Приветствую вас, уважаемые подписчики и гости моего канала! Скорость поезда - один из главных параметров на железной дороге. Скорость поездов принято считать по-разному, помимо очевидной мгновенной (с которой в данный момент времени мимо вас проезжает поезд), а также конструкционной (то есть максимальную, которую данный подвижной состав может развить по условиям безопасности), существуют ещё:
- Ходовая - средняя скорость, то есть определенный путь пройденный за определенное время, но без учета времени, потерянного на разгоны и торможения, а также на стоянке
- Техническая - тоже самое, но с учётом разгонов и торможений
- Участковая - аналогично предыдущей, но также с учетом времени, потраченного на стоянки
- Маршрутная - при расчёте берётся полное время от формирования поезда до его расформирования
Но где предел? Почему поезда до сих пор не летают по рельсам, условно, со скоростью 1000 км/ч? И какая скорость на рельсах считается максимально безопасной с точки зрения инженерной науки? В этой статье кратко пробежимся по основным тезисам из отечественных и зарубежных научных трудов.
На сегодняшний день самая высокая эксплуатационная скорость поездов в мире - около 350 км/ч. Именно с такой скоростью ходят составы в Японии («Синкансэн»), Китае, Франции (TGV), и Германии (ICE). В России максимальная допустимая скорость, как по условиям конструкционной скорости подвижного состава, так и скорости на конкретном участке, составляет 250 километров в час. Такую скорость развивает «Сапсан» на участках Спирово - Калашниково (Тверская область) и Малая Вишера - Бурга, а также Боровёнка - Торбино (Новгородская область).
Рекорды, очевидно, выше:
- 574,8 км/ч - абсолютный рекорд скорости на рельсах (TGV, Франция, 2007 год).
- 603 км/ч - рекорд на магнитной подушке (маглев JR L0, Япония, 2015 год).
Однако ни один из этих рекордов до сих пор не стал нормой. Скорость поезда - это не только мощность двигателей, но и сложный компромисс из десятков факторов. Перечислим ключевые ограничения.
Аэродинамическое сопротивление
Когда поезд едет со скоростью до 200 км/ч, основное сопротивление — это трение между колёсами и рельсами. Однако, уже на отметке 300 км/ч аэродинамика становится определяющим фактором.
По данным немецких исследователей из Технического университета Дармштадта, при скорости 350 км/ч до 85% всей энергии уходит на борьбу с воздухом. И это сопротивление растёт не линейно, а в квадрате скорости. То есть - при 300 км/ч расходуется X энергии на преодоление сопротивление воздуха, а при 600 км/ч - уже 4X.
Особенно опасны аэродинамические удары при въезде в тоннели: резкое сжатие воздуха перед поездом создаёт ударную волну. В Японии даже разработали особую обтекаемую форму носа (проект Shinkansen 500), чтобы минимизировать эффект.
Устойчивость в кривых
На скорости более 400 км/ч даже малейшая неровность пути или боковой ветер может стать критичной. Чем выше скорость, тем сильнее центробежная сила в кривых, особенно при радиусе менее 10 км. Это может привести к сходу с рельсов, повышенному износу колёс и рельсов, а также к дискомфорту у пассажиров.
Исследования, проведённые в МИИТе говорят о том, что на скорости более 400 км/ч даже боковой ветер 20–30 м/с может вызвать критическое отклонение состава от устойчивой траектории. В Китае на некоторых участках магистралей были установлены специальные ветровые заграждения - без них безопасная эксплуатация на скорости 350 км/ч оказалась невозможной.
Износ инфраструктуры
Очевидно, что чем выше скорость - тем больше вибрации, нагрузка на рельсы, шпалы, контактную сеть. По данным ОАО «РЖД» и ЦНИИС, при переходе от 250 км/ч к 350 км/ч расходы на текущий ремонт увеличиваются в 2,7 раз, а интервалы обслуживания сокращаются почти вдвое.
Особенные требования выдвигаются к контактной сети: при скоростях выше 300 км/ч требуется особое натяжение провода, с целью обеспечить надёжный токосъём. В проекте ВСМ Москва - Казань специально закладывались новые типы опор и подвески контактной сети именно из-за этого.
Шум, давление и комфорт пассажиров, а также местных жителей
Когда поезд движется со скоростью свыше 300 км/ч, уровень шума может превышать 95–100 дБ - сравнимо с бензопилой. Это, очевидно, мешает жителям близлежащих к высокоскоростной магистрали территориям, снижает комфорт пассажиров, а также требует дорогостоящей шумоизоляции. Чего уж говорить о скоростях более 400-т километров в час.
Энергопотребление и экология
Скоростной поезд — это один из самых энергоэффективных видов транспорта. Но, увы, эффективность падает с ростом скорости. По расчётам Международного союза железных дорог (UIC), при переходе от 300 км/ч к 360 км/ч:
- расход электроэнергии увеличивается на 45%
- выбросы CO₂ (при грязной генерации) - на 35%
Ну а, следовательно, снижается и экономическая окупаемость. Помимо более экономичных видов тягового привода, требуется также и, так сказать, энергоэффективная магистраль - необходимость в торможениях при движении по которой сводится к нулю (помимо, конечно же, остановок на станциях).
В заключение
Суммируя всё написанное выше, скорости 350 - 360 километров в час на железной дороге являются разумным потолком с точки зрения современных технологий. Дальнейшее увеличение скоростей возможно лишь при применении магнитной левитации, либо Hyperloop. Ну, либо произойдёт какая-то революции в материалах.
Впрочем, это больше касается ведущих железнодорожных держав с точки зрения скорости (Китай, Япония). В России же, на данный момент, задача построить магистраль и создать подвижной состав, который сможет развивать те самые 350 километров в час.
Для удобства подписчиков в Телеграме создан канал, объединяющий несколько Дзен-каналов (в том числе и мой) по теме транспорта. С его помощью вы можете не только быстрее увидеть новые статьи, но и найти канал в случае автоматической отписки, что иногда бывает. Рекомендую подписаться!