Заглянем в будущее

Главнейшим требованием, предъявляемым к транспортным силовым установкам, является требование удовлетворять жестким весовым и габаритным ограничениям, вытекающим из условия их размещения на подвижном составе. Транспортные установки должны быть экономичны по расходу топлива, так как увеличение запаса горючего, расходуемого на собственные нужды, снижает их полезную грузоподъемность и сокращает радиус действия судов, самолетов, автомобилей и локомотивов.

Во второй половине нашего века паровые поршневые машины, устанавливаемые на всех видах наземного транспорта, достигли предела возможных габаритных и весовых норм и стали сдерживать дальнейший рост мощности тяговых средств и объема транспортной работы в целом. Поэтому 50-е и 60-е годы нашего столетия ознаменовались интенсивным процессом энергетического перевооружения транспорта.

Так называемая техническая реконструкция транспортных средств как в нашей стране, так и за рубежом заключалась в замене паровых поршневых машин двигателями внутреннего сгорания (ДВС) с электрическим и гидромеханическим приводами. Благодаря этому вместо 70–90 килограммов веса конструкций, которые приходились на каждую л. с. паровоза, стало достаточно 45–60 килограммов на тепловозах и 23–37 килограммов на электровозах. Или при тех же нагрузках на ось локомотива, которые жестко лимитируются в условиях железных дорог, представилась возможность повысить мощность тепловозов в 2,2 раза и электровозов в 2,7 раза по сравнению с мощностью наиболее совершенного паровоза. Кроме того, переход на двигатели внутреннего сгорания позволил в 4–5 раз снизить расход топлива на совершение одной и той же работы, увеличив при этом в 5–10 раз радиус действия электровозов и тепловозов.

Жизненная необходимость повышения мощности силовых установок транспорта определила весьма быстрые темпы их реконструкции. Так, только с 1960 по 1970 год процент локомотивов с новыми прогрессивными энергоустановками на железнодорожном транспорте СССР возрос с 26,2 до 92, двигателей внутреннего сгорания на морском флоте с 66,9 до 85 и речном транспорте с 70 до 94.

Еще больший эффект был достигнут при замене поршневых двигателей на самолетах турбореактивными. Значительно снизился удельный вес силовых установок, приходящийся на 1 л. с. Если в поршневых авиационных двигателях на 1 л. с. приходилось 0,55 килограмма, то в турбовинтовых — около 0,06 килограмма. Это позволило создавать двигатели огромной мощности, а самолеты — большой грузоподъемности и высоких скоростей полета, недостижимых на поршневых самолетах как из-за большого веса двигателей, так и свойств пропеллера, тяговые качества которого резко ухудшаются при достижении скоростей полета в 700–750 километров в час.

Замена поршневых двигателей турбореактивными позволила в весьма короткие сроки повысить грузоподъемность отечественных самолетов в 3–4 раза и скорость в 2–2,5 раза.

Таким образом, проведенная в последние годы техническая реконструкция средств тяги и силовых транспортных установок сняла ограничения, наступившие в дальнейшем прогрессе паровых двигателей, и создала все условия для беспрепятственного развития традиционных видов транспорта. Это значит, что в ближайшие десятилетия, вплоть до рубежа XX и XXI веков, транспортировка грузов будет осуществляться на традиционных видах транспорта и в первую очередь на железнодорожном транспорте.

В связи с укреплением международных связей и расширением международной торговли существенное развитие получит морской транспортный флот. Не потеряет своего значения речной транспорт. Получит дальнейшее развитие автомобильный и трубопроводный. Все большая роль в перевозках пассажиров будет принадлежать гражданской авиации и автомобилям общественного и личного пользования.

Стимулировать развитие каждого вида транспорта и определять его возможности будет в первую очередь прогресс энергетических установок, ибо они оказывают решающее влияние на его рабочие характеристики, экономику, безопасность и мобильность.

Усовершенствование двигателей влечет за собой не только повышение основных эксплуатационных показателей транспортных систем, но и может даже расширить и изменить сферы их рационального использования как с точки зрения народного хозяйства, так и обороны страны.

Использование электрической и дизельной тяги на железных дорогах позволило за истекшие двадцать лет повысить вес поезда в 1,8 раза и скорость движения на 60 процентов, то есть резко улучшить основные показатели транспортного процесса. Благодаря этому объем перевозок возрос за двадцатилетие более чем в 4 раза. Существенно облегчился труд персонала, так как были ликвидированы тяжелые и трудоемкие операции по обслуживанию локомотивов.

Автоматизированные системы управления тепловозами и электровозами позволяют использовать их по системе многих единиц, а дистанционное управление может обеспечить такое размещение локомотивов в составе поезда, при котором будет достигнуто равномерное распределение тяговых усилий и действия тормозных систем. Эти новые свойства электрической и тепловозной тяги дают возможность практически неограниченно повышать вес поездов и в то же время предъявлять меньшие требования к увеличению агрегатной мощности локомотивов, величина которой может быть доведена до 4–6 тысяч л. с. в секции для тепловозов и до 10–14 тысяч л. с. для электровозов.

Наряду с повышением мощности локомотивов будет повышаться их экономичность за счет применения новых систем управления с использованием полупроводниковых схем, улучшения рекуперации (возвращение) электрической энергии в контактную сеть, применения более совершенной изоляции и других специальных материалов.

Не исключена возможность использования на железнодорожных локомотивах газовых турбин большой мощности, работающих на тяжелых сортах жидкого топлива. Газотурбинные двигатели для скоростного мотор-вагонного подвижного состава на неэлектрифицированных линиях уже применяются на некоторых зарубежных линиях.

Особенность профиля пути железных дорог заключается в том, что трудные участки, на которых используется полная мощность локомотивов, составляют всего 20 процентов от общей длины сети. Эта особенность предполагает целесообразность появления комбинированных локомотивов, имеющих дизель как постоянную установку и газовую турбину в качестве форсажного средства для разгона поезда и преодоления трудных участков пути. Образцы подобных локомотивов уже созданы в ФРГ.

И все же, несмотря на использование всех этих новых тяговых средств, можно уверенно считать, что электровозы и тепловозы, начавшие строиться в 20-х и 30-х годах нашего столетия по личному указанию В. И. Ленина и получившие массовое распространение к 70-м годам, еще десятилетия будут служить основной движущей силой на наших железных дорогах.

* * *

В настоящее время дизельные двигатели являются главной силовой установкой на судах. Судовой дизель достаточно надежен в эксплуатации, реверсивен, то есть позволяет изменять направление вращения вала и осуществлять маневры судна без дополнительных сложных механизмов, достаточно экономичен, так как использует топливо с к.п.д. 40 процентов. Делая 90–125 оборотов в минуту, он передает энергию непосредственно на гребные винты без сложных и дорогостоящих редукторов.

Однако такой дизель имеет и существенные недостатки. Во-первых, он относительно тяжел. При удельном весе 35–40 килограммов на 1 л. с. вес современных двигателей мощностью 20 тысяч л. с. достигает 700–800 тонн. Во-вторых, он довольно громоздок: длина такого дизеля 25 и высота около 12 метров. Для размещения такой машины нужно большое помещение. В-третьих, наличие шатунно-кривошипного механизма и массивных поршней и шатунов, работающих с большими инерционными нагрузками, требует повышенной прочности корпуса и всех конструкций машинного отделения.