Журнал «Юный техник» - Юный техник, 2000 № 05
Кислород поставляют в атмосферу только растения. Человек истребляет и кислород и растения. К концу столетия, если не взяться за ум, жизнь на Земле станет затруднительна.
Выход из положения — здраво оценить необходимость автомобиля. Он завоевал себе место под солнцем как средство, сделавшее человека свободным. Но сегодня в условиях большого города это свобода овцы в стаде. К тому же личный автомобиль надо купить, содержать и с риском для жизни сидеть за рулем. Очень многие в наше время готовы забыть про свой автомобиль и сесть на автобус или трамвай. Если бы только они ходили регулярно и часто! Поезда метро в этом отношении само совершенство. Приглядитесь внимательно к его пассажирам. Судя по одежде, там есть люди, плюнувшие на свои «мерседесы».
Какой же вид транспорта для города лучше? Известный изобретатель В.П.Хортов полагает, что трамвай. Правда, трамвай необычный. Но… обо всем по порядку.
Трение качения стального колеса трамвая по рельсовому пути в 18 раз меньше, чем у резиновой покрышки по асфальту. Рядовой человек может сдвинуть с места 60-тонный железнодорожный вагон, стоящий на рельсах, но не одолеет и полуторатонный автомобиль на асфальте. Поэтому трамвай потребляет значительно меньше энергии, чем троллейбус или сравнимый по величине автобус. Но автобусы и отчасти троллейбусы вытесняют трамвай.
Это связано с недостатками современного трамвая. Начнем с того, что трамваю нужны провод и рельсы. Это стоит больших денег. Примечательно, что в этих расходах чуть ли не 80 % приходится на электротехническую часть (понижающая подстанция, провод, изоляторы и их обслуживание).
По соображениям безопасности в условиях города можно прокладывать провода с напряжением не более 600–800 В. Но общая длина контактного провода сотни километров. При таком относительно низком напряжении потери на сопротивление проводов и несовершенство их изоляции, а также на понижающей подстанции могут превышать 80 %.
Расчеты же, проведенные в Московском государственном техническом университете (МАМИ), показали, что для движения трамвая массой 20 т со скоростью 60 км/ч требуется мощность всего… 5 кВт. Вот оно, преимущество движения по рельсам! Но современные трамвайные вагоны снабжаются двигателями общей мощностью 100–200 кВт. Такая мощность им нужна для разгона и преодоления подъема. В основном они работают на режиме частичной нагрузки. КПД их в этом случае значительно снижается. Исследования показывают, что с учетом потерь на понижающих подстанциях, в проводах и в электродвигателях КПД (вычисленный через отношение энергии, подведенной к колесу, к энергии, полученной от электросети) не превышает 6–7 %.
Создать трамвай без проводов, не нуждающийся в электроэнергии, пытались на протяжении всего столетия. В лаборатории перспективных разработок МАМИ предложен принципиально новый вид трамвая. В его основе комбинированная силовая установка. Она состоит из небольшого двигателя внутреннего сгорания (ДВС), приводящего в действие генератор, конденсаторной батареи и электродвигателя, приводящего в действие колеса трамвая. Здесь ДВС в отличие, например, от автомобильного работает всегда с постоянной мощностью в самом экономичном и малотоксичном режиме.
Если его мощность превышает мощность, необходимую для движения трамвая, то избыток энергии поступает на хранение в конденсаторную батарею. Но, если для движения трамвая понадобится мощность во много раз больше той, что развивает ДВС, тяговый электродвигатель получит добавочную энергию от батареи.
На этом роль ее не кончается.
Конденсаторная батарея поможет трамваю сберечь уйму энергии.
Около 25 % времени трамвай движется в режиме замедления. В этот момент электродвигатель начинает работать в режиме генератора и кинетическая энергия трамвая превращается в электрическую и посылается на хранение в конденсаторы. Отметим, что подобный режим работы, его называют рекуперативным торможением, используется и в обычных трамваях. При этом они отдают энергию торможения в контактную сеть. Но ввиду огромных потерь энергии в ней польза невелика.
В комбинированной силовой установке МАМИ удается сохранить до 80 % энергии, обычно теряемой при торможении.
И вот первый практический результат. Построена модель. Это вагонетка массой в одну тонну, оснащенная электродвигателем мощностью 5 кВт. Энергию вырабатывала серийная отечественная двигатель-генераторная установка АБ-1, развивавшая электрическую мощность один киловатт. В качестве накопителей энергии применялись конденсаторы К50-17 при работе на напряжении около 300 В или молекулярные накопители, работавшие при напряжении 60 В. Масса конденсаторов составляла 50 кг.
Несмотря на малую мощность генератора, вагонетка с шестью пассажирами набирала скорость 60 км/ч за 5 секунд. Расход топлива при движении вагонетки по городскому циклу составлял 1–1,2 кг на 100 км.
Сравнимый по массе и вместимости даже очень хороший автомобиль расходует топлива в 5–7 раз больше.
Предлагается на первых порах оснастить подобными силовыми установками все существующие трамваи. Это позволит отказаться от контактных сетей, расходы на обслуживание которых составляют 80 % стоимости эксплуатации трамвайного парка. Не следует забывать и про стоимость контактного провода, масса которого в Москве составляет 500 тонн.
Один из аргументов противников трамвая — грохот его колес. Но это связано с тем, что выполнены они целиком стальными, поскольку служат для передачи электричества через рельсы. В 30-е годы знаменитый испанский дизайнер Бугатти спроектировал для германского правительства поезд, имевший бесшумные колеса, состоявшие из стального обода с деревянной сердцевиной. Они выдерживали скорость до 200 км/ч. Нечто подобное можно было бы поставить и на новый трамвай.
В.ХОРТОВ
Рисунки А. ИЛЬИНА
Новое из… старого
Уже в конце этого года в Москве появятся новые фирменные трамваи «ТРМП-1». Самое интересное, что их будут делать из… старых.
В городе насчитывается около 500 трамвайных вагонов, которые уже отъездили по 15–18 лет по улицам столицы, превысив запланированные сроки эксплуатации в полтора-два раза. Ну а поскольку просто закупить новые трамваи, да тем более за рубежом, как это делалось раньше, — слишком дорогое удовольствие (на это потребуется свыше 300 000 долларов), то на столичном трамвайно-ремонтном заводе решили провести коренную модернизацию старых.
Совместно с фондом экологизации транспорта «Мосэкотранс» и Техническим центром городского электротранспорта заводчане разработали уникальную технологию восстановления и уже опробовали ее на трех опытных образцах.
Суть технологии такова.
На прежнюю, еще вполне прочную раму крепится новая облицовка вагона, изготовленная из очень прочного стеклопластика в соответствии с требованиями международных стандартов безопасности. Кабина водителя оснащена по последнему слову техники, даже сферические зеркала заднего вида снабжены электроподогревом. В салоне — 26 мест для сидения плюс 100 стоячих. Масса пустого вагона — 17 тонн, скорость — 80 км/ч. Срок службы еще не менее 15 лет.
ВЕСТИ С ПЯТИ МАТЕРКОВ
ПОД ПАРУСАМИ ВОКРУГ СВЕТА хочет обойти на своем корабле «Вихароча» команда из 6 человек под руководством американца Фила Бука. Особенность этого плавания состоит в том, что суденышко представляет собой тростниковую лодку длиной в 16,5 м, выполненную по старинной технологии на берегах озера Титикака. Таким образом, Ф.Бук решил по примеру знаменитого норвежского путешественника Тура Хейердала доказать, что древние вполне могли совершать куда более дальние путешествия, чем мы пока себе представляем. При удачном стечении обстоятельств путешественники надеются обогнуть земной шар за 5 лет. На снимке: заключительный этап строительства лодки.
«УМНАЯ» МАЧТА сконструирована британскими инженерами. Сделанная из современных композитных материалов, она имеет в сердцевине оптоволоконные сенсоры, которые способны регистрировать механические нагрузки. Как только те превышают определенную величину, раздается сигнал тревоги, предупреждающий яхтсменов о необходимости взять рифы или вообще убрать паруса. «Спортсменам больше не надо полагаться на свое чутье, — говорит руководитель проекта профессор Ян Бенином. — Компьютер и сенсоры позволят надежно оценить опасность».
ПЛАНЕТА, КОТОРАЯ ВРАЩАЕТСЯ вокруг двух солнц, обнаружена международной группой астрономов с помощью телескопа обсерватории в Маунт-Стромло (Австралия). Сравнимая по размерам с нашим Юпитером, она вращается в системе двойной звезды, сразу вокруг двух светил. Феномен удалось заметить, когда летом 1999 года звезды и планета выстроились в одну линию относительно наземных наблюдателей.
