Современные аэростаты

Точно не известно, когда и где был поднят первый монгольфьер. Сенсационное открытие было сделано в 1973 году: в древней стране инков, на территории современного Перу, на наскальных рисунках нашли изображение воздушного шара с оболочкой в виде тетраэдра с подвешенной к нему снизу двухместной гондолой – челноком. Более того, были показаны этапы подготовки монгольфьера к полету, разведение костра, наполнение оболочки горячим воздухом и совершение полета. Указывались даже сравнительные размеры оболочки. Выполненный по такой схеме нашими современниками воздушный шар был поднят в воздух, он оказался вполне жизнеспособным, набрав высоту сто метров за одну минуту.

В XIV столетии монах Альберт Саксонский писал, что дым костра гораздо легче воздуха и вследствие расширения воздуха под влиянием огня поднимается в нем.

В XVI веке английский ученый Скалигер предлагал сделать из тончайшего золота оболочку и наполнить ее горячим воздухом. Еще через сто лет появился роман Сирано де Бержерака «Иной свет, или Государства и империи Луны», в котором наряду с целым рядом интересных проектов летательных аппаратов для воздушных путешествий описано устройство, похожее на монгольфьер. Герой романа с помощью двух герметических, наполненных дымом оболочек долетает почти до самой Луны, где выпускает дым, и, пользуясь оболочками как парашютом, спокойно опускается на ее поверхность.

В первой половине XVIII века, согласно летописи, рязанский подьячий Крякутный сделал большой шар, «налил дымом поганым и вонючим, от него сделал петлю, сел в нее, и нечистая сила подняла его выше березы».

И все же отсчет принято вести с 5 июня 1783 года, когда во французском городе Аннон братья Этьен и Жозеф Монгольфье подняли в воздух шелковый шар объемом 600 кубических метров. Оболочка шара изнутри была оклеена бумагой, а на нижнем его отверстии была укреплена решетка из виноградных лоз, которая устанавливалась на подмостках. Под подмостками был разведен костер, и горячий воздух с дымом поднял шар на высоту двух километров. Вот почему произошло название монгольфьер в отличие от шарльера, названного в честь профессора Шарля, запустившего 27 августа 1783 года шар, наполненный водородом.

Первый полет с людьми состоялся 21 ноября 1783 года. Огромный воздушный шар высотой 21 метр с двумя смельчаками на борту плавно оторвался от земли. Оба аэронавта старательно поддерживали огонь в корзине. Полет продолжался 45 минут и окончился плавным спуском за городом на расстоянии девяти километров от места старта. Кстати, интересно отметить, что Жозеф Монгольфье только один раз поднялся на шаре своей конструкции, а его брат Этьен ни разу!

Через десять дней после подъема первых людей на монгольфьере профессор Шарль наполнил оболочку диаметром восемь метров водородом и вместе с помощником Робертом вошел в подвешенную под шаром гондолу. Полет длился 2 часа 5 минут и проходил на высоте около 400 метров. После приземления Шарль решил продолжить полет один. Высадив Роберта, он поднялся на высоту 2 километра и через полчаса, выпустив часть водорода, совершил мягкую посадку. Но… выходя из гондолы, Шарль поклялся «никогда больше не подвергать себя опасностям таких путешествий». До последнего дня своей жизни Шарль оспаривал у Монгольфье славу изобретения воздушного шара – ведь шар с нагретым воздухом был изобретен задолго до Монгольфье.

Шарль изобрел веревочную сеть, охватывающую шар и передающую на него весовые нагрузки, он изобрел клапан, воздушный якорь и первый применил песок в качестве балласта, сконструировал барометр для измерения высоты. По сравнению с монгольфьером шарльер был более совершенной конструкцией.

Но шарльеры имели и большой недостаток – для их наполнения необходимо иметь на месте старта запас газа легче воздуха (водород или гелий), в материалоемкой таре, а после окончания полета этот газ нужно выпускать в атмосферу. Это повышало стоимость эксплуатации шаров, использующих в качестве наполнителя водород или гелий.

Впереди у монгольфьеров и шарльеров был долгий путь до наших дней, ничем особо не примечательный, отмечавшийся кратковременными взлетами и падениями вплоть до второй половины XX столетия. Появление новых термостойких материалов для оболочек, эффективных горелок вдохнуло в них вторую жизнь.

Вскоре после второго рождения воздушных шаров появились комбинированные конструкции, сочетающие в себе достоинства обеих традиционных. Оболочка была поделена на две части. Верхняя наполняется легким и негорючим гелием, а нижняя – горячим воздухом. Подогревая его в ходе полета пропаном, этаном или керосином, сжигаемым в специальных горелках, аэронавты регулируют высоту полета. Этот тип воздушных шаров называют иногда розьерами – в честь одного из первых воздухоплавателей Жана Франсуа Пилатра де Розье, погибшего в 1785 году, когда его шар, наполненный смесью горячего воздуха и водорода, загорелся в полете.

Выбор топлива для нагрева воздуха в оболочке является определяющим фактором в летно-технических характеристиках монгольфьеров. Ведь чем большей теплотой сгорания обладает килограмм топлива, тем меньше топлива необходимо брать в полет, тем лучшими летно-техническими характеристиками будет обладать монгольфьер: он сможет дольше находиться в воздухе, пролетит большее расстояние или поднимется на большую высоту.

Наши предшественники для нагрева воздуха вначале использовали все, что могло гореть, – ветви деревьев, солому, уголь и т д. В дальнейшем перешли к нефти, горючим газам, древесному углю. Выбиралось то топливо, которое могло быстро и эффективно прогреть воздух в монгольфьере, быть дешевым и доступным.

В итоге остановились на смеси пропана с бутаном в равных долях. Она, правда, несколько хуже чистого пропана, так как обладает меньшей испаряемостью и горелки приходится оснащать дополнительными устройствами для увеличения испаряемости.

«Несмотря на это, – пишет в своей книге Ю.С. Бойко, – подавляющее большинство современных монгольфьеров работает на пропан-бутане. Он широко распространен в быту, дешев, а технология его хранения и транспортирования хорошо отработана. Он отличается легкостью зажигания и тушения, малым количеством твердых продуктов сгорания и нетоксичностью.

Неузнаваемо изменились и горелки. Теперь это устройства, насыщенные регулирующими и контролирующими механизмами, автоматически поддерживающими необходимую температуру горячего воздуха в оболочке.

Газовые баллоны, как правило, выполняются из алюминиевых сплавов. Жидкий пропан в них находится под давлением 10-20 атмосфер, причем над жидким пропаном находится газообразный пропан, поступающий к фитилю, который горит от начала полета и до его конца. Силу горения фитиля настраивают регулятором. Назначение фитиля – зажигать основную горелку во время полета. После прогрева до необходимой температуры воздуха в оболочке основную горелку в целях экономии газа выключают. Когда пилот замечает по вариометру начало спуска монгольфьера, что вызывается охлаждением воздуха в оболочке, основная горелка вновь включается, воздух подогревается и монгольфьер поднимается. Мощность горелок современных монгольфьеров составляет 1,8-4,6 МВт».

Однако воздух в оболочке можно нагреть, не только сжигая какое-либо топливо на борту воздушного шара. Есть еще один источник тепла – солнце. И если оболочку выкрасить в черный цвет, то она будет аккумулировать солнечную энергию. По такому принципу в 1973 году в США построили монгольфьер «Солар файрфлай», который совершал полеты с использованием только энергии солнечных лучей. Во Франции был разработан ряд воздушных шаров, использующих инфракрасное излучение солнца. Они получили название МИР. Основное их отличие в том, что воздух в оболочке нагревается не только атмосферной радиацией инфракрасного диапазона, но и земной.

Оболочка МИР разделена на две части. Верхняя часть практически не излучает инфракрасной радиации ввиду особого покрытия внешней поверхности оболочки, например, алюминированным майларом, поэтому тепло скапливается под ней. Нижняя часть выполнена из прозрачной полиэтиленовой пленки с отверстием внизу. Когда такой аэростат летит над районом земли, где вверх направлен тепловой поток, то оболочка нагревается и появляется дополнительная аэростатическая подъемная сила. Днем воздушный шар поднимается, ночью опускается, но не до земли, а до некоторой высоты, где излучение земли достаточно для поддержания повышенной температуры воздуха в оболочке.

Конечно, высота полета воздушного шара будет зависеть от многих факторов: широты местности и сезонов года, ясности неба и времени суток и т д. В стратосфере аэростатическая подъемная сила от тепла солнца и земли всегда положительна, то есть воздушный шар может летать над всей поверхностью земли днем и ночью.

Высоту полета днем и ночью позволяет изменить воздушный клапан, находящийся в верхней части оболочки и управляемый небольшим двигателем, питаемым от бортового источника энергии. Когда клапан открыт, теплый воздух в оболочке замещается холодным, поступающим через нижнее отверстие, диаметр которого больше диаметра клапана. Причем объем оболочки остается постоянным.

Многодневные полеты на воздушных шарах стимулировали состязательный дух аэронавтов. Многие энтузиасты воздухоплавания мечтали совершить полет вокруг Земли. Сначала предпринимались попытки перелететь какой-либо океан. Наиболее подходящим оказался Атлантический, северная часть которого испещрена многочисленными воздушными и морскими трассами. Это облегчало наблюдение за полетом и поиск смельчаков, рискнувших совершить перелет Атлантики.

14 сентября 1984 года 58-летний американец Д. Киттинджер, в прошлом военный летчик-испытатель, стартовал из города Карибу в штате Мэн, и благодаря сильному попутному ветру примерно через 70 часов оказался у берегов Франции. Трасса его полета пролегла над Ньюфаундлендом, затем южнее Гренландии и перед Ирландией круто повернула на юго-восток. Это несколько затруднило выбор места посадки, так как над Европой аэронавт оказался значительно южнее тех мест, где планировалось приземление. Пролетев вдоль северных отрогов Пиренеев и Средиземноморского побережья Франции, он приземлился в лесистой местности возле итальянского города Савона. Финиш был трудным, аэронавта выбросило из гондолы с высоты трех метров, он сломал ногу и был сразу же доставлен в госпиталь.

В 1998 году рекорд пребывания в полете поставил Стив Фоссетт. Отправился он в полет в новогоднюю ночь, обвешав всю гондолу баллонами с пропаном, чтобы подольше подогревать воздух в оболочке. Однако в полете с ним приключилась неприятность – отказала компьютерная система отопления кабины и он стал мерзнуть. Пришлось спуститься в более теплые слои атмосферы. На высоте 914 метров воздухоплаватель пересек российскую границу в районе Анапы. Через некоторое время от него поступил сигнал об экстренном снижении – техника окончательно отказала, и он был вынужден приземлиться возле хутора Гречаная Балка, что в Краснодарском крае.

Рекордсменом же 1998 года оказался международный экипаж в составе швейцарца Бертрана Пикара, бельгийца Бима Верстраэтена и англичанина Энди Элсона. Стартовав из Европы в небеса без особой шумихи на шаре «Братлинг Орбитер-2», они пролетели более двадцати тысяч километров. Но, попав в неблагоприятные метеоусловия, были вынуждены приземлиться в Бирме.

Ажиотаж нарастал. В 1999 году один за другим стартовали экипажи из разных стран и чаще всего терпели неудачу. Основная борьба разгорелась между европейцами. Британцы Энди Элсон и Колин Прескот, стартовав первыми из Испании 17 февраля 1999 года, провели в воздухе более двенадцати суток, побив мировой рекорд продолжительности и дальности полета, но все-таки были вынуждены приземлиться – кончилось топливо.

Вслед за рекордсменами устремился другой воздушный шар, стартовавший 1 марта, в воскресенье утром, из швейцарского местечка Шато д'Э с той же целью – совершить беспосадочный облет нашей планеты. Его командором стал внук знаменитого швейцарского ученого и путешественника Огюста Пикара – Бертран. Стартовать своевременно, то есть в канун Нового года, ему помешали две причины: неблагоприятная погода и отсутствие разрешения Пекина на пролет воздушного пространства КНР.

Отсеки «Орбитера-3» были наполнены не гелием, а пропаном, поэтому он оказался больше и тяжелее, чем шар Элсона и Прескота. Его высота была 55 метров, а весил он 9 тонн. Зато он смог взять большие запасы горючего, и это, в конце концов, себя оправдало.

«Пикар и его напарник, британский пилот Брайан Джонс, надеялись облететь Землю за 16 суток, – пишет в журнале «Техника – молодежи» С. Николаев, – имея в виде преимущества разрешение на пролет над южной частью Китая. Однако экспедиция складывалась далеко не просто. Стартовать пришлось при сильном наземном ветре, не дожидаясь хорошей погоды, поскольку Пикар боялся упустить попутные стратосферные течения. Сразу же после старта их понесло к Испании. Однако им удалось немного выправить направление полета, попасть над Мавританией в попутное воздушное течение, которое направило их в сторону Индии, Китая и через Тихий океан к Калифорнии…

Несколько раз шар обмерзал и начинал стремительно терять высоту. Наблюдались также неполадки в системах снабжения кислородом и управления шаром…

Лишь когда воздушный шар «Орбитер-3» на восемнадцатый день миновал американский континент и оказался над Атлантикой, воздухоплаватели стали всерьез надеяться на благополучный исход своей экспедиции. Надежда придала им силы, которые к тому времени находились уже на исходе. Аэронавты докладывали на контрольный пункт, что у них вышел из строя один из обогревателей, и температура на борту не превышает восьми градусов Цельсия. Оба сильно простужены. Бертран Пикар, по основной профессии врач-психиатр, был вынужден даже прибегнуть к гипнозу, чтобы восстановить силы».

21 марта около десяти часов утра невероятно усталые воздухоплаватели, пролетев более сорока тысяч километров, смогли покинуть свою тесную кабину. «Орел совершил посадку», – радировали они в Швейцарию, приземлившись неподалеку от деревушки Мут, что в 800 километров юго-западнее Каира.

Итак, рекорд установлен. О чем же теперь мечтать современным воздухоплавателям? О перелете через оба полюса? Или устроить гонки на шарах вокруг земного шара – кто совершит кругосветное путешествие быстрее? Вероятно, логичнее пойти по другому пути. Специалисты НАСА построили для астрономических исследований гигантский аэростат, похожий на тыкву. Его диаметр – около 128 метров, а высота – 78. Одна из попыток весной 2001 года закончилась неудачей. Шар опустился из-за утечки, поднявшись на высоту 20 километров. Предполагается, что подобный гигант будет плавать на высоте 35 километров с 1350 килограммами научной аппаратуры и оставаться в воздухе до ста дней. И за это время, при наличии благоприятных ветров, раз пять облетит вокруг нашей планеты.

При этом все управление будет осуществляться по радио и с помощью автопилота. Предусматривается использование солнечных батарей для питания бортовых систем. Запуск шара обойдется как минимум втрое дешевле, чем запуск спутника, причем аппаратуру, спускаемую на парашюте, можно использовать несколько раз.

Другой оригинальный проект предложили американские студенты-дизайнеры Эрик Рейтер и Дэвид Гудвин: 180-метровый воздушный корабль поплывет в небесах подобно клиперу. Нижняя часть его вертикальной структуры послужит килем-стабилизатором, в то время как наполненные гелием понтоны – центральный и два боковых – станут работать как паруса. Аэростат-гигант можно будет использовать в качестве научной базы или туристического воздушного судна.

 

Сверхзвуковой пассажирский лайнер «Конкорд»

Первым в мире сверхзвуковым пассажирским самолетом стал советский ТУ-144. При его изготовлении был использован опыт, накопленный при создании стратегического бомбардировщика М-50.

Отличительной чертой Ту-144 было треугольное крыло с «ломаной» передней кромкой. Как показали исследования, проведенные в СССР, Швеции, США и Англии в 1950-х годах, треугольное крыло с ломаной передней кромкой позволяло не только снизить коэффициент лобового сопротивления в зоне трансзвуковых скоростей, несколько улучшить взлетно-посадочные характеристики самолета, но и уменьшить перемещение центра давления самолета при выходе на сверхзвуковые скорости.

Логическим завершением этого большого комплекса работ был переход к треугольному крылу с непрерывно меняющимся по размаху углом стреловидности: от очень большого у корня (75-85 градусов) до средних значений в концевой части (50-65 градусов). Такие крылья получили название «оживальных» и были применены совместной англо-французской фирмой при создании сверхзвуковых самолетов гражданской авиации «Конкорд».

Прежде чем применить оживальные крылья на реальном самолете, было решено, независимо друг от друга, и в Англии, и в СССР провести испытания не только в аэродинамических трубах, но и в полете на самолетах-аналогах. Такой летающей моделью в СССР стал одноместный экспериментальный самолет ОКБ А.И. Микояна «МиГ-Аналог 144», а в Англии – одноместный экспериментальный самолет BAC221 фирмы «Бритиш Эркрафт».

Летчик-испытатель О.В. Гудков начиная с 1967 года совершил десятки полетов на «Аналоге 144», неоднократно проверив все возможные режимы, включая даже те, которые были недоступны пассажирскому самолету. Результаты испытаний этой летающей лаборатории были использованы для доработки проекта Ту-144 и позволили ускорить его испытания, начатые в декабре 1968 года летчиком-испытателем Э.В. Еляном. Первый полет Ту-144 состоялся 31 декабря 1968 года и длился 38 минут.

На другой день французская газета «Пари пресс энтрансижан» писала: «Полет Ту-144 является исторической датой в авиации, знаменующей выход Советского Союза на первое место в строительстве сверхзвуковых пассажирских самолетов».

Другой английский самолет-аналог BAC221 начал свои полеты с мая 1964 года. У него был более узкий диапазон исследуемых скоростей – от посадочных до 1700 километров в час. Но, несмотря на более легкую задачу, испытания затянулись. Результаты их были использованы при постройке самолета «Конкорд», который поднялся в воздух на три месяца позже Ту-144 – в марте 1969 года.

Достижения науки в СССР и в передовых странах Запада позволили советским ученым и конструкторам, а также конструкторам англо-французских компаний найти оптимальное решение аэродинамической и общей компоновки сверхзвукового самолета гражданской авиации.

В опытном варианте Ту-144 при взлетной массе 195 тонн и грузоподъемности 15 тонн при крейсерской скорости 2200 километров в час имел расчетную дальность 6500 километров. На практическом потолке, равном 18000 метров, он мог развивать максимальную скорость 2500 километров в час. Самолет Ту-144 был снабжен более экономичными, чем у «Конкорда», турбореактивными двигателями с форсажной камерой ОКБ Н.Д. Кузнецова – НК-144 с тягой 12750 кН каждый.

После первого полета Ту-144 31 декабря 1968 года второй полет продолжительностью 50 минут был совершен 8 января 1969 года. В процессе дальнейших испытаний в мае 1970 года впервые в истории авиации гражданский пассажирский самолет достиг числа М равного двум – скорости 2150 километров в час на высоте 16300 метров. Осенью того же года на высоте 17000 метров была превышена скорость 2430 километров в час. Это и сегодня рекорд скорости для пассажирских самолетов.

Однако судьба лайнера оказалась печальной. Сначала произошла катастрофа на выставке в Ле-Бурже, что существенно затормозило выход Ту-144 на регулярные авиалинии. Первый коммерческий сверхзвуковой рейс, но без пассажиров на борту, самолет Ту-144 совершил 26 декабря 1975 года по маршруту Москва – Алма-Ата, но лишь с ноября 1977 года начались полеты с пассажирами по тому же маршруту. Вскоре полеты были прекращены, по причине экономической нецелесообразности и из экологических соображений.

Судьба «Конкорда» также была непростой, но все же более счастливой. 26 октября 1962 года правительства Франции и Великобритании подписали финансово-экономическое соглашение о совместном создании сверхзвукового пассажирского самолета (СПС) «Конкорд». Днем раньше было подписано соглашение между английской фирмой BAC и французской SNCASE, из которого следовало, что англичане берут на себя две трети работ по двигательным установкам, а французы – примерно шестьдесят процентов всех работ по планеру и его системам. При этом фирмы взяли на себя обязательства организовать и координировать работы десятков фирм Франции и Англии, которые примут участие в программе.

Согласованный график работ предусматривал облет опытного образца в 1966 году, в следующем году – облет предсерийного самолета, еще через год – серийного и выпуск первых самолетов на линию в 1970 году. При этом предполагалось, что стоимость работ составит 170 миллионов фунтов стерлингов, а цена самолета не будет превышать 10 миллионов долларов.

Однако со временем стали возникать технические проблемы, которые затягивали время реализации отдельных этапов программы. Строительство двух опытных образцов началось лишь в феврале 1965 года, а испытание первого из них, как уже говорилось, состоялось в марте 1969 года. Первый предсерийный самолет «Конкорд» был облетан в декабре 1971 года, а первый серийный – в октябре 1973 года.

Увеличившаяся масса и затянувшийся период разработки повлекли за собой многократное увеличение затрат по программе и продажной цены самолета. После подведения итогов выяснилось, что за период 1962—1976 годов Франция и Великобритания вместе израсходовали 1200 миллионов фунтов стерлингов. Цена самолета, которая в начале 1970-х годов составляла 25 миллионов долларов, в 1974 году – 40,25 миллионов, возросла в 1976 году до 60 миллионов.

21 января 1976 года два самолета «Конкорд» одновременно начали выполнять регулярные пассажирские рейсы на трассах Париж – Рио-де-Жанейро и Лондон – Бахрейн. В общей сложности до 1978 года было построено 18 самолетов.

Хотя в 1972 году поступили предварительные заказы на строительство 74 самолетов, однако запрещение полетов сверхзвуковых пассажирских самолетов над территорией США (позднее такой запрет ввели многие страны, в том числе Япония) привело к аннулированию большинства заказов.

По мере развития самолета от опытного образца до серийного он подвергся значительным доработкам, в результате чего изменились не только габариты, масса и характеристики, но и стоимость программы и цена самолета. В проекте «Супер-Каравелла» предполагалось, что взлетная масса самолета составит 92 тонны, а в предварительном проекте «Конкорд» – 130 тонн. В действительности взлетная масса первого опытного образца составила 148 тонн, а в процессе доработок она возросла до 156 тонн. Предсерийный самолет уже имел массу около 175 тонн, а серийный – свыше 180 тонн. Соответственно увеличились и габариты, в первую очередь длина фюзеляжа (с 56,24 метра у опытного образца и 58,84 метра у предсерийного самолета до 61,66 метра у серийного самолета).

Первоначально предусматривалось, что самолет будет перевозить 90-110 пассажиров на расстояние 4500 километров со скоростью порядка М = 2,2. В ходе работ максимальная дальность самолета возросла до 6580 километров, однако крейсерскую скорость пришлось ограничить величиной М = 2,04.

«Конкорд» представляет собой построенный по схеме «бесхвостка» низкоплан с овальным, поперечно изогнутым крылом. Управление по курсу обеспечивается классическим вертикальным оперением с двухсекционным рулем направления.

Фюзеляж лайнера выполнен в виде цилиндрической конструкции с относительно малым поперечным сечением. Ввиду значительной длины фюзеляжа и относительно больших углов атаки во время взлета и посадки «Конкорд» снабжен высоким шасси, в результате чего ось самолета находится на высоте 5,4 метра над поверхностью земли.

Для увеличения видимости из кабины пилотов во время взлета и посадки носовая часть фюзеляжа может опускаться. Шасси – трехстоечное, со спаренными передними колесами и четырехколесными тележками на главных стойках. «Конкорд» снабжен тремя независимыми гидравлическими системами – двумя основными и одной аварийной. Они обеспечивают работу гидроусилителей управляющих поверхностей, выпуск и убирание шасси, управление передними колесами во время маневрирования на земле, взлета и посадки, опускание и подъем передней части фюзеляжа, работу топливных насосов балансировочной системы и регулирование входных и выходных устройств двигательной установки.

Самолет рассчитан на небольшие перегрузки, в связи с чем скорости его снижения и маневра ограничены. Для изготовления самолета использовались главным образом жаропрочные сплавы алюминия. Из сплавов титана и стали выполнены элементы двигательной установки, обшивка руля направления и некоторые части шасси.

Для обеспечения минимальной массы самолета выбрана конструкция планера, соответствующая принципу равнопрочности всех ее элементов. Кроме того, большая часть конструкции выполнена методом фрезерования целых панелей, что позволило исключить множество соединений, предотвратить деформацию обшивки и изменение формы профиля в полете. Технологическое разделение также отличается от традиционного: конструкция разделена на секции, каждая из которых состоит из части фюзеляжа и прилегающей к нему части крыла. Это облегчает соединение лонжеронов крыла с силовыми шпангоутами фюзеляжа. Обшивка крыла выполнена из монолитных, предварительно напряженных панелей, в результате чего масса самолета уменьшилась приблизительно на 20 процентов (по сравнению с традиционными конструкциями).

Четыре турбореактивных двигателя «Олимпус-593» совместной разработки фирм «Роллс-Ройс» и SNECMA расположены попарно в двух подкрыльных гондолах таким образом, что срез выходных сопел находится в плоскости задней кромки крыла. Двигатели оснащены форсажными камерами и устройствами реверса тяги. Основная задача форсажных камер сводится к увеличению тяги во время взлета и при переходе самолета через скорость звука. Конструкция реверсов тяги обеспечивает во время посадки тормозную силу, равную 45 процентам взлетной тяги. «Олимпус-593» представляет собой усовершенствованный вариант двигателя «Олимпус-22R» с тягой на форсаже 146,80 кН (14970 килограммов), установленного на самолете TSR-2. У каждого двигателя имеется отдельный регулируемый воздухозаборник прямоугольного поперечного сечения.

К середине 1980-х годов двигательные установки были усовершенствованы, что позволило снизить уровень акустического нагружения и повысить их экономичность. Для защиты окружающей среды от выхлопных газов двигателей, содержащих большой процент окислов азота, разрушающих озоновый слой атмосферы, были снижены эксплуатационные диапазоны высот полета и повышены требования к чистоте выхлопных газов. Это удалось добиться путем снижения степени сжатия компрессоров двигателей.

Топливная система включает 17 кессонных топливных баков, расположенных в крыле и фюзеляже. Их емкость составляет 119786 литров. Топливо используется также для изменения положения центра тяжести самолета во время преодоления звукового барьера и для охлаждения конструкции. Этой цели служат четыре балансировочных бака (в передних околофюзеляжных частях крыла с максимальной стреловидностью) и бак в хвостовой части фюзеляжа (за задней кромкой крыла).

За время эксплуатации «Конкордов» были получены интересные статистические данные: абсолютное большинство пассажиров сверхзвуковых лайнеров – 82 процента – составляют мужчины, их средний возраст – 48 лет. Из них большинство – 44 процента – представлено американцами, на втором месте – 28 процентов – французы, следом идут жители Европы – 18 процентов и представители других стран – 10 процентов.

Больше всего свое время ценят высокопоставленные политические деятели – 44 процента всех пассажиров, после них идут промышленники и бизнесмены, затем – спортсмены и деятели искусства и просто состоятельные пассажиры.

Полеты на «Конкордах» выполняются строго по графику: задержка рейса не превысила трех минут! Но эту идеальную картину до основания разрушил «черный вторник» – 25 июля 2000 года.

Сообщение о катастрофе привело в состояние шока не только Францию, но и всю Европу. Еще бы, разбился сверхзвуковой «Конкорд», считавшийся до этого самым безопасным и надежным самолетом в мире. За двадцать пять лет непрерывной эксплуатации «Конкорд» ни разу не потерпел аварию! Имели место только два летных инцидента.

Гибель «Конкорда» повлекла за собой необратимые последствия. Парижская, Нью-Йоркская и Токийская биржи моментально отреагировали на катастрофу заметным падением курса авиакомпаний «Эр Франс» и «Бритиш Эйрвейз», а американские СМИ начали атаку против европейских авиакомпаний.

Однако вскоре из Парижа поступило сообщение о том, что «Эр Франс», которой принадлежал «Конкорд», разбившийся 25 июля, подала в суд на американскую авиакомпанию «Континентал Эйрланс». Комиссия, расследовавшая причины катастрофы «Конкорда», закончила свою работу и пришла к выводу, что причиной трагедии стала отвалившаяся деталь американского аэробуса «Дуглас ДК-10», который взлетел с той же полосы перед «Конкордом». Специалисты установили: острый кусок металла, обнаруженный при тщательном осмотре взлетно-посадочной полосы, пробил шину французского самолета, что привело к ее взрыву и пожару двигателей. Согласно международному своду законов, авиаперевозчик несет ответственность за ущерб, причиненный предметами, упавшими с его воздушного судна. Этот закон и позволил «Эр Франс» предъявить иск американской авиакомпании на возмещение ущерба от падения «Конкорда». С аналогичными исками в суд обратились адвокаты, представляющие интересы родственников погибших при катастрофе.

 

Транспортный самолет «Руслан»

Американские военные, разрабатывая идею о стратегических перебросках войск по воздушным мостам на другие континенты мира, выдвинули новые требования к военно-транспортному самолету, способному перевозить на стратегические дальности грузы в 75-100 тонн. Речь шла о том, что новый стратегический военно-транспортный самолет смог бы перевозить по воздуху всю тяжелую технику пехотной дивизии армии США за возможно малое число рейсов.

Контракт на полномасштабную разработку нового самолета C-5A «Гэлекси» фирма «Локхид» получила в октябре 1965 года. Серийное производство началось с 1969 года. Самолет C-5A «Гэлекси» стал основным средством для быстрой переброски тяжелого вооружения и живой силы на заокеанские театры военных действий. При максимальной полезной нагрузке в 77 тонн самолет мог совершать полет на дальность 5740 километров.

В эти годы «Гэлекси» стал самым большим самолетом мира; его взлетная масса составила 323 тонн. Однако, по мнению специалистов США, самолет C-5A по ресурсу был «слабой конструкцией». Поэтому последовало создание новой модификации «Гэлекси» – самолета C-5B, который демонстрировался в 1986 году на Абботсфордском авиационном салоне в Ванкувере в Канаде. Однако C-5B к этому времени уже перестал считаться самым гигантским самолетом мира.

Это звание перешло к новому советскому транспортному самолету Ан-124 «Руслан». Его демонстрация на международных выставках в Париже в 1985 и 1986 годах убедила весь мир, что советские авиационные ученые и конструкторы вновь вышли вперед в деле создания сверхтяжелых самолетов.

В нормальном серийном варианте транспортный самолет Ан-124 имеет взлетную массу 405 тонн, а максимальную полезную нагрузку – 150 тонн. Крейсерская скорость его достигает 800—850 километров в час, а потолок – 10-12 километров. Самолет имеет максимальную дальность полета 16500 километров, а при максимальной коммерческой нагрузке – 4500 километров.

В 1985 году Ан-124 поднял на высоту одиннадцать километров груз в 171 тонну, легко обойдя американский «грузовик» C-5A «Гэлекси», а это свидетельствует о том, что самолет Ан-124 «Руслан» обладает уникальными летно-техническими характеристиками.

Силовая установка Ан-124 состоит из четырех маршевых двигателей Д-18Т и двух вспомогательных ТА-12. Схема высокоплана позволила удалить их от земли и тем самым предохранить от засасывания в воздухозаборники посторонних предметов.

Установленные на «Руслане» турбовентиляторные двухконтурные Д-18Т на тот момент можно было смело отнести к числу лучших в мире. Взлетная тяга Д-18Т, созданного коллективом, руководимым В.А. Лотаревым, достигает 230 кН, а наличие степени двухконтурности, равной шести, позволила получить более экономичные показатели.

Маршевые двигательные установки «Руслана» оборудованы системой раздельного запуска, а при необходимости предусмотрен и одновременный запуск всех маршевых двигателей. Кроме ручного управления каждый двигатель имеет и электронную систему от бортового автоматического управления. Используя ее, экипаж может даже в очень сложных метеоусловиях заходить на посадку в автоматическом или полуавтоматическом режиме.

«При разработке Ан-124, – говорит генеральный конструктор ОКБ Антонова П.В. Балабуев, – был творчески использовав накопленный в ОКБ опыт создания тяжелых транспортных самолетов. В частности, – оправдавшие себя принципиальная схема высокоплана, основы технологии изготовления крупных монолитных деталей, сборка на клею и многое другое. В то же время коллектив ОКБ, как этого требуют задачи ускорения научно-технического прогресса, самостоятельно и с помощью других научных, конструкторских в производственных организаций – смежников, а их – сотни, настойчиво решал множество новых проблем, в том числе касавшихся вопросов аэродинамики, прочности, управляемости такой большой машиной, как "Руслан". Чтобы обеспечить самолету высокие скорости – до 880 километров в час – впервые в практике ОКБ использовано относительно толстое стреловидное крыло с умеренно сверхкритическим профилем. Его верхняя «дужка» более плоская, чем нижняя. Найдены и тщательно отработаны формы хвостовой части фюзеляжа, зализы крыла, обтекатели шасси и многое другое, обеспечивающее аэродинамическое совершенство самолета. А это благоприятно сказалось на его общей эффективности, так как способствовало увеличению грузоподъемности и дальности полета.

Самолет скомпонован на задний диапазон центровок. Это сделано для того, чтобы получить наибольшую весовую отдачу машины, уменьшить потери аэродинамического качества при балансировке. Правда, компоновка на задний диапазон центровок потребовала создания на самолете ряда специализированных систем, обеспечивающих высокую устойчивость и управляемость машины во всем диапазоне скоростей полета. Такие системы, используя достижения современной электроники и автоматики, специалисты ОКБ создали совместно с другими коллективами. Система устойчивости и управляемости, например, предназначенная для демпфирования (гашения) колебаний самолета по курсу и тангажу, позволила получить идентичность продольного управления во всем диапазоне центровок самолета. Электрогидравлическая система автоматической загрузки штурвала обеспечила практически полное снятие сил трения при действиях рулем высоты и элеронами, точную фиксацию заданного балансировочного положения штурвала, позволяет пилотировать самолет на всех этапах полета одной рукой». Большое внимание при создании «Руслана» было уделено удобству транспортировки грузов. Конструкция самолета позволяет быстро и удобно производить погрузку и выгрузку самых различных грузов, в том числе длинномерных ферм и мостовых конструкций, речных судов небольшого водоизмещения, бурового оборудования. Грузовая кабина Ан-124 имеет высоту 4,4 метра, ширина его по полу достигает 6,4 метра, а длина – 36,5 метра. Погрузка и выгрузка самоходной тележки осуществляется своим ходом: автомобиль или бульдозер въезжает через передний люк-рампу, а выезжает через задний люк. Для несамоходных грузов используют имеющиеся на борту самолета мостовой кран мощностью до 10 тонн, две лебедки с тягой по 3 тонн, а также рольганги. Для облегчения заезда и выезда машин самолет снабжен системой регулирования высоты пола грузовой кабины. При использовании этой системы самолет как бы «приседает». На выставках в Париже (1985 года) и Канаде (1986 года) эти движения самолета назвали «танцем слона». Американский конструктор Роберт Ормсби – создатель самолета C-5A «Гэлекси», осмотрев «Руслан», сказал, что фирме «Локхид» не удалось довести до эксплуатационного уровня подобную систему.

Так как «Руслан» предназначен для посадки в местах, не имеющих оборудование аэродромов, – выгрузка и загрузка может осуществляться без наземного энергопитания. Его обеспечивают две бортовые вспомогательные силовые установки с генераторами и турбонасосами.

С учетом возможных посадок на «полевых» аэродромах разработано и шасси самолета. Оно выполнено по трехопорной схеме – две основные и передняя. Высокопроходимое, многостоечное шасси позволяет эксплуатировать самолет не только на бетонированных, но и на грунтовых аэродромах. Для облегчения разворотов при движении самолета по земле передние и задние стойки основных опор выполнены самоориентирующимися.

Система торможения оборудована автоматической блокировкой торможения до приземления и до раскрутки колес, а также защитой колес от юза. Тормоза изготовлены из углепластикового материала, имеют принудительное воздушное охлаждение и подключены к трем независимым гидросистемам таким образом, что отказ любой из гидросистем практически не влияет за симметричность торможения.

По сложившейся в ОКБ традиции, обеспечение безопасности полета Ан-124 было наиважнейшей задачей. Это относится к его силовой конструкции, двигательной установке, взлетно-посадочным средствам, системам управления. Основные из них дублированы, что при высокой энерговооруженности «Руслана» и полученных аэродинамических характеристиках позволяет экипажу, скажем, продолжить взлет при одном, а горизонтальный полет даже при двух неработающих двигателях, совершить безмоторную посадку.

Гидравлический комплекс «Руслана» состоит из четырех автономных гидросистем. Комплекс питает рабочей жидкостью: приводы системы управления самолетом и механизацией крыла; механизм поворота колес передней опоры; сети управления передним и задним грузолюками, торможения колес и т д. В каждой гидравлической системе кроме основных насосов предусмотрены резервные источники питания.

В составе топливной системы «Руслана», также максимально автоматизированной, четыре группы. Каждая питает «свой» двигатель. Даже если произойдет, вообще говоря, совершенно немыслимый случай – обесточивание борта, топливо пойдет в двигатель самотеком. Примененная на самолете система кольцевания позволяет подавать топливо из баков одного двигателя к любому другому.

Впервые в практике ОКБ Антонова на самолете была применена бортовая автоматизированная система контроля (БАСК). Она дает информацию о состоянии систем и механизмов самолета и предупреждает пилота в случае нарушения им технологии подготовки к старту или к посадке. Если, например, экипаж не проверил тормоза, то на электронном табло загорается требование: «Тормоза проверь!». Вмешивается БАСК и тогда, когда летчик при явной неисправности пытается взлететь. Тогда на табло загорается приказ, который БАСК отдает экипажу: «Взлет запрещен!».

«При разработке Ан-124, – говорит П.В. Балабуев, – в целом, и особенно кабины экипажа и ее оборудования, коллектив стремился учитывать требования эргономики и добился определенных результатов. На «Руслане» у летчика сосредоточены лишь функции и средства, связанные с пилотированием самолета, в том числе управление вектором тяги двигателей, положением механизации крыла и шасси. Системами и механизмами, не связанными непосредственно с пилотированием, управляют остальные члены экипажа.

В соответствии с требованиями эргономики на «Руслане» применена более совершенная, чем на предыдущих самолетах, система отображения информации. Использованы, в частности, разработанные нашими специалистами для бортинженеров мнемонические схемы, построенные по принципу отображения функционального состояния систем и порядка управления ими. Схемы практически исключают возможность ошибочных действий, помогают в минимальное время принять решение и выполнить его с помощью соответствующего органа управления.

На корабле установлены также новые пилотажно-навигационные индикаторы интегрального типа. В одном приборе объединяется большое количество информации при улучшенном ее отображении. Между прочим, помимо приборов с традиционными круглыми шкалами использованы приборы и с вертикальными шкалами. Как показали исследования, данные о работе групповых систем самолета (оборотах четырех двигателей, уровне топлива в симметричных баках и т п.) лучше воспринимаются именно на вертикальных шкалах».

В ОКБ Антонова уже много лет используют композиционные материалы для постройки различных летательных аппаратов: от самолетов до дирижаблей. И «Руслан» не исключение. Помимо композиционных материалов, при его создании использовались новые высокопрочные стали, алюминиевые сплавы с повышенным коэффициентом вязкости, детали, изготовленные методом порошковой металлургии. В результате их применения в различных частях конструкции удалось более чем на две тонны снизить массу самолета.

6-7 мая 1987 года на Ан-124 был побит державшийся четверть века мировой рекорд дальности и продолжительности полета по замкнутому маршруту, установленный на реактивном бомбардировщике B-52H.

При взлетной массе в 455 тонн самолет Ан-124 ровно в 7 часов утра 6 мая стартовал из Москвы в направлении на юго-восток, к Каспийскому морю, от которого он вдоль границы СССР пошел на восток. От Камчатки самолет повернул на север, где от залива Креста полетел на запад над льдами Северного Ледовитого океана. Пройдя Мурманск, самолет свернул на юг и от Черного моря вернулся в Москву. За 25 часов 30 минут он пролетел расстояние в 20151 километр. Экипажем в полете руководил летчик-испытатель Владимир Терский.

В Книге рекордов Гиннесса есть несколько упоминаний и о «Руслане». Одна из статей – «Крупнейшая коммерческая грузовая перевозка»: «Рекорд был установлен опытно-конструкторским бюро под руководством О.К. Антонова и британской чартерной компанией "Эйр фойл": 10-14 января 1991 года они на самолетах «Ан-124» перебросили по воздуху из Барселоны, Испания, в Нумеа, Новая Каледония, три трансформатора весом 43 тонны каждый и прочее оборудование общим весом 133,485 тонн. Советская государственная авиакомпания «Аэрофлот» на самолете «Ан-124» по заказу фирмы "Релог Острэлиа" в ноябре 1989 доставила из Хельсинки, Финляндия, в Мельбурн, Австралия, моноблочную ротационную печатную машину весом 55 тонн. Общий полезный груз составил 122 тонны».

21 декабря 1988 года в СССР начались испытания нового гигантского шестидвигательного самолета Ан-225 «Мрия» («Мечта»), также созданного в ОКБ Антонова под руководством генерального конструктора П.В. Балабуева.

Модифицированный вариант Ан-124, имеющий рекордный размах крыла в 88,4 метров, был построен, в первую очередь, для транспортировки советского орбитального корабля многоразового использования «Буран».

При стартовой массе более 500 тонн самолет может доставлять груз в 250 тонн на расстояние 4000 километров с крейсерской скоростью 800 километров в час. Он имеет удлиненный фюзеляж, позволяющий вмещать 1190 кубических метров полезного груза. Грузовая кабина вмещает до восьмидесяти легковых автомобилей.

Неудивительно, что Ан-225 быстро стал автором множества рекордов. 22 марта 1989 года самолет поднял груз весом 156,3 тонны на высоту 12410 метров. Экипаж из семи человек возглавлял капитан Александр Галуненко. Полет проходил по замкнутому маршруту Киев – Ленинград – Киев без посадки на расстояние 2100 километров в течение 3 часов 47 минут. В ходе этого полета было установлено 109 мировых авиационных рекордов!

13 мая 1989 года на своей «спине» самолет впервые транспортировал советский орбитальный корабль многоразового использования «Буран». Продолжался полет 13 часов 13 минут.

 

Самолет «Вояджер»

Этот летательный аппарат был сконструирован для длительного путешествия. Поэтому ему и дали имя «Вояджер» – «путешественник».

Рекордный полет американских пилотов на «Вояджере» не может не вызывать восхищения. Самолетом управляли летчик-испытатель Дик Рутан и 34-летняя летчица спортивной авиации Джина Йигер. Девять суток и четыре минуты они находились в воздухе, приземлившись на авиабазе Эдвардс в США 23 декабря 1986 года, откуда и начинали свой перелет.

За девять суток «Вояджер» покрыл расстояние в 40 тысяч километров. Специалисты утверждали, что он мог пролететь еще 500 километров.

Человек во все времена стремился покорить новые рубежи. Первый в мире рекорд дальности полета был установлен в начале XX века бразильцем Альберто Сантос-Дюмоном, который пролетел на летательном аппарате собственной конструкции… 220 метров. Своеобразным предшественником «Вояджера» можно считать АНТ-25, разработанный советским авиаконструктором Андреем Николаевичем Туполевым. На нем были установлены фантастические по тем временам чкаловские рекорды, которые дали мощный импульс развитию советской науки. Советским пилотам, которые в 1937 году совершили беспосадочный перелет из СССР через Северный полюс в Америку, рукоплескал весь мир.

Путешествие «Вояджера» привлекло внимание и Пентагона. Его представитель вспомнил, что предыдущий мировой рекорд полета по прямой был установлен в 1962 году на бомбардировщике ВВС США B-52. Тогда американская «летающая крепость» взлетела в Токио и приземлилась на базе ВВС США в Испании, пролетев более двадцати тысяч километров.

Наиболее яркими представителями экспериментальных самолетов из композиционных материалов стали два самолета конструктора Берта Рутана: административный самолет фирмы «Боинг» Бичкрафт «Старшип-1» и рекордный дальний самолет Рутан «Вояджер». Первый из этих самолетов выпуска 1983 года был спроектирован с помощью ЭВМ, при этом в качестве основного материала конструкции был использован углепластик с повышенными техническими показателями.

По схеме самолет Бичкрафт «Старшип-1» был двухдвигательным самолетом-«уткой», причем разнесенное вертикальное оперение располагалось на концах крыла, одновременно выполняя функции концевых шайб.

В 1981 году Рутан начал работать над самолетом «Вояджер», который предназначался для кругосветного беспосадочного перелета. Скромная гостиная дома Берта Рутана в городке Мохаве, штат Калифорния, превратилась в штаб по подготовке полета и служила этой цели целых пять лет. Вместе с ним работали его брат Дик и Джина Йигер, в прошлом чертежница-конструктор. А в ангаре № 77 на местном аэродроме все это время не было отбоя от добровольцев. Многие местные жители изъявили желание помочь в строительстве летательного аппарата.

Предметом особой гордости братьев было то, что они претворили в жизнь свою затею на собственные средства, не получив от правительства ни цента. Но было бы ошибкой подозревать их в полном бескорыстии. Создав фирму «Вояджер эйркрафт инкорпорейтед», Рутаны наметили программу возвращения своих денег и даже получения прибылей за счет показательных полетов и рекламы. Так, например, компания «Мобил ойл корпорейшн» предоставила для двигателей «Вояджера» новое синтетическое масло, взамен приобретя право использовать изображение самолета на рекламных проспектах своей продукции.

Первый испытательный полет, выполненный в июне 1984 года Диком, продолжался 30 минут. Максимальное же расчетное время полета самолета без посадки было 14 суток, протяженность – 45060 километров. Но абсолютный рекорд дальности – полет без посадки и без дозаправки – состоялся через два года.

Дальность полета зависит, прежде всего, от отношения веса топлива к взлетному весу самолета. Масса пустого самолета «Вояджер» была всего 840 килограммов при массе горючего в 4052 килограмма. Взлетная масса составляла 5137 килограммов. 72 процента взлетного веса «Вояджера» составляло топливо! Для сравнения, у современных дальних пассажирских самолетов относительный вес топлива доходит примерно до 40 процентов, у АНТ-25, чуда 1930-х годов, он составлял 52 процента. Недаром в американской печати его окрестили «летающим бензобаком».

Повышение запаса топлива представляет особенно трудную проблему именно для небольших самолетов. Ведь у них не хватает внутреннего объема для размещения такого большого запаса горючего. На «Вояджере» объемы для топлива удалось увеличить за счет применения двухбалочной компоновочной схемы. Кроме традиционных емкостей, прежде всего в крыле, а также в фюзеляже и горизонтальном оперении, были использованы дополнительные емкости этих двух балок.

Другой важнейшей задачей было снижение веса пустого самолета. Уменьшению веса конструкции способствовало применение новейших композиционных материалов с высочайшими характеристиками. Так, основной использованный углепластик в пять-десять раз прочнее стали и намного легче обычных алюминиевых сплавов. Примененная двухбалочная компоновка также способствовала уменьшению веса конструкции, так как эти балки, как говорят, «разгружали» крыло (снижали изгибающий момент по крылу от аэродинамических сил за счет нагружения крыла моментом в противоположную сторону, вниз, от сил веса балок с содержимым). Уменьшился вес силовой установки, оборудования, снаряжения. Все это способствовало и уменьшению потребной тяги или мощности двигателей, а значит, их веса и расхода топлива.

Другим способом увеличения дальности полета является улучшение аэродинамики самолета. Это позволяет выбрать менее мощный и вместе с тем более легкий двигатель с меньшим расходом топлива. Поскольку «Вояджер» тихоходный самолет, то значительную долю аэродинамического сопротивления составляет так называемое индуктивное сопротивление, обусловленное вихреобразованием на концах крыла и снижающееся при увеличении размаха крыла. Для борьбы с ним на самолете было установлено чрезвычайно длинное крыло с удлинением 33,8 (отношение размаха к средней хорде – ширине), в то время как у современных пассажирских самолетов удлинение крыла, как правило, не превышает 10.

Гондола с кабиной экипажа и двумя поршневыми двигателями располагались на крыле. Передний двигатель воздушного охлаждения мощностью 130 лошадиных сил с тянущим винтом работал на взлете, а задний, жидкостного охлаждения, мощностью 110 лошадиных сил использовался для маршевого полета. Двигатели были изготовлены фирмой «Теледайн континенталь» по заказу Пентагона для беспилотных разведывательных самолетов.

«…Самой большой находкой конструктора Б. Рутана, – пишет В.А. Киселев в журнале «Техника и наука», – является разработка и применение на «Вояджере» концепции двух двигателей. Уже отмечалось, что для экономии топлива нужно применять двигатель минимальной мощности. Но в процессе полета на дальность вес самолета снижается за счет выработки топлива. У «Вояджера» это снижение тоже рекордно – в 5 раз! Следовательно, в эти 5 раз желательно уменьшить и мощность силовой установки. Снижать мощность за счет такого значительного дросселирования и уменьшения числа оборотов двигателя невыгодно; удельный расход топлива растет; желательно совершать полет при оборотах, близких к расчетным. В такой ситуации очень выгодным явилось решение использовать два работающих двигателя в начальный период полета и только один – в остальной период, когда выработка горючего снизила вес самолета».

В результате расход горючего у «Вояджера» составил в среднем всего 91 грамм на километр. Это примерно столько же, сколько расходуют обычные легковые машины типа «Жигулей». А ведь самолет в несколько раз тяжелее и к тому же не ехал, а летел со средней скоростью 185 километров в час. Два двигателя, это не только экономия горючего, но и повышение безопасности. Они также в экстренном случае позволяют увеличить мощность при необходимости преодоления грозового фронта или горных вершин. По всей видимости, именно концепция двух двигателей явилась тем последним звеном, которое в итоге позволило достичь успеха.

«Расположить два двигателя на крыле нельзя, – продолжает Киселев, – ведь значительную часть полета работает только один и он будет создавать несимметричную тягу. Значит, оба винта надо располагать по оси симметрии самолета. Применить два соосных винта, каждый из которых вращается своим двигателем, плохо: потребуется длинный и тяжелый вал от заднего двигателя к винту; один остановленный винт снизит эффективность другого. Тогда, может, разнести винты и двигатели по концам фюзеляжа? Такое решение не пройдет, потому что при посадке и взлете задний винт или заденет землю, или, чтобы этого не произошло, потребуются длинные и тяжелые стойки шасси, что явно невыгодно. Тогда давайте сдвинем задний винт вперед, укоротив фюзеляж, но не сдвигая вперед горизонтального оперения (ГО), не укорачивая его плеча. Достичь этого можно, закрепив ГО на двух дополнительных балках фюзеляжа. Полученная компоновка уже удовлетворяет рассмотренной концепции двух двигателей. Но обратим внимание на оптимальную форму крыла "Вояджера". Оно очень длинное и узкое (с малой хордой). На такой малой хорде трудно обеспечить жесткость крепления фюзеляжа и двух балок; относительные деформации ГО и крыла будут значительны, что ухудшит устойчивость и управляемость самолета. Кроме того, в потоке от винтов находится ГО, что, хотя и может улучшить управляемость, но зато снизит тягу винта. Последнее обстоятельство для сверхдальнего самолета имеет более существенное отрицательное значение. В этой ситуации Б. Рутан находит оригинальное решение: поменять местами крыло и ГО, то есть от обычной аэродинамической схемы с хвостовым оперением перейти к схеме "утка", у которой ГО находится впереди крыла. Теперь переднее ГО связывает между собой балки и сам фюзеляж, то есть является дополнительной опорой для балок фюзеляжа. Такая схема обеспечивает большую жесткость и меньшую угловую деформацию ГО относительно крыла. Теперь ничто не тормозит потока от винта основного заднего двигателя. Следовательно, решение, найденное Б. Рутаном, является самым выгодным, оптимальным».

Когда из ангара № 77 на аэродроме в Мохаве впервые выкатили летательный аппарат, собравшиеся специалисты и журналисты были поражены его странным сходством с гигантской ископаемой птицей – птеродактилем.

14 декабря 1986 года «Вояджер», разбежавшись по взлетной дорожке до скорости 70 миль в час (в дальнейшем скорость полета «Вояджера» колебалась от 90 до 150 миль в час), некоторое время не мог взлететь. Крыло, полностью загруженное горючим, несмотря на повышение его изгибной жесткости, дало очень большой прогиб. В конце разбега самолета, когда начались сильные упругие изгибные колебания крыла, произошло несколько ударов колеблющихся концов консолей о поверхность взлетной полосы. Концевые щитки крыла оторвались: левый – на земле, а правый – в воздухе. Однако из-за этих «мелочей» полет решено было не прерывать.

В. Бирюков подробно рассказал о полете «Вояджера» в журнале «Природа и человек»: «…Первые двое суток полета Дик провел за штурвалом «Вояджера» практически бессменно. Он лишь на короткие промежутки времени передавал управление Джине или включал автопилот. Если перелет над Тихим океаном не представил особых трудностей, то дальше, над Малайзией, над Индийским океаном, а главное над территорией Африки путешественники столкнулись с зонами сильных атмосферных волнений…

…Экипаж был вынужден и резко менять курс (порой до 90 градусов), и спешно уходить вниз или вверх, спасаясь от коварных турбулентных потоков.

На третий день пути в районе Филиппинского архипелага наступил редкий момент, когда, по настоянию врача экспедиции, оставшегося на аэродроме в Мохаве, был включен автопилот. Дик и Джина получили возможность отдохнуть. Кабина самолета столь мала – 70x210x140 сантиметров, что Дик дремал, откинув голову на пилотское кресло, а Джина размещалась лежа, правее от него, окруженная многочисленными приборами и необходимыми в полете предметами. Чего только не было в кабине: переключатели емкостей с горючим (их было на борту всего 16), аварийная ручная помпа для горючего, автоматическая и принудительная заправка двигателей маслом, рация, навигационные приборы, две канистры с питьевой водой (40 литров), контейнеры с провиантом. И еще одна трудность, которая сопровождала путешественников все девять дней полета, – оглушающий шум двигателей. Наземные диспетчеры полета в Мохаве поддерживали радиосвязь с «Вояджером» через спутники или пользовались услугами ретрансляторов авиалайнеров, оказывавшихся в непосредственной близости от путешественников. Они сообщали, что Дик и Джина далеко не сразу реагировали на радиозапросы. Нередко проходило не менее пяти минут, пока пилоты собирались с мыслями.

Когда «Вояджер» летел над центральной частью Атлантического океана, направляясь к побережью Латинской Америки, на приборной доске кабины внезапно загорелась красная лампочка. Задний двигатель сильно нагрелся, упало давление масла. А вскоре мотор, чихнув несколько раз, заглох. Наземные диспетчеры передали на борт: "Внимание! Готовьтесь к аварийной посадке", – и стали прикидывать, на каком из бразильских аэродромов можно ее совершить, Джина и Дик, которым попутный ветер над западной частью Атлантики позволил немного передохнуть, были подавлены неприятным известием. Но через несколько минут экипаж радостно сообщил на землю, что полет будет продолжен. Утомленные борьбой со стихией, летчики забыли вовремя долить масло в двигатель. Ошибка была исправлена, двигатель удалось запустить.

На заключительном этапе маршрута, когда «Вояджер» после того, как он почти сутки буквально крался между циклонами вдоль западного побережья США и Мексики и приближался к базе ВВС Эдвардс, внезапно прекратилась подача горючего. Причем в тот же самый злополучный задний двигатель. Джина по самый пояс влезла в правое крыло, отключила автоматическую помпу и приступила к подаче горючего при помощи ручной. Но на этом злоключения не кончились – отказал стартер. Дик включил автопилот и полез в левое крыло, где находились предохранители электросистемы. Только тогда стартер заработал, а затем, немного покапризничав, заработал и мотор. Потом включилась автоматическая помпа горючего, и Джина смогла вернуться в кабину на свое место».

В конце концов, Дик и Джина выдержали это тяжелое девятисуточное испытание непрерывным шумом, жесткой болтанкой и неудобствами малой кабины самолета и с честью закончили этот исторический перелет на авиабазе Эдвардс.

 

Пассажирский лайнер «Боинг-777»

В Сиэтле на одном из принадлежащих фирме «Боинг» авиазаводов стоит на вечном приколе первый реактивный «Боинг-707». Он был вторым после советского Ту-104 турбореактивным самолетом. «707» приступил к регулярным перевозкам пассажиров позднее «Тушки» на два года – в 1958 году. И тот и другой стали родоначальниками плеяды принципиально новых лайнеров пятого океана.

Сегодня, если вам доведется лететь в Штаты, то скорее всего вы попадете на борт самолета фирмы «Боинг». Увы, почти весь мир нынче летает на «Боингах», а не на «Туполевых». Причина проста: продукция корпорации «Боинг» комфортабельнее, экономичнее и надежнее, чем техника большинства других авиастроительных фирм мира. Единственный серьезный конкурент «Боинга» – европейский концерн «Эрбас индастри». Авиационные эксперты сравнивают эти две компании с парочкой бульдогов, которые при встрече сдержанно виляют хвостами, но в любой момент готовы вцепиться друг другу в глотку.

В 1995 году на Международном авиасалоне в Ле-Бурже американцы буквально «раздавили» своих конкурентов. Сначала в небе Ле-Бурже неожиданно возник таинственный бомбардировщик «B-2», в разработке которого принимал участие «Боинг», затем с точностью до секунды на летном поле приземлился гигантский «Боинг-777». А окончательно «добило» конкурентов то, что американцы установили в салоне своего лайнера макет новейшего «Эрбаса» в натуральную величину и пригласили посетителей самим сравнить удобства на борту обоих самолетов. Комментарии были излишни.

Однако жизненный путь «Боинга» не всегда был гладким. Порой компания была вынуждена увольнять сотрудников, вместо самолетов выпускать мебель и скоростные лодки, газовые турбины и ветряные мельницы-генераторы.

Но компания всегда хранила верность самолетам и при каждом удобном случае выпускала новую оригинальную модель, которая неизменно становилась «любимицей» не только пассажиров, но и летчиков.

Вячеслав Ким, пилот, налетавший на «Боингах» немало часов, рассказывает:

«Экипажи «Боингов» состоят всего из двух человек: командира и второго пилота. Остальных людей заменяет электронное оборудование, с которым очень просто и удобно работать. «Боинг» может садиться, тормозить и останавливаться на полосе автоматически.

Контроль за работой систем «организма» самолета обеспечивает электроника, причем всегда есть дублирующая, страхующая система. Отказал один компьютер, второй справится в одиночку.

Кабина пилота на «Боингах» гораздо удобнее, комфортабельнее, чем на наших самолетах. Прекрасный обзор, низкий уровень шума, отличное кондиционирование. Просчитана рациональность каждого движения, пилоту никуда не надо тянуться. Регулируется положение кресла: наклон спинки, высота сиденья, даже длина педалей. Главной функцией пилота становится грамотное управление автоматикой. В кабине все продумано до такой степени, что сидишь и думаешь, как все-таки здорово, что есть такие самолеты и на них уже летают наши летчики».

Новейшая модель американской корпорации «Боинг-777» – самый крупный в мире двухдвигательный реактивный пассажирский самолет. По всем основным летно-техническим характеристикам у него нет и, пожалуй, долго не будет равных среди авиалайнеров суперкласса.

О конструировании и производстве «Боинга» под номером «777» фирма объявила в ноябре 1990 года. К работе над этим проектом был привлечен большой творческий коллектив – четыре тысячи человек. Ему дали статус самостоятельного подразделения – со своей администрацией, финансами, коммерческой службой. По замыслу создателей «Боинг-777» должен был превзойти по всем определяющим параметрам такие совершенные самолеты, как «МД-11» американской компании «Макдоннелл Дуглас» с тремя силовыми установками и четырехдвигательный A-340 европейского консорциума «Эрбас Индастри».

12 июня 1994 года «Боинг-777», стартовав с заводского аэродрома в городе Эверетте, штата Вашингтон, совершил свой первый четырехчасовой испытательный полет. С этого момента фирма приступила к самой объемной в ее почти восьмидесятилетней истории серии летных испытаний. Для этой цели использовались девять «Боингов-777» с различными двигателями – «Пратт энд Уитни», «Дженерал Электрик» и «Роллс-Ройс». Механические, электрические и гидравлические системы дополнительно придирчиво исследовались на земле в специализированных лабораториях.

Подобно всем самолетам семейства «Боинг», новая модель разрабатывалась на принципах, заложенных и апробированных в более ранних моделях, таких как «Боинг-747» и «Боинг-767». На совещаниях-семинарах и представительных широкопрофильных дискуссиях конструкторы фирмы советовались с будущими эксплуатантами нового лайнера. В результате такого свободного научно-технического диалога удалось найти оптимальную и взаимоприемлемую концепцию замышлявшегося проекта.

Например, существенно облегчило, ускорило и удешевило конструирование и строительство воздушного лайнера нового поколения решение использовать восемьдесят элементов важнейшего оборудования, действующего на «боингах» последних модификаций.

Поставки нового суперлайнера начались в 1995 году. На первой стадии американской авиакомпании их получила «Юнайтед эрлайнз», заказавшая 34 воздушных лайнера, и японская «Олл Ниппон Эрвейз», заказавшая пятнадцать самолетов. Всего же в портфеле у фирмы к тому времени были заказы уже на 147 «Боингов-777».

«Боинг-777», конечно же, впечатляет размерами. Диаметр идеально круглого фюзеляжа – 6,2 метра, длина – 63,7 метра. Размеры лайнера позволяют легко варьировать по желанию заказчика компоновку кресел – от шести до десяти в каждом ряду с двумя проходами между ними. В самолете можно разместить при трех классах обслуживания 305—328 пассажиров, при двух – 375—400, а при одном – 440. Под пассажирскими салонами на нижней палубе самолета расположен грузовой отсек с автономными средствами механизации, объемом в 160 кубических метров. Сюда входят 32 стандартных контейнера.

Стандартный максимальный взлетный вес самолета – 229520 килограммов, дальность беспосадочного полета – 7340 километров. Конструктивные особенности позволяют увеличить взлетный вес до 233600 или до 242670 килограммов, а дальность полета соответственно до 7850 и до 8930 километров.

Вот, что говорят о новейшем самолете специальные корреспонденты «Гражданской авиации» Валентин Гольцов и Анатолий Игошин, побывавшие в командировке на фирме «Боинг»:

«У «Боинга-777» наиболее эффективный по аэродинамике профиль крыла из всех существующих дозвуковых гражданских самолетов. Это достигнуто за счет усовершенствования крыла, впервые примененного на «Боинг-757» и «Боинг-767» и имеющего большой размах (на «777» – 60,9 метра), а также благодаря его увеличенной толщине, что играет положительную роль в полете на крейсерском режиме. По сравнению с конкурирующими самолетами такое крыло позволяет «Боинг-777» значительно быстрее после взлета выходить на заданный эшелон и экономичнее совершать полет на больших высотах. Оно также дает ему возможность взлетать с полной загрузкой с высокогорных аэродромов в условиях повышенных плюсовых температур наружного воздуха. Внутри крыла и центропланной секции «Боинг-777» сосредоточены емкости авиатоплива, количество которого, исходя из вариантов конструкции самолета, может колебаться в пределах от 117335 до 169190 литров.

Учтено предложение отдельных перевозчиков «вписывать» крыло «Боинг-777» после его посадки в типоразмеры эксплуатирующихся у них самолетов ДК-10, «Локхид-1011» и "Боинг-767", что необходимо из-за специфических аэродромных пространств и сооружений. По заказу таких будущих владельцев "трех семерок" концы их крыльев, длиною в 6,8 метра каждое, могут устанавливаться на земле посредством шарнирных соединений и силовых приводов в вертикальное положение. Это сокращает размах крыла до 47,3 метра.

Авиадвигатели трех упоминавшихся выше типов, которыми предусмотрено оснащать "Боинг-777", обладают очень хорошими экономическими характеристиками расхода топлива. По мощности они превышают на сорок процентов силовые установки "Боинга-767", однако уровень шума у них примерно одинаков. То и другое обеспечивается применением в двигателях на новом самолете усовершенствованных вентиляторов большого диаметра, имеющих широкую хорду и степень двухконтурности в соотношении от 6:1 до 9:1. У двигателей других современных широкофюзеляжных самолетов это соотношение составляет обычно 5:1».

Важное преимущество «Боинга-777» по сравнению с другими современными авиалайнерами состоит в использовании в его конструкции разнообразных легких, но чрезвычайно прочных сплавов и композиционных материалов. Таким образом, существенно снижены вес самолета и стоимость его производства.

Улучшенный алюминиевый сплав, к примеру, обладает не только малым весом, но и повышает сопротивляемость конструкции коррозии и появлению трещин. Поэтому из него изготовлены верхняя обшивка крыла и стрингеры. А вот в вертикальном и горизонтальном оперении применены элементы, сделанные из графитовых волокон, скрепленных особыми видами затвердевающих смол. Балки пола пассажирской кабины, аэродинамические обтекатели и другие детали изготовлены из композиционных материалов. В целом же суммарная доля «композитов» в общем весе всей конструкции самолета составляет девять процентов.

«На "Боинге-777", – отмечают журналисты «Гражданской авиации», – самые могучие из когда-либо устанавливаемых на коммерческих авиалайнерах шасси, состоящие из двенадцати колес. Они позволяют добиться сбалансированного распределения веса самолета, движущегося по рулежным дорожкам и взлетно-посадочной полосе. Благодаря этому удалось избежать введения в конструкцию дополнительной двухколесной стойки шасси под центром фюзеляжа. Шасси оснащено системой тормозов повышенной эффективности.

С учетом предложений клиентуры фирма приняла решение о горизонтальном размещении приборных панелей в пилотской кабине «Боинга-777» (именно так они смонтированы на "Боинге-747-400"). Основная информация о полете, навигации и работе двигателей отображается на шести приборных панелях. Используются два вида дисплеев – с обычными электронно-лучевыми трубками и работающие на жидких кристаллах. Последние вдвое тоньше дисплеев с катодными трубками, они более долговечны и надежны. Пилотов удовлетворяет еще и то, что показания таких дисплеев отчетливо различимы и при попадании на них солнечного света. На приборной доске "Боинга-777", в ее центральной части, установлены три многоцелевые контрольные панели с дисплеями. На них отображается вся информация о полете самолета, поступающая от интегрированной системы контроля. Впервые здесь нашли применение цветные дисплеи. Они облегчают восприятие пилотами всего комплекса приходящей к ним информации: об общем состоянии самолета, необходимости проведения на нем ремонтных операций, функционировании систем управления и связи, тяге двигателей».

В конструировании и производстве «Боинга-777» широко использовался международный опыт, помощь авиакосмических компаний США, Европы, Канады, Азии и Тихоокеанского региона. Весомый вклад в создание этого самолета внесли головные фирмы японской аэрокосмической промышленности – «Мицубиси», «Кавасаки» и «Фуджи Хэви Индастриз». С их интеллектуальной и финансовой поддержкой построено около двадцати процентов конструкции самолета.

Без такой дружной взаимной заинтересованности заказчиков, зарубежных инвесторов, поставщиков материалов и отдельных частей самолета оперативная разработка и практическая реализация столь емкого в финансовом отношении и технически сложного проекта была бы серьезно затруднена и растянута во времени.

 

Многоцелевой самолет-амфибия Бе-200

Гидросамолет – это аппарат, приспособленный для взлета с воды и посадки на нее. Они бывают на поплавках (вместо колес шасси самолета) и с корпусом, позволяющим садиться на воду, – летающие лодки. Все большие гидросамолеты – металлические летающие лодки.

Интересно, что до 1930-х годов гидросамолеты часто были быстрее обычных и летали дальше.

Первый перелет через Атлантику совершил капитан-лейтенант Альберт Кушен Рид со своим экипажем на летающей лодке Кертисс NC-4, ВМС США. Весь перелет, от аэродрома Рокауэй, Лонг-Айленд, Нью-Йорк, начавшийся 8 мая 1919 года, протяженностью 7591 километр продолжался 53 часа 58 минут и закончился в Плимуте, Великобритания, 31 мая.

И впервые вокруг земного шара облетели два самолета-амфибии армии США типа Дуглас DWC за 57 этапов. Они вылетели из Сиэтла, штат Вашингтон, 6 апреля и приземлились там же 28 сентября 1924 года.

Игорь Сикорский, выдающийся конструктор вертолетов и самолетов, создал удачные серийные амфибии: пятиместную «летающую яхту» S-39, шестнадцатиместную S-41 и сорокапятиместный «летающий клиппер» S-40. Четырехмоторные S-40 стали первыми серийными пассажирскими авиалайнерами, эксплуатировавшимися на регулярных океанских авиалиниях большой протяженности. На амфибиях Сикорского произошло становление известной авиакомпании «Пан Америкен», которая также заказала его компании первые многомоторные пассажирские авиалайнеры S-42, предназначенные для регулярных трансокеанских перевозок.

Летающие лодки были единственной возможностью принимать большие самолеты в городах, где не было аэропортов со взлетно-посадочными полосами. Самолеты компании «Пан Америкен» летали в города Южной Америки и Канады, перевозя 40 и более пассажиров.

В 1934 году летающая лодка S-42 побила десять мировых рекордов. Сикорский настолько верил в возможности самолетов этого типа, что предлагал рядом с городами, расположенными вдали от морей и рек, рыть для них каналы и заполнять их антифризом, чтобы не зависеть от погоды.

В 1937 году на серийном S-42 начались и первые пассажирские перевозки через Атлантику. Так, летающая лодка фирмы Сикорского стала первым самолетом, соединившим континенты.

Сегодня самым современным гидросамолетом, не имеющим аналогов в мировом авиастроении, признан Бе-200. Он создан Таганрогским авиационным научно-техническим комплексом (ТАНТК) им. Г.М. Бериева на базе идей, реализованных в военном самолете-амфибии А-40 «Альбатрос» – уникальной машине, которая, к сожалению, из-за отсутствия финансирования так и не была запущена в серию. «Альбатрос» разрабатывался по заданию министерства обороны и предназначался, прежде всего, для противолодочных, патрульных и поисково-спасательных операций. Бе-200 – конверсионная разработка. Это универсальный самолет.

Главное его предназначение – тушение лесных пожаров.

Еще в конце 1980-х годов специалисты лесного хозяйства провели соответствующие исследования и пришли к заключению, что наиболее эффективным средством пожаротушения является самолет-амфибия, базирующийся на аэродроме, удаленном от очага пожара до пятисот километров, способный брать на борт до двенадцати тонн воды из водоема, находящегося на расстоянии от десяти до двадцати километров от места возгорания. Как раз этим требованиям и отвечает Бе-200.

В противопожарном варианте самолет-амфибия является наиболее эффективным средством обнаружения и борьбы с разрушительными пожарами. Противопожарный самолет-амфибия способен принимать на борт двенадцать тонн воды в 8 секций-емкостей, расположенных под полом кабины. На полную заправку уходит лишь двенадцать секунд. За одну заправку топливом самолет способен доставить к очагу пожара до 310 тонн воды. Заметим, что производительность канадских противопожарных самолетов CL-215 и CL-415 много меньше. Восемь створок водяных баков с программируемой последовательностью открытия (сброс воды залпом или поочередно) существенно повышают эффективность пожаротушения. Навигационное оборудование позволяет выводить самолет точно к очагу, а при повторном заходе – к месту предыдущего сброса огнегасящего состава, что очень важно при сильном задымлении и работе нескольких самолетов.

Кроме противопожарного существуют и другие варианты Бе-200: пассажирский, транспортный, патрульный, самолет для МЧС. Причем переоборудование в пассажирскую и транспортные версии можно осуществить в короткие сроки. «Мы делали Бе-200 как конверсионный самолет и не хотели бы пришивать к нему погоны, – говорит Геннадий Панатов, генеральный конструктор и президент ТАНТК. – Но за рубежом уже готовы применять машину и как "силовую"».

Действительно, гибкая концепция Бе-200 позволяет машине освоить множество гражданских и военных специальностей.

Самолет-амфибия Бе-200 способен быстро и эффективно решать проблемы, связанные с доставкой пассажиров и грузов на острова, не оборудованные ВПП, в удаленные береговые районы, на морские суда различного назначения, в труднодоступные районы, имеющие водоемы, и обратно с них на базовый аэродром или гидроаэродром.

В качестве патрульного варианта Бе-200 эффективно используется для поиска в заданном районе кораблей, спасательных операций и оказания помощи пострадавшим на воде, контроля окружающей среды и метеообстановки, борьбы с разливом нефти на море и многого другого.

При пассажирском варианте предусматривается просторный и комфортабельный пассажирский салон. В грузо-пассажирском и транспортном вариантах способен быстро и эффективно решать проблемы, связанные с доставкой грузов, почты и пассажиров.

В санитарном варианте самолет имеет семь мест для медицинских работников и тридцать носилок для раненых, а также размещение специального медицинского оборудования. Может быть использован также и в качестве мобильного госпиталя.

Естественно, интерес к такой машине велик и в России, и за рубежом. Не случайно Бе-200 называют самым нужным самолетом в мире. Летные испытания первого Бе-200 планировалось начать в январе 1995 года, а запустить в серию – в 1997-м. Но эти планы уперлись в российские реалии. Несмотря на то что проект получил признание и поддержку президента, правительства и был причислен к приоритетным в области авиастроения, обеспечить его финансирование государство оказалось не в состоянии. Тогда было принято решение продолжать работы за счет собственных оборотных средств. Основное бремя легло на плечи Иркутского авиационного производственного объединения, которое не только строило четыре опытных самолета, но и оплачивало разработки опытных изделий и приобретение серийных комплектующих. Руководство объединения, да и весь трудовой коллектив сознательно шли на отвлечение финансовых средств, прекрасно понимая, что, только жертвуя своим сегодняшним благополучием, можно обеспечить будущее.

Первый самолет стартовал осенью 1998 года. Полет прошел успешно. Мечта обрела крылья!

С точки зрения аэрогидродинамики, Бе-200 является последним словом мирового гидростроения. По большинству летно-технических характеристик амфибия не уступает сухопутным самолетам-аналогам. В то же время может взлетать и садиться как на сушу, так и на воду.

Самолет-амфибия Бе-200 – моноплан с высокорасположенным стреловидным крылом, Т-образным оперением и лодкой большого удлинения с переменной поперечной килеватостью. Два турбореактивных двигателя Д-436ТП установлены на пилонах, над крылом на обтекателях шасси. Шасси трехопорной схемы обеспечивает эксплуатацию самолета с аэродромов с длиной взлетно-посадочной полосы в 1800 метров. Одной из главных особенностей самолета-амфибии является полностью герметичный фюзеляж.

Бе-200 спроектирован на базе уже испытанных на самолете А-40 силовой схемы и аэрогидродинамической компоновки, оснащен современным пилотажно-навигационным комплексом «АРИА-200».

Комплекс позволяет экипажу из двух человек одновременно управлять самолетом и решать специфические амфибийные задачи при пожаротушении и спасательных операциях: выход на очаг пожара и акваторию забора воды, заход на посадку (до высоты 60 метров), точное определение взаимного положения в группе при плохой видимости и другие. На самолете установлены два отечественных турбореактивных двухконтурных двигателя Д-436ТП. По желанию заказчика он может быть заменен на ТРДД ВП-715 производства «БМВ-Роллс-Ройс».

Некоторые летно-технические характеристики самолета: взлетная масса – 37,2 тонны, наивыгоднейшая высота полета на экономических режимах – 8000 метров. Скорость полета максимальная – 710 километров в час, а крейсерская – 600 километров в час. Техническая дальность – 3850 километров.

Бе-200 может садиться и взлетать практически с любой водной акватории, имеющей глубину более двух метров. Он выполняет маневры на воде на скорости до 50 километров в час под любым углом к ветру с помощью водоруля, установленного в кормовой части лодки, и за счет разнотяговости двигателей. Для безопасности самолета-амфибии на плаву лодка конструктивно разделена на водонепроницаемые оттеки, которые обеспечивают сохранение плавучести при одновременном заполнении любых двух смежных отсеков. Самолет способен садиться при волнении в три балла и высоте волны в 1,2 метра.

У Бе-200 большое будущее, и сферы его применения будут постоянно расширяться, открывая все новые и новые возможности амфибии.

Перспективно использование самолета в Азиатско-Тихоокеанском регионе – наиболее динамично развивающемся районе мира. На него приходится более половины мирового промышленного производства и до сорока процентов мировой торговли. Странам региона требуется новая авиационная техника, которая позволяла бы осуществлять растущие грузовые и пассажирские авиаперевозки, укреплять и развивать сообщение между материковыми и островными территориями, быстро и эффективно выполнять поисково-спасательные операции на море, вести патрулирование наиболее важных морских маршрутов и государственных границ, а в случае необходимости оперативно доставлять силы быстрого реагирования. Особенно остро эти проблемы встают перед государствами, не располагающими свободными территориями для постройки новых аэропортов, но имеющими морские границы большой протяженности.

 

Океанские яхты класса W-60

Кругосветные гонки Whitbread проводятся каждые четыре года под патронажем Королевского дома Великобритании начиная с 1973 года. Увлекаться яхтами в Англии начали еще в XVII веке. Король Карл II, правивший с 1660 года, имел, в частности, яхту под названием «Мэри». Первый яхт-клуб в Англии появился в 1720 году.

Whitbread – это самые престижные и длительные, длящиеся порядка девяти месяцев, профессиональные соревнования в парусном спорте. Здесь отрабатываются новейшие технологии в гонках под парусом.

Традиционно в них участвуют ведущие мировые державы – Великобритания, США, Франция, Япония, Италия. Советский Союз лишь однажды был представлен в 1989—1990 годах яхтой «Фазис», финишировавшей одиннадцатой. В 1993—1994 годах из бывших союзных республик выступала только Украина с парусниками «Гетман Сагайдачный» (7-е место) и «Одесса-200» (вне зачета). Россия же не участвовала в столь престижных соревнованиях ни разу.

В гонках в 1997 года стартовали яхты одного класса (W-60), а не трех, как в предыдущий раз. Уже в 1993—1994 годах W-60, разработанные специально для таких гонок, зарекомендовали себя с самой лучшей стороны. С того времени яхты стали еще более скоростными и надежными.

«Правила океанских яхт Whitbread-60» предусматривают создание одномачтовых однокорпусных яхт, на высшем уровне современных технологических и спортивных достижений. Они должны иметь достаточно близкие характеристики. Документ особо подчеркивает требования к безопасности и остойчивости судна.

Идея W-60 в том, чтобы уровнять шансы яхтсменов. Участникам и организаторам гонки надоели слишком большие разрывы между соперниками, случившиеся, к примеру, в гонке 1989—1990 годов, сложные формулы, уравнивающие возможности судов разных размеров, по которым приходилось вычислять победителя. Назрело решение выбрать один быстроходный и относительно дешевый класс, где суда плотно финишируют, а результат определяется максимально просто – временем прихода.

По рекомендациям гонщиков, в июне 1990 года в Великобритании была собрана группа из шестнадцати ведущих мировых конструкторов яхт. После этого совещания и появился новый класс – Whitbread W-60. Это семейство океанских гоночных яхт, имеющих почти одинаковые характеристики: для значений длин, площадей и весов определили допустимый диапазон.

Тем не менее у каждого шкипера, конструктора, парусного мастера и строителя остается достаточно возможностей для применения своего таланта и новых технологий.

Скоростной потенциал яхт W-60 нового поколения очень велик. Средняя скорость парусника этого класса – 20 узлов, а максимальная – до 40. Установление нескольких мировых рекордов скорости в гонках 1990-х годов – наилучшее доказательство перспективности класса W-60.

В соответствии с правилами корпус яхты разделен водонепроницаемыми переборками на три отсека, при затоплении любого из них яхта остается на плаву.

Корпус W-60 – трехслойный. Между двумя оболочками из кевлара помещен пенопласт. После склейки получают монолитную конструкцию. Отказ от традиционной схемы поперечно-продольного силового набора позволяет усилить конструкцию и разместить несущие элементы в максимально укрепленных местах.

Все узлы крепления такелажа изготовлены из композиционных материалов, позволяющих по сравнению с металлическими аналогами существенно уменьшить массу судна.

Скорость яхты заметно зависит от жесткости корпуса, поскольку палуба подвергается колоссальному сжатию, особенно в носу и корме. Для оптимизации веса и наилучшего распределения нагрузок используются специальные компьютерные программы.

В гонке 1993—1994 годов большинство парусников пострадало от расслоения обшивки, кроме «Гетмана Сагайдачного», построенного на основе передовых авиационных технологий. Причина в применении высокоэффективного водного балласта. Он позволяет в сильный ветер нести существенно большую парусность, а, значит, судну приходится выдерживать большие скоростной напор и ударные нагрузки по сравнению с традиционными. Поэтому после финиша гонки 1994 года, чтобы избежать разрушения корпуса в жестких условиях гонки, разработали специальные технологические ухищрения.

В гонке 1993—1994 годов восемь из десяти яхт построили по проекту Брюса Фара. Все его суда были оснащены L-образными килями. На тонком узком стальном пилоне подвешивалась массивная свинцовая бульба весом восемь тонн, напоминающая по форме торпеду. Новый киль при существенно меньшей площади поверхности дал значительное преимущество по подъемной силе на острых курсах по сравнению с традиционной конструкцией. Однако при крене возникают большие скручивающие нагрузки на узлы крепления к корпусу, так как центр тяжести бульбы сильно смещен назад.

Перед гонкой 1997—1998 годов конструкторам пришлось выбирать между L– и традиционным Т-образным килями. Анализ моделей не выявил особых преимуществ ни одного из них. Если на более высоких скоростях предпочтительнее оказался L-образный, то на малых – из-за ламинарного обтекания – Т-образный киль.

Не помогло и компьютерное моделирование. И лишь натурные испытания в бассейне позволили выбрать оптимальную форму.

Традиционно детали руля гоночных яхт изготавливаются из углепластика, и W-60 – не исключение. Однако несколько серьезных поломок заставили конструкторов пересмотреть к гонке 1997—1998 годов некоторые традиционные концепции. Так в результате доводки руля нового поколения были оптимизированы распределение нагрузок, относительное удлинение и площадь смоченной поверхности, его форма при обтекании в разных режимах.

Первоначально у рулевой системы «Гетмана Сагайдачного» максимальные расчетные нагрузки на подшипники были – 9,2 тонн на нижний и 5,1 тонн на верхний. После пересмотра параметров конструкторами, у нового узла при весе всего в 19,2 килограмма на нижний и верхний подшипники приходятся, соответственно, максимальные рабочие нагрузки в 36,1 тонны и 19,6 тонны. К сведению, рулевое устройство яхты «Одесса» из нержавеющей стали весило около 480 килограммов!

Компьютерное моделирование и натурные испытания в бассейне позволили команде Фара создать к последней гонке концептуально новый, облегченный и вместе с тем более прочный и эффективный во всех режимах руль. Это дало возможность яхтам нового, уже четвертого поколения стать при меньшем сопротивлении более управляемыми, особенно на высоких скоростях.

«Навигаторская рубка яхты класса W-60 не уступает кабине новейшего истребителя по насыщенности современной электроникой и компьютерами, – пишет в журнале «Техника – молодежи» Е. Платон. – Ведь успех в гонке, в первую очередь, зависит от качества принятых штурманом решений.

Действительно, прочие условия в гонке одинаковы для участников, поскольку все яхты одного класса и все (кроме одной) спроектированы Брюсом Фаром, а команды состоят из профессиональных гонщиков высшей мировой квалификации. Успех или неудача зависят от одного человека – штурмана, проводящего все время согнувшись в три погибели над своим столом и «колдующего» над компьютерами и погодными картами.

Во время океанской гонки каждый навигатор получает и анализирует по-своему погодную информацию. При определении оптимального курса он также должен учитывать скоростные характеристики яхты, разные комбинации парусов, угол и силу ветра. Проводить точные расчеты в, мягко говоря, стесненных условиях рубки яхты W-60 (над головой вращается вал привода лебедки, способный в любой момент снять скальп) при постоянном недосыпании, в 100-процентной влажности тропиков или при нулевых температурах воздуха и воды в Южном Океане – нелегкое занятие.

И потому на W-60 – не менее двух ЭВМ, не менее четырех систем связи, из которых две – глобальные спутниковые, спутниковая же навигационная система, автоматизированный комплекс сбора информации о состоянии яхты и погоды вокруг; радиолокатор, наконец, – система обнаружения "Человек за бортом!".

Но повторюсь: какой бы мощной ни была современная техника – она лишь помощник, решение всегда принимает штурман. И вот со всем этим мудреным хозяйством он и управляется во время 9-месячной гонки вокруг Земли».

Во время гонки на W-60, помимо штормового стакселя и триселя, разрешается использовать 38 парусов. Причем на каждом из этапов на борту должно находиться не более 17. Стоимость полного комплекта составляет примерно 370000 долларов.

Паруса – это двигатель яхты. Чтобы спроектировать такой двигатель, надо знать силу и направление ветра в гонке. Исходя из этого рассчитывается их геометрия и аэродинамика, выбираются материал и технология.

Для создания оптимального варианта в ходе подготовки к гонке для каждой яхты испытывается более 150 вариантов парусного вооружения. В команде, как правило, три профессиональных мастера, работающих или имеющих опыт работы в фирмах по производству гоночных парусов. Перед стартом они проводят за швейной машинкой более пяти тысяч часов, перешивая полотнища после испытаний.

В исследовательских программах широко используется продувка в аэродинамических трубах. Проводятся сравнительные испытания на двух яхтах в спарринге с применением сверхсовременных локаторных систем для определения вариаций скорости.

«Чтобы яхта шла на ветер (в лавировку), – пишет Е. Платон, – она должна постоянно делать повороты оверштаг ("через ветер"). W-60 способна идти под углом 30 градусов (круче, чем большинство других) к истинному ветру. Грот и стаксель на этих курсах закреплены максимально близко к оси палубы. Когда ветер дует сбоку под 90 градусов к курсу – галфвинд – на яхте скорость вымпельного (суммарного со скоростью судна) ветра может вдвое превосходить скорость истинного. Тогда парусник идет быстрее ветра!

На курсах острее галфвинда (бейдевинд) на W-60 ставится грот; джиб-топ – полный стаксель и стэйсэйл – узкий саблевидный внутренний стаксель. Когда угол ветра немного больше 90 градусов (фордевинд), вместо джиб-топа поднимается ричер – плоский асимметричный спинакер. На более полных курсах (бакштаг) – ричер заменяется на ранер – полный асимметричный спинакер.

На яхтах W-60 используются два типа ричеров и ранеров – топовые и 7/8. Первые при слабом и среднем ветре поднимаются на самую верхушку мачты – топ, вторые – при сильных ветрах – на семь восьмых ее высоты.

В гонке 1993—1994 годов организаторами были введены искусственные ограничения на вес ткани для ричеров и ранеров, не разрешалось использовать топовые версии этих парусов на большинстве этапов гонки (кроме двух). Сейчас ограничения сняты.

Во время урагана на W-60 ставится штормовой стаксель и трисель. Это сравнительно маленькие по площади паруса из сверхпрочной ткани».

Сегодня паруса для гоночных яхт изготавливаются из специальных ламинированных тканей. При этом выбирается материя, соответствующая рабочим нагрузкам в той или иной части паруса. Таким образом, при сшивании вместе разных полотнищ получается парус, словно составленный из панелей разного цвета и веса.

В конце 1990-х годов фирма «Nort Sails» разработала технологию изготовления цельных, бесшовных, так называемых 3DL-парусов. Эти паруса из полимерных пленок и высокомодульных волокон. Они ламинируются вместе при высокой температуре в специальной матрице. Из-за отсутствия швов такие паруса значительно легче «панельных». Первые подобные гроты для яхт W-60 гонки 1997—1998 годов весили от 90 до 100 килограммов. Они стали в два раза легче «панельных» предшественников. Дальнейшее использование в качестве армирующих высокомодульных РВО-волокон позволило еще больше сократить вес до 75-80 килограммов. И 3DL-стаксели значительно превосходят по качеству свои «панельные» аналоги.

 

Суда на воздушной подушке

Идея увеличить скорость корабля или катера с помощью «воздушной смазки» родилась еще в конце XIX века. Суть ее заключалась в следующем. Если мощным вентилятором под плоское днище судна нагнетать воздух, то сопротивление воды уменьшится; следовательно, возрастет скорость. А чтобы воздух не «убегал» в стороны, корпус судна нужно оснастить продольными килями – скегами. Впервые реализовать эту идею удалось австрийскому инженеру Дагоберту Мюллеру фон Томамюлю в 1916 году. Созданный им торпедный катер смог развить скорость почти 40 узлов – 74,08 километров в час, мощность мотора составляла 480 лошадиных сил.

Затем возникла новая идея: скеги заменили резиновой «юбкой». Теперь нагнетаемый воздух выходил из-под днища еще медленнее, и получалась настоящая воздушная подушка. Суда такого типа действительно парят над водой, могут «выползать» на берег и даже передвигаться по суше.

Первым идею подобной машины на воздушной подушке высказал К.Э. Циолковский в 1927 году, в работе «Сопротивление воздуха и скорый поезд». Это бесколесный экспресс, который мчится над бетонной дорогой, опираясь на воздушную подушку – слой сжатого воздуха.

Эта идея и подтолкнула доцента Новочеркасского политехнического института Владимира Левкова к созданию собственной конструкции, правда, не поезда, а катера.

А вот что пишет в журнале «Всемирный следопыт» Станислав Зигуненко: «Начал он, как обычно, с расчетов и строительства моделей. Первая конструкция, построенная молодым ученым-аэродинамиком, напоминала перевернутый таз. Легкий деревянный каркас обтягивала калька, а там, где у обычного тазика полагается быть днищу, стоял электромотор с воздушным винтом. Винт, нагнетая воздух, под «тазиком» создавал повышенное давление. И вся конструкция как бы всплывала над полом, опираясь на воздушную подушку.

Около пяти лет испытывал Левков эту простейшую модель, стараясь понять, как ею можно управлять, какой высоты должна быть создаваемая подушка, чтобы и не расходовалась излишняя мощность, и будущее судно развивало как можно большую скорость…

В 1932 году Левков, уже профессор, начал испытания новой модели. Она имела удлиненную, каплевидную форму, два двигателя: в носу и корме. Маленький аппарат на воздушной подушке легко скользил над кафельным полом аэродинамической лаборатории

Скоро вид модели опять изменился. Она стала похожей на длинную перевернутую коробку со срезанными под углом сторонами. В вырезах в наклонном положении были укреплены электрические двигатели с пропеллерами. Отбрасываемый винтами воздух скапливался под корпусом модели, приподнимал ее. По этой схеме потом Левковым создавались все первые большие аппараты на воздушной подушке».

Весной 1934 года Левков переехал в Москву – его пригласили на работу в Московский авиационный институт (МАИ). Он привез с собой крупную (длиной более двух метров) модель катера на воздушной подушке. Спроектированная по всем правилам строительной механики, она производила приятное впечатление. Бросались в глаза легкость конструкции и прекрасная внешняя отделка модели. Масса ее была всего около шести килограммов.

Для испытания модели в МАИ отвели специальную комнату. В ней устроили неглубокий бассейн. Над ним протянули два провода для питания электромоторов маленького катера. Летал он неплохо. За пару секунд легко переносился от одного борта бассейна к другому.

Затем было организовано Опытное конструкторское бюро во главе с профессором Левковым. Оно приступило к разработке трехместного катера Л-1. Испытания его начались летом 1935 года недалеко от Москвы, на Плещеевом озере.

Масса катера была 1,5 тонны. Его деревянный корпус состоял из двух узких лодок, соединенных платформой. Два авиационных двигателя с винтами нагнетали воздух в пространство, ограниченное платформой и лодками. Управлялся катер с помощью поворотных заслонок – жалюзи, укрепленных под моторами. При вертикальном положении заслонок поток воздуха направлялся вниз, и катер висел неподвижно. Если жалюзи отклонялись назад, реактивная сила двигала катер вперед, отклонялись вперед – давался задний ход. Кроме того, имелось вертикальное и горизонтальное оперение, которое также участвовало в управлении летающим катером.

Этот катер стал прообразом других летающих судов, созданных под руководством Левкова, в частности катера Л-5. Масса его достигала 9 тонн, поскольку его корпус был уже металлическим, дюралевым. Позади кабины водителя и бортмеханика устроили помещение для пассажиров.

Сначала катер испытывали на суше. Смотрели, как он летает. Потом начались морские испытания. Машину попытались сопровождать обычные катера, но вскоре они безнадежно отстали. А когда на мерной миле включили секундомер, то испытатели не поверили собственным глазам: оказалось, что скорость катера – более семидесяти узлов, то есть около 140 километров в час! Испытания также показали, что катер мог столь же свободно пройти над болотом, над заснеженным полем или льдом.

Результатами испытаний весьма заинтересовались военные, и профессор Левков вскоре возглавил специальное конструкторское бюро катеров на воздушной подушке. Строились суда массой до 15 тонн. Проектировались еще большие – до 30 тонн с двумя двигателями.

Так более шестидесяти лет назад в СССР был построен маленький флот из полутора десятков судов на воздушной подушке. К сожалению, в годы Великой Отечественной войны опытные катера, находившиеся на Балтике, погибли. После победы разработки таких судов были продолжены. Но в начале 1954 года профессор Левков умер, и дело застопорилось.

Важным этапом в развитии судов на воздушной подушке стало изобретение в Англии в 1955 году профессором Кристофером Коккереллом сопловой схемы формирования воздушной подушки. Ему же принадлежит изобретение гибких ограждений, которые сразу же были оценены в нашей стране.

В 1959 году в проливе Ла-Манш появилось странное судно с цилиндрической башней посередине. Стартовав из Франции, оно пересекло пролив. Достигнув побережья оно, как ни в чем не бывало, продолжило свой путь. Судно, сконструированное Коккереллом, уступало левковскому вдвое по весу и втрое по скорости.

Теперь суда на воздушной подушке не в диковинку. Над их совершенствованием работают во многих странах. Они признаны весьма перспективным видом транспорта. Их используют в качестве десантных судов в военно-морском флоте, как гражданские паромы, переправляющие людей и автомобили через тот же Ла-Манш.

Одна из самых удачных зарубежных разработок – созданный в Великобритании в 1972 году 33-тонный катер BH-7 «Веллингтон». Он может нести 14 тонн груза и при этом лететь над водой со скоростью около 60 узлов – 111,12 километров в час.

В СССР первыми оценили огромные возможности амфибийных кораблей специалисты ВМФ. После перерыва продолжились работы, начатые Левковым, но на новом уровне финансирования. Была создана база для проектирования и производства десантных кораблей.

Ведущим предприятием России в области создания судов на воздушной подушке является Центральное морское конструкторское бюро «Алмаз».

Первым серийно строящимся стал десантный катер «Скат». Он мог перевозить сорок десантников со скоростью 49 узлов. На их основе были созданы три катера для спасения космонавтов.

За ним последовал «Кальмар», с водоизмещением 114 тонн. Он мог перевозить грузы весом в 37 тонн, со скоростью до 55 узлов.

Всего на «Алмазе» суда строились серийно по десяти проектам. Среди них и десантный корабль «Зубр», грузоподъемность которого составляет 150 тонн, а полное водоизмещение – 550 тонн, скорость полного хода – 60 узлов и 40 – при волнении высотой 2 метра. Специалисты считают, что водоизмещение в 1000 тонн не предел для водоизмещения подобных кораблей, и на практике может быть достигнута скорость до 80 узлов.

В 1987 году в СССР был создан малый ракетный корабль «Бора» – самое крупное в мире судно на воздушной подушке. Ему нипочем даже восьмибалльный шторм, а если море спокойно, он движется со скоростью 53 узла – 98,16 километра в час.

«Алмаз» разработал целый ряд проектов судов на воздушной подушке гражданского назначения речное грузовое судно «Бобер», пассажирское судно на воздушной подушке проекта 12270, многоцелевой катер на воздушной подушке «Чилим».

В зависимости от назначения судов изменяется такой важный параметр, как установленная мощность на тонну водоизмещения. Для катеров военного назначения, где экономические показатели эксплуатации не имеют преобладающего значения, этот показатель находится в пределах 65-120 кВт на тонну. Столь высокая энерговооруженность вызвана не величиной полной скорости хода на тихой воде или при малом волнении. Для ее достижения используется всего 60-70 процентов установленной мощности. Причина другая – необходимость достижения заданной гарантированной скорости при морском волнении. В практике гражданского судостроения, где этот показатель определяет экономичность эксплуатации, несмотря на возможные отказы от рейсов по погодным условиям, он может быть доведен до 30-36 кВт на тонну при сохранении скорости 40-50 узлов на тихой воде.

Первые суда на воздушной подушке, следуя авиационным традициям, создавались клепаными, однако опыт их эксплуатации в море показал низкую надежность этого типа соединения. С 1974 года корпуса стали сварными. Для них были созданы высокопрочные коррозионостойкие морские алюминиево-магниевые сплавы и освоено производство прессованных панелей с ребрами жесткости различного сечения.

Большой объем исследований был проведен в области создания гибких ограждений. Были установлены зависимости прочности и износостойкости материалов гибких ограждений от характера применяемых филаментарных волокон, кручения и вида плетения филаментарных нитей, пропиток и состава покрывающих резиновых смесей. Применяемые на судах последних проектов резинотканевые материалы обеспечивают хорошую мореходность судов и возможность длительной эксплуатации без ремонта.

Для судов на воздушной подушке пришлось разработать и специальный профиль лопастей воздушных винтов, которые позволили достичь высокого коэффициента полезного действия на малых, по сравнению с самолетными, скоростях. Для всех судов на воздушной подушке водоизмещением свыше 100 тонн разработали единую втулку винта, обеспечивающую высокую безотказность работы воздушных винтов при изменении их шага.

Определяющее значение для мореходности, амфибийности и износостойкости гибкого ограждения имеет расход воздуха через воздушную подушку. Для подачи воздуха наши ученые разработали специальные схемы осевых и центробежных нагнетателей, которые имеют высокий коэффициент полезного действия при малых габаритах.

Для привода винтов, нагнетателей и других потребителей были созданы высокотемпературные газотурбозубчатые агрегаты. По своим массогабаритным и эксплуатационным параметрам эти агрегаты до настоящего времени занимают лидирующее место в мире.

Безопасность скоростного судна в значительной мере определяется наличием надежных и проверенных систем управления движением. Особенностью судов на воздушной подушке является отсутствие непосредственного контакта рулевых устройств с водой, что затрудняет маневрирование и делает судно весьма зависимым от погоды. В России разработаны и испытаны различные схемы управления судном, включая аэродинамические рули, струйные рули (реактивные сопла), винты изменяемого шага.

 

Экраноплан

В 1920-е годы во время испытаний самолетов с крылом, прикрепленным к нижней части фюзеляжа (тип низкоплан), конструкторы заметили, что подъемная сила крыла при посадке несколько увеличивается и в результате машина продолжает лететь над полем, как бы не желая садиться. Подобный эффект даже порой приводил к авариям. Центр давления крыла (точка приложения подъемной силы) в этом случае перемещается к его задней кромке, и самолет может опрокинуться.

Дальнейшие исследования показали, что между крылом самолета и поверхностью земли воздух сжимается и становится плотнее. Так возникает дополнительная подъемная сила, которая и поддерживает аппарат в воздухе. Открытое явление назвали экранным эффектом. Экраном являлась поверхность земли или воды. В 1922 году появилась одна из первых работ об экранном эффекте – статья Б.Н. Юрьева «Влияние Земли на аэродинамические свойства крыла». В 1930-е годы изучением эффекта занимались В.В. Голубев, Я.М. Серебрийский, Ш.А. Биячуев, Н.А. Черномашинцев.

В СССР не ограничились теоретическими исследованиями. Началась разработка летательного аппарата, использующего экранный эффект. Такие машины – в дальнейшем их назвали экранопланами и экранолетами – казались очень выгодными. Логика проста: чем меньше высота полета, тем существеннее влияние экрана и, следовательно, выше несущая способность крыла. В результате для экраноплана нужны двигатели в два-три раза менее мощные, чем для самолета той же грузоподъемности. Довольно тяжелый летательный аппарат достаточно оснастить обычным автомобильным мотором.

Создать экраноплан, который мог бы летать над пустыней и водой, снегами и льдами, мечтал известный авиаконструктор и изобретатель П.И. Гроховский. В 1932 году он разработал проект экраноплана-амфибии с двумя моторами и с вполне современной аэродинамической компоновкой. В 1935 году финский инженер Т. Каарио построил первый аппарат для экспериментального изучения экранного эффекта.

Над экранопланами работали известные авиаконструкторы Г.П. Бериев, Р.Л. Бартини. Но самых больших успехов достиг Ростислав Евгеньевич Алексеев, возглавлявший в Нижнем Новгороде Центральное конструкторское бюро судов на подводных крыльях. Алексеев людям, далеким от армии, известен как создатель скоростных судов – «Ракета», «Метеор», «Комета». Его портрет можно увидеть в американском конгрессе в галерее великих деятелей мира, внесших наибольший вклад в развитие человечества в XX веке.

«Бартини шел к идее создания экранолетов «сверху» – от авиации, стремясь научить самолеты летать как можно ниже, – пишет в журнале «Всемирный следопыт» Станислав Славин. – Он знал, что еще в начале века первые авиаторы сталкивались с таким явлением: на высоте нескольких метров над землей полотняный аэроплан вдруг принимался скользить над травой, будто его удерживала в воздухе невидимая, но могучая рука – так проявлял себя воздушный экран.

Алексеев же задумал создавать экранопланы в конце 1950-х годов, когда его суда на подводных крыльях при скоростях 100—150 километров час натолкнулись на кавитационный барьер-явление, при котором вода утрачивает свойства сплошной текучей жидкости. Крылья машины разрушались от множества обрушивающихся на них гидравлических ударов. И вот он решил: хватит бороться с этим эффектом, улучшая профили крыльев, надо создать качественно новые суда, если хотите подняться над проблемой кавитации.

Первый 3-тонный экраноплан, появившийся в 1961 году, имел пару несущих крыльев. Но, исследовав такую схему на нескольких моделях, конструктор отказался от нее и выбрал другую – аппарат с одним крылом малого удлинения».

Знания, интуиция и уверенность Алексеева были настолько велики, что от пятитонного экраноплана он почти сразу шагнул к постройке машины многотонной – «Каспийского монстра».

Свой первый полет самый большой в мире экраноплан КМ («Корабль-макет»), со взлетной массой 540 тонн и максимальной скоростью полета 500 километров в час, совершил в 1966 году. КМ имел десять турбореактивных двигателей ВД-7 с максимальной тягой 13 тс каждый.

В 1970-е годы это был самый большой в мире летательный аппарат. Подобные воздушные гиганты в то время и не снились ни «Боингу», ни «Локхиду». В США, ФРГ, Японии и Китае начиная с 1960-х годов было спроектировано и построено несколько легких экспериментальных экранопланов и экранолетов.

Когда секретные службы США засекли испытания первого летающего корабля КМ, они нарекли его «Каспийским монстром». Наши конструкторы расшифровывали две загадочные для американцев буквы буднично и просто – в документации он значился как «корабль-макет» и являлся лишь одной моделью из десятков подобных.

Первый серийный летающий корабль, вошедший в состав Каспийской флотилии, названный «Орленком», предназначался для проведения десантных операций. «Орленок» создан в 1979 году. Его скорость – 375 километров в час; дальность – 200 километров. Экипаж экраноплана – шесть человек, а полезная нагрузка составляет сорок тонн.

А вскоре в Каспийск был доставлен и его «родственник» – «Лунь», на борту которого размещалось шесть ракетных комплексов «Москит» среднего радиуса действия.

Когда уже сразу три «Орленка» рассекали воды Каспия и барражировали в воздухе, ЦРУ и военное ведомство США озаботились не на шутку. Началась охота за секретами экранопланов спецслужбами многих стран.

В музее завода «Красное Сормово» есть точный макет этого экраноплана – это подарок делегации американских военных специалистов во главе с заместителем министра обороны адмиралом Микаэлем С. Фрэнсисом. Американцы побывали на испытательной базе в 1993 году.

Российское правительство всего за двести тысяч долларов согласилось показать сверхсекретный «Орленок», хотя не могло не понимать, что за полетами будут наблюдать и профессиональные разведчики. Экраноплан фотографировали, снимали на кинопленку. Военспецы из США засыпали конструкторов и испытателей профессиональными вопросами. Они не могли скрыть удивления. Корабль, мчавшийся над морем на высоте два-три метра и потому не засекаемый локаторами, обгонял обычные самолеты, которые следили за испытаниями.

Между тем от бедности и безденежья в Израиль и США стали уезжать те, кто владел более или менее солидной информацией о деятельности ОКБ Алексеева. Однако, как бы там ни было, на благополучном Западе ничего подобного отечественным разработкам до сих пор создать не удалось!

Тем временем в России посчитали, что необходимость в ракетных и десантных экранопланах отпала. Два экраноплана, законсервированные, сохранились в неплохом состоянии, и все еще стоят в Каспийске. Их вполне можно переоборудовать под спасательные суда. Но и для этого нет средств.

Дальнейшая их судьба, судя по всему, печальна. Согласно принятому осенью 2000 года постановлению правительства, и «Лунь», и «Орленок» в числе прочего ненужного армии «хлама» превратят в металлолом, а вырученные скромные средства перечислят в федеральный бюджет.

Как-то Ростислав Евгеньевич Алексеев в сердцах сказал своим самым близким помощникам: «Наша государственная система – главный диверсант. Мы когда-нибудь весьма пожалеем, что доверительно относились к нашим министрам и военным…»

Нижегородские ученые и кораблестроители еще несколько лет назад предлагали провести демонстрационный полет экраноплана «Лунь» вокруг земного шара. Такой необычный шаг позволил бы, по их мнению, привлечь инвестиции для создания принципиально нового для всей планеты вида транспорта. Самое главное, что и европейские банки готовы были профинансировать необычный проект. Тем не менее его по непонятным причинам отклонили. Возможно, из-за соображений секретности. И сегодня большинство научных, технических и конструкторских решений остаются оригинальными и по-прежнему дорого стоят.

«Чтобы увидеть экраноплан, мне не потребовалось ехать в Каспийск, – пишет журналист газеты «Труд» В. Долговоров. – Один "Каспийский монстр", закованный в цепи корабельных стапелей, уже более десяти лет стоит на берегу Волги в эллинге завода. Строящиеся рядом довольно солидные быстроходные суда для пограничников и таможенной службы выглядят на его фоне игрушечными. И неудивительно: верхняя точка хвостовой части корабля, где расположена ходовая рубка, находится на высоте девятиэтажного дома.

Однажды я прочитал заметку, опубликованную в одной из местных газет: "На заводе „Волга“ заканчивается сооружение экраноплана „Спасатель“ – уникального летательного аппарата, предназначенного для оказания помощи людям, попавшим в море в экстремальную ситуацию. В следующем году он пройдет испытания и после этого заступит на вахту". Напечатано это сообщение 22 июля 1995 года. С той поры работы здесь не продвинулись ни на шаг, хотя корабль-самолет находится в 90-процентной готовности.

Для достройки «Спасателя» требуется двести миллионов рублей. На 2000 год было выделено три. Причем финансирует проект почему-то не МЧС России, а, как и прежде, ВМФ с его урезанным бюджетом. Но ведь не только и не столько именно военные корабли терпят бедствия на морях и океанах. Гражданских судов гибнет многократно больше.

Кстати, печальная судьба отечественных экранопланов во многом объясняется как раз нестыковкой ведомственных интересов. Экранопланы, с одной стороны, как бы корабли, но летающие. А значит – чужеродные дитяти для ВВС. А для ВМФ они остаются воздушными судами. Вот так чудо-корабли оказались вне сферы интересов и тех, и других.

При условии базирования в Мурманске экраноплан мог бы вовремя прийти на помощь, к примеру, морякам погибшей в Норвежском море атомной субмарины "Комсомолец". И пассажирам парома "Эстония", когда погибли более семисот человек, можно было помочь – к месту трагедии он долетел бы всего за тридцать минут».

Генеральный директор судостроительного завода «Волга» Виталий Алексеев – однофамилец генерального конструктора экранопланов. В свое время он сам налетал на них немало часов. Алексеев имел немало возможностей убедиться, что экраноплан совершенно безопасен. Так, однажды в ходе испытаний у экраноплана отвалилась корма, но никто не пострадал. В другой раз, когда во время полета отказала гидравлика, корабль без проблем приводнился. После устранения неисправности экраноплан продолжил рейс.

У генерального директора «Волга» есть мечта – создать Всемирную службу спасения, основой которой могли бы стать именно экранопланы. Сегодня помощь терпящим бедствие в морях и океанах приходит, как правило, с большим опозданием. Самолеты могут лишь сбросить потерпевшим спасательный плот. Во время трагедии подводной лодки «Комсомолец» плоты упали в нескольких десятках метров от тех, кто еще держался на плаву. Увы, не все моряки из-за переохлаждения смогли до них добраться.

Недостаток вертолетов – малая вместимость. Что касается спасательных судов, они могут эффективно работать в радиусе около полусотни миль, да и то если шторм невелик.

«Экранопланы, – пишет в своей статье В. Долговоров, – позволяют решить целый комплекс проблем, они оборудованы для этого всем необходимым. На них имеется сложнейшая аппаратура для поиска пострадавших, члены экипажа за пять минут могут развернуть мореходные надувные лодки с подвесными моторами, которых здесь до пятнадцати. А начать движение к цели летающий корабль может уже через четверть часа после получения приказа.

Экраноплану при дрейфе не страшен ураганный ветер силой до 40 метров в секунду, пятиметровой высоты волна: он ведет себя в таком случае как обычный поплавок. Притом не боится удара сильной волны в бок, переворачивающей обычные суда. Крылья его устроены так, что сглаживают волну, а сзади судна образуется тихая бухточка, где и принимают пострадавших. К слову, пятьсот человек – это количество людей, с которыми «Спасатель» может взлететь. Просто взять на борт он может и восемьсот человек, и более, и находиться в штормующем море до прибытия помощи. На это рассчитана система жизнеобеспечения. Кстати, его можно использовать для координации работы других спасательных средств. Задуманный поначалу как машина уничтожения, теперь он с успехом может использоваться как техника для спасения людей. Немаловажно и то обстоятельство, что ему не нужны аэропорты с их дорогостоящим оборудованием – он может приводниться, где захочет экипаж».

По мнению Алексеева, для создания Всемирной службы спасения достаточно оборудовать десять-пятнадцать баз для содержания и обслуживания экранопланов – по два на каждый. Но для решения подобной задачи нужны совместные усилия заинтересованных в этом стран. Сейчас же их действия разрозненны.

До середины 1990-х годов точной классификации этих летательных аппаратов – экраноплан или экранолет – не существовало, так как для них не требовался сертификат летной годности. Создавались такие машины для экспериментов и в военных целях, коммерческих и пассажирских рейсов они не выполняли.

В конце XX века появился Кодекс безопасности для экранопланов, утвержденный Международной морской организацией (ММО). В соответствии с Кодексом все аппараты, использующие экранный эффект, делятся на три типа.

Тип A – экраноплан. Он даже теоретически не может выйти за пределы экранного эффекта.

Тип B – экранолет. Он способен летать за пределами влияния экранного эффекта и даже на короткое время подниматься на ограниченную высоту.

Тип C – экранолет. В нем используется экранный эффект только для взлета и посадки.

Впервые в мире сертификат летной годности получил экраноплан «Амфистар» (тип A), созданный в Нижнем Новгороде под руководством Д.Н. Синицына. «Амфистар» оснащен автомобильным двигателем, имеет автоматическую систему сохранения заданной высоты полета. В 1998 году в Москве успешно прошел испытания экранолет (тип B) «Иволга-2» (главный конструктор В.В. Колганов).

 

Современные круизные лайнеры

В середине XIX века появились судоходные компании, очень быстро получившие монополию на трансатлантические перевозки. Суда, оборудованные паровыми машинами, уже не зависели от погоды и ветров и могли приходить в пункты назначения в заранее обусловленное время. Стало возможным придерживаться определенного расписания. Это был огромный шаг вперед по сравнению с парусниками, пересекавшими океан за 30-100 суток.

Знаменитый английский писатель Чарлз Диккенс описал маленькие удовольствия, предоставляемые салоном пассажирского судна в 1840-е годы. «В час звонит колокол, и вниз спускается стюардесса, неся дымящееся блюдо жареного картофеля и другое – с печеными яблоками, она приносит также студень, ветчину и солонину или окутанное паром блюдо с целой горой превосходно приготовленного горячего мяса. Мы набрасываемся на эти лакомства, едим как можно больше (у нас теперь отличный аппетит), и как можно дольше задерживаемся за столом. Если в печке загорится огонь (а иногда он загорается), – все мы приходим в наилучшее настроение. Если же нет, – начинаем жаловаться друг другу на холод, потираем руки, кутаемся в пальто и накидки и до обеда снова укладываемся подремать, поговорить или почитать (опять-таки, если достаточно светло)».

С 1870-х годов пассажирские суда на атлантических линиях начинают превращаться в роскошные плавучие отели. Эта тенденция, наиболее ярко проявившаяся на больших английских пароходах, стала результатом возраставшей конкуренции с немецкими, французскими и голландскими компаниями. В 1870 году на судах «Абиссиния» и «Алджирия» впервые появились отдельные ванные комнаты, а оснащение парохода «Галлия», спущенного на воду в 1879 году, явилось предвестником расточительной роскоши будущего. Его салон был создан в японском стиле, стены отделаны панелями, покрытыми яшмово-красным лаком, на которых золотом и пастельными красками были нарисованы птицы и цветы. В центре курительного салона был даже оборудован фонтан. В 1880 году на пароходе «Сити оф Берлин» компании «Инмэн лайн» впервые зажглись электрические лампочки. На судах имелись роскошные каюты-люкс, танцевальные, концертные, спортивные и игорные залы, бассейны, салоны красоты, библиотеки. Первыми из дорогих судов нового поколения стали суда компании «Кунард» – «Кампания» и «Лукания», получившие в 1893 году «Голубую ленту Атлантики».

На рубеже XIX и XX веков в судостроении появляется несколько знаменательных новинок. Материалом для сооружения корпуса становится высококачественная сталь, два или четыре гребных винта приводятся во вращение мощной паровой турбиной новой конструкции. Устанавливается автоматическая система закрытия дверей на водонепроницаемых переборках, дистанционно управляемая с ходового мостика. На судах нашло применение новое эпохальное открытие – радио.

31 марта 1909 года был заложен киль, пожалуй, самого известного судна в мире «Титаник». И сегодня его размеры впечатляют. Длина «Титаника» – 259,83 метра, ширина – 28,19 метра, общая вместимость – 46328 регистровых тонн, а водоизмещение – 52310 тонн при осадке 10,54 метра. Он был самым большим судном, которое когда-либо до него строилось.

На «Титанике» было три винта и комбинированная силовая установка. Она состояла из двух групп четырехцилиндровых поршневых паровых машин, приводивших во вращение два трехлопастных боковых винта, каждый весом 38 тонн, и паровой турбины низкого давления, вращавшей четырехлопастный средний винт весом 22 тонны.

Зарегистрированная мощность паровых машин и турбины равнялась 50000 л с., но в действительности она достигала как минимум 55000 л с., что позволяло развивать скорость более 23 узлов. Предельная скорость составила 25 узлов.

«Титаник» производил неизгладимое впечатление. Гостиные, широкие лестницы и коридоры – все это походило скорее на большой дворец, чем на пассажирское судно. По внешнему виду и внутреннему оснащению он был вершиной судостроения своего времени. Даже несмотря на трагедию, постигшую «Титаник», представители верфи «Харленд энд Волф» считали и до сих пор считают его самым совершенным судном, которое фирма когда-либо строила.

На «Титанике» имелось восемь стальных палуб, расположенных друг над другом на расстоянии 250—320 сантиметров. Под шлюпочной палубой находилась палуба A длиной 150 метров. Почти вся она предназначалась для пассажиров 1-го класса. На этой палубе размещались читальный зал, курительный салон, холл и зимний сад. Вдоль бортов располагались прогулочные палубы.

На следующей палубе, обозначенной буквой B, находились апартаменты миллионеров с собственной прогулочной палубой. Эти помещения включали по две спальни, гостиную, ванную и прихожую. В каютах вместо привычных круглых иллюминаторов были большие окна, как во дворце. Вместо радиаторов парового отопления были установлены камины, топившиеся углем. Мебель и интерьеры апартаментов разрабатывались лучшими художниками. Если билет 1-го класса, включая плату за удобства, стоил около 100 фунтов стерлингов, то в разгар сезона стоимость путешествия через океан в один конец в таких апартаментах поднималась до 870 фунтов, или 4350 американских долларов (сегодня это составило бы примерно 50000 долларов). На корме находился ресторан в стиле Людовика XVI.

На палубе C размещались библиотека 2-го класса, уютный курительный салон и гостиная 3-го класса. На палубе D поражал воображение огромный ресторан 1-го класса с белыми стенами, лепным потолком и нишами, где при неярком освещении могли обедать семьи или небольшие компании.

Двумя палубами ниже, на палубе G, в центре судна располагался ресторан 3-го класса, а перед ним, по правому борту, находились бассейн размером 10x5 метров и комплекс турецких бань с комнатами для отдыха, отделанными позолотой. К услугам тех, кто посещал эти бани, была массажистка. На палубе размещался и зал для всевозможных игр с мячом, большой корт 9x6 метров и галерея для зрителей.

На «Титанике» было предусмотрено все, что могло бы потребоваться для удовлетворения самых изысканных желаний пассажиров, привыкших получать за свои деньги максимум внимания, удобств и роскоши. Учли даже пожелания тех, кто был охвачен модным в то время поветрием – автомобилизмом. Специальный кран мог поднять с причала автомобиль и поместить в отведенное для него место. Позаботились и о тех пассажирах, которым в плавании могла понадобиться медицинская помощь. Вместо обычного судового медпункта на «Титанике» имелась великолепно оборудованная больница с современным операционным залом. Любители фотографии прямо в море имели возможность проявить свои пленки и сделать отпечатки в помещении, располагавшем всем необходимым. Для пассажиров всех классов имелись парикмахерские, в которых также было все самое лучшее и самое новое – от шампуней до сушилок.

Сегодня большинство пассажиров пускается в длительное плавание с целью посмотреть мир. Поэтому самые крупные суда – круизные. Современные круизные теплоходы в большинстве своем схожи, их схему можно рассмотреть на примере теплохода «Century». Он принадлежит американской компании «Celebrity Cruises». Судно построено в Германии в 1995 году. По уровню комфорта и сервиса относится к пятизвездочной категории.

На теплоходе 304 пассажирские каюты без окна и 875 кают с окном. В том числе просторные каюты с верандами и джакузи. Все каюты комфортабельны, достаточно просторны – их площадь не меньше 15 квадратных метров. Они снабжены отличными кондиционерами и спутниковым телевидением. Стандартные каюты с окном напоминают гостиничные номера. Хотя, конечно, эти комнаты поменьше, чем обычные номера в пятизвездочных отелях. А вот вариант без окна весьма специфический и оставляет не очень приятное впечатление.

Жизнь на корабле устроена так, что пассажиры практически не пересекаются с командой. Для штата отведены нижние палубы, а в распоряжении пассажиров девять верхних палуб.

Открытые верхние палубы – самое главное место на корабле. На одиннадцатой и двенадцатой палубах находятся 26 кают, а также два небольших бассейна, «пляжные» зоны с шезлонгами, бар, огромный закрытый ресторан-буфет, ресторан-гриль и закрытая спортивно-оздоровительная зона. Здесь расположены сауны, закрытый бассейн-джакузи, массажные кабинеты и тренажерный зал. Все это занимает площадь, равную примерно трем футбольным полям.

Следующие три палубы целиком заняты каютами, и гулять здесь можно только по коридорам. На седьмой палубе кают нет. Она целиком отдана под развлечения. На ней расположен театр – большой красивый двухуровневый зал, который занимает два этажа, а также несколько магазинов, баров и казино. Здесь по вечерам играет живая музыка. На седьмой палубе есть также открытые участки, своего рода длинные лоджии, где расставлены кресла, позволяющие спрятаться от суеты в дневное время.

Шестая палуба тоже светская, свободная от кают. На ней находится продолжение театра и начало большого, тоже двухуровневого, ресторана, где все обычно собираются к ужину. Открытое пространство (в виде лоджии-коридора) тянется вдоль всей палубы и называется «променад». В закрытой части есть также конференц– и кинозал, библиотека, бары и магазины. На корабле торгуют всеми необходимыми для курортной жизни товарами, а также ювелирными изделиями.

Пятая палуба частично занята каютами, частично отдана под служебные помещения – там находятся дирекция, банк, экскурсионные служебные помещения и холлы, нижний этаж главного ресторана и изящного центрального фойе.

На четвертой палубе кроме кают расположены также медицинский центр и игровая комната для детей.

Последнее достижение мирового судостроения – судно «Вояджер» – «Странник морей», водоизмещением 137000 тонн – почти в полтора раза больше его предшественника – гиганта «Куин Элизабет-2». Заказчиком лайнера является американская компания «Ройал Карибиен», которой он обошелся в 500 миллионов долларов. Это первое судно в серии из трех аналогичных суперлайнеров.

В 1557 каютах, половина из которых имеет… балконы, размещаются 3840 пассажиров. Команда состоит из 1180 человек. Длина судна – 311 метров, ширина – 48, а высота от киля до верха дымовой трубы – 72,3 метра. «Вояджер» имеет 15 палуб, 4 из которых называются «Королевский променад» и имеют длину по 120 метров. На них, что очень престижно, выходят окна 138 кают. По замыслу проектировщиков все четыре «Королевских променада» напоминают «Барлингтонский пассаж» в Лондоне с магазинами и ресторанами. Есть на судне и «Королевское казино».

Судовой театр назван, естественно, «Ла Скала», и спектакли в нем могут смотреть 1350 зрителей. Самый крупный ресторан на 2100 мест занимает по высоте три палубы. На одной из палуб сооружена специальная скала высотой 10 метров, где любители скалолазания могут потренироваться. Есть арена с искусственным катком. Предоставляет «Вояджер» и такую услугу, как возможность обвенчаться – на верхней палубе прямо за трубой находится церковь для новобрачных.

Сервис сервисом, но проектировщики лайнера исходили из того, что судно должно оказывать минимальное влияние на окружающую среду и быть очень безопасным в аварийных ситуациях. Поэтому на нем есть цех по полной утилизации и переработке всех отходов. Чтобы не нарушать во время стоянок хрупкую экологическую систему кораллов, отказались от якорей. Судно на месте удерживает специальная система позиционирования GPS, которая связана с тремя уникальными рулевыми колонками, названными азипод. Технически азипод можно сравнить с реверсивным двигателем самолета – при экстренной остановке он позволяет судну быстро снизить скорость до нулевой. Имей «Титаник» азипод, он остановился бы как раз перед самым айсбергом и избежал бы гибели. Энергетические узлы имеют такой резерв и автономность, что при аварии «Вояджер» сохраняет половину своей мощности.

 

Электровоз ВЛ85

Вплоть до начала XIX века уголь и руду с шахт и рудников вывозили по чугунным рельсам. Груженые и порожние вагоны передвигались лошадьми. Первыми локомотивами были паровозы. Первый паровоз, двигавшийся по рельсам, был построен англичанином Р. Тревитиком в 1803 году для одного из рельсовых путей в шахте. Вслед за ним построили паровозы и другие изобретатели, но широкого практического применения эти паровозы не получили. Наиболее удачным оказался паровоз Дж Стефенсона, построенный в 1814 году. В 1829 году паровоз Стефенсона «Ракета» победил паровозы других конструкторов на состязании в Ренхилле, целью которых было выбрать наилучшую конструкцию паровоза для железной дороги Ливерпуль – Манчестер. Дж. Стефенсон стал родоначальником железнодорожного транспорта. В XX столетии паровозы строились во многих странах. В России первый паровоз был построен в 1834 году отцом и сыном Е.А. и М.Е. Черепановыми.

Первый электровоз был построен в середине 1890-х годов в США. То был электровоз постоянного тока, получавший энергию от тяговых подстанций.

В СССР первая электрифицированная железнодорожная линия с моторвагонными электропоездами появилась в 1926 году, первые электровозы – в 1933 году.

Со временем электрическая и тепловозная тяга вытеснила паровую почти со всех многочисленных магистралей нашей страны.

Железная дорога получает электроэнергию с крупных электростанций. Трехфазный ток высокого напряжения с них поступает на подстанции и там преобразуется в ток, нужный для тяги.

В первые годы электрификации пригородных участков железных дорог СССР с тяговых подстанций подавался постоянный ток напряжением 1500 В в медный контактный провод, подвешенный над рельсовым путем, а на первых магистральных участках применялся постоянный ток напряжением 3000 В. В 1960—1970-е годы стали на вновь электрифицируемых железных дорогах применять переменный однофазный ток частотой 50 Гц повышенного напряжения (25 кВ). Это дало возможность строить тяговые подстанции не через 20-30 километров, как при постоянном токе, а через 60-70 километров, то есть уменьшить вдвое-втрое их число, а подстанции делать более простыми и дешевыми. Повышенное напряжение позволяет уменьшить сечение контактного провода, требующего много меди. Это удешевляет контактную сеть.

На крыше электровоза укреплены токоприемники – пантографы, которые прижимаются к контактному проводу и передают электрический ток к тяговым двигателям электровоза.

Двигатели расположены под кузовом электровоза на каждой его оси. Первые отечественные электровозы имели 6 осей, размещенных в 2 трехосных тележках, значит, и 6 двигателей. Позднее стали выпускаться электровозы более мощные, с 8 осями в 4 двухосных тележках и с двигателями. Каждый двигатель с помощью системы зубчатых передач вращает «свою» колесную пару и тем самым приводит электровоз в движение. Ток, пройдя через пантограф к тяговым двигателям и совершив в них работу, уходит частью в рельсы, служащие вторым проводом, и затем через отсасывающие провода возвращается на тяговую подстанцию.

Большое достоинство электровоза – экономичность. Во время движения под уклон его двигатели работают как генераторы электрического тока, который поступает обратно в сеть. Такой режим называется рекуперационным (от латинского слова «recuperatio» – «обратное получение») торможением. Коэффициент полезного действия электровоза при этом достигает 88-90 процентов.

Кузов электровоза похож на вагон. На обоих его концах находятся кабины управления. Это позволяет электровозу двигаться в любом направлении – машинист должен лишь перейти из одной кабины в другую. У восьмиосных электровозов два кузова, соединенных друг с другом закрытым переходом. В кузове электровоза размещена электрическая аппаратура – ящики сопротивлений, контакторы, переключатели, а также всякого рода вспомогательные машины – мотор-генераторы, компрессоры, вентиляторы и т п.

Сейчас в России эксплуатируются электровозы переменного однофазного тока (питающее напряжение – 25 кВ и частота – 50 Гц), а также постоянного тока (напряжение – 3 кВ). Это мощные грузовые локомотивы отечественного производства серии ВЛ и чехословацкие пассажирские серии ЧС. Пассажирский электровоз серии ЧС4 мощностью 5100 кВт развивает скорость до 160 километров в час, а электровоз серии ВЛ85 мощностью 10020 кВт – до 110 километров в час.

ВЛ85 – мощнейший в мире локомотив на электротяге. Своему рождению он обязан БАМу. Для ее успешной эксплуатации Байкало-Амурской магистрали потребовался мощный надежный электровоз. Специалисты предложили несколько вариантов новых грузовых электровозов переменного тока.

Вот что пишет Олег Курихин в журнале «Техника – молодежи»:

«Одни предлагали выпускать только четырехосные секции и из них, в зависимости от веса поездов и профиля пути, составлять 8-, 12– и 16-осные локомотивы. На Новочеркасском электровозостроительном заводе освоили производство 2-секционного ВЛ80, к которому было можно прицеплять еще одну-две такие же машины. Вот только не всегда удавалось оптимально сочетать вес состава и локомотива, а иногда из-за избыточной мощности последнего возрастала стоимость перевозок.

По мнению других, помимо этих электровозов, следовало делать и 6-осные секции с двухосными тележками. Тогда, при однотипных тяговых электродвигателях, редукторах и системах управления, можно было бы составлять 8-, 10-, 12-, 14-, 16– и 18-осные машины, приноравливая их к конкретным условиям.

В обоих случаях секции замышлялись однокабинными, хотя некоторые специалисты стояли за 4– и 6-осные двухкабинные. И все же в итоге усилия сосредоточили на 12-осном локомотиве для тяжелых грузовых поездов и дорог с трудным профилем».

Теоретические исследования столь новой для отечественной практики ходовой части электровоза велись в Научно-исследовательском проектно-конструкторском и технологическом институте электровозостроения (ВЭлНИИ) и Ростовском-на-Дону институте инженеров железнодорожного транспорта (РИИЖТ). В результате решили проектировать 12-осный электровоз, у которого каждая из двух секций располагалась на трех 2-осных тележках с индивидуальным электроприводом.

При вождении тяжелых поездов новый локомотив должен был дать экономический эффект более 200 тысяч рублей в год (по курсу 1980 года), что стало основанием для включения будущей машины в официальный «Типаж магистральных электровозов».

Для экспериментальной проверки расчетов на Новочеркасском электровозостроительном заводе изготовили макет локомотива, в августе-сентябре 1981 года испытали его на разных скоростях и участках пути, подтвердив высокие качества ходовой части.

Проектирование электровоза ВЛ85 вел заместитель директора ВЭЛНИИ В.Я. Свердлов. В мае 1983 года построили первый образец, летом – второй. После опытного пробега на 5000 километров ВЛ85-001 предъявили МПС для испытаний, завершившихся вполне успешно.

«Механическую часть ВЛ85 выполнили так, – пишет Курихин, – чтобы кузов устанавливался на двухосные тележки с опорно-осевой, а в перспективе опорно-рамной подвеской тяговых электродвигателей, секции соединили автосцепкой, раму кузова спроектировали с учетом продольного усилия до трехсот тонн. В секциях смонтировали по трансформатору с тремя вторичными обмотками (по числу тележек), нагруженными через собственные преобразователи двумя соединенными параллельно тяговыми электродвигателями. Большое внимание уделили компоновке, вентиляции кузова и тяговых моторов, системе управления, снижению расходов энергии для собственных нужд локомотива».

Впервые в отечественной практике на ВЛ85 установили автоматизированную систему управления (АСУ), построенную на основе микропроцессоров и другой микроэлектроники, позволившую плавно разгонять состав до требуемой скорости с заданным током тяговых электродвигателей. После этого АСУ поддерживала постоянную скорость на ровном пути, а на спусках выполняла электрическое притормаживание. Кроме того, она контролировала рекуперацию, торможение до полной остановки, распределение усилия при двойной тяге. Благодаря ей удалось увеличить разгон на шесть процентов, замедление поезда – на десять процентов. По сравнению с ВЛ80Р расход энергии на новом локомотиве уменьшился больше чем на треть, и почти 1,2 раза возрос ее возврат в контактную сеть при режиме рекуперации. АСУ обеспечила надежную работу локомотива при колебаниях подаваемого напряжения в пределах 19-29 кВ».

А вот некоторые технические данные электровоза ВЛ85. Сцепной вес – 288 тонн. Габариты: длина – 45 метров, ширина – 3,16 метра, высота – 5,19 метра. Усилие тяги в часовом режиме при скорости 49,1 километра в час – 74 тонны.

Сначала оба электровоза испытывали на кольце Новочеркасского завода, потом динамику и воздействие на путь ВЛ85-001 – на Северо-Кавказской дороге, а тягово-энергетические характеристики ВЛ85-002 – на экспериментальном кольце ВНИИЖТ в Щербинке. Затем локомотивы передали для опытной эксплуатации на линии Белореченская – Майкоп, Мариинск – Красноярск – Тайшет, Абакан – Тайшет – Лена. Государственная комиссия отнесла их к высшей категории качества и рекомендовала НЭВЗу в 1985 году выпустить пять таких машин, а со следующего года приступить к их серийному производству.

Уже начиная с третьего локомотива стали применять лучшие тяговые электродвигатели НБ-514 и продолжали модернизацию. К январю 1995 года было выпущено 272 таких электровоза. Они вышли на рельсы Южно-Уральской, Красноярской, Восточно-Сибирской и Байкало-Амурской магистралей.

К сожалению, в последние годы объем перевозок значительно снизился, мощные ВЛ85 нередко работают с изрядной недогрузкой, что существенно удорожает стоимость доставки грузов по железной дороге.

Как это часто бывает, пришлось воспользоваться рекомендациями специалистов, которые в 1970-е годы предлагали производить 6-осные двухкабинные электровозы переменного тока с тремя 2-осными тележками, наиболее подходящими для составов в 4-5 тысяч тонн. МПС заказало такой локомотив, обозначенный ВЛ65. В сочетании с ВЛ80 и ВЛ85 они должны обеспечить нормальный грузооборот на дорогах переменного тока.

 

Высокоскоростной поезд TGV

В последнее время во многих странах мира наблюдается ренессанс развития железнодорожного транспорта. Связан он с резким повышением скоростей пассажирских перевозок. В результате повышения скоростей движения и сокращения времени поездки удалось вернуть на железнодорожный транспорт значительное количество пассажиров.

Повышение скорости движения поездов всегда было одной из главных задач железнодорожного транспорта. В 1829 году поезд, ведомый паровозом Rocket, развил скорость 85 километров в час. В 1890 году во Франции паровоз Crampton провел поезд весом в 157 тонн уже со скоростью 144 километра в час. Скоростной рубеж 200 километров в час в 1903 году превысил немецкий электропоезд, развив на участке Цоссен – Маренфельд скорость 210 километров в час. Рекорд скорости, установленный во Франции в 1955 году составом с локомотивной тягой – 331 километр в час – был улучшен уже в 1981 году, когда поезд TGV достиг скорости 380 километров в час.

На зарубежных железнодорожных магистралях скоростным считается движение пассажирских поездов с максимальной скоростью не менее 200 километров в час. При этом в его организации преобладают две тенденции – модернизация существующих линий с реализацией максимальных скоростей движения около 200 километров в час и строительство специальных скоростных пассажирских линий с допустимыми скоростями 250—270 километров в час.

Примером специализированных высокоскоростных магистралей являются линии TGV – Юго-Восток и Атлантик во Франции. На европейском континенте Франция явилась пионером в организации скоростного движения. К началу строительства скоростных магистралей французские специалисты имели довольно солидный опыт: на линиях большой протяженности поезда с локомотивной тягой развивали скорость до 200 километров в час. Некоторые эти составы под названием «Капитоль», «Коралл», «Мистраль» и сегодня включены в систему трансевропейских экспрессов. Попытка увеличить их скорости движения не увенчалась успехом. Тогда на линии Париж – Шербур попытались реализовать скорости 250—300 километров в час на турбопоездах, но из-за производимого шума пришлось отказаться от этих экспериментов. Долгожданный успех пришел только с постройкой скоростных магистралей на электротяге.

TGV – первые европейские высокоскоростные поезда. В 1983 году во Франции они вышли на новую линию Париж – Юго-Восток. Это десятивагонные составы, включающие два головных моторных вагона и восемь прицепных, помещенных между ними. В поезде из тринадцати тележек – шесть моторных, включая концевые двухосные тележки сочлененной части прицепных вагонов. Такая конструкция позволяет легко отцеплять моторный вагон от состава. В сочлененной части поезда оси шкворневых узлов располагаются по концам кузовов сочленяемых вагонов.

«Первые варианты поезда TGV, – пишет в своей книге В.И. Волков, – были предназначены для массового перемещения пассажиров. Поэтому в составе почти 72 процента мест 2-го класса. Места 1-го класса по три в ряду предусмотрены лишь в трех прицепных вагонах. В одном из пяти вагонов 2-го класса расположен бар. Кроме того, в поезде предусмотрены устройства для подачи пищи и напитков к местам 1-го и 2-го классов.

У поезда TGV уменьшена площадь поперечного сечения по сравнению с обычным подвижным составом. Снижена и высота кузова от уровня головок рельсов более чем на полметра. Это позволило значительно сократить лобовое сопротивление состава и улучшить доступ в вагоны с низких платформ.

Для того чтобы электропоезда TGV могли работать за пределами новой линии в юго-восточных районах Франции, они выполнены на две системы тока – переменного 25 кВ, 50 Гц и постоянного 1,5 кВ. В качестве тяговых двигателей использованы электрические машины постоянного тока с последовательным возбуждением, закрепленные на кузове вагона.

Электрооборудование поезда включает главный трансформатор, импульсный преобразователь для работы на постоянном токе и смешанный выпрямитель для работы на переменном токе, а также другое оборудование. Поезда TGV могут работать в сдвоенном режиме.

Исследования, проведенные Международным союзом железных дорог в 1974 году на магистрали Париж – Лион, показали, что наиболее экономична здесь скорость 270 километров в час, поскольку при меньшей скорости она не была бы достаточно конкурентоспособной по сравнению с воздушным транспортом, а при более высокой скорости резко возрастут расходы на установленную мощность и потребляемую энергию. Опыт эксплуатации таких экспрессов показал их высокую эффективность».

Договор на поставку первых 87 поездов TGV был подписан еще в 1976 году. Предполагалось, что расходы, связанные с реализацией этого договора, составляют 5400 миллионов франков. К 1977 году расходы превысили сумму договора на четыре процента.

Ввод в эксплуатацию поездов TGV позволил сэкономить классический подвижной состав на сумму 3139 миллионов франков, что немного меньше половины затрат на изготовление всего подвижного состава для линии TGV-Юго-Восток.

Для линий TGV-Атлантик был создан новый высокоскоростной электропоезд – TGV-A, обладающий более совершенными техническими, технологическими и коммерческими характеристиками. Он более обтекаемой формы. Его внешний облик хорошо сочетается с улучшенной внутренней отделкой помещений.

Эти поезда отличает и своеобразная окраска – серебристо-белая и голубая. Двери вагонов окрашены в яркие и разнообразные цвета, подчеркивая различное назначение помещений, предлагаемых пассажирам. Объем внутренних помещений увеличен за счет расширения вагонов.

Поезд TGV-A состоит из двух головных и 10 прицепных вагонов. Три вагона 1-го класса (116 сидячих мест), один вагон-бар и шесть вагонов 2-го класса (369 сидячих мест), всего 485 мест. Поезда могут формироваться сдвоенными. В этом случае получается тысяча сидячих мест. Для удобства передвижения пассажиров внутри поезда ликвидированы двери. Система кондиционирования воздуха практически бесшумна и действует в двух режимах в зависимости от внешних климатических условий.

Два из трех вагонов 1-го класса с каждой стороны от центрального прохода имеют шесть салонов в виде четырехместных полукупе с креслами, которые размещены с обеих сторон стола. Напротив каждого полукупе два сидячих места со столиками между ними. В третьем вагоне 1-го класса есть восьмиместный салон для курящих. Вагоны 2-го класса рассчитаны для семейных и молодых пассажиров. С этой целью увеличено количество мест, расположенных напротив друг друга.

«В поездах TGV-A остался неизменный принцип их составности, сохранена конструкция тележек, без изменения остались система токосъема и подвески тяговых двигателей, – пишет В.И. Волков. – Сохранены все системы обеспечения безопасности движения. Более того, они дополнены микропроцессорами, которые гарантируют постоянный контроль за всеми системами. Максимальная скорость TGV-A на высокоскоростных линиях достигает 300 километров в час против 270 километров в час поездов первого поколения. Применение синхронного тягового двигателя позволяет на этом поезде обойтись четырьмя, а не шестью моторными осями.

TGV-A оборудован электрическим тормозом, независящим от контактной сети, ведь синхронный тяговый двигатель в генераторном режиме возбуждается от батареи, а тормозная мощность гасится на сопротивлениях. Для вагонов этого состава разработаны дисковые тормоза, обеспечивающие тормозное усилие, на семьдесят процентов превышающее достигнутое на TGV.

Так как пассажироемкость поезда TGV-A выше, чем TGV, на нем получено значительное снижение расхода энергии на пассажиро-километр. Эта экономия во многом достигнута благодаря улучшению аэродинамики. Расчеты показывают, что издержки на содержание поездов TGV-A из расчета на один пассажиро-километр также меньше на двадцать процентов».

На первом этапе Национальное общество французских железных дорог (НОФЖД) построило линию TGV-Юго-Восток, в которую вошли магистраль Париж – Лион и примыкающие к ней участки Юго-Восточного региона. При создании этой линии проектировщики и строители придерживались двух принципов. С одной стороны, скоростная линия должна органически сливаться с существующими железными дорогами, то есть их подвижной состав и скоростные экспрессы могут беспрепятственно переходить со скоростной магистрали на примыкающие участки и обратно. С другой – предусмотрена строгая специализация скоростных линий на перевозку пассажиров.

Естественно, при движении экспрессов по обычным линиям скорость их ограничивается техническими обустройствами этих магистралей. Такое решение позволило в полной мере использовать существующие станционные сооружения, вокзалы и не создавать для скоростных линий новую инфраструктуру. Кроме того, способность скоростных поездов продолжать движение по обычным стальным транспортным артериям позволяет обеспечить беспересадочную доставку пассажиров на многочисленные станции, расположенные на ответвлениях высокоскоростных линий.

Разделение грузового и пассажирского движения повышает эффективность перевозок за счет увеличения частоты следования поездов на специализированных участках. Это наиболее оптимальный вариант с точки зрения обеспечения безопасности движения. К тому же при строительстве линий, специализированных только на скоростное пассажирское движение, можно наиболее полно и экономично решить проблемы реализации высоких скоростей.

Французский опыт показывает, что скоростные линии довольно эффективно можно использовать и для продвижения скоростных почтовых, а также рефрижераторных составов.

Высокоскоростная линия TGV-Юго-Восток проектировалась для скорости движения до 300 километров в час – с резервом на будущее. К 1990-м годам пассажирские поезда курсировали здесь с максимальной скоростью 270 километров в час, а коммерческая скорость в сообщении Париж – Лион достигла 213 километров в час, что позволило сократить время хода экспрессов в среднем на 1 час 50 минут. Опыт эксплуатации магистрали связывающей Париж с регионом, где проживает около сорока процентов населения страны, показал ее эффективность.

Надежной оказалась и линия TGV: на миллион километров пробега всего 1,7 остановок поездов из-за неисправности оборудования. Столь высокие показатели работоспособности подвижного состава обеспечиваются четко действующей службой профилактического ремонта. Высокоскоростные поезда регулярно проходят технический осмотр.

В 1989 году началась эксплуатация западной ветви TGV Атлантической линии высокоскоростной железной дороги Париж – Ле-Ман. На год позже было открыто движение высокоскоростных поездов на юго-западной ветви этой линии до города Тур.

В Париже большая часть линии проложена в крытых галереях. Это позволило повысить безопасность. Вдоль магистрали устроены пешеходные и велосипедные дорожки, разбиты цветники и газоны. В густонаселенной местности для снижения уровня шума и вибрации вдоль линии устанавливаются защитные барьеры и экраны. Для прохода через линию диких животных устроено десять специальных переходов, засеянных травой.

В рамках дальнейшего развития сети западноевропейских скоростных железных дорог во Франции был построен TGV-Север для связи с Лондоном, через тоннель под проливом Ла-Манш, с Бельгией, Нидерландами и ФРГ. Кроме того, были соединены все три линии TGV.

Высокоскоростные поезда создали Германия, Италия, Япония, США, Австралия. В России же подобный поезд «Сокол» (ВСМ250) находится лишь в стадии опытной эксплуатации.

Предполагается, что его масса составит 712 тонн. «Сокол» будет состоять из четырех моторных вагонов, вагонов с преобразователями, прицепных и концевых – всего 12. Общее число пассажиров – 712. Конструкционная скорость – 250 километров час.

 

Магнитопланы

Магнитоплан – серьезная попытка составить конкуренцию авиации. При всей скорости самолетов, аэродромы обычно строят далеко от центра, так что на дорогу до них надо потратить еще 1,5-2 часа. В то же время железнодорожные вокзалы расположены гораздо удобнее. Конечно, сконструировать обычный поезд, способный состязаться с самолетом, непросто. Хотя бы потому, что при скорости 500 километров в час центробежные силы угрожают разорвать колеса. Выход один – отказаться от колес.

Основоположник космонавтики Константин Эдуардович Циолковский еще в 1927 году предложил построить поезд на воздушной подушке. Прошло много лет, пока в 1960-е годы реализовать эту идею пробовали французские инженеры. Однако попытка оказалась неудачной. Экспериментальный вагон с сумасшедшей скоростью носился по бетонному желобу, оглашая при этом окрестности диким ревом двух авиационных двигателей, Один из двигателей создавал воздушную подушку, второй же «отвечал» за горизонтальную тягу. Зная жесткие требования в Европе к экологии, можно догадаться, что даже одного шума было достаточно для того, чтобы поставить крест на проекте. По той же причине, кстати, так и не нашли применения локомотивы с турбореактивными двигателями и даже со значительно более тихими газотурбинными.

Создать воздушную подушку могут мощные компрессоры, но где для их работы найти соответствующие двигатели. Дизели потребляют слишком много топлива. Нет пока автономных электродвигателей, пригодных для установки на транспортные машины такого класса.

К счастью, нашелся еще один путь и, по-видимому, оптимальный: «подвесить» поезд над (или под) рельсами. Такое решение нашел немецкий инженер Герман Кемпер в 1934 году. Он назвал свое изобретение магнитной подвеской. Работа подвески Кемпера основана на известном всем принципе – одноименные полюса магнитов отталкиваются.

Самый простой вариант реализации идеи – выложить как путь, так и днище поезда постоянными магнитами с соответствующей ориентацией полюсов. Тягу же будет создавать линейный электродвигатель. Такой двигатель имеет своеобразные ротор и статор. В отличие от обычного электромотора, где они свернуты в кольца, здесь они растянуты в полосы. Включаясь поочередно, обмотки статора создают бегущее магнитное поле. Укрепленный на локомотиве статор втягивается в это поле и движет весь состав.

Однако подобная магистраль с постоянными магнитами стоит дорого, да и их подъемная сила мала. Напрашивается другой вариант – использовать на составе и на рельсах электромагниты. Но опять же держать все время под напряжением путевые обмотки нерационально. Значит, надо подавать питание только в те катушки, над которыми в данный момент находится поезд. Достаточно сильное магнитное поле состава будет проводить ток в путевых обмотках. В свою очередь, они создадут магнитное поле.

Другой способ решения проблемы – покрыть путь сплавом с малым электрическим сопротивлением. В сплаве возникнут индукционные токи, вполне достаточные для создания сильного магнитного поля.

Работы по созданию магнитопланов ведутся уже не одно десятилетие в Германии, США, Японии и России. В Советском Союзе к началу 1980-х появился опытный линейный участок пути и экспериментальный вагон. Однако дальше эксперимента дело не пошло. Так остались в проектах идеи связать при помощи магнитоплана московские аэропорты Шереметьево и Домодедово с Центральным аэровокзалом, как и трасса от Еревана до курортной зоны на берегу озера Севан.

Наибольших успехов достигли немцы и японцы. Немецкие фирмы «Хеншель» и «Тиссен» занимались реализацией программы «Трансрапид». Уже к середине 1980-х была построена опытная трасса с линейным и двумя кольцевыми участками. На ней испытали поезд, достигший скорости 500 километров час. Кроме того, были опробованы конструкции пути, стрелочные переходы, станционные сооружения, системы безопасности. Рассматривались два варианта поездов в зависимости от дальности следования и предполагаемых маршрутов. Для сообщения городов с аэропортами требуются двухвагонные на 164 человека, а для междугородных поездок более вместительные десятивагонные на 820 человек.

Создатели «Трансрапида» удивили простой и в то же время неожиданной схемой магнитной подвески. Немецкие конструкторы нашли парадоксальное решение: они использовали не отталкивание одноименных полюсов, а притягивание разноименных. Подвесить груз над магнитом несложно, и эта система будет устойчива. Разместить же груз под магнитом практически невозможно. Ситуация в корне меняется, если использовать управляемый электромагнит. Бдительная система контроля сохраняет величину зазора между магнитами постоянной – в несколько миллиметров. Стоит зазору измениться, и система оперативно реагирует. При увеличении зазора она повышает силу тока в несущих магнитах и таким образом «подтягивает» вагон, а при уменьшении – понижает силу тока, и зазор увеличивается.

Надо отметить серьезные преимущества схемы. Путевые магнитные элементы защищены от погодных воздействий, к тому же их поле существенно слабее за счет на порядок меньшего зазора между путем и составом. Значит, требуются токи гораздо меньшей силы. В итоге поезд такой конструкции оказывается гораздо более экономичным.

Несущие магниты питаются от бортовых аккумуляторов, подзаряжающихся на каждой станции. Ток на линейный электродвигатель подается только на том участке, по которому идет поезд.

Но при всех успехах Германии самые быстрые поезда ходят, вернее летают, в Японии. Их иногда называют «маглевами» (от сокращения и слияния двух слов – magnetic levitation) Эти поезда, не касающиеся рельсов, по-прежнему являются одним из самых эффективных видов наземного общественного транспорта в Японии. Абсолютный рекорд, установленный «маглевом», – 531 километр в час для поезда, управляемого вручную, и 550 километров в час для поезда, ведомого автопилотом. Все испытания поездов на магнитной подушке проводятся на специальной трассе, построчной в префектуре Яманаси в 1997 году.

 

Метрополитен

Первая подземная дорога появилась в Лондоне. Ее открытие состоялось 10 января 1863 года. Длина линии достигала всего 6 километров, а объем перевозок за день составлял лишь 26000 человек. Пассажирский поезд вел локомотив, работающий на паре. От сжигания угольного топлива образовывалось много дыма и сажи. При прохождении тоннеля двери вагона должны были быть закрытыми, о чем напоминало объявление: «Проезд тоннелем в открытом вагоне смертельно опасен». Так было до 1906 года, когда участок подземки электрифицировали.

После лондонского опыта метростроительство получило развитие в других американских и европейских городах. В 1868 году была построена первая линия в Нью-Йорке, затем в Чикаго, Бостоне, в 1896 году появилось метро в Будапеште и Глазго. В Париже первая линия метро стала действовать в 1900 году.

Попытки создания метрополитена в Москве относятся к началу XX века. В 1902 году Московская городская дума в присутствии репортеров газет заслушала сообщение инженера Балинского о «Постройке внеуличной железной дороги в Москве», в котором автор проекта изложил преимущество нового вида транспорта – метрополитена и доходность мероприятия для вкладчиков средств в создание «внеуличной железной дороги». Решение думы было кратким: «Господину Балинскому в его домогательствах отказать». Так была похоронена инженерная идея, воплотиться в жизнь которой было суждено лишь при Советской власти.

Развитию отечественного метростроительства положил начало Московский метрополитен, первые линии которого вступили в строй в 1935 году. Первые линии Кировско-Фрунзенская от станции «Сокольники» до станции «ЦПКиО имени Горького» и «Арбатская» от «Охотного ряда» до «Смоленской» имели общую протяженность только 11,4 километра и 13 станций. Линии метрополитена строятся трех типов: глубокого, мелкого заложения и наземного, что соответствует способам их прокладки – закрытому (тоннельному) и открытому. Каждый способ прокладки линии имеет свою технологию.

Строительство метрополитена закрытым способом ведется на участках со сложной градостроительной ситуацией, когда на трассе будущей линии находятся плотная ценная застройка, крупные инженерные сооружения. На свободных территориях в периферийных осваиваемых зонах города линии метрополитена строятся чаще мелкого заложения или открытым способом. Примером последних могут служить Филевская линия в Москве и Дарницкая в Киеве.

Стоимость строительства метрополитена открытым способом значительно ниже, чем закрытым, что во многом объясняется различной технологией работ. При открытом способе котлованы для тоннелей роют непосредственно с поверхности земли. При закрытом – первоначально необходимо пройти вертикальную выработку грунта на глубину заложения будущего тоннеля, то есть соорудить шахтный ствол.

Для проходки стволов применяются специальные бурильные установки. Первые полностью автоматизированные шахтные бурильные установки стала выпускать японская фирма «Тоё когё» в 1970-е годы. Система автоматического управления таких установок позволяет проводить весь цикл обуривания забоя без участия человека по программе, подготовленной заранее и введенной в ее компьютер в виде перфоленты. Это напоминает операцию на станках с числовым программным управлением. Объем памяти компьютера достаточно велик, что позволяет вводить в нее программы с множеством данных. Переход от одного режима работы к другому осуществляется нажатием кнопки на пульте управления установки.

Для проходки тоннелей метрополитена используется чаще всего щитовой метод. Применение проходческого щита, представляющего собой горизонтальный стальной цилиндр, по контуру которого укреплены домкраты, позволяет избежать осадки расположенных на поверхности строений при выемке грунта из тоннеля. Внутри такого щита строится обделка тоннеля, то есть его покрытие, постоянная крепь. Она выполняется либо из сборных чугунных элементов (тюбингов), применяемых в водоносных грунтах, либо из железобетонных – для сухих грунтов. Элементы обделки имеют вид колец различного диаметра: для станций метро – 8,5 метра, для перегонных тоннелей между станциями – 5,5 метра.

Иногда обделку тоннелей устраивают из монолитного бетона, используя для этого специальные бетононасосы. Редкое в практике сооружение такой обделки объясняется необходимостью сушки в течение продолжительного времени до полного твердения бетона. Щитовые методы – экологически чистый способ возведения метро. Поэтому продолжается совершенствование применяемого для проходки оборудования – повышение надежности экскаваторных щитов, использование агрегатов роторного типа и оборудования со скользящей опалубкой, модульного щитового оборудования и средств автоматического управления.

Тоннельные сооружения, предназначенные для длительной эксплуатации, подвергаются воздействию грунтовых вод, способных вызвать коррозию металлических конструкций. Коррозия опасна еще тем, что вызывает в тоннелях при движении электропоездов блуждающие токи, усиливающие начавшийся процесс разрушения. Поэтому метростроители уделяют серьезное внимание совершенствованию технологии сооружения тоннелей и повышению гидроизоляционных качеств обделочных материалов – бетона и др. Устранению излишней влажности воздуха в тоннелях и на станциях служит также усиленная искусственная вентиляция.

При строительстве станций, наиболее сложных сооружений метрополитена, выполняется наибольший объем работ, требующий участия многих специалистов – от монтажников, электриков до архитекторов, дизайнеров. Особенно трудоемки отделочные работы, требующие не только мастерства строителей, но и использования разнообразных природных и искусственных материалов, в частности, улучшающих качество гидроизоляции, особенно на линиях, сооружаемых открытым способом.

Московским метростроителям впервые удалось применить полимерные материалы – потолок станции «Чеховская». На отечественных метрополитенах разработаны и внедряются современные машины и механизмы для выполнения ремонтных и профилактических работ по содержанию путевого хозяйства, электромеханических устройств, действуют поточные линии, диагностические комплексы для ремонта подвижного состава и др. Широко внедряется автоматизация производства: телемеханика для управления и контроля за эксплуатацией устройств электроснабжения, электромеханических установок и эскалаторов.

Современный метрополитен – сложный комплекс технических систем, работающих слаженно, четко и быстро. Днем поезда следуют через 3-5 минут. В час пик интервал в движении может сокращаться до минуты. У машиниста каждого состава есть график, в котором с точностью до секунды указано время прибытия на станцию и время отправления. График сверяют с интервальными и календарными часами. Интервальные часы показывают, не опаздывает ли предыдущий поезд, а календарные – вовремя ли следует данный состав.

Скорость движения поездов регулирует автоматическая система, которая контролирует и действия машиниста. Так, при подъезде к станции автоматически включается торможение. Машинист обязан нажатием кнопки его выключить и вести поезд вручную: вдоль перрона стоят люди, и в случае необходимости автоматика не среагирует. Если же не нажать кнопку, состав остановится.

Метро проветривают через вытяжные шахты. Поезд в туннеле действует как поршень, выталкивая воздух через шахту, находящуюся впереди, и засасывая его из той, которую уже миновал. Однако на некоторых участках с интенсивным движением из-за работы моторов и тормозов порой настолько поднимается температура воздуха, что приходится нагнетать либо откачивать воздух дополнительно. За микроклиматом на разных участках линии наблюдает специальная система. Данные поступают в центральную диспетчерскую, которая и дает команды на включение мощных воздушных насосов.

Эта диспетчерская – «мозговой центр» метро. Она связывается со службами подземного хозяйства: по радио – с машинистами и локомотивными бригадами, по селекторной связи – с дежурными по станциям. Компьютеры следят за тем, чтобы вся система работала слаженно, соблюдались интервалы в движении поездов и не возникало чрезвычайных ситуаций.

Если центральная диспетчерская – «мозг» метрополитена, то его «кровеносная система» – энергоснабжение. Для большей надежности электрический ток подают от двух независимых подстанций: если одна выйдет из строя, автоматически подключится другая. Кроме того, для аварийного освещения предусмотрены аккумуляторные батареи.

За годы, минувшие после пуска московского метро, сменилось четыре основных типа и несколько модификаций вагонов. Сейчас появилась новая модель – высокоскоростная, комфортабельная и ультрасовременная «Яуза». Эта модель мирового класса с великолепным современным дизайном готовится к выпуску Мытищинским машиностроительным заводом. «Яуза» – первый в истории российского метростроения вагон из модульных конструкций. Его разработка началась еще в конце 1980-х годов. Ведущие дизайнеры проекта – Ю.Г. Бусыгин, Н.И. Кузнецов, В.М. Обухов и Н.В. Усольцев.

О новом поезде рассказывает главный технолог ЗАО «Метровагонмаш» Сергей Викторович Безрукавный:

«В конструкции учтены все требования, предъявляемые к современному подвижному составу, особенно требования безопасности. Во-первых, кузов «Яузы» стальной – и пусть нас не соблазняют никакими алюминиевыми сплавами, это опасно! Конечно, они дают экономию веса, но при пожаре, особенно когда его не удается быстро потушить, от алюминия ничего не остается. Вы, конечно, знаете о прошлогоднем ЧП в туннеле под Ла-Маншем: загорелся скоростной поезд… Алюминиевые вагоны не то что «потекли» – сгорели!

Поскольку мы отказались от алюминия, сбавлять массу тары – кузова плюс тележек – пришлось другими способами. Мы изготовили кузов «Яузы» из высокопрочной нержавейки с применением прецизионной сварки – что позволило сэкономить около 1,2 тонны. Алюминий дал бы 3, но…

Теперь о других аспектах безопасности. Система управления полностью автоматизирована. В кабине машиниста установлен бортовой компьютер, в который заложены две программы: одна задает график движения, другая следит за точностью его соблюдения. Если на каком-то участке машинист превысил скорость, вторая программа дает команду на автоматическое торможение…

…В каждом вагоне размещены температурные и дымовые датчики – компьютер реагирует на их сигналы и приводит в действие автоматическую систему пожаротушения. Последнее осуществляется двумя способами: в аппаратном отсеке и везде, где нет людей, – газом специального состава, а в салоне особые колбы выбрызгивают в воздух водяное облако. И никаких огнетушителей!

…Еще одно новшество – бортовая система сигнализации. В старых вагонах на приборном щите есть группа лампочек технической диагностики: что-то не сработало – загорается соответствующая лампочка, и машинист знает, что случилось. В «Яузе» по-другому: имеется лишь одна лампочка, при любой неполадке ярко вспыхивающая красным светом – для машиниста этот сигнал означает, что надо глянуть на дисплей компьютера, а там уж все выведено открытым текстом – где, что и почему. Преимущества такой системы очевидны».

У кузова «Яузы» нетрадиционное сечение. Оно не прямоугольное – есть радиусная часть, позволившая более рационально вписать вагон в туннель круглого сечения и увеличить вместимость на 30 человек. Аэродинамические испытания показали снижение лобового сопротивления на 20 процентов.

Практическая скорость поезда – 48 километров в час. Сейчас, к примеру, она едва достигает 41. Ходовая часть вагона – с пневматической подвеской, подстраивающаяся к мгновенным значениям нагрузки.

Немаловажный фактор – экономия электроэнергии. В «Яузе» применили систему рекуперативного торможения – с высвобождением «лишней» энергии в генераторном режиме тяговых двигателей.

В кабине просторно, приборная доска выполнена эргономично, установлен кондиционер. Освещение в салоне «Яузы» более щедрое и в то же время более мягкое, нежели в старых вагонах. Применена система принудительной вентиляции.

Подземные и надземные вестибюли метрополитена обогатили архитектуру многих городов мира. Но московский метрополитен имеет уникальные по архитектурно-художественному облику станции. Не случайно взяты под охрану государства как памятники архитектуры три лучшие станции первых линий: «Красные ворота», «Маяковская», «Кропоткинская». Каждая станция московского метро имеет свой индивидуальный образ, а совокупность станций образовала неповторимый архитектурный ансамбль. В отделке колонн, пилонов, лестниц широко применены мрамор, гранит, металлы, керамика, стекло.

В Париже уделяется особое внимание архитектурной выразительности станций метрополитенов, экспресс-метрополитенов, синтезированию в оформлении наземной и подземной инфраструктуры. Входы в наземные и подземные сооружения обозначаются четкой маркировкой направления движения пассажиров. С целью привлечения пассажиров в парижском метро используются произведения искусства. Так, на станции «Лувр» была выставлена скульптура египетского фараона из запасников всемирно известного музея.

Японские архитекторы, проектируя пересадочную станцию «Умеда» в городе Осака, ввели внутрь здания с помощью специальных гидротехнических сооружений небольшую речку, которая создает на каждом этаже оригинальные водные поверхности и каскады, а световые эффекты и зеленые насаждения придают большую привлекательность интерьерам здания.

 

Современный легковой автомобиль

Официальная слава изобретателей автомобиля принадлежит двум немецким инженерам – Бенцу и Даймлеру. Бенц конструировал двухтактные газовые двигатели и являлся хозяином небольшого завода по их производству. Двигатели имели хороший спрос, и предприятие Бенца процветало. Мечтой Бенца было создание самодвижущегося экипажа с двигателем внутреннего сгорания. Собственный двигатель Бенца, как и четырехтактный двигатель Отто, для этого не годился, поскольку они имели малую скорость хода.

Конструкцию машины и двигателя к ней Бенц создавал и продумывал в течение двадцати лет. Наконец ему удалось собрать подходящий четырехтактный одноцилиндровый двигатель мощностью 0,75 лошадиных сил. В качестве горючего Бенц использовал бензин, зажигание горючей смеси осуществлялось при помощи электрической искры, а источником питания служила батарея, с которой ток подавался на индукционную катушку Румкорфа. Для получения горючей смеси Бенц создал один из первых в истории карбюраторов. Сделанный в «велосипедную эпоху», этот первый автомобиль очень напоминал трехколесный велосипед. Он имел трубчатую раму, тангентные колеса со спицами и цепную передачу и развивал скорость до 13 километров в час.

Одновременно с Бенцем приступил к выпуску автомобилей Даймлер. В 1883 году он изготовил свой первый бензиновый двигатель, который предполагал использовать для транспорта. Так же как и Бенц, Даймлер считал показательной чертой «транспортного» двигателя значительную частоту вращения его вала, обеспечиваемую интенсивным воспламенением горючей смеси. Уже первые двигатели Даймлера имели частоту вращения до 900 оборотов в минуту, то есть в 4-5 раз больше, чем у стационарных газовых двигателей Отто. Рассчитаны они были исключительно на жидкое топливо – бензин или керосин. Зажигание, как и в стационарных двигателях, происходило запальной трубкой. Благодаря большой частоте вращения «транспортные» двигатели оказались гораздо меньше и легче стационарных. Чтобы защитить двигатели от пыли и грязи, их окружали специальными кожухами. Предусматривались водяная рубашка охлаждения и пластинчатый радиатор. Для пуска двигателя служила рукоятка.

В 1885 году Даймлер поставил свой бензиновый двигатель на велосипед, а в 1886 году – на четырехколесный экипаж. В 1889 году эта машина экспонировалась на выставке в Париже, где французские фабриканты Панар, Левассор и Пежо купили лицензии на двигатель Даймлера. Эта сделка оказалась очень важной для истории автомобилестроения.

В 1890 году Даймлер, объединившись с богатым предпринимателем Дуттен-Хофнером, создал акционерную компанию «Даймлер Моторен». В 1891 году он выпустил первый четырехцилиндровый автомобильный двигатель. Дела фирмы сначала не ладились, но потом быстро пошли в гору. Новая эра в истории автомобиля началась в 1901 году, когда фирмой «Даймлер Моторен» был выпущен первый «Мерседес».

Первый «мерседес» имел уже все черты современного автомобиля: раму из прессованных стальных профилей, сотовый бронзовый радиатор, настоящую коробку передач и четырехцилиндровый двигатель мощностью 35 лошадиных сил, позволявший развивать скорость в 70 километров в час. Эта красивая, элегантная и надежная машина имела невероятный успех. Она выиграла множество гонок и породила массу подражаний. Можно сказать, что с появлением первого «Мерседеса» закончилось детство автомобиля и началось стремительное развитие автомобильной промышленности.

Сегодня существует великое множество разных легковых автомобилей, отличающихся по назначению, характеру работы, конструкции. И в то же время у них есть много общего.

По компоновке – так называют взаимное расположение в автомобиле важнейших агрегатов и узлов – различают четыре вида легковых моделей. При классической компоновке двигатель находится впереди, а ведущие колеса сзади. В случае заднемоторной компоновки двигатель объединен в блок с коробкой передач и главной передачей и размещен в хвостовой части автомобиля. И здесь задние колеса ведущие.

В последнее время легковые автомобили чаще выпускаются с передними ведущими колесами. Это облегчает передачу. Конструкция с передним приводом и дешевле в изготовлении. Кроме того, она делает автомобиль более безопасным. При задних ведущих колесах сила тяги (толкающее усилие) на поворотах направлена по касательной к траектории движения машины и стремится сместить заднюю часть автомобиля наружу относительно дуги поворота. А сила тяги передних ведущих колес постоянно направлена по ходу машины и «тащит» ее по выбранному пути.

Полноприводная компоновка предусматривает размещение двигателя в носовой части машины. Ведущими служат все четыре колеса. Эта компоновка применяется сейчас не только на внедорожных автомобилях повышенной проходимости, но и на обычных моделях.

Основой автомобиля является кузов, в нем размещаются пассажиры и поклажа. Большинство современных легковых автомобилей не имеет рамы, их агрегаты, включая подвеску колес, крепятся к кузову. В нужных местах он усилен и воспринимает все нагрузки. Потому кузов и называется несущим.

Наиболее распространены кузова типа «седан» – закрытые, с двумя или четырьмя дверями и отдельным багажником. В конце 1960-х годов вошел в обиход кузов типа «хэтчбек». Сложив задние сиденья, машину легко превратить в грузовой фургон. Универсал чаще всего бывает пятидверным, но он заметно вместительнее. Пятая дверь у универсала и хэтчбека находится в задней стенке кузова. Менее распространены автомобили с кузовами типа «кабриолет». По желанию водителя их матерчатый тент с дугами складывается или поднимается гидравлическим устройством. С кузовами типа «кабриолет» нередко выпускаются спортивные модели. До сих пор популярен лимузин. Позади спинок передних сидений обязательно есть подъемная стеклянная перегородка. Такие кузова можно видеть на представительских моделях.

В последние годы несущие кузова делают из стали, покрытой с обеих сторон слоем цинка. Такой кузов хорошо противостоит ржавлению и служит десять лет и более.

Именно в кузове находится все то, что определяет комфорт автомобиля: удобные сиденья с механизмами для их регулировки, стеклоподъемники и замки в дверях (часто с электроприводом), сложная система отопления и вентиляции, порой дополненная кондиционером, не говоря уже о различных аудиосистемах.

На панели приборов находятся разнообразные кнопки, тумблеры, переключатели, рычажки для управления системами автомобиля. В кузове монтируются хитроумные противоугонные устройства, открывающийся люк в крыше и т д.

Конструкция кузова должна обеспечить максимальную защиту пассажирам. Поэтому на стендах проводятся многократные испытания, чтобы минимизировать возможность при аварии получить травмы от ударов о детали интерьера, рулевую колонку, стойки кузова, вылететь в распахнувшиеся двери или разбитые окна. Ремни безопасности удерживают водителя и пассажиров на своих местах, а надувные подушки безопасности предохраняют голову, плечи, корпус от ударов. Замки в дверях сконструированы таким образом, что не дать им распахнуться при ударе. Встроенные же внутрь дверей брусья защищают при боковом ударе.

Двигатель – сердце автомобиля. Двигатели внутреннего сгорания, работающие на бензине, продолжают оставаться самыми распространенными. Бензин в них распыляется карбюратором или системой впрыска топлива. Затем он смешивается с воздухом в определенной пропорции и поступает в цилиндры двигателя. Там смесь мгновенно сгорает, а химическая энергия преобразуется в механическую.

В основном используются четырехтактные двигатели. Здесь полный рабочий цикл в цилиндре осуществляется за четыре хода (такта) поршня вверх-вниз. Сначала цилиндр заполняется горючей смесью через имеющиеся в нем клапаны, потом происходит сжатие смеси, затем она взрывается, и наконец, цилиндр освобождается от продуктов сгорания.

Обычно топливо распыляется в карбюраторе благодаря разрежению во впускных каналах цилиндров. Но теперь все чаще для образования рабочей смеси топливо распыляют под давлением.

Все чаще используется и система турбонаддува. Воздух в цилиндры нагнетает центробежный насос, на работу которого затрачивается часть мощности двигателя. В системе турбонаддува эти затраты исключены благодаря использованию энергии отработавших газов. Они вращают миниатюрную газовую турбину, от которой и работает насос.

Автомобильные двигатели нередко приспосабливают и для работы на природном газе, более экологически чистом топливе. Но пока бензин остается основным видом горючего.

Наряду с бензиновыми двигателями внутреннего сгорания широкое распространение получили дизельные двигатели. В них топливо, впрыскиваемое в цилиндры, воспламеняется воздухом, сильно нагревающимся до восьмисот градусов при сжатии. Дизельное топливо – соляровое масло, газойль – дешевле, чем бензин. Но сами машины дороже, поскольку дизель гораздо сложнее и более металлоемок. Затраты на него окупаются, когда ежегодный пробег очень велик. Вот почему дизели чаще используются на грузовиках и автобусах.

Топливный насос – немаловажная и довольно надежная часть автомобильной системы подачи топлива, которая включает в себя топливный бак, топливопроводы, фильтр тонкой очистки, сам бензонасос, карбюратор, воздушный фильтр, указатели и датчики уровня топлива.

Топливный насос служит для нагнетания прошедшего очистку бензина в карбюратор, откуда он попадает в блок цилиндров. Бензонасос диафрагменного типа приводится в действие эксцентриком вала привода масляного насоса.

В конце 1930-х годов появились коробки передач, которые переключаются автоматически, реагируя на изменение работы двигателя. В таких коробках передач нет привычных шестеренок. Их основа – гидротрансформатор, или гидромеханическая трансмиссия. Автомобильный мотор вращает насос, подающий масло на турбину, а она связана с колесами. Когда машина быстро едет по ровной дороге, масло течет под малым давлением с большой скоростью. Если автомобиль медленно взбирается в гору или преодолевает препятствие, то масло течет под большим давлением с малой скоростью.

Часто рулевое управление автомобиля снабжено гидравлическим, реже – электрическим усилителем руля. Вместе с тем при высокой скорости помощь водителю со стороны усилителя может оказаться вредной. Ведь водителю надо быстро, без задержек управлять машиной. Поэтому появились усилители руля прогрессивного действия – чем выше скорость, тем меньше их помощь.

В современном автомобиле уже почти нет узлов и систем, которые обходились бы без электроники. Так, специальное устройство – круиз-контроль – позволяет машине, словно авиалайнеру, работающему на автопилоте, двигаться с заданной скоростью без участия водителя. Датчик дождя, распознав его первые признаки, сам включает стеклоочиститель. Щетки работают тем быстрее, чем сильнее дождь.

Не удивишь теперь и бортовым компьютером. Цифры и слова на дисплее сообщат водителю, каков в данный момент расход топлива и на сколько километров хватит его запаса в бензобаке. Компьютер поможет выбрать кратчайший путь до пункта назначения. Тот же бортовой компьютер информирует о неполадках в машине, о приближении срока техобслуживания.

Электропитание автомобиля обеспечивает аккумулятор. По современным технологиям батарея аккумулятора вмонтирована в пластмассовый корпус. Крышка аккумулятора герметически приклеена к корпусу, что является гарантией против вытекания электролита во время эксплуатации. И корпус батареи, и общая сварная крышка с колпачками изготавливаются из высококачественного и кислотоустойчивого полипропилена.

Сухозаряженные аккумуляторы могут обладать высокой степенью сухой зарядки батареи благодаря специальной пропитке заряженных пластин. Это гарантирует использование аккумулятора уже через 30-40 минут после того, как залит электролит.

Каждая свинцовая пластина современной аккумуляторной батареи заключена в специальный «конверт». При эксплуатации автомобиля, а значит, и аккумулятора, в жестких условиях начинается разрушение заряженных пластин. При использовании «конверта» осадок не попадет на дно корпуса и не вызовет короткого замыкания и выхода аккумулятора из строя.

Применение новых технологий позволило повысить емкость и разрядный ток аккумулятора, что, в свою очередь, повышает качество эксплуатации автомобиля, особенно в наших климатических условиях. При этом размеры аккумуляторных батарей остались прежние.

Конечно, не бывает машины без тормозов. Принципиальная схема рабочей тормозной системы легкового автомобиля включает в себя две подсистемы – передние и задние тормозные механизмы и тормозной привод. В любом автомобиле имеются эти узлы, но конструктивно они могут быть решены по-разному, то есть с включением дополнительных агрегатов, улучшающих тормозную динамику автомобиля.

Они бывают барабанного и дискового типа. На большинстве автомобилей спереди стоят тормозные механизмы дискового типа, а сзади барабанного. На автомобилях представительского класса и спортивных дисковые тормоза ставятся спереди и сзади.

Тормозной механизм барабанного типа представляет собой пару тормозных колодок, смонтированных внутри тормозного барабана, вращающегося вместе со ступицей. Колодки закреплены на неподвижном тормозном щите, опираются на пальцы и стянуты пружиной. К поверхности колонок, обращенной к барабану, приклеены фрикционные накладки. При торможении колодки раздвигаются поршнями тормозного цилиндра (или тормозным кулаком, или рычагом, при механическом тормозном приводе, что теперь встречается только в стояночной тормозной системе) до соприкосновения с барабаном, причем крепление колодок обеспечивает их свободную самоустановку относительно барабана. После прекращения торможения колодки возвращаются в исходное положение пружиной.

Тормозной механизм дискового типа представляет собой чугунный тормозной диск, закрепленный на ступице колеса. С двух сторон этого диска помещены плоские тормозные колодки с фрикционными накладками, прижатие которых к диску осуществляется за счет тормозных цилиндров, одного или нескольких.

Конструкция дисковых тормозов может быть с плавающей скобой или неподвижной скобой. Цилиндры закреплены на суппорте, жестко связаны с основанием ступицы. При торможении поршни прижимают колодки к диску с двух сторон. После прекращения торможения поршни возвращаются в исходное положение за счет упругости уплотнительных колец из упругой резины, находящихся между поршнем и цилиндром. Накладки же разжимаются за счет микробиений диска. Зазор между диском и накладками поддерживается автоматически.

Так как в процессе торможения из-за трения выделяется большое количество тепла, то на многих машинах применяются вентилируемые тормозные диски, то есть конструктивно обеспечено улучшенное охлаждение дисков набегающим потоком воздуха.

Жесткие требования предъявляются к тормозной жидкости, так как она работает в тяжелых условиях. При торможении температура тормозных колодок может достигать 600 градусов, а тормозная жидкость в рабочих цилиндрах нагревается до 150 градусов. При этих температурах не должно происходить изменения химического состава жидкости и она ни в коем случае не должна закипеть, так как наличие газовых пузырьков приводит к отказу тормозов.

Таким образом, температура кипения тормозной жидкости, используемой в легковых автомобилях, должна быть не менее 205 градусов при эксплуатации в обычных условиях и не ниже 230 градусов при эксплуатации в условиях частого торможения (например, при езде в горах). За время эксплуатации температура кипения тормозной жидкости понижается из-за ее высокой гигроскопичности и именно поэтому ее нужно менять не реже одного раза в два года.

Гидравлический привод тормозов включает в себя педаль тормоза в салоне автомобиля, вакуумный усилитель. Вакуумный усилитель уменьшает усилие, прилагаемое к тормозной педали при торможении, и облегчает управление автомобилем. Усиливающий эффект вакуумного усилителя основан на использовании разрежения во впускном коллекторе работающего двигателя. Вся система заполнена тормозной жидкостью и герметична.

В целях безопасности гидравлический привод, как правило, делается двухконтурным, что позволяет сохранить работоспособность одной пары колес при выходе из строя узлов контура, обслуживающего вторую пару. Более безопасным считается диагональное разделение контуров, когда один контур обслуживает одно переднее и одно заднее колесо, расположенные по диагонали. Бывают и другие схемы распределения контуров.

На многих современных автомобилях система привода тормозов включает в себя антиблокировочную систему. Задачей этой системы является предотвращение блокировки колес при торможении, так как, когда колеса идут «юзом», тормозной путь значительно возрастает. Суть ее работы заключается в регулировании величины усилия, передаваемого тормозным приводом на тормозные механизмы. Специальные датчики фиксируют момент блокировки какого-либо колеса, передают информацию об этом в антиблокировочную систему, а она уменьшает усилие, передаваемое на него приводом. Колесо разблокируется, и эффективность торможения не уменьшается.

Колеса присоединяются к кузову или раме с помощью особого механизма – подвески. В последней обязательно есть упругий элемент. Обычно в качестве упругого элемента используется пружина. Другими альтернативами пружины являются пневмоподвеска или гидропневмоподвеска, которые работают на сжатом газе.

Все амортизаторы работают по такому принципу: внутри цилиндра амортизатора находится шток с поршнем, который «ходит» в масле. Масло при работе амортизатора перетекает через специальные отверстия поршня. Это и создает необходимое сопротивление движению штока. Также в амортизаторе должна быть емкость (компенсаторная камера) со сжимаемым газом (воздух или азот). Внутри амортизатора ходит поршень и вытесняет излишки жидкости, заставляя сжиматься газ.

Когда в качестве газа используется воздух, этот амортизатор называют гидравлическим. Недостаток воздуха в том, что он при постоянной тряске «вспенивает масло», а при более сильной тряске могут возникнуть пузырьки низкого давления, что значительно снижает эффективность работы амортизатора.

Вместо воздуха часто используется азот. Иногда его закачивают под низким давлением в несколько атмосфер. Такие амортизаторы называют газонаполненными низкого давления. Но азот под низким давлением не решил кардинально проблему «вспенивания масла» и кавитации (то есть образование пузырьков низкого давления). Выход был найден, когда французский инженер Де Карбон закачал в компенсаторную камеру азот под давлением более 20 атмосфер и отделил азот от масла прокладкой-поршнем, который не позволяет азоту и маслу контактировать друг с другом. Это сняло проблему вспенивания масла и кавитации. Азот под высоким давлением позволяет клапанам поршня срабатывать бесшумно и быстро, а также создает дополнительное усилие на штоке. Такие амортизаторы работают эффективно и точно.

Газонаполненные амортизаторы не рекомендуется использовать на маленьких машинах, так как дополнительное усиление на кузов, оказываемое такими амортизаторами, вредно для «крошек».

Последнее время появились новые разработки. Например, фирма «Кош» производит амортизаторы с регулировкой жесткости. Самый «навороченный» позволяет это делать непосредственно из салона. Такая «крутизна» ставится на автомобили «Феррари», «Мазерати» и «Порше». Фирма «Sachs» разработала систему автоматического регулирования дорожного просвета (система Nivomat). Смысл ее в том, что когда автомобиль нагружен, то он «проседает» и у него изменяется дорожный просвет (клиренс). Как только автомобиль нагружен, колебания колес при движении приводят в действие насос, встроенный в конструкцию амортизатора. Этот насос уже после нескольких сотен метров езды восстанавливает необходимый дорожный просвет. После разгрузки машины насос автоматически настраивается на старую величину дорожного просвета.

Колеса на автомобиле становятся все легче. При их изготовлении вместо стали начинают использовать алюминиевые сплавы, которые к тому же хорошо отводят тепло от тормозов.

Гидравлические шины на колесах автомобилей в большинстве случаев состоят из кольцевой резиновой камеры, заполняемой сжатым воздухом, и собственно шины, или покрышки. В последнее время часто применяются бескамерные шины. На стыке шины и колеса обеспечивается герметичность, что предотвращает утечку сжатого воздуха.

В условиях русской зимы необходимо использовать зимнюю резину. Она гораздо лучше обеспечивает сцепление с дорогой, уменьшается тормозной путь, автомобиль при большой скорости срывается в занос и т п. Есть два ее вида – простая с зимней покрышкой и ошипованная.

Зимняя резина имеет противоскользящий резиновый состав. Покрышка должна иметь широкие и глубокие канавки между блоками, которые и обеспечивают хорошее сцепление на снегу.

Хорошо расположенные шипы не повторяют следов других шипов, что обеспечивает лучшее сцепление на льду и укатанном снегу. Традиционно шипы делаются из алюминия с твердосплавным сердечником. Обычно сердечник выступает над поверхностью на 0,6-1,2 миллиметра. В новых разработках твердосплавный шип помещен во втулке из высокопрочного пластика. Это позволяет шипам более прочно сидеть в гнездах.

Производители автомашин постоянно совершенствуют свою продукцию. Все заводы имеют свои зимние полигоны или арендуют их. Обычно эти полигоны располагаются на Севере или в Альпах. Именно там и проводятся испытания новинок, именно там и ищут компромисс между различными характеристиками покрышек. Ведь обычно если улучшается одно из свойств, то это ведет к ухудшению других. Поэтому предприятию очень важно найти «золотую середину».

Сегодня все больше к автомобилю требований по экологии. Сохранить чистоту воздуха помогают каталитические нейтрализаторы, разлагающие вредные примеси в выхлопных газах на безопасные вещества. Для ускорения реакции разложения на внутреннюю поверхность нейтрализатора наносится тончайший слой платины или родия, которые служат катализаторами.

 

Автомобили на альтернативном топливе

По мнению экспертов, всех известных на Земле запасов нефти хватит человечеству не более чем на пятьдесят лет. Бензин дорожает, и чем только сегодня не пытаются его заменить. И сжиженным природным газом, и всякого рода синтезированными газами и жидкостями, в частности спиртом, который гонят из самого разного сырья от тростника до апельсиновых корок.

Почти все эти виды топлива менее опасны для окружающей среды, чем бензин, но выхлоп автомобиля все равно не делается безвредным.

Кардинально решить проблему загрязнения атмосферы автотранспортом мог бы при определенных условиях электромобиль. Для этого экологически чистыми должны стать не только эксплуатация источника его энергии, но и изготовление этого источника и даже утилизация отходов. Пока же этим требованиям обычно применяемый в электромобилях аккумулятор не отвечает.

«И все же, – как пишет в журнале «Наука и жизнь» К. Климов, – в последние годы электромобиль применяется гораздо шире. Благодаря разработкам крупнейших автомобильных фирм мира недостатки аккумулятора – вес, габариты, необходимость частых подзарядок – несколько уменьшились. Недавно, например, германская фирма BMW продемонстрировала новый электромобиль на основе серно-натриевого аккумулятора. Для разгона этой машины с места до скорости 96 километров в час требуется, по утверждению фирмы, всего 20 секунд, максимальная скорость – 130 километров в час, а пробег между подзарядками достигает 270 километров. Но массового применения в транспорте такой электромобиль не найдет, поскольку рабочая температура серно-натриевого аккумулятора составляет около 350 градусов Цельсия. И сама эта температура, и необходимость поддерживать ее во время работы аккумулятора при помощи специальных подогревателей делают его взрыво– и пожароопасным».

«Электрических» машин на дорогах общего пользования с каждым годом все больше, а сообщения о новых разработках в этой области не сходят со страниц журналов и газет.

До недавнего времени развитие электромобилей сдерживалось низкими параметрами источников тока. Многие годы в этом качестве служила традиционная свинцово-кислотная батарея. Помимо других серьезных недостатков, она ограничивала пробег машины до подзарядки примерно 150 километрами. В результате модернизации батарею удалось облегчить и заменить кислоту в жидком виде на менее опасный гель. И все же прорыва на этом направлении ждать не приходится, плотность «упаковки» энергии и мощность кислотных батарей почти достигли теоретического предела. А вот заменив свинец никелем, удалось создать целую гамму новых аккумуляторов – никель-кадмиевых, никель-водородных и никель-цинковых. Они выгодно отличаются от свинцово-кислотных батарей. Им присущи долговечность, нечувствительность к морозам, возможность быстрой подзарядки. Правда, они подороже, и воду в некоторые типы батарей все же приходится периодически доливать.

Наиболее перспективными на сегодняшний день признаются никель-металлогидридные системы. Именно у них максимальные удельные показатели, да и саморазряд приемлемый: пятьдесят процентов емкости за месяц. С тех пор как эти батареи впервые применили в автомобилестроении, прошло шесть лет. За это время экспериментальные электромобили прошли по дорогам миллионы километров, доказав свою пригодность к эксплуатации при температурах от минус двадцати пяти до плюс пятидесяти градусов.

Вот что пишет журнал «За рулем»: «К очевидным плюсам никель-металлогидридных систем, в первую очередь, можно отнести увеличенный почти вдвое по сравнению со свинцовой кислотной батареей пробег до следующей подзарядки – до 250 километров. А в 1996 году был зафиксирован и рекорд: автомобиль "Солектрия-Санрайз", приводимый в движение только электромотором на никель-металлогидридных батареях, преодолел на "одном дыхании" более 600 километров! Еще одно неоспоримое достоинство – быстрота подзарядки: всего за 10 минут такую батарею можно «заправить» на 80 процентов емкости! В ходе испытаний выяснилось, что никель-металлогидридные системы выдерживают более 80000 циклов зарядки-разрядки, что сопоставимо с пробегом 160000 километров.

Все это покупателю с удовольствием расскажут, например, в автосалонах фирмы «Тойота» в США и тут же предложат прокатиться на новеньком вседорожнике "RAV-4EV". Под полом его спрятаны 24 никель-металлогидридные батареи, питающие электромотор мощностью 67 л с. Этого хватает для достаточно резвого разгона (0-100 км/ч – 18 секунд), а максимальную скорость пришлось ограничить 125 км/ч. Понравилось – «RAV-4EV» можно тут же купить за 42000 долларов. Что-то не устраивает? Не стоит огорчаться – ведь выбор электромобилей «Тойотой» не ограничивается. Тут и "Хонда-EV Плюс", и "Форд-Рейнджер EV", и "Ниссан-Алтима EV" – список можно продолжать. Европейцам пришлись по душе "Пежо-106 Электрик" и "Ситроен-AX Электрик", а импонировать модной молодежи призван микромобиль "Бомбардье NV", за который просят едва ли не меньше, чем за некоторые ВАЗы».

Электромобили, кроме всего прочего, дали жизнь новому, чрезвычайно перспективному направлению – так называемым гибридным машинам.

Гибридная схема – это сочетание двигателя, работающего на привычном топливе (бензине или газе, но чаще на солярке), и электромотора. Типичный представитель именно этой группы – «Тойота-Приус» – один из самых успешных с коммерческой точки зрения примеров. В прошлом году этой модели отдали предпочтение более десяти тысяч покупателей, а такое, согласитесь, уже кое-что значит.

В США, дабы стимулировать автоиндустрию к активному поиску новых решений, принят закон, предписывающий каждой фирме к 2003 году иметь в своей программе хотя бы одну модель электромобиля. Иначе – запрет на торговлю.

В числе основных претендентов на титул «главного конкурента двигателям внутреннего сгорания» сегодня называют автомобили с топливными элементами.

Топливный элемент впервые увидел свет в 1839 году, когда английский физик Уильям Грув получил ток в результате электрохимической реакции водорода с кислородом. Тему стали интенсивно разрабатывать в 1960-е и 1970-е годы, когда двигатели с топливными элементами впервые применили в космической промышленности.

Как обычно проходит преобразование химической энергии топлива в электрическую на тепловых электростанциях? Сначала тепловая энергия, выделяющаяся при горении, превращается в кинетическую энергию пара. Затем энергия пара на роторе турбины преобразуется в механическую энергию вращения. И, наконец, в обмотках генератора механическая энергия становится электрической. На каждом этапе неизбежны потери.

В топливном элементе химическая энергия топлива сразу трансформируется в электрическую. Топливный элемент, или электрохимический генератор, – это техническое устройство, где протекает реакция окисления топлива, в ходе которой вырабатывается электроэнергия. Топливом могут служить водород, спирт, аммиак и углеводороды (природный газ, нефть), а окислителем (горение есть реакция окисления) – кислород, азотная кислота и др.

Конструкция топливного элемента проста. Это сосуд с электролитом (водным раствором кислоты или щелочи), двумя пористыми электродами (анодом и катодом, как в аккумуляторной батарее) и трубками для подачи топлива (на анод) и окислителя (на катод). На аноде молекулы водорода распадаются на атомы, которые теряют свои электроны, становятся положительными ионами и уходят в электролит. Потерявший ионы анод приобретает отрицательный заряд по отношению к другому электроду, и свободные электроны движутся к последнему по внешней цепи. Там они соединяются с атомами кислорода – образуются отрицательные ионы. Последние проходят через электролит и соединяются с положительными ионами водорода. Так возникает замкнутая цепь, по которой идет электрический ток, и топливный элемент становится электрическим генератором. Кроме электроэнергии в нем образуется еще и побочный продукт – дистиллированная вода.

Одиночный топливный элемент создает напряжение около 1,5 В. Чтобы получить более высокое напряжение, элементы последовательно соединяют друг с другом в батареи.

Время непрерывной работы батареи зависит от запасов топлива, окислителя и износа (окисления) материалов электродов и составляет в действующих установках 1000 часов. Поэтому их сейчас используют только для электроснабжения автономных потребителей, таких как глубоководные аппараты или околоземные космические станции.

Сегодня чаще всего применяют водородно-кислородные топливные элементы. Однако значительно более эффективны воздушно-алюминиевые топливные элементы, в которых катодом служит пористая угольно-графитовая пластина с поступающим в него кислородом воздуха, анодом – пластина из алюминиевого сплава. Окисление идет с коэффициентом полезного действия восемьдесят процентов, и «сгоревший» при комнатной температуре килограмм алюминия способен выдать во внешнюю цепь примерно столько энергии, сколько дает килограмм каменного угля, сгорая на воздухе при очень высокой температуре.

«Достоинств у таких источников электроэнергии много: и простота конструкции, и полная безопасность эксплуатации, и хорошие удельные энергетические характеристики, – пишет в своей статье в журнале «Наука и жизнь» К. Климов. – А недостаток, в основном, один – дороговизна анодного материала, которая определяется главным образом энергоемкостью процесса производства. Недостаток этот должен, однако, со временем уменьшаться, а благодаря последним разработкам Института металлургии имени А.А. Байкова Российской академии наук будет, вполне возможно, и вовсе устранен, и притом в самом ближайшем будущем.

Специалисты института разработали новый и весьма эффективный метод так называемых многокомпонентных химических реакций. В специально подобранной среде, обладающей одновременно ионной и электронной проводимостью, возникают при определенной температуре множественные и равномерно распределенные в объеме реактора микроэлектродные (так их называют) электрохимические реакции. С их помощью можно получать в чистом виде многие из известных элементов, в том числе металлы, и в частности – алюминий. Это делают уже сегодня, но пока в лабораторных условиях, а в качестве сырья используют обычную грунтовую глину или любое рудное сырье, содержащее глинозем.

Оксид алюминия (основной компонент глинозема) переводят при помощи хлористого кальция в хлорид алюминия и отправляют в реактор. Туда же поступают и пары металлического натрия, который получают нагреванием соды с углем. Таким образом, в реакторе образуется раствор натрия, перемешанный с расплавом алюминия, и создаются условия для одновременного возникновения множественных окислительно-восстановительных реакций. В результате этих реакций и получается жидкий алюминий. Некоторые из таких реакций идут с выделением тепла, что, разумеется, снижает энергоемкость процесса производства. Само же производство оказывается и проще, и дешевле, чем традиционный электролиз, и к тому же гораздо чище экологически».

Если промышленности удастся освоить новую технологию получения алюминия, то и он, и его сплавы станут намного дешевле. Это позволит решить сразу две задачи. Во-первых, ускорит решение проблемы автомобильного топлива. Во-вторых, кузов автомобиля можно будет производить из легкого и не поддающегося коррозии материала, что приведет к значительному снижению его веса. А снижение веса автомобиля позволит уменьшить энергозатраты при движении.

Воздушно-алюминиевые топливные элементы уже сегодня выпускаются во многих странах, в том числе и в России. Но особый интерес проявили к ним японцы. Они производят их по несколько десятков миллионов в год. Японцы не скрывают намерений в скором времени наладить выпуск электромобилей на алюминии.

Одним из пионеров внедрения этой технологии в автомобилестроение считается фирма «Мерседес-Бенц» (ныне «Даймлер-Крайслер»). В 1994 году на базе фургона ею был построен прототип автомобиля с топливными элементами «Некар-1». Спустя еще два года подобной силовой установкой оснастили пассажирский автомобиль V-класса. Новой ступенью стала премьера «Некара-3», использующего в качестве топлива метанол. Как пишет журнал «За рулем»: «Отличительная особенность этой модели – отсутствие батарей для хранения энергии. Процесс в системе происходит напрямую – при нажатии на педаль акселератора около девяносто процентов максимальной мощности доступно уже спустя менее двух секунд. Как следствие – достойная разгонная динамика машины, вполне сопоставимая с обычными дизельными или бензиновыми моделями. Что касается топлива, то применение метанола не требует каких-либо особых мер безопасности, а процесс заправки автомобиля мало чем отличается от заполнения бака бензином. Кстати, топливный бак «Некар-3» вмещает 38 литров топлива, на котором машина способна преодолеть 400 километров. Этот, казалось бы, уже неплохой результат побил «Некар-4» – следующий и наверняка не последний прототип на пути к массовой продукции.

Помимо концерна "Даймлер-Крайслер", исследования и разработку автомобилей с топливными элементами ведут многие фирмы – «Форд» и "Вольво", «Ниссан» и "Рено", "Мазда"… И хотя предстоит еще решить массу проблем на пути к серийному выпуску таких машин, по прогнозам "Даймлер-Крайслер", одна только эта компания сможет наладить выпуск от 40 до 100 тысяч штук автомобилей на топливных элементах уже в ближайшие 4-5 лет».

Ги Негр, конструктор «Формулы-1», основал фирму MDI, где занялся созданием нового двигателя – гибридного. В нем в качестве топлива, в частности, может выступать воздух!

Негр решил отказаться от классической схемы, когда все действия происходят в одном цилиндре. У него используется два: один объемом в 270, а другой в 755 кубических сантиметров. Цилиндры соединены клапанами со сферической камерой в 20 кубических сантиметров.

При работе двигателя на бензине в малом цилиндре происходит всасывание и сжатие горючей смеси, которая затем выталкивается в камеру сгорания. Там она поджигается искровым разрядом и сгорает при постоянном объеме (оба клапана камеры закрыты). Затем открывается клапан, ведущий в цилиндр расширения (большой).

У такой схемы ряд преимуществ. Фаза сгорания отделена от расширения и намного продолжительнее, чем в обычном двигателе, поэтому новый мотор может работать на предельно обедненных, медленно горящих смесях, ему не нужен глушитель, а токсичность выхлопа сравнима с обычным городским воздухом.

При работе на сжатом воздухе процессы в двигателе практически не изменяются. Казалось, цель достигнута, но Ги Негр принялся за новый двигатель и новый автомобиль. Он назвал его TOP – «такси с нулевым загрязнением». Такое название отражает концепцию: в этой машине не будет бензиновой подпитки, только сжатый воздух.

«Еще в проекте автомобиль вызвал огромный интерес не только у специалистов, – сообщает журнал «За рулем», – но и у власть предержащих. Так, в Мексике парламентская комиссия по транспорту заинтересовалась разработками французских инженеров, и после посещения мексиканцами в 1997 году завода в Бриньоле был подписан контракт о постепенной замене всех 87 тысяч такси Мехико, самой загазованной столицы в мире, машинами с чистым "выдохом". Собирать «TOP-модели» будут на месте – французы построят за океаном завод под ключ.

Предвидим возражения: дескать, для того чтобы закачать в баллоны воздух, нужна энергия, а электростанции – тоже источники загрязнений. Авторы проекта посчитали конечный КПД в цепочке "нефтеперегонный завод – автомобиль" для бензинового, электрического и «воздушного» автомобиля: 9,4, 13,2 и 20 процентов соответственно – «воздушник» лидирует с заметным отрывом.

Новый мотор во многом повторил уже обкатанный гибридный. Однако теперь поршни стали дольше «зависать» в мертвых точках (80 процентов времени) благодаря особым проскальзывающим муфтам на коленчатом валу. В цилиндр засасывается не наружный воздух, а часть выхлопа. Нет систем зажигания, впрыска топлива, бензобака. Зато под днищем аккуратно расположились четыре карбоновых (почти невесомых!) 50-литровых резервуара для сжатого воздуха. Его запаса (200 л при 200 атм.) хватает на 500 километров при скорости 40 километров в час или на 100 километров при 90 километрах в час.

При торможении энергия рекуперируется – компрессор высокого давления закачивает наружный воздух обратно в баллоны. «Заправлять» автомобиль можно двумя способами. От воздушной магистрали высокого давления – 2-3 минуты (по западным ценам всего за полтора доллара) или от электросети: тот же компрессор накачает баллоны за 4 часа – быстрее, чем заряжается электромобиль».

С 2001 года TOP должны появиться в продаже, причем по всему миру: уже продано 19 заводов мощностью 2000 автомобилей в год каждый – в Австралию, Новую Зеландию, Южную Африку, Мексику, Испанию, Францию, Швейцарию.

 

Машина «Формулы-1»

В 1894 году состоялись первые в истории автомобильные гонки по трассе Париж – Руан длиной 127 километров. К участию в них допускались автомобили с любыми двигателями. Заявки подали 102 гонщика. Однако только 21 автомобиль сумел взять старт (14 из них имели двигатели внутреннего сгорания, 7 – паровые двигатели), а закончили гонку только 13 бензиновых и 2 паровых автомобиля. Первый приз поделили «Панар» Левассора (который сам вел машину) и «Пежо» с двигателями Даймлера. Они показали среднюю скорость 20,5 километров в час.

Гонки «Формулы-1» стартовали в 1950-е годы. Сегодня машина этого класса стоит порядка 6000000 долларов. Болид «Формулы-1» – компьютер на колесах, мощности которого вполне хватит, чтобы обеспечить полет «Шаттла». Бортовая ЭВМ непрерывно фиксирует более 100 параметров. Часть информации она оставляет в своей оперативной памяти, остальную по телеметрии передает на стационарный компьютер в боксе. С его помощью механики и инженеры следят за основными параметрами двигателя – оборотами, температурой, давлением, расходом горючего, а также оценивают другие критичные характеристики – например, температуру подвески правого заднего колеса.

В общем, бортовой компьютер его помощник и друг. Но не единственный, конечно. Не забывают о пилоте и в боксах. Время от времени следуют команды по радио типа: «Мика, увеличь подачу горючего на единицу…» Или: «Дэвид, на следующем круге меняем колеса…» И команды эти безукоснительно выполняются гонщиками, которые понимают: все обсчитано, со стороны виднее…

Гоночные автомобили создаются на основе новейших технологий. Эти технологии впоследствии часто используются на обычных автомобилях. Так, дисковые тормоза и турбонаддув впервые были испытаны на гоночных автомобилях.

Корпус машин «Формулы-1» делают из сверхлегких материалов, в которые, например, входят углеродные волокна.

Базовая структура не зависит от дизайнера и состоит из трех основных узлов: кокпита, передней и задней подвесок с колесами и двигателя, сблокированного с коробкой передач. Одновременно двигатель служит и несущим элементом конструкции.

Основная часть передней подвески спрятана под носовым обтекателем. Он служит не только для улучшения аэродинамики. Вмонтированная в него толстая прочная стенка предохраняет ноги пилота в случае столкновения машины с каким-либо препятствием на трассе.

При отделке кузова обращают внимание даже на малейшие детали, способные помешать достижению максимальной скорости. Обтекаемая форма – результат кропотливых поисков инженеров и многократных тестов в аэродинамической трубе. Она значительно уменьшает сопротивление воздуха при высоких скоростях, а болиды на прямых едут быстрее трехсот километров в час, что позволяет снизить потребляемую мощность и расход горючего и, конечно же, в результате увеличить скорость.

Для того чтобы машина не теряла устойчивость на высоких скоростях сзади к корпусу крепится антикрыло. Переднее антикрыло обеспечивает машине прижимную силу.

Мощность гоночного двигателя – 850—900 лошадиных сил. Весит такой мотор около 150 килограммов, поскольку максимально облегчен за счет применения высококачественного алюминия для цилиндров, всевозможных легких, но прочных материалов для других деталей.

Жизнь мотора при сумасшедших гоночных нагрузках не очень долгая. Перед началом сезона и между гонками пилот-тестер проезжает сотни километров. На трассе за ним бдительно следит неподкупный модуль и все записывает в свой электронный «кондуит». Поэтому при малейшем «чихе» двигателя команда тут же запускает программу его тестирования. И если какой-то из диагностических тестов показывает, что в двигателе что-то не так, он тут же снимается, пакуется в красивый алюминиевый контейнер и отправляется производителю. А на автомобиль ставят запасной.

Во время гонки команде остается лишь молиться, чтобы с двигателем ничего не случилось. Его смена исключена. Другое дело шины.

На рубеже 1950—1960-х годов конструкторы гоночной техники поняли, насколько важно для скоростного автомобиля сцепление колес с дорогой. Почти полтора десятка лет с тех пор гоночные шины толстели и пухли не по дням, а по часам, пока, наконец, ширина профиля не превысила диаметр. Но тут вмешалась ФИА и ограничила размеры гоночных покрышек, повернув тем самым мысли шинных инженеров с экстенсивного на интенсивный путь. Ведь увеличить сцепление колес с дорогой можно не только за счет большего пятна контакта, но и применяя материалы большей вязкости. Так к началу 1980-х годов появились сверхмягкие шины.

Все гоночные шины похожи друг на друга больше, чем близнецы. Единственное отличие – на протектор некоторых нанесен рисунок, в то время как у других (их большинство) ровная матово-черная поверхность. Это так называемые слики – логический результат поисков увеличения максимального пятна контакта шины с поверхностью трассы. Появившиеся в 1970 году (до этого считалось, что рисунок способствует охлаждению покрышки), они теперь применяются повсеместно – не только в «Формуле-1», но и на любых других гоночных автомобилях. Понятно, что преимущества сликов могут проявиться лишь на сухой трассе. Едва пойдет дождь, как автомобиль на таких шинах превращается в настоящую «корову на льду». Для сырой погоды используется «дождевая» резина с канавками, ускоряющими расставание шины с влагой.

Современная покрышка имеет бескамерную радиальную конструкцию с каркасом из нейлонового корда различной толщины. Кордовые волокна герметизированы слоем резины, чтобы предотвратить их взаимное трение, при котором выделяется тепло. Беговая дорожка изготовлена из смеси натурального и синтетического каучука, сажи, масел и смол. Точный состав строго засекречен.

Конструкторам удалось так подобрать состав резиновой смеси, что шина буквально прилипает к трассе. Однако, как легко догадаться, такая резина недолговечна. Не потому, конечно, что действительно липнет к асфальту. Разогреваясь во время гонки, а оптимальная рабочая температура покрышки – в пределах 100 градусов Цельсия, смесь подвергается воздействию химических реакций, в свою очередь, еще более повышающих температуру внутри шины – свыше 120 градусов. Это приводит к тому, что покрышка как бы «закипает», начинает пузыриться и, в конце концов, разламывается на куски.

Еще в 1980-е годы остановки для смены колес были, в общем, случайными. Пилот заезжал в боксы на «пит-стоп», только если повредил шины во время столкновения с другим автомобилем, или съехал с трассы и на покрышки налипла грязь, или во время резкого торможения асфальт, как рашпилем, стер резину с заклинившего колеса.

Но с появлением шин разной жесткости менеджеры смекнули, что вместо одного комплекта более твердых и долговечных покрышек можно использовать мягкие сверхскоростные шины, заменив их в ходе гонки. Это дало выигрыш в несколько секунд, однако привнесло в соревнования дополнительный драматизм.

Для обслуживания автомобилей в боксах с 1994 года занято около двадцати человек. По три механика занимаются с каждым колесом, двое работают с домкратами спереди и сзади автомобиля, один поддерживает связь с пилотом, трое заправляют болид, двое дежурят с огнетушителями. Такая бригада меняет все четыре колеса и заливает в бак несколько десятков литров горючего за 10-12 секунд. Лучшее время замены колес (дозаправка тогда еще не была разрешена) было показано механиками «Макларена» в 1991 году – 4,28 секунды!

Однако до боксов еще нужно добраться – снизить скорость, заехать на «пит-лайн» («гаражный переулок»), потом вновь выбраться на трассу, пропустив мчащихся по ней соперников. В результате «пит-стопа» пилот теряет в общей сложности от 20 секунд до минуты (в зависимости от конфигурации трассы). Поэтому выигрыш от применения двух комплектов мягкой резины должен быть более тридцати секунд, иначе не стоит и огород городить.

Обилие разновидностей гоночной резины и возможность замены ее в ходе гонки привели и к отрицательным результатам. Во-первых, въезд-выезд из боксов означает известный риск и для гонщиков, и для механиков. Но главное – резко возросла стоимость «шинного сервиса».

Пилотов «Формулы-1» иногда называют гладиаторами. Действительно, риск получить увечье на трассе, а то и погибнуть, достаточно велик. Для того чтобы его максимально снизить, кокпит болида делают из особо прочных материалов. Часто во время трансляции гонок можно видеть, как при ударе в отбойник разлетаются в сторону колеса, куски корпуса машины. Кажется, пилоту не спастись, но он жив и здоров благодаря спасительному кокпиту.

Большое значение для безопасности пилота имеет его одежда. На заре чемпионатов мира, в 1950-е годы, одежда могла предохранить гонщика разве что от… легкого ветерка. Сегодняшние одежды формулистов больше напоминают одежду космонавта или пилота сверхзвукового истребителя. Стандарты Международной автофедерации, касающиеся максимального обеспечения безопасности гонщика, очень строги.

Шлем, который из простого головного убора, сделанного из папье-маше и сохранявшего, скажем, прическу, превратился в грозную защиту, превосходящую в эффективности и стальные шлемы средневековых рыцарей. Сегодняшние шлемы весят около 1,2 килограмма и втрое легче первых моделей, которые появились в 1968 году и изготавливались из фибергласа. Прозрачное забрало из материала LEXAN, в 1992 году заменившего стекло, выдерживает лобовой удар камня, пущенного со скоростью 500 километров час.

В современный гардероб пилота входит и страховочный «хомут», необходимый при перегрузках (до 4,5 g), возникающих на длинных, быстрых поворотах, где плохо тренированный пилот свободно может порвать мышцы шеи. Подшлемник («балаклава») сделан из огнеупорной ткани.

Нижнее белье и комбинезон сделаны из огнезащитного материала NOMEX – единственного разрешенного к использованию в «ателье» «Формулы-1». NOMEX гарантирует безопасность гонщика в ацетиленовом пламени: температура 700 градусов Цельсия в течение минимум 20 секунд! Даже нитки, которыми сшит комбинезон, сделаны из NOMEX.

Перчатки также из NOMEX с ладонью, отделанной кожей, обеспечивающей оптимальное сцепление с замшей руля; они сидят в обтяжку и крепятся на руке с помощью ремешков VELCRO. Гоночные ботинки сшиты из кожи и обтянутые, конечно же, NOMEX, имеют к тому же пенистые протекторы для защиты от ударов в кокпите. Подошва сделана из сильно спрессованной резины.

У каждого гонщика есть свои любимые трассы, где ему легче всего проявить свои лучшие качества. Есть легендарная трасса в Монте-Карло, на которой мечтает победить любой гонщик. И есть самая современная трасса, построенная на исходе XX века.

Трасса «Формулы-1» в малазийском Сепанге – стерильное супертехнологичное сооружение, мало похожее на классические трассы вроде Нюрбургринга или Сильверстоуна. Великолепный автодром спроектировала немецкая фирма Германа Тильке «Tilke Engineering amp; Architecture». Сегодня она практически не имеет конкурентов в этой области.

Малазийцы всего за три года завершили строительство гоночного кольца. Для этого пришлось вырубить на площади 250 гектаров банановые рощи. Вместо джунглей тут теперь трибуны с крышей, формой напоминающие банановые листья, колоссальный торговый центр и прочие радости цивилизации. Все это приправлено восточным гостеприимством, потрясающим сервисом и национальными амбициями. На строительство трассы потрачено 120 миллионов долларов.

Михаэль Шумахер охарактеризовал трассу одним словом: «заковыристая». Здесь есть очень быстрые повороты, которые гонщики проходят «педаль в пол» на пятой передаче. И есть совсем медленные, преодолеваемые на второй. Есть две 800-метровые прямые, одна за другой, где скорость за 300 километров в час. Соответственно нагрузка на тормоза – огромная, как в Монце или на немецких трассах.

Все команды и все гонщики виртуально тестировали трассу еще до первого прибытия в Малайзию в 1999 году: на компьютерных симуляторах. Рубенс Баррикелло сказал, что заранее выучил кольцо Сепанга с помощью обычной игровой приставки. Но реальность, как ей и полагается, оказалась сложнее, чем ее имитация. «Трасса выглядит более простой, чем она есть на самом деле, – говорил Ральф Шумахер после свободных заездов. – Повороты медленнее, чем они кажутся с виду, некоторые места на трассе очень скользкие».

Вообще, мнение большинства гонщиков сводится к тому, что трасса техничная, трудная, но красивая и многообещающая. «Здесь есть несколько закрытых виражей, – объясняет Эдди Ирвайн, – в которых ты не видишь выхода из поворота. Плюс к тому есть очень длинные повороты. И поскольку здесь столько поворотов разных типов, очень трудно найти правильный баланс машины. С точки зрения физической нагрузки трасса оказалась не очень трудной, и в машине прохладнее, чем снаружи».

Эдди, конечно, виднее, но после заездов гонщики вылезают из кокпитов в потемневших от влаги комбинезонах, словно только что плавали. А ведь дождя не было.

Менеджеры команд, впрочем, не устают восхищаться инфраструктурой трассы в Сепанге.

«Малайзия заслуживает самых высоких похвал, это кольцо XXI века», – говорил на пресс-конференции Эдди Джордан, владелец одноименной команды. Шеф «Макларена» Рон Денис был короток: «Трасса великолепна!»

 

Реактивный автомобиль TRUST SSC

21 августа 1991 года Эл Тиг разогнал по солончаковой равнине Бонневил (Юта, США) автомобиль собственной конструкции «Спид-О-Мотив Спирит оф 76» до 684,322 километров в час. Это на сегодняшний день рекорд скорости для автомобилей с колесным приводом.

До сих пор некоторые люди считают, что колесный привод себя не исчерпал и последнее слово он еще скажет, и вообще нет предела совершенству. Но, в любом случае, надо признать: им не сравняться по скорости с реактивными автомобилями.

Сам по себе реактивный наземный транспорт потенциально вполне безопасен, но… смотря при какой скорости. По теории, любой объект, превысивший скорость 330 метров в секунду (1188 километров в час) при стандартных условиях (то есть на уровне моря при комнатной температуре и нормальном атмосферном давлении) генерирует мощные механические колебания. Последние, естественно, достигают земли под автомобилем, затем отраженные от нее волны переменного давления ударяют в его днище…

В 1979-м Стан Барретт промчался с околозвуковой скоростью на своем Budweiser Rocket по полигону военно-воздушной базы Эдвардс. Согласно официальному отчету, задние колеса буквально отскакивали от земли и Барретта вытряхнуло из сиденья задолго до конца пробега.

Новое поколение сверхзвуковых автомобилей скорее напоминает эскадрон небольших самолетов-истребителей. Вышеупомянутая механическая вибрация гасится трубчатым фюзеляжем, а элероны не дают машине покинуть землю.

В 1983 году англичанин Ричард Нобл на реактивном Trust II официально установил наземный мировой рекорд скорости: 1019,26 километра в час. От заветного предела – скорости звука – его отделяли какие-то 169 километров в час! Но прошло пятнадцать лет, когда наконец-то мечта многих гонщиков сбылась и звуковой барьер был взят.

В борьбе за преодоление «сверхзвука» участвовало сразу несколько знаменитых гонщиков и фирм.

Арт Арфонс прославился 26 (!) моделями гоночных машин с авиамоторами. Всю серию оформлял дизайнер Джон Диэр Грин, посему она получила название Green Monster. Первый «монстр», построенный в домашних условиях в 1965 году и оснащенный турбореактивным двигателем «General Electric J79-GE-15A», принес Арфонсу и первую победу – ни много ни мало, 923,2 километра в час! В ноябре 1966-го – очередной мировой рекорд: 976 километров в час!

К преодолению нового рубежа Арфонс подготовил симпатичное, стремительное и достаточно компактное создание всего 8 метров длиной с маленьким реактивным двигателем мощностью 9000 лошадиных сил. Рама – из хромомолибденовых трубок, облаченных в кевлар и стекловолокно. Два передних колеса без шин из кованого алюминиевого сплава Alcoa расположили тандемом. Задние колеса выставили за борта, каждое на жесткой подпорке. Покрасили сей мини-монстр, конечно же, по-американски – в красное, белое и голубое.

Знаменитая фирма «Макларен» в рамках программы McLaren Advanced Vehicle подготовила проект «Maverick». Автомобиль – гигант длиной 14, шириной 8,1 и высотой 3,3 метра, весом в добрых 2,5 тонны, из которых треть приходится на «роллс-ройсовский» двигатель мощностью 36000 лошадиных сил. По расчетам инженеров, газовая турбина должна была за 40 секунд разогнать автомобиль до 1360 километров в час.

Корпус автомобиля изготовили из кевлара и углеродистого волокна. Водитель, подобно пилоту истребителя, пристегнут к эжекторному креслу, запрограммированному на катапультирование в экстренных случаях.

В отличие от большинства других сверхзвуковых автомашин, использующих профилированную подвеску, маклареновскую оснастили компьютеризованной активной, как и знаменитую машину «Формулы-1» той же компании. Инженеры убеждали: с таким «вооружением» «Макларен» легко перемахнет вожделенную планку скорости.

Крайг Бридлав – воистину великий гонщик, первый, кто преодолел предел 600, 800, а затем и 900 километров в час. С 1963 по 1970 год он пять раз становился чемпионом мира, его имя сделалось нарицательным. Затем он надолго ушел из большого спорта и жил в Калифорнии, помаленьку богатея на операциях с недвижимостью. Но ближе к шестидесяти «бравый Бридлав» снова оказался у всех на слуху, вложив шесть миллионов долларов в постройку суперскоростного авто «Дух Америки».

Экс-чемпион привлек к работе восьмерых сотрудников собственного небольшого магазина в маленьком провинциальном городке Рио-Виста. Созданное им чудище было 13,7 метров длиной, 2,5 метра шириной и весом 4 тонны. У него центральный фюзеляж и два хвостовых «крыла».

Рамы фюзеляжа, крыльев и обтекателей сварили из стальных труб. Переборки и покрытие изготовили из фирменного алюминиевого сплава Alcoa. Нос впереди кабины заострили и снабдили двумя воздухозаборниками, питающими реактивный двигатель мощностью 48000 лошадиных сил. На таком же летает истребитель F-4 «Фантом». Гордостью Бридлава были шины, изготовленные из композитного материала на основе графита, оснащенные кордовым поясом и специально рассчитанные на скорости порядка 1350 километров в час…

Однако успех пришел не к Крейгу Бридлаву, «Макларену» или Арту Арфонсу. Англичанин Нобл не мог допустить, чтобы его рекорд побил кто-то другой. Нобл разработал новую модель – Trust SSC (super-sonic car), тяговый сверхзвуковой автомобиль. Сверхзвуковым его сделали два «роллс-ройсовских» реактивных двигателя «Spey 205» общей мощностью 110000 лошадиных сил. Место водителя расположили между ними, рулевое управление самолетного типа поместили в хвосте. Передние колеса – по бокам от двигателей, четыре задних (рулевых) в шахматном порядке закреплены под хвостом. Корпус – из кевлара и углеродистого волокна.

Правда, сам Нобл за штурвал авто не сел – он великодушно уступил место пилоту английского Королевского воздушного флота Эндрю Грину, взяв на себя функции координатора-наблюдателя.

Дорожка длиной 21 километр была размечена на дне высохшего озера в штате Невада (США). Гоночная машина весом десять тонн была доставлена в Неваду на российском транспортном самолете.

И, наконец, впервые наземное средство транспорта – реактивный автомобиль – преодолело звуковой барьер. Грин на Trust SSC развил 15 октября 1997 года скорость 1227,985 километров в час. Раскатистый удар от перехода звукового барьера был слышен в городке примерно в 20 километрах от места заезда, и в домах задрожали стены.

Теперь пилот-истребитель Энди Грин представляется не иначе, как «самый быстрый человек на Земле». Историю своего рекорда он рассказывает так: «Однажды утром моя подруга Джейн читала в постели "Санди телеграф". Там рассказывалось о Ричарде Нобле, который хотел преодолеть сверхзвуковой барьер на машине. Он искал кого-нибудь, кто согласился бы ее пилотировать. "Он сумасшедший, – подумал я, а потом вдруг решил: – Если они собираются использовать двигатели Rolls-Royce Spey 202 реактивного самолета и хотят достичь скорости 1200 километров в час, то за рулем такой машины буду сидеть я". После шести месяцев испытаний я получил место.

Пятнадцатого октября 1997 года я был на трассе Black Rock Desert в Неваде, закупоренный в кокпите Trust SSC – руки стискивают руль, правая нога готова выжать педаль газа. Передо мной был самый большой тахометр со шкалой от 0 до 1000 миль в час (0-1600 километров в час). Когда мотор заработал, я понял, что удержать на прямой десятитонного монстра, который летит со скоростью ракеты, не так-то просто. Мой зад находился в десяти сантиметрах от земли, и это было кошмарное ощущение. Машина шла с сумасшедшим ускорением, увеличив скорость с 320 до 960 километров в час меньше чем за двадцать секунд. На отметке 900 километров в час стало еще хуже машина сделалась практически неуправляемой. Я помню жуткий вой воздушных волн, образовывавшихся над кокпитом, помню землю, проносящуюся подо мной с невероятной скоростью. Я проезжал километр за три секунды. Это было самое прекрасное приключение в моей жизни».

 

Современные велосипеды

По сравнению с другими видами транспорта у велосипеда есть неоспоримые преимущества. Он и дешев, и не нуждается в топливе, и не загрязняет атмосферу. А еще он очень маневрен и мобилен, что особенно важно для крупных городов, где частые пробки. И еще один бесспорный плюс: езда на велосипеде – хорошая физическая нагрузка, эффективное средство борьбы с гиподинамией – малоподвижным образом жизни. Все это способствует неуклонному росту популярности велосипеда в самых разных странах. В Голландии, например, на 14 миллионов жителей приходится около 10 миллионов велосипедов.

Прообраз современного велосипеда – селерифер (дословно «производитель скорости») впервые появился во Франции в 1791 году. Это изобретение графа Меде де Сиврака мало напоминало сегодняшнюю модель: двухколесный самокат с деревянной рамой без педалей и руля. Переднее колесо не поворачивалось, а потому ехали на нем только по прямой, отталкиваясь от земли ногами.

В 1792 году немецкий офицер, камергер и лесничий князя Баденского Карл Фридрих Дрез оснастил селерифер управляемым передним колесом.

Первый велосипед с педалями и рулем был построен в России крепостным кузнецом Артамоновым. Именно на нем первый велосипедист прикатил от Верхотурья на Урале в Москву. Толпа людей, собравшихся на Ходынском поле, с изумлением наблюдала за удивительной двухколесной тележкой Артамонова. Судьба тележки Артамонова оказалась печальной: она была присоединена к царской коллекции редкостей и вскоре забыта.

Француз Динер взял в 1818 году патент на «дрезину» в своей стране, впервые назвав ее «велосипедом», то есть «быстроногим» (от латинских слов «velox» – быстрый и «pedis» – нога).

В 1830 году немец Филипп Фишер построил экипаж с двухметровым передним колесом, снабженным педалями, и маленьким задним. Вилки колес он соединил штангой и на ней расположил седло. В том же году англичанин Киркпатрик Макмиллан усовершенствовал новинку: качающиеся педали соединил рычажным механизмом с задним колесом, которое сделал больше переднего, на оба колеса надел железные обручи. В 1853 году немец Мориц Фишер построил экипаж с педалями на переднем колесе и тормозом на заднем.

Долгое время велосипеды изготавливались из дерева. В 1867 году Каупер придумал очень легкие колеса со ступицей, висящей на проволочных спицах. В 1869 году появились велосипеды с металлической рамой. Тогда же француз Мишо впервые организовал фабричное изготовление велосипедов. Соотечественник Мишо Тевенона придумал велосипедные шины из каучука, а французский фабрикант Сюрирей впервые применил в велосипедах шарикоподшипники. Это было очень важное усовершенствование, годом позже, в 1870-м, английский изобретатель Лоусон ввел цепную передачу от педалей на заднее колесо. Скорость велосипедиста после этого настолько возросла, что он мог соревноваться с верховой лошадью.

Свой современный вид велосипед обрел в 80-90-е годы XIX века. Дублинский ветеринар Данлоп в 1885 году снабдил колеса велосипеда своего двенадцатилетнего сына пневматическими шинами из гуттаперчевого шланга, крепившимися к ободу с помощью полотняной ленты. Он же придумал клапан, позволявший легко и быстро накачать колесо, но не выпускавший воздух наружу. Мальчик ездил на этом велосипеде довольно долго, не привлекая ничьего внимания, пока один заезжий коммивояжер, пораженный легкостью хода велосипеда, не оценил его по достоинству и не указал изобретателю на ценность его находки. Только тогда, в 1888 году, Данлоп взял патент и вскоре наладил промышленное производство пневматических шин. Они быстро распространились по всему свету. Наш соотечественник Г. Иванов усовершенствовал их, предложив раздельно изготовляемые камеру и покрышку.

В 1880-е годы человечество пережило новый «велосипедный бум». С 1890 года началось бурное развитие велосипедной промышленности.

Сегодня велосипеды делят по различным признакам. По возрасту потребителей – на детские, подростковые и взрослые; по числу колес – на одно-, двух-, трех– и четырехколесные; по количеству ездоков – на одиночные, тандемы, триллеры и с большим числом мест; по предназначению – на мужские и дамские, дорожные, складные, туристские, спортивные и специальные. Кроме того, в каждой из этих групп существует собственная классификация. Так, спортивные велосипеды подразделяются на шоссейные, трековые, горные, для гонки за лидером, рекордно-гоночные и т д.

Именно в спортивные велосипеды вносятся наибольшие усовершенствования. Их конструкторы испытывают постоянное давление со стороны спортсменов: дайте машину, которая позволит хотя бы на несколько секунд опередить соперников.

В 1989 году победителем знаменитой гонки Тур-де-Франс стал американец Грег Лемонд, опередивший серебряного призера Л. Финьона всего на восемь секунд. Впервые за 77 таких гонок, устраивавшихся на протяжении 85 лет, победа оказалась столь малоубедительной.

Успех Лемонда объясняли тем, что он использовал скобообразную приставку к рулю. Это всего-навсего сложной формы трубка с мягкой обшивкой, предназначенная для поддержки локтей гонщика. Наклоняясь вперед и опираясь на нее, гонщик, не уменьшая мощности движений, улучшает свою обтекаемость.

Впервые такая приставка была изготовлена американской компанией «Профайл» в середине 1980-х годов. Испытания в аэродинамической трубе показали, что эта скоба дает гонщику выигрыш в 90 секунд на каждые 40 километров. На старт последнего этапа Тур-де-Франс (27 километров) в 1989 году Лемонд вышел, проигрывая 50 секунд Финьону. Однако скоба помогла американцу пройти этап на 58 секунд быстрей француза. И Финьон понял это. Уже в следующем соревновании в Южной Франции он применил такую скобу – и выиграл.

Происходят резкие изменения в конструкции и самой технологии производства велосипедов. С конца XIX столетия рамы делались из стальных труб. В 1930-е годы стали употребляться трубы из легированной стали. Наиболее ходовыми оказались трубы британской фирмы «Рейнолдс» из стали с молибденом и марганцем. Стыки труб обычно соединялись при помощи муфт и сваривались.

Производители начали использовать сплавы на основе алюминия, которые легче, но имеют два существенных недостатка. Алюминий из-за нагрева при сварке теряет прочность. Поэтому вместо сварки стали применять склеивание, заимствованное у аэрокосмической промышленности. Кроме того, алюминий слабее стали в смысле сопротивления повторяющимся нагрузкам, которые со временем вызывают трещины и изломы. В результате таких усталостных явлений алюминиевая рама ломается раньше, чем стальная, даже если по расчету на прочность они были равны.

Голландская команда, возглавляемая австралийским гонщиком Ф. Эндерсоном, в Тур-де-Франс 1990 года использовала сплошные (не полые) рамы, отлитые под давлением из сплава, состоящего на 91 процент из магния. Изобретатель этих рам Фрэнк Керк говорил, что они не уступают обычным рамам по жесткости и легкости, но гораздо дешевле в производстве.

Некоторые фирмы предпочли выпускать трубы из углеродного волокна, пропитанного смолами. Фирма «Лук» (Франция) стала использовать также керамические волокна в смеси с сеткой из углеродных волокон. Сегодня велосипедные рамы изготовляют, как правило, из карбона.

Среди других узлов создатели велосипедов обратили особое внимание на зубчатую передачу и педали. Цепной привод был значительно усовершенствован в 1980-е годы, когда появилась мода на горные велосипеды и велосипеды-вездеходы: приземистые, выносливые, с тяжелой рамой и широкими шинами с шипами. Конечно, езда по болотам или косогорам предъявляет совсем другие требования к шестереночным механизмам.

Японская фирма «Симано» добилась сверхвысокой точности изготовления деталей привода и увеличила число передач до 16. Просто с таким приводом не справиться. Поэтому фирма ввела еще одну новинку: рычажки переключения скорости переместила с рамы на руль и совместила их с ручками тормозов. Таким образом, гонщику не надо для переключения скорости как-либо менять свою посадку в ущерб требованиям обтекаемости. Система сначала была создана для горных велосипедов, теперь ее ставят и на гоночные. Современный немецкий велосипед «Порше» имеет, например, 27 передач.

Кроме того, особая конструкция тормозов той же фирмы позволила сократить длину рабочего хода тормозного троса, что равносильно увеличению на тридцать процентов приложенного к тормозу усилия. Это значит, что лихие гонщики могут даже позволить себе поиграть тормозом, несясь вниз по альпийскому перевалу со скоростью более ста километров в час.

Были коренным образом усовершенствованы и педали. Еще в начале XX века велосипедисты убедились, что можно ехать быстрее, если ноги привязать к педалям тесьмой. Это привело к изобретению зажимов (туклипсов) и применению ремешков для закрепления ноги в педали. Этому же способствовала жесткая обувь, подогнанная к педали.

Но зажимы имеют несколько недостатков. Например, они могут вдруг расслабиться в самый неподходящий момент. К тому же туго стянутые ремни вызывают боль и препятствуют кровообращению в ступне. Более того, иногда они могут оказаться смертельной ловушкой, так как в чрезвычайных обстоятельствах их невозможно быстро отстегнуть.

И только в 1985 году появилась педаль, преодолевшая недостатки прежних моделей. Годом раньше Бернар Тапи, французский промышленник и любитель велосипеда, купил фирму «Лук», выпускавшую лыжные крепления. Он подтолкнул инженеров взяться за создание нового типа педали, наподобие лыжного крепления. И действительно, был разработан своеобразный зажим для ноги: легкий рывок ногой в сторону – и она освобождается от педали. Такое движение нехарактерно для велогонщика, так что нечаянно это произойти не может.

Бернар Ино, лидер команды гонщиков, применил первую безопасную педаль фирмы «Лук» в 1985 году на состязании в Италии – и победил. Он даже заявил, что именно эта педаль спасла его, когда с группой гонщиков, в которой он шел, случилось происшествие. Почуяв опасность, он расстегнул зажим и поэтому сумел сохранить равновесие, в то время как другие упали.

В заключение, для примера, приведем характеристики двух велосипедов конца XX столетия.

Испанский спортивный велосипед «Мерида-маттс» используется для триала. Рама – алюминиевая. В вилке переднего колеса – амортизаторы. Ось заднего колеса жестко прикреплена к раме. Велосипед имеет 24 передачи. Он также оснащен фарой и генератором.

Рама итальянского велосипеда «Ламборджини» сделана из карбона. Колеса – со спицами. Велосипед имеет дисковый тормоз на заднем колесе. Он оснащен бортовым компьютером. Каждое колесо имеет разные подвески, переднее – телескопическое, заднее – маятниковое.

 

Современные мотоциклы

Первые самоходные двухколесные экипажи почти одновременно создали француз Луи-Гийом Перро и американец Сильвестр Роупер в 1869 году. Это были деревянные велосипеды с легкой паровой машиной. Желающих оснастить «бицикл» паровым двигателем хватало. Например, по чертежам Л. Коупленда фирма «Норторп» в 1880-е годы изготовила около 200 двух– и трехколесных паровых велосипедов.

В 1885 году немецкий инженер Готлиб Даймлер сконструировал компактный двигатель внутреннего сгорания и для демонстрации его в действии установил на деревянный велосипед. Мелкосерийное производство аналогичных самоходов в Германии освоили братья Генрих и Вильгельм Хильдебранды совместно с Алоисом Вольфмюллером. Они впервые применили на двухколесном экипаже пневматические шины и двухцилиндровый двигатель, назвав новинку мотоциклом (от латинского «мотор» – «приводящий в движение» и греческого «циклос» – «колесо»), то есть моторизованным велосипедом.

Всемирное признание к мотоциклам пришло в 1895 году, когда французские изобретатели Альбер де Дион и Жорж Бутон создали очень легкий одноцилиндровый четырехтактный двигатель внутреннего сгорания, установив его на специально спроектированную трехколесную конструкцию. Получился трицикл «Де Дион-Бутон». По лицензии этой фирмы и зачастую с ее моторами трициклы строили во многих странах. В России в конце XIX – начале XX века они выпускались в течение десяти лет.

В 1897 году русские журналисты Евгений и Михаил Вернеры освоили во Франции изготовление велосипедов с легким моторчиком, закрепленным над передним колесом, с приводом на него через ременную передачу. В 1898 году на мотоциклах чешской фирмы «Лаурин-Клемент» двигатель внутреннего сгорания расположили, как на самоходе Даймлера. Это взяли на вооружение другие конструкторы при создании новых моделей. Среди пионеров мотоциклостроения были заводы «Нортон» (Англия), «Пежо» (Франция), НСУ (Германия), «Лейтнер» (Россия), «Харлей-Дэвидсон» (США), «Ямаха» (Япония).

К 1925 году более ста заводов в мире выпускали мотоциклы. Их конструкции столь различались, что понадобилась классификация. В ее основу лег рабочий объем двигателя. Так выделили три класса моторов: легкий – до 300 кубических сантиметров, средний – от 350 до 650 и тяжелый – более 750.

Сегодня принята другая классификация. В ней принимаются во внимание два важнейших критерия: назначение машины и ее компоновка. Руководствуясь ими, например, журнал «Мир мотоциклов» выделил следующие основные классы: мотовелосипеды, минибайки, мопеды, скутеретты, мотороллеры, стандартные или «классические» мотоциклы, чопперы, спортбайки, туристские мотоциклы, мотоциклы двойного назначения, мотоциклы специального назначения, спортивные мотоциклы, мотоциклы с колясками, мотовездеходы.

Мотовелосипеды – простейшие представители мира мотоциклов, они отличаются от обычных велосипедов наличием «подвесного мотора», в качестве которого все чаще применяют не традиционный тепловой, а электрический двигатель.

Минибайк представляет собой маленький мотоцикл на миниатюрных, обычно не более чем 13-дюймовых, колесах. Для минибайков характерна очень плотная, даже по мотоциклетным меркам, компоновка. Чаще всего применяется хребтовая рама с подвешенным к ней снизу двигателем.

Термин «мопеды» образован от слов «мотор» и «педаль». Это моторизованное транспортное средство со вспомогательным педальным приводом. Правда, в последнее время многие фирмы отказались от педального привода, вместо него моторы получили кик– или электростартеры. При этом сами машины благополучно сохранили все прочие признаки «мопеда»: хребтовую раму, изогнутую так, что образуется внушительный проем, и подвешенный к ней снизу двигатель.

Скутеретты можно перевести с английского как «шагать через». В техническом отношении скутеретта представляет собой машину, переходную от мопеда к мотороллеру. Для нее характерны развитые облицовки, но двигатель с единственным горизонтальным цилиндром расположен между ног водителя. Через него и приходится «шагать», садясь на машину.

Мотороллеры по другому называют скутерами. Их двигатель смещен назад, под седло, благодаря чему спереди появляется место для ног водителя. Вторая особенность – наличие кузова, состоящего из полностью капотирующих двигатель облицовок и защищающего ноги водителя настила, переходящего в передний щит.

Мотоциклы, сохраняющие классическую простоту стиля – это стандартные классические мотоциклы. Спектр вариантов стандартного мотоцикла чрезвычайно широк: от простой машины малого рабочего объема, которая является лишь повседневным транспортным средством и вполне заслуживает названия «рабочей лошадки», до мощного большого двухколесного экипажа, выполненного на самом высоком уровне современной техники. Специфическая группа – неоклассики, то есть мотоциклы, нарочито стилизованные в духе прошедших времен.

Группу мотоциклов, выполненных в «американском» стиле, называют чопперы, а также круизеры. Такие мотоциклы определяются максимально комфортной посадкой: прямой, с вынесенными вперед подножками. Для обеспечения такой посадки руль высоко поднят, а седло двухуровневое. Вылет передней вилки увеличен, а заднее колесо – широкое, но небольшого диаметра. Другие приметы стиля: каплевидный бензобак и обилие хромированных поверхностей.

Мотоциклы двойного назначения предназначены для движения как по дорогам, так и по бездорожью. Их отличают высокий силуэт, обусловленный большим дорожным просветом и длинноходовыми подвесками, узкая и жесткая рама и шины с более или менее внедорожным рисунком протектора.

Название «мотоциклы специального назначения» предполагает, что мотоцикл создан для специфических целей. В прошлом эта категория была куда обширнее, сегодня в ней остались мотоциклы двух групп: армейские и полицейские. Первые, как правило, представляют собой вариант мотоциклов двойного назначения, вторые же – это стандартные или туристские мотоциклы, на которых установлено специальное оборудование.

Спортивные мотоциклы предназначены исключительно для участия в спортивных соревнованиях. Естественно, классификация их производится в соответствии с дисциплинами мотоспорта, а именно: гоночные (для шоссейно-кольцевых гонок, иногда их называют также «дорожно-гоночными»); кроссовые; эндуро, или «мотоциклы для многодневки»; триальные; мотоциклы для ралли-рейдов и другие.

К любому мотоциклу можно присоединить боковой прицеп – коляску. Сегодня для этой цели принято выбирать мотоциклы, обладающие хотя бы небольшим запасом мощности. Более экзотичны конструкции, изначально спроектированные как одно целое с боковым прицепом, одетые в единый кузов.

Мотовездеход – это, как правило, машина на четырех колесах. К мотоциклам ее причисляют из-за посадки водителя и характерных органов управления. Существуют и трехколесные, но их доля на рынке невелика. Вездеходные качества машин обеспечиваются широкопрофильными шинами низкого давления, тяговитыми двигателями, большими передаточными числами трансмиссии, а иногда и приводом на все колеса.

У туристских мотоциклов есть характерные особенности – прямая, почти как у чопперов, посадка, огромный обтекатель, полностью защищающий водителя от потока набегающего воздуха, и объемные багажные кофры. Это наиболее комфортабельная категория мотоциклов, предназначенная для дальних поездок по дорогам высокого качества. К туристским мотоциклам близко примыкают мотоциклы спортивно-туристские, а также варианты стандартных мотоциклов с более развитыми обтекателями и багажниками.

Яркий пример «Дукати-ST2» – крепкая универсальная машина, учитывающая специфические запросы туристического рынка. Изогнутое ветровое стекло обеспечивает превосходную защиту от ветра на высоких скоростях. При этом оно не создает чрезмерного шума, да и необходимость в особой регулировке для высоких водителей отсутствует. Седло весьма комфортабельно, а зеркала красивы, обтекаемы и функциональны.

V-образный мотор-двойка передает характерную вибрацию на подножки, но это не слишком докучает седоку – руль совсем не дрожит, благодаря специальным грузам на концах рукояток. Двигатель «ST2» работает плавно и тихо, укладываясь в требования европейских норм.

Тому способствуют и «учтивые манеры» десмодромного (с принудительным закрытием клапанов) двигателя с двухклапанными головками цилиндров, получившего жидкостное охлаждение, и новейший вариант системы впрыска топлива «Вебер-Марелли». Он имеет также цилиндры большего диаметра, так что рабочий объем вырос до 944 кубических сантиметров.

На двигателе «Дукати-ST2» применены короткие впускные патрубки с одной форсункой на цилиндр. В сочетании с перенастройкой процессора и измененными фазами газораспределения эти перемены позволили двигателю уверенно чувствовать себя в зоне высоких оборотов. Двигатель «ST2» превосходно набирает 9000 оборотов в минуту и выходит на режим 9800 оборотов в минуту, а затем срабатывает ограничитель.

«Благодаря хорошему поведению двигателя на высоких оборотах, – пишет в журнале «Лимузин» англичанин Алан Аткарт, – он не испытывает нужды в двух повышающих передачах шестиступенчатой коробки передач. Объявленная компанией максимальная скорость 225 километров в час выглядит вполне реалистично, в отличие от показаний спидометра. Должен признаться – мне совершенно не нравятся безликие жидкокристаллические дисплеи – нет, приборы на «Дукати» должны иметь белые циферблаты! Оставьте эти электронные штучки на потеху японцам.

Совершенно новая пространственная трубчатая рама «ST2» изначально спроектирована под более массивный и мощный четырехклапанный мотор, поэтому в нынешнем варианте она обладает огромным запасом прочности. Обе подвески имеют полный набор регулировок – на сжатие, отбой и по предварительному поджатию пружины. Это жизненно важно для любого туристического мотоцикла – тем более, когда регулировки производятся так легко, так на "Дукати".

Наибольшее впечатление на меня произвели тормоза – два диска «Брембо» диаметром 320 миллиметров из нержавеющей стали. До сих пор мне не встречались стальные диски, способные сравниться с прежними чугунными (производство последних прекратили по чисто эстетическим причинам – они ржавели после дождя). Но эти тормоза превосходно останавливают машину в любых условиях и достаточно чувствительны при слабом нажатии на рычаг – что до сих пор было слабым местом стальных дисков. Задний 245-миллиметровый диск «Брембо» так же чувствителен и разумно эффективен. Только не тормозите резко со сбросом газа – заднее колесо окажется в воздухе!»

Самые мощные и динамичные представители двухколесного племени – спортбайки. Пожалуй, главное их отличие – посадка. Но, в противоположность чопперной, она очень напряженная, скоростная: корпус водителя сильно наклонен вперед, а подножки отнесены назад, так что при медленной езде немалая часть веса приходится на руки. Вторичный признак – большой обтекатель в стиле «Гран-При», а его отсутствие указывает на то, что спортбайк выполнен в стиле «голая сила».

Сердце любого спортбайка – мотор. Как правило, рядный четырехцилиндровый четырехтактный агрегат – по соображениям компоновки и развесовки, ведь надо загрузить переднее колесо, – наклонен вперед. Имеются два верхних распределительных вала, четырехклапанные головки цилиндров, жидкостное охлаждение. Рядная «четверка» – наилучший компромисс: ведь чем меньше рабочий объем каждого цилиндра, тем лучше удается организовать процесс сгорания. К тому же такая схема неплохо уравновешена и вибрации минимальны. Если же увеличить число цилиндров до шести или восьми, то, помимо излишней сложности мотора, возникнут проблемы с его компоновкой. Да и тяговые возможности в многоцилиндровых двигателях хуже.

Для современных спортбайковских моторов и 13000 оборотов в минуту – не предел. Следовательно, внутреннее трение в двигателе становится главным его врагом. Борются с ним несколькими способами. Во-первых, увеличивают соотношение диаметра цилиндра к ходу поршня. Ведь чем меньшую дистанцию пробегает поршень за каждый ход, тем меньше его скорость. Во-вторых, делают гильзы двигателя из металлокерамики или вообще заменяют их никель-кремниевым напылением на стенки цилиндров. Даже идут на уменьшение рабочей поверхности коренных подшипников.

Зажиганием управляет бортовой процессор, учитывающий не только обороты двигателя, но и желания водителя – для этого специальные датчики отслеживают положение дроссельной заслонки. Причем для крайних цилиндров характер изменения опережения зажигания иной, чем для средних – из-за разницы в тепловом режиме. Катушки зажигания все чаще встраивают в колпачки свечей.

Непременная принадлежность современного спортбайка – система «прямого впуска», которая, в сущности, представляет собой инерционный наддув. Воздухозаборники системы питания выводятся в лобовую часть обтекателя – туда, где давление набегающего воздуха максимально. Так что свежий заряд кислорода прямо-таки с силой заталкивается в мотор. Конечно, проявляется этот эффект лишь на скорости выше 80 километров в час, но ведь спортбайки медленнее жить не умеют.

Прибавка весьма значительна. К примеру, двигатель «Ямахи V2P-P6» на стенде выдает лишь 100 лошадиных сил, а на дороге – 120! Сто двадцать лошадиных сил при шестистах «кубах» – это 200 лошадиных сил на «литр». Почти как у моторов «Формулы-1»!

Совсем недавно большинство байков ездили со стальными рамами. Сегодня чаще всего используются алюминиевые сплавы – и для рамы, и для маятника задней подвески. Вес для спортбайка – это все! Чем легче мотоцикл, тем он быстрее разгоняется, тем охотнее ложится в поворот. Основная масса стянута к центру тяжести машины. Чем меньше полярный момент инерции – тем более юрким становится мотоцикл.

Жесткость – второе по важности ключевое требование к конструкции ходовой части. Рама – прямая диагональ от рулевой колонки к узлу крепления задней подвески. Сам маятник выступает продолжением рамы (и весит, кстати, почти столько же, как и она). В силовую структуру ходовой части включен и сам двигатель. Хода подвесок достаточно скромные – около 120 миллиметров. Комфорт принесен в жертву контролю.

Что требуется от подвесок при таком жестком подходе? При перемещении колеса в позиции, близкой к нейтральной, оказывать минимальное сопротивление, чтобы мотоцикл ни на секунду не терял контакта с дорогой. И наливаться силой при больших ходах. Отсюда и прогрессивная характеристика задней подвески – специальный рычажный механизм обеспечивает изменяемое передаточное отношение в системе «колесо – амортизатор». Обе подвески обладают полным набором регулировок – можно откорректировать под дорожные условия и вес седока, и предварительное поджатие пружины, и гидравлическое усилие сжатия и отбоя.

И, конечно же, мощнейшие дисковые тормоза – два диска по 300 миллиметров диаметром спереди, один сзади, привод – гидравлический. Чтобы тормозилось получше, скобы передних тормозов делают четырех– и даже шестипоршневыми.