Обгоняя самолеты: Самый быстрый колесно-рельсовый поезд в мире
«Популярная механика» побывала на испытаниях пассажирского поезда
AGV, который вскоре станет самым быстрым пассажирским колесно-рельсовым
поездом в мире
Технические характеристики AGV Модульная
конструкция: 7-14 вагонов (130-250 м) // Число посадочных мест: 250-650
// Масса: 270-510 т // Потребляемая мощность: 6-12 МВт // Питание:
25/15/3/1,5 кВ // Управление питанием: преобразователи на основе
биполярных транзисторов с изолированным затвором, с водяным охлаждением
// Тяга: синхронные двигатели с постоянными магнитами на основе
самариево-кобальтовых сплавов
С тихим шелестом двери закрываются, и поезд почти бесшумно начинает
разгон. Я стою за спиной у машиниста и смотрю, как бегут цифры на
прилепленном над приборной панелью цифровом спидометре - 100, 120, 140…
200 км/ч, и вновь 180, 160... Поезд входит в поворот, вновь
разгоняется, но пассажиры не чувствуют дискомфорта: два десятка
инженеров компании ALSTOM, увлеченно уткнувшись в ноутбуки, изучают
сигналы, поступающие от более чем 2000 датчиков, которыми оснащена эта
железнодорожная лаборатория.
Длина
пути чешского испытательного железнодорожного кольца в Велиме, недалеко
от Праги, - всего 13 км, так что разогнать поезд до полной крейсерской
скорости просто не хватит места. Но такой задачи в данный момент и не
стоит - это лишь один из этапов испытаний высоко-скоростного поезда AGV
(Automotrice á Grande Vitesse), который вскоре станет самым быстрым
колесно-рельсовым пассажирским поездом в мире: его максимальная
скорость в повседневной коммерческой эксплуатации будет достигать 360
км/ч.
Рождение TGV
Идея французских скоростных поездов родилась в 1960-х годах. В то время
колесно-рельсовые поезда казались тупиковым путем, и разработчики
наперебой предлагали экзотические проекты поездов на магнитной или
воздушной подушке, таких как Aerotrain Жана Бертэна. Французский
железнодорожный оператор SNCF (Société Nationale des Chemins de fer
franсais - Французские национальные железные дороги) пошел более
консервативным путем - попытался повысить скорость традиционных
поездов, для чего были разработаны газотурбинные локомотивы.
В 1964 году в Японии запустили скоростной поезд «Шинкансен»,
развивавший скорость 210 км/ч, и это послужило стимулом для инженеров
SNCF. В 1967 году начались активные исследования в области
высокоскоростных поездов, было построено несколько прототипов,
развивавших скорость до 250 км/ч. В 1972 году появился
экспериментальный поезд TGV 001, состоявший из двух
газотурбинно-электрических локомотивов и трех вагонов с распределенной
тягой между ними, а в декабре этого же года поезд поставил рекорд
скорости для неэлектрических поездов - 318 км/ч (этот рекорд до сих пор
не побит). На TGV 001 было отработано множество решений: системы тяги,
торможения, аэродинамика, сигнализация, - которые в дальнейшем очень
пригодились инженерам при разработке следующих моделей скоростных
поездов SNCF. Этот экспериментальный поезд также дал последующим
поколениям свое имя - TGV, что означает Train á Grande Vitesse. Это
словосочетание переводится с французского как «высокоскоростной поезд».
Первое поколение
Нефтяной кризис 1973 года резко повысил цены на топливо, и в SNCF
сделали выбор в пользу электрической тяги. После обкатки прототипов на
различных скоростях в 1978 году, наконец, были выпущены два
предсерийных поезда TGV - для испытаний и доводки. Первый серийный
поезд появился в 1980 году, а 22 сентября 1981 года был торжественно
сдан в эксплуатацию первый участок высокоскоростной линии Sud-Est
(Юго-Восток), которая через пять дней открылась для публики и соединила
Париж и Лион. Поезда на этой линии стали на тот момент самыми быстрыми
в мире - они развивали 260 км/ч, обгоняя и японский «Шинкансен» (210
км/ч), и британский Intercity 125 (200 км/ч). Причем это была именно
коммерческая скорость, возможности поезда позволяли много больше: в
феврале 1981 года, незадолго до запуска в эксплуатацию первой
пассажирской линии, один из поездов поставил рекорд в 380,4 км/ч.
Как рассказал «Популярной механике» старший вице-президент и
технический директор компании ALSTOM Франсуа Лакот, который возглавлял
в SNCF проект высокоскоростных поездов с 1983 года, основными задачами,
которые ставили перед собой разработчики при создании первого поколения
поездов (TGV Sud-Est), были обеспечение надежности, безопасности и
экономических показателей перевозок. В компании ALSTOM, занимающейся
разработкой и производством высокоскоростных поездов, куда он перешел
из SNCF в 2000 году, его называют «отцом TGV». Сам Франсуа Лакот с
улыбкой возражает: «Отец принимает слишком непродолжительное участие в
создании ребенка. Поэтому будет точнее называть меня не отцом, а
матерью TGV».
Второе поколение
Во время торжественного открытия линии Париж-Лион президент Франции
Франсуа Миттеран в своей речи призвал SNCF рассмотреть возможность
высокоскоростного сообщения между Парижем и Атлантическим побережьем
страны. В SNCF прислушались, и в результате в 1988 году появились
поезда TGV Atlantique. «Хотя поезда второго поколения развивали уже 300
км/ч, увеличение скорости не было основной целью, - говорит Франсуа
Лакот. - TGV SE показали техническую и экономическую осуществимость
проекта, но потребительские качества поездов первого поколения были
далеки от совершенства. В TGV Atlantique серьезное внимание было
уделено комфорту пассажиров - уменьшению вибраций, кондиционированию
воздуха, была улучшена эргономика кресел, увеличено расстояние между
ними. Дизайнеры предусмотрели различные конфигурации
(«клубные», «семейные») расстановки кресел в вагонах. Была также
усовершенствована аэродинамика поезда».
Технически поезд второго поколения мог развивать гораздо бóльшую
скорость - в декабре 1989 года был достигнут показатель в 482,4 км/ч.
На таких скоростях основным ограничивающим эффектом стала конструкция
пантографа-токосъемника: при разгоне провод контактной сети начинал
колебаться, порождая бегущие волны, из-за чего нарушался контакт с
токосъемником. Инженеры доработали конструкцию пантографа и увеличили
натяжение провода, и в результате уже в мае 1990 года был установлен
мировой рекорд в 515,3 км/ч. Увеличение же скорости поездов в
коммерческой эксплуатации было неоправданным экономически, ведь с
возрастанием скорости должна расти мощность тяговых двигателей.
Второе поколение TGV оказалось очень удачным, и у него появилось
множество «братьев и сестер» - улучшенные TGV Réseau, курсирующие также
под маркой Thalys PBA (Paris-Brussels-Amsterdam) в Бельгии, Голландии и
Германии; испанский вариант TGV Atlantique на линии Мадрид-Севилья; а
также корейский вариант, из-за несовпадения колеи потребовавший
внесения некоторых изменений в конструкцию. Еще один вариант TGV -
Eurostar - был разработан для сообщения между континентальной Европой и
Великобританией. Во Франции этот поезд развивает скорость 300 км/ч, в
туннеле под Ла-Маншем - 160 км/ч (планировалась скорость в 200 км/ч, но
по экономическим причинам ее снизили). В Великобритании же из-за
особенностей электропитания на некоторых старых линиях (третий рельс и
750 В постоянного тока) едва удавалось разгонять поезд до 160 км/ч
(сейчас эти линии модернизированы, и скорость удалось поднять).
Третье поколение
Отличия следующего поколения видны с первого взгляда и из названия: TGV
Duplex, появившийся в 1995 году, представляет собой двухэтажный
высокоскоростной поезд. Широкое использование легких сплавов позволило
избежать значительного повышения массы поезда и повысить его скорость
до 320 км/ч. Дизайнеры вновь поработали над комфортом пассажиров,
увеличив расстояния между креслами. «С экономической точки зрения поезд
оказался очень удачным, - поясняет Франсуа Лакот, - затраты на его
эксплуатацию практически такие же, как и у поездов второго поколения,
но при этом TGV Duplex берет на борт почти на 40% больше пассажиров».
Три поколения TGV разрабатывались конструкторами SNCF, однако начиная с
1998 года компания ALSTOM, основной производитель подвижного состава,
начала разработку собственного высокоскоростного поезда четвертого
поколения. Этот поезд, официально представленный публике в 2008 году,
предназначен для независимых европейских операторов. Первым станет
итальянская част-ная компания NTV (Nuovo Trasporto Viaggiatori),
которая планирует начать эксплуатацию этих поездов в 2011 году.
Электричка четвертого поколения
Поезд, получивший название AGV (Automotrice á Grande Vitesse,
высокоскоростной электропоезд), значительно отличается от предыдущих
трех поколений. Все TGV построены по классической схеме с головным и
оконечным моторными вагонами, что сильно ограничивает максимальную
нагрузку на ось (в Европе она составляет 17 т). AGV представляет собой
электропоезд с распределенной тягой - моторные тележки, обеспечивающие
тягу, распределены вдоль поезда под полом вагонов. Это стало возможным
благодаря появлению достаточно мощных, но компактных синхронных
электродвигателей с постоянными магнитами.
Как и поезда TGV предыдущих поколений, AGV имеет сочлененную
конструкцию - то есть колесные тележ-ки расположены не под вагонами, а
между ними. Это позволяет уменьшить количество тележек, улучшить
акустический и вибрационный комфорт, а также повысить безопасность,
поскольку при сходе с рельс поезд остается единым целым и
не «складывается» (поезда TGV за время эксплуатации трижды сходили с
рельс на скоростях от 250 до 300 км/ч, при этом лишь несколько
пассажиров получили легкие травмы).
Многие элементы AGV прошли проверку практикой - в частности, синхронные
электродвигатели с постоянными магнитами и моторные тележки были
установлены на модифицированном TGV Duplex, который 3 апреля 2007 года
на высокоскоростной линии Est (Восток, Париж-Страсбург) достиг
рекордной скорости 574,8 км/ч. Для установки рекорда на поезде были
установлены бóльшие колеса, на участке линии увеличено натяжение
проводов контактной сети и поднято напряжение питания (с 25 до 30 кВ).
Как пояснил «Популярной механике» руководитель группы испытаний AGV
Тьерри Йоннэ, это был совместный проект ALSTOM, SNCF и RFF (Réseau
Ferré de France, компания, занимающаяся французской железнодорожной
инфраструктурой). Целью был не только сам рекорд, но и проверка
различных систем - тяговой, токосъемной, тормозной. Некоторые из них,
например моторные тележки с синхронными двигателями, используются
сейчас в конструкции AGV. Были также получены ценные данные по
аэродинамике, акустике и вибрации, что позволило улучшить комфорт
пассажиров AGV.
«За
скоростным железнодорожным транспортом будущее, - считает руководитель
отдела товарной политики компании ALSTOM Янник Легэ. - Когда в SNCF
начали разрабатывать высокоскоростные поезда, кто мог подумать, что
наступит время, когда на расстояния 600-800 км будет быстрее и
безопаснее путешествовать поездом, чем самолетом?»
Носовые и боковые обтекатели призваны снизить сопротивление воздуха и
аэродинамические шумы. Машинист на своем рабочем месте получает всю
необходимую информацию от систем централизованного управления движением
ERTMS / ETCS
Внешний вид AGV продиктован в основном соображениями аэродинамики,
которая играет важную роль в экономичности поезда на скорости 360 км/ч
«Профиль
носовой части оптимизирован с точки зрения сопротивления воздуха, а
чтобы еще больше подчеркнуть высокие скорости, мы изобразили лобовую
часть в виде фонаря реактивного истребителя, - поясняет руководитель
отдела дизайна компании ALSTOM Ксавье Аллар. - Длинный носовой
обтекатель скрывает систему пассивной безопасности - деформируемую
зону, способную поглотить 4,5 МДж энергии при столкновении с
препятствием. Широкие «плечи», прикрывающие первую моторную тележку,
помогают бороться с аэродинамическим шумом, а с рабочего места
машиниста можно контролировать более ста функций и показателей».
Высокоскоростной конструктор
AGV построен по модульному принципу. Каждый модуль состоит из трех
вагонов, оснащенных двумя моторными тележками и двумя обычными, тяговой
системой и трансформатором, расположенными под полом.
Головной и оконечный моторные вагоны также оснащаются моторными
тележками. В состав поезда входит вагон, под полом которого
располагается дополнительное оборудование. Сочлененная конструкция
поезда, то есть расположение тележек между вагонами, по сравнению с
классической конструкцией позволяет уменьшить количество тележек, что
упрощает техническое обслуживание, повышает акустиче-ский и
вибрационный комфорт. Все это увеличивает жесткость поезда в продольном
направлении и повышает безопасность пассажиров.
Вилка для любой розетки
Поезда AGV рассчитаны на популярные напряжения питания, используемые в
Европе. 25 кВ (50 Гц) - самая распространенная европейская система для
современных высокоскоростных поездов. Но для обеспечения совместимости
предусмотрено питание от 15 кВ, стандартизованное в Германии,
Швейцарии, Австрии, Норвегии и Швеции, а также 1,5 и 3 кВ постоянного
тока (на старых линиях).
Безопасность
За почти 30 лет эксплуатации количество серьезных инцидентов можно пересчитать по пальцам.
На высокоскоростных линиях несколько раз по тем или иным причинам
происходил сход с рельс. Во всех случаях благодаря сочлененной
конструкции поезд не «складывался» и не заваливался набок, оставаясь
единым целым. В результате на скоростных линиях не погиб ни один
человек. Наиболее показателен случай 21 декабря 1993 года, когда
головной моторный вагон и четыре следующих сошли с рельс на скорости в
300 км/ч на линии Nord (Париж-Лилль) из-за просадки грунта под
рельсами, при этом лишь один пассажир получил легкие травмы.
На обычных линиях, где встречались открытые железнодорожные переезды,
основные инциденты были связаны именно с ними. Самая страшная авария
такого рода произошла 23 сентября 1988 года под Вуароном, когда на
скорости 110 км/ч один из составов первого поколения столкнулся на
переезде с грузовиком, перевозившим электрический трансформатор массой
более 80 т. Машинист и один пассажир погибли, более 60 человек были
ранены, а поезд пришлось списать. После этой катастрофы конструкторы
стали серьезнее подходить к пассивной безопасности, предусматривая
деформируемые зоны для поглощения энергии при столкновениях.
Каталог статей
