ПОЕЗДА БЕЗ КОЛЕС
Уже много лет обсуждаются возможности увеличения скоростей железнодорожного транспорта. Но превысить скорость 300...350 км/ч вряд ли удастся: сила тяги становится недостаточной, чтобы преодолеть сопротивление воздуха даже для поездов обтекаемой формы. Кроме того, при скоростях выше 300 км/ч, как показали исследования, исчезает надежное сцепление колеса с рельсом.
А что, если отказаться от колес — от жесткого контакта вагона с землей? Уже проанализированы и опробованы десятки возможных решений. И начинать всякий раз приходится с главного: как обеспечить подвеску вагонов и осуществить их тягу?
Еще в 1927 г. К. Э. Циолковский предлагал использовать для этой цели реактивные двигатели. Однако это решение не очень перспективно: известные ограничения скорости остаются. Нежелательны сильный шум, загрязнение воздуха выхлопными газами. Можно воспользоваться и пропеллерной тягой. Американские инженеры предложили, например, проект радиовоздушного состава, спрятанного в трубу. Тягу обеспечивает винт—электродвигатель, получающий энергию высокочастотным излучением от стен туннеля. Тормозить и разгонять состав можно за счет сжатия или расширения воздуха. Проект, конечно, интересный, но экономически нереальный. Передача энергии электромагнитным пучком, сооружение трубы-пути — все это будет стоить очень недешево.
Проектов много. Предлагаются даже такие экзотические варианты, как поезда, висящие на водяных струйках и толкаемые водой. На фоне этих проектов исключительно выигрышно смотрится идея создания поездов на «магнитной подушке». Магнитное поле вместо колес. Идея эта не нова, она была высказана еще в начале нашего века. В 1911 г. профессор Томского политехнического института Б. П. Вейнберг создал модель магнитного туннеля. Находящаяся внутри трубы железная платформа с большой скоростью пролетала по туннелю, двигаясь от одного электромагнита, стоящего на ее пути, к другому.
Платформы с магнитной подвеской привлекательны во многих отношениях. Это и отсутствие шума при движении, и плавность хода, и устранение вибраций... Но чтобы эти принципиальные преимущества стали реальностью, необходимо было преодолеть большие технические трудности. Ведь осуществить магнитный подвес можно по-разному: посредством постоянных магнитов, электромагнитов или электродинамическим способом. Выбор богат, и все же наиболее перспективны подвески на сверхпроводниках с их традиционными преимуществами — возможностью достижения сильных магнитных полей при одновременном значительном снижении массы магнитов.
Рис. 6.12.1.
Здесь используется следующий принцип. В отдельных вагонах поезда устанавливаются катушки, создающие довольно сильное магнитное поле (рис. 6.12.1). Поездной электромагнит 1 делают сверхпроводящим. Он охлаждается жидким и газообразным гелием. При движении поезда в алюминиевых полосах-рельсах 2наводятся вихревые токи, которые по правилу Ленца создают магнитное поле, направленное навстречу вызвавшему их магнитному полю, в нашем случае полю магнитов, расположенных в поезде. Это поле и создает силу отталкивания. Поезд-вагон приподнимается над эстакадой электромагнитными силами. Горизонтальная часть полосы-рельса 3создает при этом подъемную силу, а вертикальная обеспечивает боковую устойчивость поезда. Между шинами-полосами проложен третий рельс — линейный двигатель, который и приводит поезд в движение.
Для создания силы тяги можно использовать, вообще говоря, любой автономный двигатель, например авиационный мотор. Но конструкторы предложили более интересный вариант: использовать для приведения поезда в движение дорогу, по которой этот поезд движется. «Развернуть» привычным нам электродвигатель так, что дорога будет играть роль статора, а поезд — ротора. При этом вращательное движение ротора сменится поступательным. Подобная конструкция получила название линейного электродвигателя. Для обеспечения работы такого двигателя на дорогу придется укладывать множество проводящих стержней, в которые по специальной программе нужно подавать ток. Сверхпроводящая катушка на борту вагона может подтягиваться токами дороги. Токи смещаются — поезд движется вслед за ними. При этом просвет между вагоном и дорогой можно увеличить до 0,3 м, что поможет решить проблему безаварийного движения.
В сверхпроводящих опорах подъемная сила при поле с индукцией 1 Тл может достигать 4-Ю5 Н на квадратный метр, что примерно равно давлению воздуха в шинах автобуса. Вполне реально увеличить магнитное поле в 2...3 раза. Увеличить надежность помогает резервирование катушек и предотвращение потерь проводом, находящимся в сверхпроводящем состоянии. В целом создание высоконадежной магнитной системы вполне реально. Работы, связанные с созданием транспорта на «магнитной подушке», сейчас ведутся широко. Оцениваются достоинства различных конструкций, отрабатываются способы подвеску, форсируется работоспособность соленоидов.