Транспорт будущего. Часть 5. Киловатты – по проводам или по воздуху?
Как ни парадоксально, но именно рельсы, изобретенные, чтобы облегчить транспорту движение, сейчас стали тормозом, препятствием для увеличения скорости.
Пантографы, снимающие электрическое напряжение с контактной сети, также враги стремительности. Чем быстрее идут электропоезда, тем сильнее износ проводов. Недаром в 1969 году в нашей стране состоялось международное совещание, специально посвященное этому вопросу. Да, радикальное решение проблемы скорости немыслимо без ответа на важный вопрос об энергопитании.
Повышение к.п.д. оптических квантовых генераторов и солнечных батарей приведет, наверное, к разработкам лазерных линий – ведь мощности сфокусированных когерентных лучей вполне хватит для питания даже сверхзвукового поезда. Хуже обстоит дело с солнечными батареями. Установленные на крыше вагона, они снизят его аэродинамические характеристики.
Можно предвидеть и другие проекты. В 30-х годах инженер Смуров изучал передачу электрической энергии с помощью стоячих волн. Когда у генератора напряжение равно нулю, на противоположном конце линии Смурова оно достигает наивысшей величины. Рабочая частота генератора может быть выбрана так, что вдоль полотна произойдет требуемое распределение минимумов и максимумов энергии. В точках максимумов нетрудно подзарядить конденсаторы. Советский ученый Бабат примерно в те же годы сконструировал бесконтактную линию. На дороге укладывался кабель, излучавший радиоволны. Их принимала антенна, установленная на вагонетке. Радиоволны затем преобразовывались в постоянный ток, поступавший на электродвигатель. В последнее время американцы ведут работы по созданию двигателей, питающихся непосредственно сверхвысокочастотной энергией радиоволн.
Французские инженеры построили аэропоезд с автономным питанием. Однако успех не вскружил им голову. Специалисты многих стран считают, что будущее за экспрессом с линейным асинхронным двигателем (ЛАД), Такой поезд можно питать энергией мощных радиоволн, распределяемых вдоль линии параболическими рефлекторами. Сверхвысокочастотные радиоколебания принимаются силовой антенной, расположенной на крыше поезда, выпрямляются диодами и преобразуются в трехфазное напряжение низкой частоты для питания ЛАДа.
При таком построении транспортной линии дециметровые радиоволны многократно отражаются, «срикошетируют» от рефлекторов, обеспечивая энергией антенну поезда, где бы тот ни находился. Согласно французскому проекту 35-см радиоволны подаются от генератора волноводом прямоугольного сечения. Преобразователи направляют радиоволны из волновода в «рабочее» пространство между параболическими рефлекторами под определенным углом («рикошет» под углом 37°).
Линию удобно разделить на 30-км секции. При этом средние потери энергии на всей длине рефлекторов, а также убыль ее за счет небольшого рассеяния составят около 10%. На каждой секции должны одновременно находиться два поезда, идущих в противоположных направлениях и встречающихся в центре.
В середине секции расположен вспомогательный (развязывающий) рефлектор. Он возвращает поток энергии снова к генератору, если в соответствующей половине секции нет поезда (ведь энергия не поглощается силовой антенной!). Возвращенная энергия попадает на управляющее устройство, которое выключает генератор, работающий на холостом ходу. Подача энергии возобновляется по сигналу поезда, въезжающего в пределы полусекций.
При нормальных условиях силовая антенна поезда поглощает всю энергию, бегущую по линии. Но если два состава случайно окажутся в одной и той же полусекции, параметры антенны ближайшего к генератору вагона изменятся. Эта антенна теперь поглощает лишь часть энергии, оставляя «объедки» второму, дальнему поезду.
Скорость поезда регулируется инверторами – устройствами, преобразующими выпрямленный диодами ток в переменный. Варьируя частоту напряжения, питающего ЛАД, можно управлять скоростью. О препятствиях на пути диспетчеру (или машинисту) сообщает радар.
Существующие генераторы 10-30-см волн излучают лишь до 1000 кВт энергии. В самое ближайшее время можно ожидать появления генераторов с повышенной мощностью, способных привести в движение «радиоэкспрессы». Итак, будущее – за бесконтактной передачей энергии. Этого требует борьба за скорость.
ПРИЛОЖЕНИЕ
Д. СТЕХЕНС (Англия)
Дороги, проходящие по крышам зданий
До сих пор дорогам, проходящим по крышам зданий, уделяется поразительно мало внимания. Эту идею рассматривали Корбюзье, Макс Лок и Джеллико, но до практических шагов дело не дошло. Одна из возможных причин такого положения – опасение, что чрезмерная вибрация и шум будут передаваться жилым помещениям. Однако за последнее десятилетие были разработаны и начали применяться эффективные методы звукоизоляции. Измерения показывают, что в зданиях будет очень тихо. Больше того, хотя это и звучит парадоксально, условия жизни под дорогами, проходящими по крышам, могут быть лучше и спокойнее, нежели при других дорожных системах.
На первый взгляд перспектива появления длинных лент домов может показаться ужасающей. Однако эти ленты, пронизанные арками, – не препятствие для пешеходов. Параллельные ряды зданий будут пересекать поперечные, создавая закрытые места, свободные от транспорта. Там можно посадить деревья, построить спортивные площадки. Городской ландшафт станет более привлекательным.
С технической точки зрения сооружение «крышных» магистралей вполне осуществимо. Вес транспорта легко выдержат бетонные конструкции (толщиной примерно 20 см), применяемые сейчас при возведении домов. Это поперечные стены, расположенные приблизительно в 6 м друг от друга, продольные стены, образующие хребет здания, и плоские полы. Последние рассчитаны на нормальную бытовую нагрузку приблизительно 150 кг/м². Примерно так давит десятитонный грузовик на 20-м пролете автотрассы. «Чердак» отводится под стоянку машин. Спуски с магистрали располагаются, скажем, через каждые 200 м. На перекрестках одну дорогу надо поднять на этаж, а другую опустить на два этажа. Соединительные пути можно тянуть на некоторое расстояние, поскольку все дома, находящиеся под дорогами, будут полезными.
Люди воображают, что жить под автотрассой все равно, что под железнодорожным мостом. Рассмотрим, так ли это.
Движущийся транспорт вызывает вибрацию в бетоне. Эта вибрация распространяется на значительные расстояния, и в обычном здании ее можно почувствовать ногами или услышать как шум. Однако сейчас найдены методы, позволяющие монтировать дома на резиновых изоляторах. Целый ряд зданий уже был построен таким путем с большим успехом.
«Чердак», расположенный непосредственно под дорогой, не только удобное место для стоянок, но и отличный «акустический буфер». При огибании препятствия звуковые волны сильно ослабевают, особенно короткие, вызывающие наибольшее раздражение. Мы провели небольшое испытание с крыши шестиэтажного здания, где не было парапета. Поставили два громкоговорителя в 10 м друг от друга и на расстоянии 5 м от края крыши. С их помощью был генерирован шум силой 91 дБ. И что же? Уровень шума возле окна на пятом этаже, то есть на самом высоком этаже, который будет использоваться для жилых помещений, составил всего 58 дБ. На практике проходящая по крышам автотрасса будет ограждена стенками, которые уменьшат уровень шума, быть может, еще на 3 дБ (по самой сдержанной оценке), до 55 дБ. Таков приблизительно уровень шума в центральной части Лондона.
Даже при широко открытых окнах уровень шума в комнатах был примерно на 20 дБ ниже уровня снаружи. Несколько более обычного уменьшение шума, возможно, объяснялось острым углом падения звуковых волн сверху. Звук от эстакадных дорог обычно распространяется дальше, чем от наземных. Однако это происходит лишь потому, что дома, расположенные вдоль шоссе, служат экраном, загораживающим отдаленные здания. Эстакадные дороги обычно проходят на такой высоте, что звук попадает прямо в окна.
Иное дело – автотрассы, проходящие по крышам. Предоставляется возможность разместить большинство окружающих зданий в «акустической тени». Парапетные стенки, ограждающие дорогу, будут защищать от шума почти все ближайшие строения, за исключением разве только самых высоких.
Видимо, столь же большое значение, как и ослабление шума, имеет сокращение количества выхлопных газов, которые трудно рассеиваются из улиц-ущелий. С «крышных» дорог газы будут уноситься ветром.
С самого начала новые автотрассы примут на себя какую-то часть местного движения транспорта. По мере расширения такой системы дорог все меньшему числу машин придется спускаться на уровень земли. Нет возражений и против того, чтобы этими дорогами пользовался и транзитный транспорт. Он быстро пересечет город, не встретив на своем пути ни светофоров, ни перекрестков, ни пешеходных дорожек.
Первоначальная стоимость строительства дорог, проходящих по крышам, будет больше первоначальной стоимости строительства эстакадных дорог. Деньги главным образом уйдут на сооружение поддерживающих зданий (приблизительно 20 млн. фунтов стерлингов на километр). Но ведь эти здания все равно пришлось бы возвести, чтобы переселить в них людей из снесенных домов. Даже в случае, когда жилые дома не придется сносить, можно достигнуть значительной экономии, объединив строительство дорог и реконструкцию города в едином проекте.
источник: О. ЩЕРХАН, кандидат технических наук «Киловатты – по проводам или по воздуху?» // Техника-молодежи 1971-07
