Чи справді необхідно розділяти транспорт на міський, міжміський, для бездоріжжя? Чи не краще створити якийсь універсальний, щоб можна було використовувати його скрізь?
Потрібно сказати, що таких спроб за історію техніки налічується чимало. Але життя показує їх неспроможність. Пошук чого-небудь універсального, підходящого на всі випадки життя, заздалегідь приречений на невдачу, як мрія про панацею — ліки від усіх хвороб.
Єдиним універсальним видом «транспорту» у людини здавна були… його власні ноги. Навіть приручені людьми коні, бики, олені та інші «транспортні» тварини одразу ж отримували свою спеціальність: вантажні або верхові, для гірської місцевості або пустель тощо.
Ось чому перед тим як заглянути в майбутнє міського транспорту, подивимося, які ж особливості та типові риси властиві йому, відрізняють його від інших видів? Незважаючи на те що міський транспорт буває не лише наземним, але й схованим під містом або піднятим над вулицями, йому властиві спільні риси.
Так, наприклад, перед ним не стоїть проблема бездоріжжя, дозаправки паливом тощо. Є й більш істотні для перспектив конструювання особливості. Так, міський транспорт має обмежену дальність дії. Якщо це легковий автомобіль, він більшою частиною використовується для поїздок на роботу. Автобус, тролейбус, потяги метро, пройшовши порівняно невеликий шлях, повертаються до місця старту. Отже, шлях міського транспорту між можливими точками відновлення енергетичних витрат обмежений.
А — фургон, Б — легковий автомобіль.
Далі, для всіх транспортних засобів у межах міста характерні часті розгони та зупинки. Автобус, наприклад, на маршруті зупиняється в середньому через кожні 300 м. Це диктує свої умови — скажімо, інтенсивності розгону та гальмування.
Автомобілі індивідуального користування повинні бути компактними, маневреними, економічними, разом із громадським транспортом — що дуже важливо — не забруднюючими атмосферу шкідливими викидами: для міського транспорту така вимога — особливо гостра проблема. Йому задовольняє існуючий наразі електричний транспорт, але він прив’язаний до свого маршруту, має й інші недоліки.
Якими ж шляхами піде розвиток міського транспорту? По-перше, вирішальна роль буде відводитися громадським його видам. Свого часу в багатьох капіталістичних країнах, особливо в Америці, зробили наголос на індивідуальний транспорт у містах і в останні роки змушені терміново виправляти становище. Це й зрозуміло: місткість автобуса при займаній ним площі незрівнянна з індивідуальними автомобілями, не кажучи вже про завантаженість ними проїзної частини вулиць.
Які ж зміни зазнає громадський транспорт майбутніх міст? Насамперед вони стосуватимуться, безсумнівно, двигуна. Він повинен стати максимально економічним та безпечним. Ось тут-то на допомогу і прийдуть двигуни на акумульованій енергії та двигуни-гібриди.
А — схема: 1 — маховик, 2 — муфта, 3 — редуктор, 4 — варіатор, суміщений з диференціалом; Б — загальний вигляд маховичного автомобіля Д. Рабенхорста (США).
Перспективним транспортом стане, очевидно, електромобіль. В останні 10—15 років преса часто звертається до машин з подібним джерелом енергії. Однак поки що їм не вдається відтіснити двигуни внутрішнього згоряння. І не випадково — у нового транспорту чимало ще не вирішених проблем.
Як влаштований електромобіль? Головною його частиною є акумулятори або інші джерела електричної енергії, наприклад, паливні елементи. Колеса машини приводяться в рух електромотором, одним або кількома; силовий агрегат буває й вбудованим у самі колеса, утворюючи так зване «мотор-колесо». Основну складність конструктори відчувають, пов’язуючи двигун та джерела струму з системою управління: вона все ще досить складна.
Яким чином керують моторами діючого міського електротранспорту — трамваїв, тролейбусів? В основному за допомогою реостатів: в ланцюг вводяться опори — швидкість руху знижується, виводяться — швидкість зростає. Але такий «дідусевий» спосіб непридатний у сучасних умовах: адже реостати переводять найціннішу енергію в марне тепло. Що ж, і на електромобілях переводити в тепло енергію, запасену в акумуляторах? Тут потрібні інші способи, і вони вже знайдені і навіть почали застосовуватися в міському транспорті. Йдеться про так звані тиристорні системи управління. Суть їх роботи полягає в тому, що вони пускають струм в електродвигуни не поступово, а окремими імпульсами: чим більше такий «поштовх», тим швидше обертається мотор. Регулювання швидкості при цьому відбувається без істотних втрат енергії.
Але чимало й інших проблем. Щоб електромобіль став справжнім міським транспортом, він на відміну, скажімо, від електрокара повинен володіти інтенсивним прискоренням, швидким розгоном, інакше він просто не «впишеться» в міський рух з його частими гальмуваннями біля світлофорів. І якщо, наприклад, для руху електромобіля розміром з «Жигулі» по рівній дорозі зі швидкістю 60 км/год потрібна потужність близько 4 кВт, то для розгону до тієї ж швидкості з прискоренням 2 м/с² потрібна вже потужність у десять разів більша! Звичайно, такої великої потужності акумулятори забезпечити поки не можуть. Тому в перспективних електромобілях передбачені невеликі супермаховики, що дозволяють розвинути при розгоні величезні потужності. А при гальмуваннях вони, як уже розглядалося в нашому журналі, накопичують у собі (рекуперують) кінетичну енергію машини, що дозволяє майже вдвічі підвищити пробіг електромобіля з одного заряджання.
Керуванню таким транспортом допомагатиме мікрокомп’ютер розміром зі сірникову коробку, що включає в потрібний час акумулятори та маховик. Це допоможе використовувати накопичену енергію з найбільшою ефективністю.
Звичайно ж, міські автомобілі з двигунами внутрішнього згоряння не збираються здавати позиції. Я вже говорив про те, що якщо забезпечити ці машини невеликими супермаховиками, потрібними, як і в попередньому випадку, лише для гальмування та розгону, то можна майже вдвічі скоротити витрату палива. Але найголовніше полягає в тому, що сумарна шкідливість вихлопних газів при цьому скоротиться в кілька разів. Такі автомобілі стануть більш безпечними для міст.
В останні роки завдяки зусиллям вчених та інженерів вдалося створити супермаховики, не лише придатні для спарки з іншими двигунами, але й здатні змагатися за кількістю запасеної енергії з електроакумуляторами. І можна вже переводити на маховичну тягу якщо не весь міський транспорт, то, принаймні, автобуси та таксі.
Маховичні автомобілі мають незаперечну перевагу: швидкий розгон. Швидкість таких машин може бути дуже високою навіть на підйомах. Перспективним для міста такий транспортний засіб став би ще й завдяки своїй компактності, приймистості, додатковому об’єму в салоні — адже маховик займає мало місця. Ці особливості роблять вибачним його основний — втім, порівняльний — недолік: менш тривалий пробіг між підзарядками. Якщо у електромобілів він очікується в межах 300 км, то для маховичних ця цифра становитиме близько 100—150 км. Але зате «підзаряджатися» першому доведеться не менше 6 годин, а маховичному — всього кілька хвилин. Підзарядні станції для маховичних автобусів могли б розташовуватися на кінцевих зупинках.
Говорячи про міські засоби пересування, не можна не згадати про метро. Це, мабуть, найзручніший і найпопулярніший транспорт великих міст. Ось чому особливо багато пропозицій та технічних розробок присвячено тому, як забезпечити максимальну зручність та швидкість підземних перевезень пасажирів. Пропонується, наприклад, перевести метропотяги на пневматичні колеса — для зниження шуму. Однак це вдарило б по економічності метро: у пневматиків набагато більше опір руху, вони дорожчі та менш довговічні, ніж сталеві колеса. Висловлювалися ідеї: для підвищення пропускної спроможності збільшити кількість вагонів у потязі, який стане при цьому довшим за перрон, проти нього буде зупинятися на різних станціях своя певна група вагонів.
Але важливіше, звичайно, вдосконалити сам метропотяг. І такі експерименти вже проводяться. Наприклад, у Нью-Йорку випробовуються кілька вагонів метро, забезпечених маховичною системою рекуперативного гальмування. Адже підземні потяги тільки й роблять, що розганяються та гальмують, втрачаючи на цьому більшу частину енергії. У нових вагонах гальмівна система має маховик, з’єднаний з валом мотор-генератора. При гальмуванні тягові двигуни переводяться в режим генератора і дають струм мотор-генератору, який розганяє маховик до 14 тис. об/хв. Кінетична енергія вагона ніби поглинається маховиком, і вагон зупиняється. А при розгоні все відбувається навпаки: струм з мотор-генератора, що обертається від маховика, живить тяговий двигун потяга. Обертання маховика при цьому сповільнюється до 10 тис. об/хв. У разі аварії системи електропостачання маховик може допомогти дотягти потяг до наступної станції метро.
Однак мотор-генератори американської системи рекуперативних гальм дуже важкі, дорогі та мають низький ККД. Доцільніше було б використовувати для цього розроблені в нашій країні дискретні стрічкові варіатори, описані в одній з попередніх статей (див. «М-К» № 5, 1980), що спростило б пристрій і підвищило ККД системи рекуперації. Маховик у цьому випадку з’єднувався б варіатором безпосередньо з редуктором мотор-вагона, минаючи електродвигун. Керування системою легко автоматизувати, вбудувавши на певних ділянках лінії електроконтакты. Тоді незалежно від швидкості потяга він зможе зупинитися точно в заданому місці станції — така вже властивість дискретного варіатора: постійне число витків стрічки в мотку, а отже, і кількість обертів колеса потяга від початку до кінця спрацювання механізму.
Останнім часом багато прогнозистів техніки розглядають майбутнє транспорту міст під зовсім несподіваними ракурсами. Наприклад, у зв’язку з гіподинамією — хворобою, властивою містянам: йдеться про малорухливий спосіб життя, про нестачу фізичних навантажень. Тут привертає увагу досвід створення засобів пересування з використанням м’язової сили.
Подібні екіпажі з’явилися в Європі років п’ятсот тому. Вони приводилися в рух важелями або педалями. Цікаву конструкцію такого екіпажа, що рухається розташованим на запятках слугою, побудував у 1791 році російський механік І. П. Кулібін. У його педальному двомісному екіпажі був закладений елемент суперсучасного транспорту — маховичний акумулятор і рекуперативне гальмо.
Минуло багато років, і винахід Кулібіна відродився знову, зрозуміло, з урахуванням сучасних досягнень науки та техніки. Це педикари — педальні автомобілі, або веломобілі, що дозволяють їздити зі швидкістю близько 30 км/год при витраті м’язової енергії не більше, ніж при ходьбі. У журналі вже описувалися подібні конструкції, створені ентузіастами такої техніки у нас і за кордоном. Як правило, педалі в них закріплені на вертикальних стержнях, що спускаються з-під щитка, як маятники. Хід педалей невеликий, але він дозволяє сприйняти силу ніг у повній мірі. А завдяки тому, що спина водія впирається в крісло, зусилля на педалі може вдвічі перевищувати вагу — велика перевага порівняно з велосипедом.
Педикар може бути й багатомісним — подібно до мікроавтобуса. Французький винахідник П. А. Фарса запропонував конструкцію такого велобуса на двадцять осіб. У ньому замість крісел — велосипедні сідла в п’ять рядів, з педалями внизу. Для кожного ряду свій вал, з них загальне зусилля через трансмісію передається на ведучу задню вісь. Єдиний пасажир, «звільнений» від педалей, — водій велобуса: він керує рухом, натискає на зчеплення, гальмує.
Цікаво, що ідею велобуса запропонував радянський гуморист Михайло Зощенко. Ось що він писав у своїй мініатюрі «Потяг Максим Максимович»: «Пора на сто відсотків використовувати силу пасажирів. Багато пасажирів марно їдуть до місця призначення, незважаючи на гостру дорожнечу палива. Тут ми даємо поздовжній розріз нашого проекту. Наочно видна активна робота пасажирів… Величезна економія палива! Повна відсутність кіптяви та диму!»
Якби експерти французького патентного відомства читали Зощенка, ще невідомо, чи був би виданий у 1949 році патент № 952354 на «Громадський засіб транспорту, що приводиться в рух педалями»!
Н. ГУЛІА, доктор технічних наук