Развитие железнодорожного высокоскоростного транспорта на базе новых принципов перемещения (магнитной левитации) с учетом экономико-эко

строя от сильного электромагнитного изучения, поэтому японцы очень осторожно относятся к внедрению магнитных монорельсовых дорог.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ГЛАВА 2. Разработка инновационного проекта в области  высокоскоростного железнодорожного транспорта на базе ускоренного внедрения маглевовских систем.

 

2.1.Мировые  отечественные тенденции развития  высокоскоростного железнодорожного  транспорта на базе  маглевовских  систем.

 

Работы по созданию скоростных бесколесных поездов на магнитной  подушке ведутся достаточно давно, в частности в Советском Союзе с 1974 года. Однако и в 2006 году проблема наиболее перспективного транспорта будущего остается открытой и является широким полем деятельности для современных ученых. В данном разделе речь идет о достоинствах и недостатках новейших разработок совершенно нового вида транспорта.

 

 

Рис. 11 Модель поезда на магнитной подушке [http://www.bestreferat.ru/referat-187256.html]

 

На рисунке 2 представлена модель поезда на магнитной подушке, где разработчики решили перевернуть всю механическую систему с ног на голову. Железнодорожная трасса представляет собой совокупность расставленных через определенные равные расстояния железобетонных опор со специальными проемами (окнами) для поездов. Рельсов нет. Почему? Дело в том, что модель перевернута, и в качестве рельса служит сам поезд, а в окнах опор установлены колеса с электромоторами, скоростью вращения которых дистанционно управляет машинист поезда. Таким образом, поезд как бы летит по воздуху. Расстояния между опорами подобраны таким образом, чтобы в каждый момент своего движения поезд находился, как минимум, в двух-трех из них, а один вагон имеет длину большую, чем один пролет. Это позволяет не только удерживать железнодорожный состав на весу, но и, вместе с тем, при отказе одного из колес в какой-либо опоре движение будет продолжаться.

Преимуществ использования  именно этой модели достаточно. Во-первых, это экономия на материалах, во-вторых, вес поезда значительно уменьшается (не нужно ни двигателей, ни колес), в-третьих, такая модель чрезвычайно экологична, а в-четвертых, проложить такую трассу в условиях густонаселенного города либо местности с неровным ландшафтом гораздо проще, чем в стандартных видах транспорта.

Но нельзя не сказать и о недостатках. Например, если в рамках трассы одна из опор сильно отклонится, это приведет к катастрофе. Хотя, катастрофы возможны и в рамках обычных железных дорог. Другой вопрос, который ведет к сильному удорожанию технологии, это физические нагрузки на опоры. Например, хвост поезда, только выехавший из какого-либо конкретного проема, если говорить простыми словами, как бы "повисает" и оказывает большую нагрузку на следующую опору, при этом смещается и центр тяжести самого поезда, что влияет на все опоры, в целом. Примерно такая же ситуация возникает, когда голова поезда выезжает из проема и так же "повисает", пока не достигнет следующей опоры. Получаются своего рода качели. Как эту проблему намерены решать конструкторы (с помощью несущего крыла, огромной скорости, уменьшением расстояния между опорами...), пока неясно. Но решения есть. И третья проблема - повороты. Поскольку разработчики решили, что длина вагона больше, чем один пролет, стоит вопрос поворотов.

 

Рис. 12 Т-образній монорельс [http://www.bestreferat.ru/referat-187256.html]

 

Американский проект Airtrain предполагает использование перевернутого  вверх ногами Т-образного монорельса, к которому подвешено некое подобие  самолета. Во время движения он не касается самого рельса, за исключением подпружиненного контакта, питающего Airtrain электроэнергией. С поворотами, торможением и т.п. проблем нет. Например, при торможении на высокой скорости изменяется угол пропеллеров, а на низкой - Airtrain ведет себя точно так же, как и монорельсовые поезда. Средняя скорость - 320 км/ч, объем пассажиров в одном вагоне - около 92 человек. На самом деле это одна из самых реальных перспектив развития транспорта будущего. Это объяснимо, поскольку над созданием этого проекта трудились два очень авторитетных специалиста - Элвест Лель (Elvest L. Lehl), имеющий 30-летний стаж работы инженером в компании Being, и профессор аэрокосмической инженерии Глен Зумволт (Glen W. Zumwalt), работавший в проектах NASA, FAA и USAF. Первые испытания Airtrain пока только на модельном уровне не выявили каких-либо существенных недостатков. Но интересно другое - судя по расчетам, вся система, включая рельсы, транспортные средства и т.п. на протяженность 450 км, стоит $2,06 миллиарда, где один самолет Airtrain имеет цену от 11 до 16 миллионов долларов, а полтора километра трассы - $7.3 млн.

 

Рис. 13 Высокоскоростной Струнный Транспорт Юницкого

[http://www.bestreferat.ru/referat-187256.html]

Существует альтернативная Российская разработка: высокоскоростной Струнный Транспорт Юницкого (СТЮ). В ее рамках предлагается использовать поднятые на опорах на высоту 5-25 метров предварительно напряженные рельсы-струны, по которым движутся четырехколесные транспортные модули. Себестоимость у СТЮ оказывается гораздо меньшей - 600-800 тысяч долларов за один километр, а с инфраструктурой и подвижным составом - 900-1200 тысяч долларов за км.

 

Рис. 14 Пример монорельсового транспорта

[http://www.bestreferat.ru/referat-187256.html]

 

Ближайшее будущее за обычным монорельсом.

В рамках монорельсовых  систем откатываются новейшие технологии по автоматизированию транспорта. Например, американская корпорация Taxi 2000 создает монорельсовую систему автоматических такси SkyWeb Express, которые могут ездить как в рамках города, так и за его пределами. Водитель в таких такси не нужен (прямо как в фантастических книгах и фильмах). Вы указываете точку назначения, и такси само вас туда отвозит, самостоятельно выстраивая оптимальный маршрут. Тут получается все - и безопасность, и точность. Taxi 2000 на данный момент - наиболее реальный и осуществимый проект

Рис. 15 Пересадочная станция.

 

Рис. 16 Комфорт и уют внутри вагона.

Рис.17 Система устойчивости.

 

 

Рис. 18 Вид из поезда при скорости в 500км/ч

 

Рис. 18  Макет японского маглева. [http://science.compulenta.ru/724643/]

 

2.2. Совершенствование  принципов функционирования маглевов  с учетом современных технических  возможностей.

 

 

       Мы живём в информационном мире, в котором стоимость той или иной технологической информации имеет вполне конкретные значения. В этом ряду особенно значительные затраты приходятся на создание инновационной научно-технической информации в области транспорта. Соответственно, такая научно-техническая информация стоит очень дорого.

Полёт братьев Райт в 1903 году на своей "летающей этажерке" - всего лишь информация о том, что предмет тяжелее воздуха может летать. Хотя и до этого было известно о том, что птицы и воздушные змеи, которые тяжелее воздуха, также умеют летать. Но эта информация никем не принималась в расчёт, так как была как бы "второсортной" информацией, не соответствующей веяниям времени и существующим представлениям о будущем.

А ведь конструкция любого самолёта - всего лишь информация. И  не только "летающей этажерки", но и недавно разработанных аэробусов  Боинг-787 и А380. Например, информация об устройстве последнего, то есть рабочая документация "с чистого листа", обошлась инвесторам в 10 миллиардов евро и в 10 лет затрат времени. В то время как материализация этой информации, а именно строительство 5 аэробусов А380 для тестирования, сертификации и демонстрации, потребовала "всего" 3 лет и 2 миллиардов евро.

К сожалению (а может  и к счастью?), любой человек, принимающий  решение, считает научно-техническую  информацию достоверной только в  том случае, если он может "пощупать" её материализованную версию. Вот здесь и нужны эксперты, чтобы облегчить ему эту задачу.

О том, что любой эксперт (не важно, кто он - доктор наук, экстрасенс или домохозяйка) - не более чем  простой обыватель, не имеющий представления  о будущем, свидетельствует хотя бы тот факт, что мы не знаем ни одного успешного эксперта. Если бы эксперты знали будущее, и своё будущее в том числе, то сами создавали бы успешные бизнесы, а не советовали это другим. Но в истории реализации инновационных технологий всё как раз наоборот - все успешные бизнесы были созданы вопреки мнению экспертов. В транспорте - в том числе.

Показательны в этом плане истории создания Струнных технологий Юницкого (СТЮ) и близкого ему по области применения поезда на магнитной подушке "Трансрапид" (компания "Сименс", Германия).

От экспертов часто  приходится слышать: "А что там  создано в СТЮ? Какие-то бумажки  по испытаниям первого поколения  системы на полигоне в Озёрах, по продувкам в аэродинамической трубе, по лабораторным, стендовым и полевым  натурным испытаниям, в том числе физических моделей, какие-то научные монографии, научная, конструкторская и проектные школы, какая-то аналитика, расчётные динамические модели системы и т.д. и т.п.? Разве это что-нибудь стоит? И на эту ерунду потрачено 35 лет, более 1.000 человеко-лет инженерного труда и 300 миллионов долларов (с учётом дисконта 25% годовых на венчурные вложения)?"

Позвольте с этим не согласиться. На подобную "ерунду" тот же "Сименс" при создании "Трансрапида" потратил 45 лет (1934-1988 гг. за вычетом 9 лет на войну и послевоенную разруху), более 10.000 человеко-лет инженерного труда и 5,5 миллиардов евро. И это также ничего не стоит?

Как известно, без создания такой науки, как аэродинамика, самолёты проектировать нельзя. Нельзя также  утверждать, что в советское время такой науки не было, и в её создание не вкладывались большие деньги. Но когда пришло время создавать самолёты нового поколения, СССР пришлось покупать у американцев соответствующие аэродинамические программы за $500 миллионов. Потому что свои программы создать не смогли. Это и есть цена некоторых (но не всех) "бумажек", созданных продвинутым разработчиком.

Вернёмся к СТЮ. Здесь  также есть своя аэродинамика. Вернее - "антиаэродинамика", так как  юнибус не должен летать. Он должен с  минимальными аэродинамическими потерями двигаться в воздушной среде с высокой скоростью. И цена этого вопроса очень высока. Простейшие расчёты, основанные на данных экспериментальных продувок моделей юнибусов в аэродинамической трубе, позволяют сделать ошеломляющие выводы. На каждой тысяче километров построенных высокоскоростных трасс СТЮ "антиаэродинамика" высокоскоростных юнибусов (скорость более 350 км/ч) будет экономить инвестору топливо (энергию) стоимостью более $10 миллиардов в течение каждых 20 лет эксплуатации трассы! И эти знания, подтвержденные экспериментально, запатентованные в виде изобретений и имеющие десятки ноу-хау, ничего не стоят?

Но, кроме аэродинамики, как в авиации, в СТЮ есть ещё  и другая, не менее сложная наука, - динамика движения многоколёсного транспортного средства по неразрезной предварительно напряжённой и статически неопределимой транспортной эстакаде. На эту динамику влияет всё: масса колёс и характеристики подвески и демпфера неподрессоренной массы; жёсткость и масса корпуса транспортного средства и характеристики связи между собой сочленений протяжённого корпуса по его длине; усилия натяжения струн и погонная масса струнного рельса; изгибная жёсткость рельсо-струнного пролёта и его длина; физико-технические характеристики опор и даже фундаментов опор и подстилающих грунтов. И многое другое.

Основы этой науки "Динамика СТЮ" заложены ещё в 1995 г., когда  была издана научная монография автора струнных технологий "Струнные транспортные системы: на Земле и в космосе". В монографии определены аналитические методы расчётов рельсо-струнных эстакад по математическим формулам, выведенным на основании знаний таких наук, как теоретическая механика, сопротивление материалов, теория упругости, высшая математика. К подготовке этой монографии привлекалась Академии наук Белоруссии и Украины, Белорусский государственный университет, МГУ, Воронежский политехнический институт и другие научные организации бывшего СССР. Без этих, вновь созданных знаний, нельзя проектировать рельсо-струнную эстакаду, потому что при определённых режимах эксплуатации юнибусов она может войти в резонанс и просто развалится, как когда-то разваливались на части из-за возникающего флаттера первые сверхзвуковые самолёты. И опять закономерный вопрос: эти знания и эта наука тоже ничего не стоят?

Пойдём дальше. За последующие  годы, после издания этой монографии, были созданы, отлажены и апробированы в расчётах динамические модели СТЮ  уже методом конечных элементов. Динамические модели были созданы на базе самых современных лицензионных (а не взломанных хакерами), поэтому очень дорогостоящих, компьютерных программ, с учётом всех перечисленных выше расчётных характеристик СТЮ. Необходимо отметить, что у никого другого в мире в настоящее время подобных компьютерных расчётных динамических моделей нет. Например, те же проектировщики мостов не могут рассчитать динамику протяжённого предварительно напряжённого и статически неопределимого мостового перехода при движении по нему конкретного поезда, например, со скоростью 500 км/ч. А ООО "СТЮ" подобные задачи способно решать.

    Подобные вопросы можно также задавать относительно того, как построить в десять раз более дешёвую эстакаду при увеличении её долговечности в два раза; и относительно того, как снизить сопротивление качению стального колеса по стальному струнному рельсу в два раза при снижении контактных напряжений в 10 раз, при одновременном десятикратном снижении износов, шумов и десятикратном же повышении долговечности колеса; и т.д. и т.п. относительно более чем сотни ноу-хау.

Но вернёмся к "Трансрапиду". На привёденных ниже календарных графиках показана сравнительная история создания поезда на магнитной подушке и струнного транспорта Юницкого.

Технологию СТЮ разрабатывала  инжиниринговая компания ООО "СТЮ", у которой нет таких активов, как заводы, фабрики, золоторудные месторождения, нефтяные и газовые трубы. По своим  масштабам ООО "СТЮ" далеко до "Сименса" и других крупных компаний, которые, к слову, когда-то были не крупнее нынешнего разработчика струнных технологий. Но у него есть другие, нематериальные активы, которые при грамотном их употреблении будут стоить не меньше, а значительно больше материальных активов. Взять те же "Кока-Колу", "Эппл", или "Майкрософт". Их нематериальные активы перевешивают материальные. Например, стоимость только товарного знака "Кока-Кола", за которым стоит технологический секрет (ноу-хау) ставшего популярным напитка, превышает стоимость такой компании, как российский "Газпром".

Из приведённых календарных  графиков с очевидностью вытекает вывод  о том, что струнные технологии свои венчурные этапы прошли в более  сжатые сроки и за значительно  меньшими затратами, чем "Трансрапид". Но главные преимущества в другом: реализованный СТЮ - это совсем другой рыночный продукт, на порядок более эффективный своего ближайшего конкурента (по стоимости системы, по энергоэффективности, по областям применения, по безопасности и надёжности и т.д.).