понедельник, 28 марта 2016 г.

.технологии гиперпоезда (HyperLoop) "40 лет в обед"

предыстория hyperloop - проекты1975 года
Интересно4ТО широко разрекламированный проект "Hyperloop" (Гиперпетля) идея якобы Илона Маска - хорошо забытое старое. Наверно, все причастные к публикациям люди либо слишком юны (чтобы не помнить), либо весьма близоруки и обладают узким кругозором. Не далее как 40 лет назад американские и западногерманские (да, времен разделенной Германии) предлагали уже поезда будущего, которые должны были быть запущены между Лос-Анджелесом и Сан-Франциско. Вот как эти проекты описывает Феликс Патури в своей книге "Зодчие XXI века":
Более подробно я остановлюсь на проекте Ренсельского политехнического института (США), который нашел широкий отклик в международных кругах специалистов, и проекте Института Лайнга, весьма примечательном во многих отношениях. Работа над большинством остальных проектов вряд ли будет продолжена, поскольку при значительно больших затратах их реализация не дает существенного выигрыша в сравнении с поездами на магнитной подвеске, уже прошедшими стадию опробования. Что касается двух упомянутых моделей (максимальная скорость около 1000 км/ч), то они весьма и весьма отличаются от всех остальных наземных средств транспорта.
Автор американского проекта Джозеф Ф. Фоа предлагает строить такие
поезда, которые бы перевозили пассажиров, мчась с громадной скоростью в воздушной среде гигантских труб, проложенных в земле (см. ил. 94 и 95).

Илон Маск бессовестный плагиатор у Джозефа Фоа
В движение поезд приводится очень просто: тягу создает пропеллер, который гонит воздух вдоль поезда назад. Наиболее эффективным для этого вида транспорта оказывается «криптостатический» двигатель. Основную деталь его лишь с большой натяжкой можно назвать пропеллером, ибо лопастей воздушного винта, сделанных из твердых конструкционных материалов, здесь просто-напросто нет. Их функции выполняют вихревые воздушные поверхности. Управление поездом, мчащимся по подземной трубе, также сравнительно просто. При больших скоростях потоки воздуха, обтекающие поезд со всех сторон, образуют воздушную подушку, которая не позволяет ему касаться стен туннеля. Узкие несущие поверхности, устанавливаемые в верхней и нижней частях вагона, существенно увеличивают этот эффект.
Чтобы остановить поезд, машинисту достаточно выключить двигатель. Подобно поршню в цилиндре, поезд сжимает слои воздуха, находящиеся перед ним. Пройдет еще немного времени — и сопротивление воздуха заставит его остановиться. До сих пор, однако, не решена еще проблема подвода энергии к двигателю. Поскольку при своем движении поезд ни одной своей стороной не касается стен туннеля-трубы и, кроме того, в зависимости от скорости движения под разным углом наклона входит в поворот, обеспечение двигателя электроэнергией с помощью рельсов или верхнего контактного провода полностью исключено. Можно было бы установить на его борту емкость для жидкого топлива. С технической точки зрения это сделать совсем не сложно. Однако выхлопные газы, которые дает любой двигатель внутреннего сгорания, исключительно быстро отравят атмосферу в туннеле-трубе. Единственно возможный путь решения проблемы — передача энергии с помощью микроволн, которые, подобно радиоволнам, будут свободно распространяться внутри трубы и попадать на принимающую антенну, установленную на поезде. Разработок подобной системы на свете пока не существует. В общем и целом достоинствами американского проекта являются: высокая надежность, относительно невысокая стоимость устанавливаемого оборудования, высокая скорость сообщения при плавном ходе и низкий уровень эксплуатационных расходов.
Совершенно иной принцип положен в основу проекта трубо-поезда, разрабатываемого Институтом Лайнга. Принципиальное отличие заключается в том, что туннель-труба заполняется здесь не атмосферным воздухом, а сильно разреженными водяными парами. Давление внутри туннеля составляет всего 1/60 атмосферного давления. Столь разреженной атмосфера Земли бывает на высоте 45 км. В силу этого поезду практически не нужно преодолевать сопротивления воздуха. При высоких скоростях данное обстоятельство позволяет экономить большое количество энергии: надо иметь в виду, что при нормальном атмосферном давлении увеличение скорости движения вдвое требует возрастания мощности тяговых двигателей в восемь раз!
Но почему в таком случае изобретатель предлагает использовать сильно разреженный и насыщенный водяной пар, а не просто атмосферный воздух? Он объясняет это тем, что в атмосфере разреженного водяного пара скорость распространения звука на 1/3 выше, чем в воздухе. «По этой причине,— объясняет Н. Лайнг,— поезд может развить гораздо более высокую скорость, не преодолевая со страшным грохотом звукового барьера». Само собой разумеется, что в практически пустой трубе не может идти никакой речи об использовании принципа воздушной подушки. Поэтому поезд Лайнга не может обойтись без рельсового пути. Проект предусматривает, что он будет скользить по полому хромированному рельсу, опираясь на него с помощью специальных скобообразных захватов (см. ил. 96).
проект сверхзвукового поезда в разреженной водной среде
Для того чтобы не возникало чересчур большого трения, изобретательный физик и здесь предложил нечто необычное: направляющие «башмаки» будут скользить на водяной подушке, совершенно не касаясь направляющего рельса.
Новые подшипники жидкостного трения обладают удивительными свойствами. Суммарные потери на трение шести таких подшипников, на которых с громадной скоростью —750 км/ч — будет нестись 300-тонный поезд Лайнга, едва ли превысят потери от сопротивления движению сильно разреженной пароводяной атмосферы! Импульсный поезд западногерманского изобретателя, набравший скорость 100 км/ч, в состоянии без дополнительных затрат энергии, т. е. с выключенным двигателем, пробежать, не останавливаясь, 1200 км. Самолет такого же веса, летящий на высоте 3500 м над уровнем моря, вынужден преодолевать такое сопротивление воздуха, величина которого в 30 раз превышает суммарное сопротивление трения подшипников, а также встречного потока разреженных водяных паров в транспортной системе Лайнга. Естественно, ему приходится тратить на это в 30 раз больше энергии.
Еще более необычно выглядит двигатель этого сверхскоростного средства транспорта. Выше я уже говорил о том, что линейный электродвигатель — это в принципе не что иное, как самый обычный электромотор с развернутой обмоткой. То же самое Лайнг сделал и с водяной турбиной, рабочий орган которой — ротор — приводится в движение водяными струями, поступающими через направляющие аппараты на криволинейные лопатки, закрепленные по окружности ротора. Эти самые лопатки изобретатель установил линейно вдоль всей нижней части корпуса своего поезда. Направляющие сопла, через которые поступает вода под давлением, устанавливаются жестко на донной стенке туннеля-трубы. Впрочем, их устанавливают не по всей его длине, а лишь начиная с 7-го километра после каждой станции. Мощные струи воды приводят поезд в движение. Вода стекает вниз, в водосборник, откуда откачивается для повторного использования.
Создается впечатление, что все описанное выше — громадная детская игрушка. Однако видимость обманчива. Речь здесь идет о «развернутом» линейном варианте полностью оправдавшей себя на практике турбины Пелтона, о двигателе, обладающем на сегодняшний день самым высоким
турбина Пелтона
к. п. д. Он позволяет полезно использовать почти 95% энергии водяной струи! Разумеется, чтобы получить эту водяную струю, надо затратить энергию, а электромоторы и насосы работают не так эффективно. Но в общем и целом затраты энергии на ускорение поезда Лайнга крайне низки.
Привлекают в проекте Лайнга не только незначительное встречное сопротивление и низкий уровень затрат энергии на приведение поезда в движение. Самое главное здесь еще впереди. В проекте Фоа не предусмотрено использование громадных количеств энергии, которые выделяются при торможении мчащегося с громадной скоростью поезда на подходе к станции. Они безвозвратно теряются. Иное дело поезд Лайнга. На дне туннеля-трубы перед каждой станцией прокладывается желоб, заполняемый водой. Его протяженность — около 12 км. При подходе к станции в воду опускаются из нижней части корпуса поезда водозаборные и одновременно тормозные раструбы, наклоненные вперед. По ним вода под высоким давлением поступает в специальные резервуары, заполняемые частично водой, а частично газом. Поступающая из желоба вода сильно сжимает газ, одновременно нагревая его. Это тепло отводится в латентный аккумулятор тепловой энергии (см. с. 169). Но вот кончилось время стоянки поезда, ему следует покинуть станцию. Машинист приводит в движение водяной двигатель самого поезда. Сильно сжатый газ, расширяясь, выбрасывает через сопла, установленные в конце поезда, воду — возникает реактивная тяга. В процессе расширения газ охлаждается. Но во избежание чрезмерного охлаждения он подогревается за счет тепла, накопленного латентными аккумуляторами. Таким образом, практически вся энергия, возникающая при торможении поезда, используется затем для его ускорения. Наибольший объем работы по разгону поезда выполняют сопла, установленные в туннеле сразу после конечной станции. На всем остальном пути следования они работают с меньшей нагрузкой, поскольку разгон поезда после окончания стоянки на очередной станции осуществляется с помощью установленного на нем водяного двигателя. Возможно, что на практике функционировать будет лишь часть этих сопел.
Из всего сказанного выше и сравнения поезда Лайнга с другими проектируемыми средствами транспорта можно сделать следующие выводы:
1. Если добираться из одного города в другой, находящийся от первого на расстоянии 450 км, обычными поездами дальнего следования, это займет четыре часа. Самолет позволит сократить это время до двух часов (включая путь до аэродрома в том и другом городе). Поезд на магнитной подвеске покроет это расстояние за один час и 15 минут, а поезд Лайнга — всего за 36 минут.
2. При прохождении одного и того же отрезка пути различные средства транспорта расходуют на перевозку одной тонны полезного груза следующие количества энергии (в кВт/ч электроэнергии) : самолет —332; поезд на магнитной подвеске — 200;
обычный поезд дальнего следования —22,5; поезд Лайнга —13,5.
Эта концепция нового транспортного средства, несомненно, экономически выгодна. К тому же ее реализация не внесет нежелательной дисгармонии в окружающую среду. Проект заслуживает того, чтобы на его основе человек создавал следующее — ближайшее — поколение средств сообщения. Кому захочется пересаживаться с собачьей упряжки на более дорогого осла, если ему одновременно предложат и более дешевую верховую лошадь. Одного аргумента, состоящего в том, что сейчас, мол, лошадь не нужна, а потому можно обойтись и ослом, уже недостаточно.

 Источник цит по кн. Феликса Р Патури "Зодчие XXI века" С, 197-202.
PS так как некоторых читателей смущает заглавная картинка я приведу еще две, которые находятся по термину hyperloop

их можно много и долго приводить, благо ТО всего лишь проект, никто ничего не обещал как это будет на самом деле
илл. с сайта экоконцептавто (ecoconceptcar).


 ЕЩЕ ПО ТЕМЕ:
- Разоблачения шоумена И.Маска, то же с интересными комментами на портале Гоблина и, кажется, оригинал статьи (с поправками от 1.07.16);
- Странное дело, близорукие СМИ РФ уже назвали Э.Маска автором идеи гиперпоезда, а РЖД даже заинтересовалось (распил?);
- Иные авторы лишь на 2045 год планируют вакуумный тоннель Танжер-Гибралтар;
- Заглавная иллюстрация с сайта викимедиа, экоконцепткар.