Оказывается была и такая вундервафля
Рельсовый Цеппелин»: Винтовой вагон Франца Крукенберга
Во время Первой мировой войны немецкий инженер Отто Штайниц выдвинул идею испытания авиационных двигателей с пропеллерами на рельсовых вагонах. Карл Гейссен разработал крепление для двигателя, а испытания проводились на специальном полигоне Немецкого научно-исследовательского института авиации (Deutschen Versuchsanstalt für Luftfahrt, DVL) в Берлине.
Тестовый вагон достиг скорости до 97 миль/ч (140 км/ч). После войны эта концепция привела Штайница к разработке специальной двухосной конструкции с авиадвигателями на обоих концах. Центральная закрытая секция предназначалась для экипажа, пассажиров и оборудования.
Известный как Dringos-Wagen, этот аппарат совершил 25-мильный (40 км) пробег 11 мая 1919 года по маршруту Груневальд-Белиц. Загруженный примерно 40 людьми (вероятно, 35 пассажирами и 5 членами экипажа), вагон показал слабое ускорение и ограниченную максимальную скорость около 37 миль/ч (60 км/ч).
Интерес к разработке Штайница угас после испытаний, однако Гейссен продолжал проектировать пропеллерные вагоны для пассажирских перевозок вплоть до начала 1920-х годов.
Ещё в начале 1920-х годов немецкие инженеры Курт Визингер и Франц Фридрих Крукенберг независимо друг от друга разрабатывали аналогичные идеи использования пропеллеров для ускорения железнодорожного транспорта. Визингер предлагал оснащать пропеллерами обычные рельсовые вагоны, в то время как Крукенберг разрабатывал концепцию обтекаемой гондолы с пропеллерным приводом, подвешенной на монорельсе - своеобразного "цеппелина на рельсах". Конструкция Крукенберга была схожа с появившимся в тот же период проектом "Рельсоплана" Джорджа Бенни. Инженеры познакомились в 1923 году, но вскоре разошлись во взглядах и прекратили сотрудничество.
Крукенберг изучал кораблестроение в Техническом университете Данцига (ныне Гданьский политехнический университет). Один из его преподавателей, Иоганн Шютте, совместно с промышленником Карлом Ланцем основал в апреле 1909 года компанию "Luftschiffbau Schütte-Lanz" (Дирижаблестроение Шютте-Ланц). После окончания учёбы в августе 1909 года Крукенберг присоединился к компании в качестве инженера-конструктора. Работая в Schütte-Lanz, он участвовал в проектировании как дирижаблей, так и самолётов, а во время Первой мировой войны занимал должность главного конструктора и директора авиационного производства.
После войны Крукенберг покинул Schütte-Lanz и сосредоточился на разработке инновационных железнодорожных систем, где и познакомился с Визингером. В июле 1924 года он вместе с Куртом Штедефельдом - своим университетским товарищем, также работавшим в Schütte-Lanz и основавшим "Общество транспортных технологий" (Gesellschaft für Verkehrstechnik, GVT) - начал продвигать проект монорельсовой системы. Несмотря на прогнозируемую максимальную скорость в 224 мили/ч (360 км/ч), Министерство транспорта Германии (Reichsverkehrsministerium) и государственная железнодорожная компания (Deutschen Reichsbahn-Gesellschaft, DRG) отказались предоставить финансовую поддержку. Основным аргументом против стала высокая стоимость строительства совершенно новой инфраструктуры, необходимой для монорельсовой системы.
В апреле 1928 года Крукенберг и Штедефельд основали в Гейдельберге компанию Flugbahn-Gesellschaft (FG, "Рельсоплан"). Целью новой компании было создание экспериментального пропеллерного вагона для испытаний на существующих железнодорожных путях, чтобы подтвердить концепцию монорельсовой системы. Разработчики надеялись, что после демонстрации надежной работы на обычных рельсах Deutsche Reichsbahn-Gesellschaft (DRG) согласится поддержать проект надземной железной дороги.
Примерно в то же время Немецкий авиационный исследовательский институт (DVL) проявил интерес к созданию собственного пропеллерного вагона (Propellerwagen) для возобновления испытаний авиадвигателей на рельсовом ходу. Обе организации обратились в DRG с просьбой предоставить прямой 5-мильный (8-км) участок заброшенной ветки между Лангенхагеном и Целле. DRG предложила FG и DVL объединить усилия и создать совместный испытательный стенд для проверки концепции пропеллерного привода
Экспериментальный вагон DVL Propellerwagen имел полностью закрытый корпус с двигателем и пропеллером на каждом конце. Узкая высокая конструкция с плоскими бортами стояла на двух осях. Кормовой двигатель приводил пропеллер напрямую через длинный вал, а носовой - через ременную передачу на приподнятый гребной вал. Оба двигателя представляли собой шестицилиндровые рядные BMW IV мощностью 250 л.с. (186 кВт) при 1400 об/мин. Масса вагона составляла около 14 тонн, а максимальная скорость достигала 175 км/ч. После первых самостоятельных испытаний в апреле 1929 года вагон совершил 82 пробега общей протяженностью около 1000 км. Хотя машина DVL не помогла в исследованиях аэродинамики для GVT/FG, она предоставила ценные данные о подвеске, управляемости и эксплуатации пропеллерного привода на рельсовом транспорте.
Имея на руках данные испытаний RVL, Крукенберг и его команда провели сравнительный анализ дизель-электрической и пропеллерной тяги для своего вагона. Результаты оказались впечатляющими: дизель-электрическая установка стоила примерно в 19 раз дороже пропеллерного привода и весила около 9 000 кг по сравнению с мизерными 350 кг для двигателя с пропеллером. Эти цифры стали решающим аргументом в пользу воздушного винта.
В июне 1929 года началось проектирование обтекаемого пропеллерного экспресс-вагона (Flugbahn-Schnellwagen), получившего официальное обозначение Propellertriebwagen A. Конструкция явно несла в себе черты более ранних разработок Гейссена и Визингера. К октябрю того же года завершили детальную проработку проекта, а уже в ноябре уменьшенные модели испытывали в аэродинамической трубе. Уникальные обводы и футуристический внешний вид быстро сделали свое дело - за машиной прочно закрепилось неофициальное название "Рельсовый Цеппелин" (Schienenzeppelin).
Конструктивно Schienenzeppelin представлял собой удивительный симбиоз авиационных и железнодорожных технологий. Основу составляла стальная хребтовая балка с алюминиевой ферменной надстройкой, буквально испещренной облегчающими отверстиями. Вагон покоился всего на двух осях с огромной для тех лет колесной базой 19,6 метра. Особого внимания заслуживала подвеска с резиновыми шаровыми амортизаторами - революционное решение для железных дорог того времени. Четыре массивных колеса диаметром 1 метр имели специально увеличенную внутреннюю грань для предотвращения схода с рельсов на запредельных скоростях.
Тормозная система использовала пневматические фрикционные механизмы, а для маневров на станциях предусмотрели вспомогательный электропривод передней оси. Этот мотор позволял перемещать 20-тонную махину на расстояние до 20 км со скоростью пешехода. Все эти решения в совокупности создавали уникальный образец инженерной мысли, не имевший аналогов в мире
Над задней осью был установлен один 12-цилиндровый V-образный жидкостного охлаждения двигатель BMW VI. Этот двигатель имел диаметр цилиндра 160 мм и ход поршня 190 мм. При рабочем объеме 45,84 литра он развивал мощность 500 л.с. (373 кВт) при 1410 об/мин и 600 л.с. (447 кВт) при 1540 об/мин. Выхлопные газы отводились через две вертикальные трубы.
Двигатель был установлен с наклоном 7 градусов в сторону задней части "Рельсового Цеппелина". К нему крепился вал такой же степени наклона, длиной около 2,3 метра, который приводил в движение четырехлопастной пропеллер Heine с фиксированным шагом, изготовленный из ясеня. Угол в 7 градусов создавал дополнительную прижимную силу и направлял воздушный поток от винта вверх, подальше от людей на платформах. Диаметр пропеллера составлял 2,8 метра, и фактически он состоял из двух соосных двухлопастных винтов.
Со стороны привода двигателя также был установлен центробежный вентилятор, обеспечивающий циркуляцию охлаждающего воздуха через моторный отсек. Воздухозаборники располагались по бокам вагона, откуда воздух поступал в центральный канал, проходил через радиаторы и выходил в нижней части. Двигатель также приводил в действие компрессор пневматических тормозов и два генератора электрической системы. Аккумуляторные батареи размещались в носовой части.
Корпус "Рельсового Цеппелина" имел обтекаемую аэродинамическую форму. Передняя часть, нижние борта и корма были обшиты алюминиевыми листами. Вдоль пассажирского салона шли сплошные окна. Учитывая предполагаемые высокие скорости, окна не открывались, а вентиляция обеспечивалась принудительной подачей воздуха. Верхняя часть вагона была покрыта огнеупорным брезентом.
В передней части "Рельсового Цеппелина" располагалась приподнятая кабина, где бок о бок сидели два машиниста, а также имелись места для двух наблюдателей. Пассажирский салон длиной 16 метров и шириной 2,5 метра был отделан деревянными панелями и имел три пары входных дверей - в передней, средней и задней части с каждого борта. По проекту салон делился на шесть секций по четыре места в каждой с центральным проходом, обеспечивая комфортное размещение 24 пассажиров. В альтернативной конфигурации с лавками вместимость увеличивалась до 44 человек. В задней части салона находился туалет. Однако в построенном экземпляре завершили только первые три секции, а остальное пространство использовали для размещения испытательного оборудования.
Габариты "Рельсового Цеппелина" составляли 25,85 метра в длину, 2,66 метра в ширину и 2,80 метра в высоту при массе 18 580 кг. Строительство началось в начале 1930 года в ремонтных мастерских DRG в Лайнхаузене под Ганновером. К августу 1930 года вагон без обшивки уже мог передвигаться самостоятельно с помощью электромотора. После установки кузова в сентябре того же года состоялись первые испытания с пропеллером. 25 сентября во время первого скоростного теста вагон достиг 100 км/ч всего за 66 секунд, преодолев 985 метров. Через две минуты скорость возросла до 150 км/ч, а на третьей минуте была зафиксирована максимальная скорость 182 км/ч, после чего throttle был сброшен. Эти впечатляющие показатели разгона стали убедительным доказательством эффективности пропеллерной тяги для рельсового транспорта.
Первоначальные испытания проводились в условиях строгой секретности и выявили серьезные проблемы с торможением. Аэродинамическая форма и относительно малый вес "Рельсового Цеппелина" приводили к тому, что при легком торможении вагону требовалась значительная дистанция для остановки, а при резком - происходила блокировка задней оси. Во время одного из тестов при скорости 180 км/ч заблокированные тормоза вызвали скольжение вагона на протяжении 2 км до полной остановки. Последующий осмотр выявил плоский участок глубиной 3,5 мм на поверхности задних колес, однако это не помешало вагону продолжить испытания и развить скорость 140 км/ч на обратном пути.
18 октября 1930 года состоялась официальная презентация "Рельсового Цеппелина" для прессы. Программа испытаний продолжалась, в том числе с участием представителей Reichsbahn. Для проверки концепции винта изменяемого шага был установлен пропеллер с реверсивными лопастями, позволивший вагону двигаться задним ходом со скоростью 60 км/ч. После возврата стандартного винта проводились испытания аэродинамического торможения: при скорости 45 км/ж электромотор переводился в реверсивный режим, после чего включение пропеллера останавливало вагон всего за 20 секунд. Эти тесты доказали, что винт изменяемого шага мог бы значительно улучшить тормозные характеристики и общую безопасность конструкции.
На этом снимке сверху, сделанном в Берлине, хорошо видно брезентовое покрытие верхней части корпуса "Рельсового Цеппелина". Особого внимания заслуживают два элемента: стеклоочистители на кабине машиниста и двухлопастной пропеллер. Брезентовый тент, натянутый поверх металлического каркаса, был выбран как легкая альтернатива сплошной обшивке, что позволило снизить общий вес конструкции. Стеклоочистители — необычная для железнодорожного транспорта деталь — стали необходимостью из-за высоких скоростей движения: без них дождь и насекомые могли полностью закрыть обзор. Двухлопастная конструкция пропеллера, заменившая первоначальный четырехлопастной вариант, обеспечила машине лучшие скоростные характеристики.
Фотография, судя по наличию двухлопастного винта, была сделана после модернизации 1931 года, когда вагон установил свой знаменитый рекорд скорости.
Испытания на изолированном участке пути продолжались до мая 1931 года, когда "Рельсовый Цеппелин" наконец вышел на основную железнодорожную линию. Однако ни одна немецкая страховая компания не согласилась застраховать пропеллерный поезд, и пришлось заключать договор с лондонским "Ллойдом". Для первого испытания на магистральной линии выбрали участок длиной 19,7 км между Плокхорстом и Лерте.
Где бы ни появлялся Цеппелин, он сразу собирал толпы зевак, что вынуждало власти привлекать полицию для контроля за порядком. 10 мая поезд преодолел тестовый отрезок за 10 минут, достигнув максимальной скорости 205 км/ч.
Для более масштабного испытания выбрали маршрут Гамбург-Берлин протяженностью 257 км. Чтобы увеличить максимальную скорость (ценой некоторой потери в разгоне), четырехлопастной пропеллер заменили на двухлопастной аналогичной конструкции - деревянный, диаметром 2,8 метра, с фиксированным шагом.
21 июня 1931 года в 3:27 утра "Рельсовый Цеппелин" отправился со станции Гамбург-Бергедорф с группой наблюдателей и членов экипажа на борту. На прямых участках поезд непрерывно набирал скорость, но частые повороты с ограничением в 100 км/ч вынуждали постоянно сбрасывать и снова набирать темп. На 12-километровом отрезке между Карштедтом и Дергентином был установлен абсолютный рекорд скорости для пассажирских поездов - 230,2 км/ч (среднее значение на дистанции). Этот рекорд продержался до 1954 года.
К 5:05 утра поезд прибыл в Берлин, показав среднюю скорость 157,3 км/ч на всем маршруте. При этом было израсходовано всего 184 литра топлива, что соответствует расходу 1,4 км на литр - выдающийся показатель для транспорта того времени.
На снимке запечатлен "Рельсовый Цеппелин" с вращающимся пропеллером в ожидании отправления со станции. Хотя пропеллер на самом деле не выходил за габариты корпуса вагона, этот ракурс наглядно демонстрирует вызывающую беспокойство ситуацию, когда пассажиры оказываются в опасной близости от огромного вращающегося винта. Особое внимание на фотографии привлекает открытая средняя дверь для входа пассажиров, расположенная в непосредственной близости от зоны работы пропеллера. Эта деталь особенно подчеркивает главный недостаток конструкции - потенциальную опасность для находящихся рядом людей, несмотря на то, что винт технически оставался в пределах контура вагона.
После своего рекордного заезда «Рельсовый Цеппелин» был выставлен для публики на станции Реннбан-Штадион (ныне Олимпиаштадион) в Берлине до 25 июня 1930 года. После выставки поезд отправился в короткий тур по Германии. Для этого тура был вновь установлен четырехлопастной пропеллер, а скорость движения ограничили в соответствии с обычным расписанием движения поездов. Как и прежде, «Рельсовый Цеппелин» повсюду собирал огромные толпы зрителей. 28 июня машина вернулась в Ганновер.
В марте 1932 года на «Рельсовом Цеппелине» испытали новую электромагнитную тормозную систему. Эта система позволяла остановить поезд со скорости 165 км/ч на дистанции 630 метров. Хотя это было значительным улучшением, тормозной путь все еще оставался слишком длинным. Несмотря на определенные успехи, практическая применимость такой машины вызывала сомнения. Длинная колесная база создавала проблемы на крутых поворотах, а неэффективные тормоза требовали большого расстояния для остановки. Конструкция с пропеллерным приводом не позволяла сцеплять несколько вагонов вместе, а машина не могла легко маневрировать на коротких расстояниях вперед и назад. Кроме того, огромный пропеллер представлял постоянную опасность для всех, кто находился вблизи «Рельсового Цеппелина», включая пассажиров на платформах.
Крукенберг и его команда пересмотрели концепцию развития железнодорожного транспорта, отказавшись от пропеллерного привода в пользу более перспективной дизель-гидравлической трансмиссии. В мае 1932 года началась масштабная модернизация "Рельсового Цеппелина". Первым делом сняли авиационный двигатель BMW и громоздкий пропеллер, временно установив двигатель в носовой части вагона в ожидании готовности нового дизельного агрегата Maybach GO 5. Этот 12-цилиндровый V-образный дизель объемом 42,4 литра развивал мощность 410 лошадиных сил при 1400 оборотах в минуту. Его выхлопная система была выведена через центральный канал, который буквально рассекал лобовое стекло кабины надвое.
Переделка потребовала кардинальных изменений конструкции. Носовую часть значительно удлинили, кабину машиниста приподняли, а под ней разместили новую двухосную тележку с колесной базой 2 метра. Передача крутящего момента осуществлялась через гидродинамическую муфту Фёттингера. В результате этих изменений длина вагона увеличилась до 29 метров, а масса выросла до 28,5 тонн. Обновленный "Рельсовый Цеппелин" был готов к ноябрю 1932 года.
Испытания 1933 года показали впечатляющие результаты: за две минуты разгона вагон преодолевал 2,4 километра, достигая скорости 140 км/ч, а максимальная зафиксированная скорость составила 160 км/ч. Однако Deutsche Reichsbahn уже сделала ставку на дизель-электрические силовые установки. Несмотря на это, испытания продолжались до 1934 года, в ходе которых вагон намотал более 2400 километров. После официальной передачи DRG в 1934 году уникальный вагон практически не использовался, а в 1939 году был пущен на металлолом для нужд военной промышленности.
Опыт, полученный при создании "Рельсового Цеппелина", не пропал даром. В 1938 году Крукенберг представил экспресс SVT 137 155 на 100 пассажиров, установивший в июне 1939 года новый рекорд скорости для обычных пассажирских поездов - 215 км/ч. Хотя и этот проект не пошел в серию, он стал важным шагом в развитии высокоскоростного жд транспорта
Экспресс SVT 137 155, созданный в 1938 году, стал прямым продолжением экспериментов Крукенберга с дизель-гидравлической трансмиссией. На фотографии хорошо заметна характерная деталь конструкции — выхлопная труба, разделяющая лобовое стекло кабины надвое. Это решение унаследовано от модернизированной версии «Цеппелина», где двигатель Maybach GO 5 также имел центральный выхлоп.
Комментарии