Транспортные системы

Всё об автомобильном, ЖД и авиатранспорте в России

Новые виды транспорта

Прогноз развития транспорта

 

Трудно даже вообразить, сколько в настоящее время существует транспортных устройств, машин и механизмов. В телевизионной программе "Это вы можете" были рассмотрены десятки вариантов колеса. А сколько было болотоходов, снегоходов, вездеходов – колесных, гусеничных, на воздушной подушке, шагающих, прыгающих, ползающих и даже танцующих! И все это не игрушки, а реальные транспортные средства, задуманные для совершения полезной работы и выполняющие эту работу. Создано не меньше вариантов летательных аппаратов, надводных и подводных транспортных средств.

И все же каждую эпоху отличают наиболее характерные для нее виды транспорта, на которые приходится основная масса пассажирских и грузовых перевозок, определяющих транспортную политику государств.

Какие же виды транспорта следует внести в визитную карточку нашего времени? На земле – это железнодорожный и автомобильный транспорт, в последнем главную роль выполняют автобусы и большегрузные автомобили; в воздухе – реактивные авиалайнеры, а также вертолеты и самолеты сельскохозяйственной авиации; на воде – водоизмещающие пассажирские, грузовые и наливные суда с двигателями внутреннего сгорания, а также корабли-атомоходы, суда на подводных крыльях и воздушной подушке.

О подводном транспорте пока говорить не приходится, а вот подземный трубопроводный транспорт, предназначенный в первую очередь для транспортировки жидкого и газообразного топлива, следует выделить.

Это наиболее характерные для нашего времени виды транспорта. Они меняются нечасто (например, время существования водоизмещающих судов с двигателями внутреннего сгорания можно исчислить уже многими десятилетиями), но все время совершенствуются. Однако непрерывно возрастающий темп научно-технического прогресса создает предпосылки для появления новых видов транспорта в течение существенно меньших отрезков времени, чем это было в прошлом. Можно предположить, что уже в ближайшие десятилетия не только появятся, но и займут главенствующее положение такие виды транспорта, о которых мы сегодня еще только мечтаем.

Попробуем дать прогноз развития транспорта на ближайшие полстолетия, наметить его основные виды, которые будут характерны к середине XXI в. Среди наземного транспорта прочное место займут скоростные поезда на магнитной и воздушной подушке. Широкое применение в осваиваемых и труднопроходимых районах найдут аппараты на воздушной подушке. В воздухе преобладающими станут крупные реактивные самолеты, в первую очередь аэробусы, большое распространение получат дирижабли.

В морях и океанах конкуренцию авиационному транспорту составят экранопланы, расписание и движение которых будут корректироваться из космоса.

Ранее уже достаточно подробно были рассмотрены факторы, позволяющие отнести перечисленные виды транспорта к перспективным. Теперь попробуем оценить перспективность судов на подводных крыльях и воздушной подушке.

Как уже указывалось, скорость и грузоподъемность – основные критерии прогрессивности. Грузоподъемность кораблей на подводных крыльях определяется подъемной силой, создаваемой крыльями и возрастающей с увеличением площади крыльев в прямолинейной зависимости и скорости движения – в квадратичной, то увеличивать ее целесообразно за счет повышения скорости движения. Следовательно, более крупные корабли на подводных крыльях должны обладать и большей скоростью. Однако дальнейшему росту скорости препятствует кавитация.

Кавитацией называется физическое явление, связанное с нарушением сплошности жидкости. Как только давление становится равным или несколько ниже давления насыщенных паров жидкости (в нашем случае – воды), начинает выделяться растворенный в ней воздух, и в воде образуются паровоздушные пузырьки – сплошность жидкости нарушается.

В соответствии с уравнением Бернулли давление и скорость жидкости связаны обратной зависимостью. При движении корабля наибольшая скорость и, следовательно, наименьшее давление возникают сверху подводного крыла. Рост скорости может привести к образованию пузырьков пара в этой области. Продвигаясь к задней кромке крыла, пузырьки попадают в зону более высоких давлений, где произойдет их быстрое захлопывание. Это захлопывание имеет природу гидравлического удара и сопровождается резким повышением давления и температуры, что вызывает сильное повреждение поверхности подводных крыльев. Режим кавитации сопровождается сильной вибрацией.

Кроме кавитации, на пути создания крупных кораблей на подводных крыльях стоит энергетический барьер. Увеличение размеров и массы корабля требует большей скорости, что приводит к резкому возрастанию мощности силовой установки, которая пропорциональна произведению массы корабля на его скорость. В США в начале 60-х годов прогнозировались корабли на подводных крыльях массой 1000 т. Чтобы обеспечить им скорость 120 км/ч, потребуется мощность энергетической установки от 45 до 60 тыс. кВт. Корабль массой 3000 т для достижения скорости 280 км/ч должен иметь мощность двигателей 300 тыс. кВт. Следовательно, создание суперкораблей на подводных крыльях в будущем вряд ли окажется реальным.

Теперь посмотрим, как требования к росту скорости и грузоподъемности реализуются в судах на воздушной подушке. Избыточное давление под днищем такого судна составляет 3–5 кН/м2. Оно образует прогиб на водной поверхности глубиной 10 см на каждые 1 кН/м2. Высота воздушной подушки определяется волнами на поверхности воды: она должна быть больше, чем высота гребня волны. Увеличение воздушной подушки приводит к большим утечкам воздуха из ее полости, возрастанию потребной на ее создание мощности. Утечки воздуха происходят по периметру. Так как подъемная сила определяется произведением давления в воздушной подушке на площадь днища, то оптимальная форма судна на воздушной подушке в плане круг, причем чем площадь круга больше, тем относительно меньше будет периметр: площадь растет пропорционально квадрату радиуса, а периметр – пропорционально первой степени его. Следовательно, чем больше размеры судна, тем при заданной высоте парения будет больше его грузоподъемность и относительно меньше энергозатраты на создание воздушной подушки.

Чтобы снизить утечки воздуха из воздушной подушки, применяют воздушные или водяные завесы, лабиринтные уплотнения, "юбки" по всему периметру из эластичного материала, касающиеся поверхности воды (или земли), жесткие ограждения по бортам – скеги. Скеги, утопленные ниже поверхности воды, хорошо удерживают воздушную подушку, однако корабль теряет качества амфибии, не может, например, выходить на пологий берег для разгрузки.

Самый крупный пока в мире французский корабль на воздушной подушке "Навиплан-500" (рисунок 9.17), вмещающий 400 пассажиров и 45 легковых автомобилей, был пущен в эксплуатацию в середине 1977 г., и теперь до 50 % всех пассажирских перевозок через пролив Ла-Манш осуществляется с помощью кораблей на воздушной подушке. Энерговооруженность корабля "Навиплан-500" весьма высока и составляет 50,8 кВт на 1 т массы.

 
  clip_image034

Рисунок 9.17 – Корабль на воздушной подушке "Навиплан-500"

С ростом размеров кораблей энерговооруженность снижается и, например, у 10 000-тонного судна может быть доведена до 25 кВт/т. Но и в этом случае двигатели должны обладать огромной мощностью, а запасы топлива для двадцатичасового рейса достигнут 30 % его полной массы. Поэтому такие суда в будущем можно будет строить только в случае использования атомных источников энергии.

Экономическая эффективность кораблей на воздушной подушке скегового типа гораздо выше. Например, 5000-тонное скеговое судно может конкурировать с водоизмещающими благодаря существенно большей скорости движения, достигающей 200 км/ч. Представляют большой интерес разработки подводных средств для транспортировки жидкого топлива, а также кораблей-катамаранов или многокорпусных судов.

Безусловно, появятся транспортные средства, обладающие совсем малыми скоростями, но поражающие воображение человека сегодняшнего дня своими удивительными возможностями. Такими транспортными средствами будут оборудованы роботы, которые в будущем станут незаменимыми помощниками человека. Например, уже сегодня обсуждаются конструкции роботов, способных перемещаться по вертикальной стене и даже потолку. Завтра такие роботы станут привычными и очень полезными механизмами.

Необычные транспортные средства будут созданы и для освоения космического пространства. В атмосфере Венеры, плотность которой в 60 раз превышает плотность земной атмосферы, эффективными будут аэростатические аппараты. Зависимость температуры атмосферы Венеры от высоты можно использовать для вертикального перемещения аэростатического аппарата, так как объем его и окружающая температура, а следовательно, и величина подъемной силы (закон Архимеда действует и на Венере) могут быть в упоминаемой конструкции взаимоувязаны.

Трудно представить, что через какие-нибудь полстолетия начнутся работы по строительству космического лифта, использующего центробежные силы Земли для доставки грузов на орбиту. Но нет сомнения, что в это время человечество приблизится к решению подобных грандиозных проектов.

Конечно, эти новые виды транспорта не заменят полностью существующий железнодорожный и автомобильный транспорт, водоизмещающие суда, вертолеты или мотоциклы. Они их дополнят, взяв на себя те перевозки, которые смогут выполнять более эффективно. Но и существующие виды транспорта не останутся на современном уровне, а будут модернизированы.

Научно-технический прогресс всеобъемлющ, и те успехи, которые будут достигнуты в космосе, в области радиоэлектроники, вычислительной техники, материаловедения и др., найдут применение в разрабатываемых транспортных системах. Для этого необходимо содружество специалистов разных направлений из различных стран. В этом случае никто не останется в проигрыше – когда делятся идеями, обогащаются все участники. Отсюда следует необходимость в международном сотрудничестве по проблемам транспорта, ибо транспорт важен для всех.