Новые виды транспорта

 

«НОВЫЕ ВИДЫ ТРАНСПОРТА»

 

 

 

Содержание

 

 

Введение

1. Электромобиль
2. Автомобиль, движущийся по рельсам
3. Монокар
4. Беспилотные самолеты
5. Гелиотранспорт
6. Монорельсовые дороги
7. Моторвагонные поезда
8. Скоростной пассажирский трубопровод
9. Индивидуальные летательные аппараты

Заключение

Литература

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Во все времена  и у всех народов транспорт  играл важную роль. На современном  этапе значение его неизмеримо выросло. Сегодня существование любого государства  немыслимо без мощного транспорта.

В ХХ в. и в особенности во второй его половине произошли гигантские преобразования во всех частях света и областях человеческой деятельности. Рост населения, увеличение потребления материальных ресурсов, урбанизация, научно-техническая революция, а также естественно-географические, экономические, политические, социальные и другие фундаментальные факторы привели к тому, что транспорт мира получил невиданное развитие как в масштабном (количественном), так и в качественном отношениях. Наряду с ростом протяженности сети путей сообщения традиционные виды транспорта подверглись коренной реконструкции: значительно увеличился парк подвижного состава, во много раз поднялась его провозная способность, повысилась скорость движения. В то же время на первый план вышли транспортные проблемы. Эти проблемы по преимуществу относятся к городам и обусловлены чрезмерным развитие автомобилестроения. Гипертрофированный автомобильный парк крупных городов Европы, Азии и Америки вызывает постоянные пробки на улицах и лишает себя преимуществ быстрого и маневренного транспорта. Он же серьезно ухудшает экологическую обстановку.

Транспорт как  особо динамичная система всегда был одним из первых потребителей достижений и открытий самых различных  наук, включая фундаментальные. Более того, во многих случаях он выступал прямым заказчиком перед большой наукой и стимулировал ее собственное развитие. Трудно назвать область исследований, не имевшую отношения к транспорту. Особенное значение для его прогресса имели фундаментальные исследования в области таких наук, как математика, физика, механика, термодинамика, гидродинамика, оптика, химия, геология, астрономия, гидрология, биология и другие. В неменьшей степени транспорт нуждался и нуждается в результатах прикладных исследований, проводимых в области металлургии, машиностроения, электромеханики, строительной механики, телемеханики, автоматики, а в последнее время электроники и космонавтики. В свою очередь некоторые открытия и достижения, полученные в рамках собственно транспортных наук, обогащают другие науки и широко используются во многих нетранспортных сферах народного хозяйства.

Дальнейший прогресс транспорта требует использования  последних, постоянно обновляемых  результатов науки и передовой  техники и технологии. Необходимость  освоения возрастающих грузовых и пассажирских потоков, усложнение условий для  сооружения транспортных линий в  необжитых, трудных по топографии районах  и крупных городах. Стремления повысить скорость сообщений и частоту  отправления транспортных единиц, необходимость  улучшения комфорта и снижения себестоимости  перевозок – все это требует  совершенствования не только существующих транспортных средств, но и поиска новых, которые могли бы более полно  удовлетворить поставленным требованиям, чем традиционные виды транспорта. К настоящему моменту разработано  и реализовано в виде постоянных или опытно-эксплуатационных установок  несколько новых видов транспортных средств и значительно больше существует в виде проектов, патентов или просто идей.

Следует иметь  в виду, что большинство так  называемых новых видов транспорта в принципе предложены много лет  назад, но они не получили применения и ныне повторно предлагаются или  возрождаются на современной технической  основе. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.  Электромобиль

 

Электромобиль - транспортное средство, ведущие колеса которого приводятся от электромотора, питаемого аккумуляторными батареями. Впервые появился он в Англии и  во Франции в начале 80-х годов  девятнадцатого века, то есть раньше автомобилей  с двигателями внутреннего сгорания. Сконструированный И.В.Романовым  в 1899 году кэб тоже был электрическим. Тяговый электродвигатель в таких  машинах получал питание от батарей  свинцовых аккумуляторов с энергоемкостью всего 20 ватт-часов на килограмм.

Чем привлекателен электромобиль.

В первую очередь, он почти не дает выброса вредных  веществ. Ядовитых газов, попадающих в  атмосферу при зарядке и разрядке аккумуляторных батарей, несравненно  меньше, чем при работе двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Чтобы  отапливать электромобили зимой, на них устанавливают автономные обогреватели, потребляющие бензин или дизельное  топливо. Но они, понятно, не загрязняют атмосферу так сильно, как ДВС.

Второе преимущество - простота устройства. Электродвигатель обладает очень привлекательной  для транспортных средств характеристикой: на малых скоростях вращения у  него большой крутящий момент, что  очень важно, когда нужно тронуться  с места или преодолеть трудный  участок дороги.

Третье преимущество вытекает из второго. Электромобиль  не требует столь тщательного  ухода, как обычное авто: меньше регулировок, не потребляет много масла, проще  система охлаждения, а топливная (если не считать отопитель) вообще отсутствует.

И все же электромобиль  устроен не так просто, как может  показаться: ему необходимы сложные  преобразователи напряжения и много  тяжелых и громоздких аккумуляторов, которые трудно разместить. Главный  же недостаток, который сдерживает внедрение электромобилей, - малая  энергоемкость батарей. Бак с  бензином малолитражки весит около 50 кг, обеспечивая запас хода более  полутысячи километров. Батареи весят  обычно больше 100 кг (а то и несколько сотен), а пробег не превышает 100 км, причем при движении с небольшой скоростью.

Такие схемы осуществлены в новейших опытных образцах гибридных электромобилей фирм Mechanical Technology Inc.(США), EDO Energy (США), и известной Ливерморской национальной лаборатории (LLNL, США). Удельная энергия супермаховиков из кевлара и графита, достигающая сотен Вт·ч/кг, снижает его необходимую массу до нескольких килограммов (при удельной энергии 200 Вт·ч/кг, для накопления 2 кВт·ч потребуется супермаховик массой всего 10 кг).

Оригинальную схему гибридного силового агрегата с маховичным накопителем и электромеханическим приводом предложила, изготовила и испытала фирма "BMW" (Германия) (рис. 1.1).

Рисунок 1.1. Схема гибридного силового агрегата с маховичным накопителем и электромеханическим приводом фирмы "BMW" (Германия): 
1 – источник тока; 2 – система управления; 3 – обратимая электромашина;            4 – дифференциальный механизм; 5 – мультипликатор; 6 – маховичный накопитель; 7 – главная передача

Однако непременным недостатком всех схем с электроприводом остается наличие тяжелого и сложного обратимого электродвигателя. Это отражается на экономичности привода и его массе, включая систему преобразователей тока.

Новая концепция электромобиля, предложенная проф. Н.В. Гулиа, состоит в максимальном приближении и унификации устройств электро- и автомобиля. Это позволяет предельно упростить и уменьшить массу силового агрегата транспортного средства, увеличить его КПД и эффективность рекуперации энергии, а также сделать возможным использование существующих шасси автомобилей и автобусов для установки силовых агрегатов электромобилей и электробусов. Последнее обстоятельство должно существенно удешевить машины, в максимальной степени унифицировать их производство с возможностью оперативно менять соотношение количества машин различных типов и программу их выпуска.

Схема электромобиля новой концепции представлена на рис. 1.2.

 

Рисунок 1.2. Схема электромобиля новой концепции

В энергетическом блоке химическая энергия топлива преобразуется в механическую в виде вращения вала, совершенно так же, как и у теплового двигателя. Функцию сцепления выполняет выключатель, подключающий электромотор к источнику энергии.

По желанию заказчика в двигательный отсек может быть установлен любой преобразователь химической энергии топлива в механическую – тепловой двигатель или новый энергетический блок. Далее все, как и в обычном автомобиле, вал энергетического блока соединяется с коробкой передач, в данном случае бесступенчатой. Такая коробка передач уже в недалеком будущем заменит менее эффективные ступенчатые даже на обычных автомобилях. В результате мы получаем электромобиль новой концепции в максимальной степени унифицированный с обычным автомобилем.

Каковы же преимущества электромобиля новой концепции? По сравнению с автомобилем это несравненно более высокая эффективность использования топлива и экологическая безопасность. По сравнению со средним КПД преобразования химической энергии в механическую – порядка 10...15% у тепловых двигателей на автомобилях (не следует путать с КПД тепловых двигателей на оптимальном режиме – 30% у бензиновых двигателей и 40% у дизельных), этот КПД у топливных элементов с конвертором – 50%, а у кислородно-водородных топливных элементов – 70%. Вредные выхлопы у топливных элементов практически отсутствуют. Примерно такие же преимущества у электромобилей новой концепции по сравнению с аккумуляторными электромобилями, с той разницей, что вредные выбросы последних имеют место не на самой машине, а на электростанциях.

На рис. 1.3 представлена схема городского электробуса новой концепции. Эта схема предоставляет устройству большую гибкость, чем в изображенной на рис. 1.2 структурной схеме.

 

 

Рисунок 1.3. Схема городского электробуса новой концепции: 
1– источник тока; 2 – электродвигатель; 3 – механизм реверса; 4 – коробка отбора мощности; 5 – планетарный дисковый вариатор; 6, 7 – карданные передачи;           8 – главная передача; 9 – коническая зубчатая передача; 10 – супермаховичный накопитель

Но как бы там ни было - электромобили пользуются спросом. Более того, есть места, где они совершенно вне конкуренции. Скажем, поля для популярной в мире игры в гольф. Инвентарь и обслуживающий персонал перемещают на электромобилях упрощенной конструкции, порой без крыши, дверей, с облегченным, часто укороченным, кузовом, без систем безопасности - всего того, что заметно увеличивает массу автомобилей. Упрощенные машины хороши и для перевозок в закрытых помещениях: на складах, в цехах, где вредные выбросы нежелательны. Широко используют такие электромобили-тележки для перевозки туристов на курортах, в национальных парках, но здесь им труднее конкурировать с автомобилями.

Самый популярный в мире электромобиль изготовляют... в Польше. Уже выпущено более 200 тысяч  штук. Электромобили "Мелекс" - упрощенного типа, на 2, 4 и 6 мест, рассчитаны на индустрию спорта и развлечений (назовем хотя бы тот же гольф), для складских работ, как цеховой транспорт. При собственной массе около 880 кг полезная нагрузка - 320, а с прицепом - более 900. Запас хода - 70 км. Максимальная скорость - до 23 км/ч - выдает назначение машины.

Другая фирма  из Восточной Германии  "Транспорт-Системтехник" создала 10 прототипов такси. Пятиместная машина с пластмассовым кузовом весит всего 600 кг, развивает 80 км/ч, имеет запас хода 140 км. Батареи - никель-металлогидридные. Конструкторам удалось сделать относительно просторную внутри машину при длине всего 2,5 м. САКСИ (то есть такси из Саксонии) обещают выпускать серийно через два года (рис.1.4).

 

Рисунок 1.4. САКСИ – такси из Саксонии.

В Японии автомобильная  компания "Honda" финансирует проект создания парка сдаваемых в прокат малогабаритных электрических и "гибридных" машин, включающий новую технологию их эксплуатации. Осуществление этого проекта, получившего название "Intelligent Community Vehicle System" ("Региональная интеллектуальная транспортная система") - ICVS, по замыслу разработчиков, позволит существенно снизить вредное воздействие транспорта на окружающую среду, уменьшить вероятность заторов и улучшить условия парковки в зонах с высокой интенсивностью движения.

City Pal представляет собой малогабаритный переднеприводной электромобиль размерами 3210 х 1645 х 1645 мм с синхронным двигателем на постоянных магнитах. Его максимальная скорость 110 километров в час, запас хода на полностью заряженных аккумуляторах                   130 километров. Несмотря на небольшие размеры, в электромобиле достаточно просторный для водителя и пассажира салон и багажник большой вместимости. City Pal оснащен кондиционером и современной навигационной системой. Кроме того, в нем есть оборудование для автоматического (беспилотного) управления и зарядки. Фото City Pal представлено на рис.1.5.

Рисунок 1.5. Двухместный электромобиль City Pal.

Сверхминиатюрный одноместный мини-электромобиль Step Deck предназначен для езды в густонаселенном городе. По всему периметру кузова машины снаружи установлены подножки-бамперы. Благодаря такой конструкции Step Deck можно парковать буквально вплотную к другим машинам в самых стесненных условиях. Габаритные размеры мини-электромобиля                    2400 х 1185 х 1690 мм. На стоянке, предназначенной для одного обычного легкового автомобиля, можно разместить четыре такие машины. Комбинированная силовая установка с приводом на заднюю ось состоит из четырехтактного ДВС объемом 49 см³ с водяным охлаждением и синхронного электромотора с постоянными магнитами, что позволяет развивать скорость до 60 километров в час (рис.1.6).

Рисунок 1.6. Городской одноместный мини-электромобиль Step Deck.

Электромобили фирмы "Honda", задействованные в системе ICVS, взять напрокат не так просто. Для этого сначала следует приобрести специальную магнитную карточку IC. С ее помощью на терминалах ICVS можно выбрать наиболее подходящий для конкретной поездки один из четырех видов экипажей, оформить его аренду, вернуть экипаж на стоянку и оплатить прокат наличными или с банковского счета. Помимо этого карточка IC используется для запуска двигателя вместо обычных автомобильных ключей. Оформлением проката электромобиля занимается сам клиент практически без участия служащих терминала. Удобно и то, что не обязательно возвращать экипаж на ту же стоянку, на которой его арендовали, можно оставить или поменять электромобиль на любом другом терминале ICVS.