Войти на сайт Зарегистрироваться Забыли пароль?

Пассажирский трубопроводный транспорт (альтернатива).

Юра
18
№1
30.06.2016 23:29
Преамбула. На форуме недавно разгорелась нешуточная дискуссия по поводу новомодного нынче проекта небезызвестного Илона Маска с его "Hyperloop". Альтернативный проект был предложен мною лет 15 назад (запатентован только в 2013 г.). Главное его отличие - полное отсутствие вакуума, умеренная скорость передвижения (150 км/ч), бюджетность исполнения и полная реализуемость проекта. Без громких фанфар и умопомрачительных скоростей. Ну, и разумеется, не столь привлекателен для публики...

Предлагаемая далее статья - это старый газетно/журнальный вариант образца 2000 г., рассчитанный для широких масс людей (с целью популяризации идеи).

В свете возобновившегося интереса к трубопроводному пассажирскому транспорту считаю возможным (полезным) рассмотрение других, альтернативных проектов.

Что же касается личной персоны г-на Маска, то у нас в ХАИ (а также среди всех известных мне "технарей" из "Хартрона", "ФЭДа", "Коммунара", ХАДИ...) он вызывает дикий восторг. Но не своими техническими идеями и инновациями, а гениальностью мошенничества в планетарных масштабах. "Остап Бендер" ХХI века, умеющий изымать млрд.$, не нарушая криминальных законов. С интересом следим за всеми его "выходками" и "идеями"! Озвученная Os информация - это только "надводная часть айсберга"! "Подводная" - гораздо интереснее!

P.S.: я (мы, т.е. мои друзья-инженеры) никогда не спорим, не доказываем свою правоту с пеной у рта... Просто озвучиваем свою позицию и "идём дальше". Нравится она кому или нет. На здравые вопросы - отвечаем, "грызню" - игнорируем.


ТРАНСПОРТ  БУДУЩЕГО
(общая концепция)

Традиционные виды транспорта (автомобильный, железнодорожный, авиационный) за долгие годы своего развития приблизились к своему идеальному состоянию и практически исчерпали резервы для дальнейшего совершенствования. Вместе с тем глобальный рост численности населения Земли, мощные миграционные и экономико-социальные процессы выдвигают совершенно новые требования к пассажирским видам транспорта, которые уже сейчас не могут быть удовлетворены в полной мере, а в самом ближайшем будущем будут служить мощным сдерживающим фактором в развитии того или иного государства или даже региона. Требуются принципиально новые технические решения, которые бы наиболее оптимально решили весь комплекс проблем (скорость, дальность и себестоимость транспортировки; разовые капиталовложения; интеллектуально-технологическая составляющая и т.д.).

Европейский поезд на магнитной подушке «Transrapid» из-за своей крайней дороговизны и особенностей эксплуатации не получил дальнейшего развития, а французский скоростной поезд TGV по целому ряду причин не может стать массовым видом транспорта (особенно – для развивающихся стран).

Вместе с тем из всех ныне существующих видов транспорта для пассажирских перевозок совершенно никоим образом не используется только трубопроводный. И это в высшей степени неразумно и несправедливо!
Трубопроводный транспорт уже доказал свою высочайшую эффективность при транспортировке на большие расстояния огромных количеств нефти и газа. Теперь настал черёд и для пассажиров.

На первый взгляд может показаться несколько пугающей процедура «перекачки» людей по трубопроводам (ведь люди – не нефть!). На самом деле процесс будет напоминать  пневмопочту середины ХIХ века. А в будущем пассажирский трубопроводный транспорт может стать самым массовым, простым, надёжным и любимым видом транспорта.
Суть проекта состоит в том, чтобы пропускать по трубам диаметром около 800 мм бесконтактным способом специальные капсулы с людьми со скоростью порядка 150 км/ч. Движущим элементом является линейный электродвигатель.

Передвижение капсулы по трубе на начальном этапе при разгоне на станции осуществляется через приводимые от электродвигателей внешние разгонные колёса. Далее (после набора определённой скорости) – электромагнитными катушками-соленоидами, установленными на определённом расстоянии друг от друга по всей трассе и включаемых через накопительные конденсаторы последовательно, по мере прохождения мимо них капсулы. Бесконтактный способ передачи импульса поступательного движения основан на использовании разновидности индукционного мотора, когда замкнутый виток, расположенный на капсуле, выталкивается в область с меньшим значением магнитного поля, образуемого электромагнитными катушками. Подобная схема ещё в начале прошлого века предлагалась о'Нилом для так называемого «Масс–драйвера», предназначенного для выбрасывания с лунной поверхности значительного количества вещества.

После набора капсулой своей максимальной скорости, за счёт аэродинамической смазки (воздушного клина, подобного масляному клину в подшипниках коленвала ДВС) она «всплывает» в трубе. В случае аварийной остановки на магистрали капсула имеет выдвижные радиальные опорные колёса.

И хотя электромагнитные системы в принципе легко могут разогнать капсулу до 500 км/ч, следует ограничиться разумной скоростью в 150–200 км/ч ввиду определённой кривизны трубы, следующей за изгибами рельефа местности, а также памятуя о резком увеличении сопротивления воздуха с ростом линейной скорости (а значит – и затрат на передвижение) капсулы.

Шовная магистральная труба, изготовленная из низколегированной стали (толщина стенок 0,3-0,8 мм), будет обладать достаточной прочностью, лёгкостью, технологичностью изготовления и эксплуатационной надёжностью при низких финансовых затратах. Памятуя о том, что магистральные транспортные системы в перспективе могут иметь протяжённость в несколько млн. км, себестоимость одного погонного км трубы выходит на первый план.

Изюминкой проекта является то, что на маршевом участке трассы благодаря аэросмазке непосредственный контакт между трубой и капсулой отсутствует. Капсула как бы летит в несколько спрессованном воздушном потоке, ограниченном диаметром самой трубы. Поддержание капсулы во взвешенном состоянии (компенсация гравитационной и боковых, центробежных сил) осуществляется с помощью управляемого носового обтекателя со специфической аэродинамической формой, а также с помощью управляемых кольцевых дефлекторов, расположенных вдоль капсулы. При этом особые требования предъявляются к точности и быстродействию командно-исполнительных механизмов системы управления аэродинамических поверхностей, для чего потребуется мощный бортовой компьютер.
Диаметр транспортной трубы в 800 мм выбран с таким расчётом, чтобы человек средней комплекции (вес – 80 кг, рост – 1,75 м) смог достаточно комфортно разместиться в транспортной капсуле, а та в свою очередь (вместе со всем оборудованием) – в магистральной трубе. При этом достигаются рекордные массогабаритные характеристики ТС, недостижимые ранее ни для одного вида современного транспорта. Так, предполагается, что алюминиевая капсула со всеми внутренними агрегатами будет весить не более 100 кг и соотношение ТС + пассажир (багаж) будет 1:1, в то время, как на ж/д транспорте 1:15, для автомобиля (1 чел.) 1:12.

Разумеется, что осуществление проекта магистрального трубопроводного пассажирского транспорта просто немыслимо без широчайшей международной кооперации. Более того, данный вид транспорта наиболее полно подходит и на роль международного. Проект потребует огромных как материальных ресурсов, так и глобальных НИОКР. По степени сложности проект находится на уровне авиационного транспорта (при кажущейся внешней простоте), т.к. потребует совершенно нового подхода к системам управления и энергообеспечения, материаловедению, логистике и экономике. Предполагаемая себестоимость путешествия в капсуле будет сопоставима с автомобильным транспортом и дороже ж/д транспорта, который, например, на Украине является дотационным (за счёт грузоперевозок). Тем не менее, трубопроводный транспорт в большинстве случаев будет просто безальтернативен.

Так какие же выгоды сулит всем нам
магистральный трубопроводный пассажирский транспорт?
1. Высокая средняя скорость передвижения, равная 150-200 км/ч, что гораздо выше не только автомобильного или ж/д транспорта, но даже сопоставимо с авиационным (учитывая время поездки в аэропорт и обратно, время на оформление документов и получение багажа, задержки рейсов по погодным причинам, забастовки авиадиспетчеров и т.д.).

2. Высокая индивидуальность трубопроводного транспорта, независимость от расписания движения и времени суток, отсутствие промежуточных остановок и необходимости в бронировании посадочных мест, движение по кратчайшему оптимизированному маршруту.

3. Полная независимость от внешних факторов (погодные и климатические условия, состояние дорожного покрытия, физическое состояние водителя и т.д.).

4. Крайне низкая себестоимость 1 км магистральной трубопроводной трассы, которая на несколько порядков ниже, чем у ж/д или автомобильного транспорта.

5. Трубопроводный пассажирский транспорт позволит кардинально снизить экологическую нагрузку на природу (выброс в атмосферу вредных веществ, шум, линейные размеры и т.д.).

6. Очень высокая пропускная способность трубопроводного транспорта, которая в идеале составит (на одну трубу) до 15.000 человек в сутки, а реальная эксплуатационная – до 6-8 тыс. человек в сутки. И это всё при диаметре одной трубы в 800 мм! Если же использовать пакетное расположение трубопроводов (по 4-10 ниток в каждом направлении), а также многоместные капсулы, то пропускная способность окажется просто фантастической (до 1,5-2 млн. чел./сут)!

7. Низкая аварийность движения, сопоставимая с ж/д пассажирскими перевозками. Минимизация человеческого фактора за счёт практически полной автоматизации всех процессов.

8. Высокая степень унификации всех элементов и узлов (несравнимая с другими видами транспорта), позволяющая наладить их массовое производство с использованием международной кооперации, что резко снизит себестоимость и повысит конечное качество.

9. Продолжительный термин эксплуатации, зависящий в основном только от количества прошедших капсул, в то время как автодороги не имеют такой жёсткой зависимости и разрушаются зачастую от природных факторов (дождь, мороз, солнце).

10. Малая площадь отчуждаемых вдоль трассы земель. Возможность прокладки трубопроводных магистралей вдоль авто или ж/д дорог или даже над ними.

11. Возможность «прошивания» горных пород, а также подземных и подводных преград с наименьшими затратами.

12. Возможность качественно отдохнуть (выспаться) в капсуле во время продолжительного движения, а также возможность скоростного движения в любое время суток резко снижает необходимость в гостиничном сервисе. Более того, станет выгодно перемещаться на значительные расстояния ночью (8-10 часов), чтобы и выспаться, и прибыть утром в нужную точку.

13. Равномерность прибытия пассажиропотока на конечные станции и его прогнозируемость (н-р, летом на южные курорты) позволит более спокойно и рационально обработать и распределить по дальнейшим направлениям людскую массу без пиковых нагрузок.

К недостаткам магистральных трубопроводных
транспортных систем можно отнести:
1. Невозможность передвижения данным видом транспорта очень тучным или высоким людям, а также страдающим клаустрофобией.

2. Необходимость автономного (резервного) энергоснабжения ввиду недопустимости обесточивания транспортной системы.

3. Необходимость в многократном дублировании и защите программного обеспечения и самих рабочих станций и серверов управления.

4. Магистральные системы потребуют высоковольтного энергоснабжения с обязательным использованием в соленоидах сверхпроводников.

5. Необходимость снижения или полного уничтожения эластичным тросовым подвесом резонансных и гармонических колебаний при движении капсулы по трубе, а также компенсации различных боковых сил, действующих на трубу (порывы ветра, оледенение, снежный покров, обломки деревьев, термическое расширение–сжатие, спиральное кручение и т.д.).

6. Требование высочайшей культуры производства по всей транспортной системе (изготовление, монтаж, эксплуатация).

7. Достаточно сложное и громоздкое строительство порталов (приёмных станций), а также разновекторных развязок, требующих как больших землеотводов, так и сопутствующей инженерно–технической инфраструктуры обеспечения, что в принципе компенсируется очень низкой (в сопоставлении) себестоимостью погонного км полевой трассы.

8. Невозможность остановки в мелких населенных пунктах (сёла, ПГТ).

9. Сложность эвакуации пассажиров из трубопровода в экстремальных случаях. Необходимость постройки промежуточных аварийных (технологических) порталов при большом удалении между городами (основными порталами).

10. Достаточно сложный и ответственный узел схода (входа) с трассы (стрелки), учитывающий высокую скорость движения.

11. В первые годы эксплуатации трубопроводного транспорта будет постоянная необходимость доказывания потенциальным пассажирам безопасности движения в трубе и гарантированность экранировки мощных электромагнитных импульсов.

Перспективные транспортные потоки:

1. Многоуровневый кольцевой поток
     Дели – Бомбей – Мадрас - Калькутта – Дели (Индия) –   5.400 км
2. Многоуровневый поток Гуанчжоу – Шанхай – Тянь-Цзинь – Пекин (Китай) –   2.300 км
3. Многоуровневый поток Шанхай – Ухань – Чунцин – Чэнду (Китай) –   1.600 км
4. Оттава – Нью-Йорк – Вашингтон (Канада – США) -       650 км
5. Мельбурн – Канберра – Брисбен (Австралия) –   1.500 км
6. Фукуока – Токио (Япония) –   1.050 км
7. Европейский Северный коридор
     (Испания – Франция – Германия – Польша – Россия) –   4.000 км
8. Европейский Южный коридор
     (Франция – Австрия – Венгрия – Румыния – Болгария – Турция) –   2.600 км
9. Африканский коридор
     (Триполи – Аддис-Абеба – Могадишо – Дар-эс-Салам – Дурбан – Кейптаун) – 10.000 км

Потенциал стран для реализации магистральных
трубопроводных пассажирских транспортных систем
(внутри страны, ориентировочно):

  1. Япония - 100 %
  2. Китай -   95 %
  3. Центральная Европа -   80 %
  4. США -   75 %
  5. Южная Корея -   65 %
  6. Австралия -   65 %
  7. Канада -   50 %
  8. Индия -   45 %
  9. Россия -   25 %
10. Латинская Америка -   25 %
11. Украина -   20 %
12. Африка -   12 %
13. Центральная Азия -     8 %

P.P.S.: в своё время было проработано технико-экономическое обоснование проекта, доказывающее полную его финансовую состоятельность. Хотелось бы (хотя бы в общих чертах!) взглянуть на таковое у "Hyperloop" - осенью этого года ТЭО обещали предоставить широкой публике. Ещё непонятно, как решены вопросы ударной разгерметизации, шлюзование по трассе, системы жизнеобеспечения капсулы, реальная толщина стенки трубы и т.д. и т.п. Принципиальных вопросов - бездна! Думаю, в ближайшие пол года-год всё станет ясно. Но лично моя точка зрения - "Hyperloop" в данном виде полностью нежизнеспособен и является грандиозной авантюрой.
+1
Сообщить модератору
Андрей_К
3211
№2
01.07.2016 00:16
Цитата, Юра
Поддержание капсулы во взвешенном состоянии (компенсация гравитационной и боковых, центробежных сил) осуществляется с помощью управляемого носового обтекателя со специфической аэродинамической формой, а также с помощью управляемых кольцевых дефлекторов, расположенных вдоль капсулы.
Недавно увидел интересный материал, по полимагнитам!
http://www.popmech.ru/science/236973-neveroyatnye-sposobnosti-napechatannykh-polimagnitov/
Вы только посмотрите, какие "игрушки" с их помощью делают:


Закрепленные на стержне два полимагнита (полимагнитная пружина!) устойчиво отталкиваются  , притом, что если их повернуть в нужное положение то они притянутся.
Но сами по себе они не разворачиваются в энергетически более выгодное положение.
При помощи 3Д печати можно создать магнитное поле такой конфигурации, что оно образует магнитную яму, в которой может висеть в воздухе другой магнит!

Это означает, что если намагнитить ,таким же образом, днище поезда и дно трубы, то поезд на магнитной подушке будет устойчиво висеть в воздухе без каких либо затрат энергии!
+1
Сообщить модератору
Юра
18
№3
03.07.2016 00:00
Андрей, Ваша идея не лишена смысла (в той или иной конфигурации), но она не даёт ответа на вопрос, куда девать воздух, который капсула, словно поршень, гонит по трубе? В моём варианте трубопроводного транспорта скачёк уплотнения используется с пользой для дела, формируя аэродинамический клин, поднимающий и удерживающий "на плаву" капсулу. У Маска воздух выкачан вообще (со всеми возможными сопутствующими издержками). Вы что предлагаете?..

Хотя Ваша идея мне понравилась в качестве дополнения (страховки) к аэродинамической смазке, в несколько раз снижающий вероятность контакта капсулы с трубой. Может быть, использовать не по всей трассе, а в наиболее ответственных местах (повороты, зоны с возможными колебаниями и т.д.)  СПАСИБО! Будем иметь ввиду.
0
Сообщить модератору
Андрей_К
3211
№4
03.07.2016 00:25
Цитата, Юра
куда девать воздух, который капсула, словно поршень, гонит по трубе? В моём варианте трубопроводного транспорта скачёк уплотнения используется с пользой для дела, формируя аэродинамический клин, поднимающий и удерживающий "на плаву" капсулу.
Ну , В принципе воздух тоже можно откачать - при той скорости, даже воздух низкого давления может создать достаточную воздушную подушку.
Магниты и правда не очень надежны - их сила отталкивания не сильно возрастает при сближении и следовательно есть риск столкновения со стенами.
А вот давление воздуха - чем уже зазор, тем сильнее сопротивление воздуха ... вот ,например, его используют в качестве воздушных подшипников:
http://www.manbw.ru/analitycs/microturbines_air_bearings.html
Цитата, q
Благодаря уникальному аэродинамическому дизайну воздушных подшипников Capstone между вращающимися частями возникает воздушная пленка, которая предотвращает трение. Детали, таким образом, уже не контактируют между собой, и тот небольшой объем тепла, который все же вырабатывается, рассеивается в общем потоке воздуха, проходящего через подшипник. Воздушные подшипники микротурбин позволяют отказаться от использования дополнительных систем смазки, обеспечивают длительную эксплуатацию двигателя, не требуют технического обслуживания, замены масла и фильтров. Каждая микротурбина Capstone оснащена воздушными подшипниками и имеет всего одну подвижную часть. Проблемы, которые традиционно ассоциируются с применением смазочных материалов, исчезают благодаря использованию технологии воздушных подшипников.

Так-что можно сделать и комбинационный вариант: основную нагрузку повесить на магниты (они работают и во время остановки), а страхующую функцию - предотвращающую столкновения со стенами и при поворотах - возложить на воздушную подушку.
0
Сообщить модератору
Юра
18
№5
03.07.2016 18:25
На днях видел ассенизационную машину, у которой бочку чудовищно сплющило "вакуумом". А всего-то: водитель на пару минут отлучился, оставив включенным насос с перекрытой задвижкой. Это я всё к чему? Даже совсем небольшое разрежение внутри трубы делает её крайне неустойчивой к внешнему давлению атмосферы (в отличие от повышенного давления) и вынуждает делать её стенки чудовищной толщины. Соответственно - высокая масса, материалоёмкость, колоссальная нагрузка на стойки и мощный фундамент. Всё это выливается в непомерную стоимость... Вот если бы Hyperloop проектировался под 0,1-0,2 атм (а не 0,001) - в этом было бы больше практического основания. В моём же проекте заложенная толщина стенки трубы составляет всего 0,3-0,8 мм (в зависимости от марки стали). И это - ключевой момент!!! Удельная материалоёмкость на погонный метр трассы при протяжённости в тысячи км - ключевой параметр проекта. Сравните толщину стенок трубы: мои 0,5 мм и 20-30 мм у Hyperloop (в среднем). Если же начать откачивать воздух, даже частично, то в параметры 0,3-0,8 я уже явно не уложусь. И уж если строить экспериментальный образец, то в самом простом, безвакуумном исполнении...
0
Сообщить модератору
Андрей_К
3211
№6
03.07.2016 19:59
Цитата, Юра
Даже совсем небольшое разрежение внутри трубы делает её крайне неустойчивой к внешнему давлению атмосферы (в отличие от повышенного давления) и вынуждает делать её стенки чудовищной толщины.
А при прохождении поезда внутри трубы скачков давления что не будет?
Будет то же давление, но только направленное изнутри наружу - что гораздо опаснее - трубу этим давлением может разорвать.
Если воздух не откачивать, то зачем вообще нужна эта труба?
Какую функцию она будет выполнять?
0
Сообщить модератору
Хотите оставить комментарий? Зарегистрируйтесь и/или Войдите и общайтесь!
  • Обсуждаемое
другие обсуждаемые темы