, температура которого всего на четыре градуса выше абсолютного нуля. При столь низкой температуре свинец приобретает удивительное свойство сверхпроводимости. Если в сверхпроводящем веществе возник электрический ток, то он никогда не прекратится: сопротивление току равно нулю.
Вот что происходило в опыте, ставшем историческим. Когда магнит, небольшой брусок квадратного сечения, бросили в сосуд, то он упал на тарелочку, но не остался лежать на ней, как можно было ждать. Поведение магнита казалось необъяснимым – он подпрыгнул, еще раз и… завис над тарелочкой.
Когда магнит падал на свинцовую тарелочку, то вызвал в ней электрический кольцевой ток. Общеизвестно, что перемещение проводника в магнитном поле наводит (индуцирует) в нем ток. Сила наведенного в тарелочке тока была небольшой, при обычных условиях из-за сопротивления свинца ток почти сразу прекратился бы. Но свинец был сверхпроводящим, и ток, раз возникнув, продолжал существовать. Но раз появился ток, то появилось и связанное с ним магнитное поле, которое мешало магнитному стержню приблизиться к тарелочке.
Невидимая глазу борьба магнитных сил привела в конце концов к тому, что магнитный брусок недвижно завис в воздухе над тарелочкой. Вместо воздушной подушки «призраком» стала на этот раз подушка магнитная, сотканная из незримых силовых линий магнитного поля.
Исследования показали, что создание летающего поезда на магнитной подушке не только технически возможно, но и вполне оправдано. Он обладает некоторыми преимуществами перед рельсолетом на воздушной подушке – расходует меньше энергии, бесшумен, не поднимает туч пыли, не загрязняет атмосферу шлейфом выхлопных газов. Теперь, когда защита окружающей природы становится одним из главных требований к создаваемой технике, это важные достоинства.
Есть у магнитного поезда и недостатки. Главное – нужно достичь сверхпроводимости, а для этого обеспечить охлаждение чуть ли не до абсолютного нуля. Успехи физики и техники сверхнизких температур столь велики, что широкое использование явления сверхпроводимости в технике не за горами. И все же пока это сложно и дорого.
Исследование и проектирование рельсолетов на магнитной подушке ведется и у нас в стране, и за рубежом. Первые рельсолеты для регулярных рейсов будут, наверное, все же воздушными, и лишь потом в ряд с ними станут рельсолеты магнитные.
Собственно, магнитная подушка появилась на свет даже раньше воздушной. Первую модель вагона на магнитной подушке сделал бельгиец монтер Башле в 1910 году. Она тогда нашумела на весь мир, вызвала настоящую сенсацию. Еще бы, модель вагона весом пятьдесят килограммов не только поднималась магнитным полем и парила в воздухе над рельсами, но и мчалась с совершенно фантастической по тем временам скоростью – пятьсот километров в час!
Прошло четверть века, и другую модель построил немецкий инженер Кемпер Он оказался более практичным и взял патент на изобретение «Дороги с бесколесными вагонами, которые могут двигаться вдоль железных рельсов, будучи приподнятыми магнитным полем».
В обоих случаях для магнитной подвески служили электромагниты. Изобретатели применили немало интересных технических новшеств, но их проекты, намного опережавшие время, не смогли быть реализованы.
Новые перспективы открыло использование сверхпроводимости. Как будут выглядеть магнитные летающие поезда, если судить по известным проектам?
Магнитная подушка создается в них силой отталкивания между сверхпроводящими магнитными катушками под днищем вагона и расположенными вдоль полотна пути алюминиевыми обмотками-контурами. Место контуров может занять и обычный токопроводящий рельс, например алюминиевая полоса. Создающий отталкивающее магнитное поле ток в контурах или рельсе наводится магнитами проносящегося поезда. Помимо контуров, создающих подушку, вдоль пути должны быть расположены и другие контуры, уже не горизонтальные, а вертикальные – они служат для направления поезда, чтобы он не сошел со своих магнитных рельсов.
Подобным же образом могут быть устроены и высокоскоростные автомагистрали, по которым будут мчаться автолеты со сверхпроводящими магнитами под днищем. В бетон или асфальт шоссе должны быть заделаны отталкивающие контуры. Хочешь – можешь лететь на автолете, нет – ехать по нему на обычном автомобиле.
Первая модель вагона на магнитной подушке испытана в Японии лет десять назад. Позднее вагончик длиной семь метров промчался метров двести со скоростью почти пятьсот километров в час над полотном пути на высоте шесть сантиметров – его удерживала магнитная подушка со сверхпроводящим магнитом, а для движения служил линейный электрический двигатель.
Экспериментальный вагон на магнитной подушке построен в США. Сверхпроводящие катушки под днищем вагона изготовлены из ниобиевой проволоки, проложенной внутри тщательно изолированного кабеля с жидким гелием. Предполагается, что поезд на сто пассажиров будет обладать скоростью более четырехсот пятидесяти километров в час.
В ФРГ в 1971 году начаты испытания двух экспериментальных магнитных вагонов: один весом пять, другой – одиннадцать тонн.
В Англии имеются проекты создания летающего поезда с использованием и воздушной и магнитной подушек. Предполагается, что воздушная подушка будет несущей, а магнитная – направляющей.
У нас в стране работы по магнитным рельсолетам ведутся в Москве, Ленинграде, Киеве, Ростове-на-Дону. В Ростовском институте инженеров железнодорожного транспорта первая модель локомотива на магнитной подушке была создана студентами и участвовала в 1970 году во Всесоюзной выставке студенческих работ, получив там премию. Она парила на высоте четырех-пяти миллиметров над магнитами. В 1973 году в институте велись испытания модели локомотива «Молниеносный» на магнитной подушке с линейным электрическим двигателем. Предполагается создать магнитолет с четырьмя пассажирами. Уже не раз выпускники института свои дипломные проекты посвящали магнитным рельсолетам, работают над ними и ученые института.
Подушка в трубе
Чтобы избавиться от сопротивления воздуха, препятствующего значительному повышению скорости летающих поездов, выдвинута идея заключения их в трубу, в которой создано разрежение. И с шумом лучше, и непогода не страшна, и безопасность обеспечена. Можно использовать в трубе и совершенно новый способ передвижения.
Во многих учреждениях применяется пневматическая почта. Если нужно передать из одной комнаты в другую, с этажа на этаж какую-нибудь деловую бумагу, то нет нужды посылать курьера. Заложил бумагу в легкую трубку, сунул ее в отверстие, закрытое крышечкой, набрал на диске, вроде телефонного, номер нужной комнаты. Через мгновение трубка с бумагой окажется там, где надо. Ее переместит сжатый воздух по системе труб.
Несколько лет назад подобный метод был использован у нас в стране для более тяжелых грузов, чем канцелярские бумаги или небольшие почтовые посылки. Неподалеку от Тбилиси сжатый воздух подает вагонетки с гравием от карьера, где его добывают, на завод стройматериалов по трубопроводной трассе длиной около трех километров. Вес поезда «Лило», состоящего из шести колесных вагонеток, – двадцать пять тонн, скорость – сорок пять километров в час. Сжатый воздух подается в трубу, образует за поездом воздушную подушку и гонит его вперед. Решено построить аналогичную трассу из труб большого диаметра от этого же карьера в Тбилиси на расстояние сорок пять километров. Действующий макет этого капсульного пневмопоезда на Международной выставке изобретений в Брно вызвал большой интерес посетителей.
Первые попытки создать трубопассажирский транспорт относятся еще к прошлому веку. Но только теперь, в связи с успехами воздушной и магнитной подушки, он получил реальную основу, а требования повышения скорости вдохнули в него новую жизнь.
Вначале будут все же транспортировать по трубам грузы. В Москве, в частности, предполагается широко использовать систему подземных трубопроводов для транспортировки отходов производства и быта к станциям их переработки. Ведь только бытовых отходов ежегодно вывозится семь миллионов кубометров. Потом уж дойдет очередь и до пассажирского трубного транспорта.
По одному из советских проектов разгон вагона-капсулы в трубе, в которой создано разрежение, осуществляется впускаемым в трубу через автоматические жалюзи атмосферным воздухом. Струи этого воздуха создают и кольцевую воздушную подушку между вагоном и стенками трубы. Модель поезда была испытана в творческой лаборатории «Инверсор» при журнале «Техника – молодежи».
В американском проекте опорные воздушные подушки под вагоном создаются, как обычно, вентилятором, а для движения поезда в трубе служит воздушный винт. Была испытана модель длиной два с половиной метра.
Проекты трубопоездов на воздушной подушке разрабатываются в ФРГ, Японии и других странах. Некоторые изобретатели считают, что в трубах будут мчаться на воздушной подушке не только сверхскоростные поезда, но и сверхзвуковые автомобили.
Пожалуй, еще более перспективны трубопоезда на магнитной подушке. Более полувека назад первый и весьма интересный проект подобного поезда предложил томский профессор-физик Б. Вейнберг. В обычном школьном опыте по физике железный стержень втягивается внутрь электромагнитной катушки – соленоида. Эта идея и положена в основу поезда, который должен сыграть роль сердечника. Поочередное включение электромагнитных катушек должно заставить поезд мчаться внутри трубы по волнистой траектории. Включен магнит спереди сверху – поезд устремляется к нему, в нужный момент этот магнит выключается и включается магнит спереди снизу. И так далее.
Трубопоезда на магнитной подушке особенно перспективны при использовании сверхпроводимости. В Англии разработан проект транспортной системы в трубе-туннеле со скоростью движения более восьмисот километров в час: поезд с линейным электрическим двигателем опирается на магнитную подушку со сверхпроводящими магнитами.
Магнитная подушка необходима, когда в трубе создается сильное разрежение и, значит, воздушная подушка непригодна. Разрежение позволяет достичь особенно высоких скоростей движения: в опытах с моделями магнитных труболетов они мчались со скоростью до двух с половиной тысяч километров в час.
Магнитная подушка обязательна и для самых парадоксальных из всех трубопоездов – гравитационных. Называются они так потому, что движущей их силой является земное тяготение, гравитация. Гравипоезд, не имеющий двигателя, как бы падает к центру Земли, приобретая при этом огромную скорость, а затем по инерции выскакивает пробкой на поверхность.
Чтобы осуществить подобное «путешествие к центру Земли», нет нужды рыть туннель, проходящий именно через центр. Достаточно соединить подземным туннелем пункт отправления и пункт назначения. Если туннель прямолинеен, то он окажется хордой, пронизывающей земной шар, как иголка – яблоко. Более шестидесяти лет назад русский изобретатель А. Родных предложил соединить таким подземным туннелем-хордой Москву и Ленинград.
В гравитационном транспорте могут быть достигнуты наибольшие возможные на Земле скорости передвижения. Но магнитная подушка предлагается и для самого медленного транспорта – движущихся тротуаров! По одному из проектов решения наболевшей проблемы внутригородского транспорта в ФРГ предлагается использовать ленточные тротуары, движущиеся в трубах на магнитной подушке со скоростью двенадцать – восемнадцать километров в час.
Еще одна невидимая подушка
Летающие суда. Летающие автомобили. Летающие поезда… Да летают ли они на самом деле?
Ответить на столь простой вопрос не легко. Раз они движутся в воздухе, окружающем их со всех сторон, и не имеют никакой иной опоры то, очевидно, нужно ответить утвердительно: да, летают. Но полет… Все-таки это что-то совсем другое. Когда чувствуешь себя подлинным хозяином воздушного океана. Как птица. Или как самолет.
А тут тоже полет, но какой-то «приземленный».
Среди многочисленных летательных аппаратов, способных взлететь вертикально вверх, есть внешне очень схожие с автолетами. И тут и там – вентилятор, отбрасывающий вниз воздух. И все же разница огромная, принципиальная. Не зря один осужден на вечное «ползание», а другому открыт путь в небо.
В чем же эта разница?
В одном случае есть воздушная подушка, в другом – ее нет. Вместо нее аппарат поддерживается в воздухе струей воздуха, отбрасываемого вниз вентилятором или несущим винтом, как у вертолета. Точно так же, как струя раскаленных газов заставляет лететь с огромной скоростью реактивный самолет или уносит в космос ракету.
Может показаться, что вертикально взлетающий аппарат гораздо лучше автолета – ведь он может и двигаться с большой скоростью у самой земли, как автолет, и взмывать вверх, как самолет. Но за эту замечательную возможность приходится расплачиваться, и недешево. Чтобы удержать в воздухе аппарат, нужно отбрасывать вниз много воздуха с большой скоростью. Значит, мощность двигателя должна быть большой, он будет расходовать много топлива. Гораздо больше, чем нужно для создания воздушной подушки. Так что, как говорится, каждому свое.
Правда, обычные самолеты опираются на чудесную подъемную силу крыла, и это требует гораздо меньших затрат энергии, чем создание реактивной струи воздуха или воздушной подушки. Но зато они не способны вертикально взлетать и садиться, не могут и парить в воздухе.
Как заманчиво было бы совместить замечательные возможности несущего крыла самолета и воздушной подушки автолета! Получился бы универсальный аппарат, автолет-самолет: у земли – на воздушной подушке, в небе – на самолетном крыле. Было бы опровергнуто утверждение, что рожденный ползать летать не может… Но возможно ли это?
Примерно полвека назад с воздушной подушкой впервые столкнулись летчики обычных самолетов. Тогда подушка не вызвала у них никакого восторга. Вот как это случилось.
Когда самолет совершает посадку, то он вначале снижается до высоты двух-трех метров, а затем горизонтально летит на этой высоте. По мере уменьшения скорости несущая способность крыла, его подъемная сила, уменьшается, и самолет медленно опускается, как бы проваливается, пока не коснется колесами посадочной полосы.
Оказалось, что некоторые самолеты, в особенности тяжелые, никак не хотят садиться. Летит он себе на высоте нескольких метров над землей и не опускается. Будто действительно его не пускает вниз какая-то воздушная подушка. А потом вдруг ома исчезает, и самолет сразу как бы проваливается. Не раз случались в двадцатых годах из-за этого катастрофы при посадке самолета.
Но отчего образовывалась подушка под крылом? Вентилятора-то нет… Выходит, подушка может быть создана и без вентилятора?!
В 1972 году в Югославии был проведен первый чемпионат мира по полетам на лыжах. Специальный трамплин позволял улетать спортсменам необыкновенно далеко. Настолько далеко, что этот вид спорта было решено назвать уже не прыжками с трамплина, а именно полетами на лыжах.
Первый чемпион мира по полетам на лыжах улетел на сто шестьдесят три метра! И вот что он сказал после прыжка: «…Я уловил: если попаду не на рваную воздушную подушку, то улечу далеко».
Другой известный лыжник, первым в мире в 1936 году прыгнувший с трамплина за сто метров, так заявил о нынешних полетах на лыжах: «Если сегодня спортсмены лежат на воздушной подушке, то мы на ней сидели в полусогнутом положении».
Рваная подушка… Сидеть на подушке… Лежать на подушке… Да откуда она там возьмется, воздушная подушка, у лыжника? Уж не вентилятор ли или пылесос берут они с собой в полет?!
Когда движущийся с большой скоростью поток воздуха тормозится, его скорость уменьшается, то часть прежней энергии движения, или кинетической энергии, как ее называют, затрачивается на сжатие воздуха, и его давление повышается. Если измерить точным прибором давление воздуха снаружи ветрового стекла движущегося автомобиля, то оно оказывается больше, чем в окружающей атмосфере. Немного, но больше. Перед автомобилем образуется невидимая воздушная подушка. Давление в ней повышено не вентилятором, а встречным потоком воздуха. Эту подушку называют динамической. Она поддерживает лыжника, прыгающего с трамплина, позволяя ему улететь подальше. Она же мешает совершить нормальную посадку самолету. Иногда она полезна, иногда вредна!
Когда вертолет летит высоко, то отбрасываемой несущим винтом струе воздуха ничто не мешает. Но вот вертолет снизился. Теперь уже струя от винта встречает на пути земную поверхность. Она служит препятствием, или, как говорят, экраном. Воздух в струе вынужден растекаться в стороны, вдоль земли. Это хорошо видно в опыте с дымом.
Под вертолетом образуется воздушная подушка, ничем, по существу, не отличающаяся от создаваемой вентилятором. Да и чем несущий винт вертолета не вентилятор?
Когда начали испытывать первые вертолеты лет сорок назад, то столкнулись с этим эффектом образования воздушной подушки. Тогда-то, собственно, появился и сам термин – подушка. Но ведь на вертолете все-таки есть несущий винт, а как же в случае самолета?
Когда самолет летит вблизи земли, то струйки обтекающего его воздуха под крылом сближаются в образовавшемся стесненном пространстве. Крыло как бы подминает под себя встречный поток. В результате этого «эффекта экрана» давление под крылом повышается. Образуется область заторможенного воздуха повышенного давления – невидимая воздушная подушка. Подъемная сила крыла возрастает в несколько раз.
