double arrow

Научные проблемы транспорта

НАУКА, ЭКОЛОГИЯ И БЕЗОПАСНОСТЬ НА ТРАНСПОРТЕ

ЛЕКЦИЯ 5

1. Научные проблемы транспорта.

2. Проблемы экологии на транспорте.

3. Проблемы безопасности на транспорте.

Развитие науки для решения транспортных проблем обусловлено кризисным состоянием традиционных видов транспорта, проявляющимся в усугублении проблем безопасности и экологии; несоответствии провозной способности транспорта мощности производства и пассажиропотока и др. Задачи, которые ставит транспортная логистика перед наукой, касаются технических и технологических изменений существующих достижений в области транспорта. Развитие транспорта способствовало научной постановке многих вопросов и проведению ряда исследований. Например, совершенствование автомобильного транспорта привело к изменению технологии производства автомобилей – появился конвейер. Взаимно обогащаясь, наука и транспорт стимулируют научно-технический прогресс.

Целесообразность воплощения в жизнь любой идеи определяется экономикой и экологией. Многие из новых видов транспорта – это отвергнутые по экономическим причинам, а иногда из-за технического несовершенства старые идеи. Например, электромобиль был создан и эксплуатировался во второй половине XIXв., но был забыт на 100 лет из-за несовершенства двигателя, который впоследствии был заменен другим, более мощным. Однако появившиеся экологические проблемы возвращают электрический двигатель, но на качественно новом уровне. Идея монорельсовой дороги воплотилась в жизнь лишь через 150 лет, но развиваться она начала с 50 – 60 гг. XX в. Идея двигателя Стирлинга, выдвинутая в 1812 г., начала реализовываться лишь сегодня на новой технической основе. К созданию инерционного двигателя В. И. Шуберского, рассчитанного более 100 лет назад, приступают лишь сегодня и т.д.

Каждый вид транспорта ставит перед наукой свои проблемы.

Железнодорожный транспорт. Основная научная проблема – повышение скорости движения. Она обострилась в связи с ухудшением экологической обстановки в мире. Это потребовало расширения использования транспорта на электрической энергии. Поскольку провозная способность железных дорог во много раз превышает этот показатель на других видах транспорта, то электрифицированный железнодорожный транспорт в настоящее время наиболее предпочтителен.

Учёные установили, что на железной дороге экономически эффективной является скорость до 340 км/ч (скорость свыше 300 км/ч получают при применении магнитного подвешивания). Такая скорость даёт определенные преимущества железным дорогам в конкурентной борьбе с другими видами транспорта. По расчётам французских учёных, длина трассы для повышения скорости до намеченного уровня должна быть не меньше 600 – 800 км. Достижение скорости выше указанных значений связано с увеличением стоимости строительства путей в 3 – 5 раз. Это может перекрыть экономический эффект от повышенной скорости. Увеличение скорости железнодорожного транспорта привело к необходимости решения ряда проблем.

1. Увеличение мощности (тяги). При скорости 200 км/ч 30 % массы приходится на электрооборудование, поэтому необходим дополнительный двигатель. Сегодня эксплуатируются электровозы мощностью 11 тыс. л.с., тепловозы – мощностью 8 тыс. л. с. При такой мощности локомотива поезд может перевозить одновременно до 7,5 тыс. т груза, что недостаточно для эффективных перевозок, особенно массовых дешёвых грузов.

2. Замена двигателей. В настоящее время необходимо применение газовых, турбореактивных и других типов двигателей, но остаются нерешёнными проблемы шума.

3. Проблема герметизации вагонов. При скорости свыше 250 км/ч у человека возникают болевые ощущения в ушах, поэтому необходимо применение трёхслойных стекол. Особенно часто негативные ощущения – боль, шум, вибрация – возникают при проезде тоннелей (причина – повышенное давление в замкнутом пространстве).

4. Необходимость создания бесстыкового пути (так называемого «бархатного пути»), при котором число рельсовых стыков (самых уязвимых и напряжённых мест пути) будет минимально, для обеспечения плавности хода. Бесстыковой путь особенно эффективен на линиях с высокими скоростями движения, поскольку повышает комфортность поездки пассажиров; увеличивает надёжность работы автоблокировки; снижает на 5–15 дБ уровень шума, удельное сопротивление движению, расходы электроэнергии и топлива на тягу поездов; продлевает сроки службы верхнего строения пути. Сейчас укладываются плети (рельс, сваренный из нескольких стандартных рельсов) длиной до 1200 м. Основная часть путей России сегодня – плети длиной 150 – 800 м.

5. Создание более прочных путей, поскольку осевые нагрузки на путь увеличиваются с повышением скорости и массы поездов. Прочность пути определяется, прежде всего, прочностью рельсов, поэтому создаются усиленные рельсы (25 – 30 т на ось).

6. Увеличение массы поезда. Требуется не только повышение мощности локомотива, но и изменение технологии сбора поезда, в том числе требуются дополнительные локомотивы (так называемая кратная тяга) в середине и конце поезда. Сегодня рекордыёгрузоподъемности поездов в России – 44 тыс. т, в США и Канаде – 30 тыс. т. Такие перевозки осуществляются по специально разработанным маршрутам и расписанию.

Увеличение массы поездов также повлекло за собой ряд проблем, главной из которых можно считать торможение. При скорости более 200 км/ч при торможении на каждую ось выделяется 36 МДж теплоты. Это потребовало создания новых материалов, выдерживающих температуру свыше 1000° С, и разработки новых принципов торможения.

Для удержания вагонов поезда большой массы, особенно на уклонах, потребовалось изменить принципы автосцепки вагонов.

Увеличение длины поезда привело к необходимости удлинения приёмо-отправочных и сортировочных станций, включая пассажирские платформы. Это осложняет проблемы экологии в части занятости территории.

7. Проблемы управления движением. К ним привело увеличение скорости. Они обусловлены тем, что при скорости более 160 км/ч глаз человека не воспринимает информацию об окружающей среде, следовательно, машинист не может обеспечить безопасность движения. Это, в свою очередь, потребовало развития систем автоматической блокировки движения при занятом перегоне.

Более пассивная роль машиниста вылилась в возможность его замены на «автостоп-дублер машиниста», т.е. создание систем автоматического управления транспортным средством без участия машиниста. Такие системы повысили безопасность движения на 30 %. Информация в систему подается из вычислительного центра дистанции управления.

Системы управления в автоматическом режиме стали разрабатываться ещё при движении по железным дорогам с обычной скоростью. Так, в Канаде системы без машиниста стали применяться с 1972 г. на перевозке угля по специально разработанным маршрутам; в Москве подобная система разработана для движения на метрополитене по кольцевому маршруту; в Сан-Франциско работает пассажирский поезд с автоматизированным управлением.

Однако, при перевозке пассажиров нельзя полностью отказываться от присутствия машиниста. Его функции будут состоять не в управлении транспортным средством, а в наблюдении за процессом посадки-высадки пассажиров на станции в целях обеспечения безопасности. Повышенная скорость требует более совершенных систем управления.

Автомобильный транспорт. Основная проблема – также повышение скорости движения. Эта проблема комплексная, требующая повышения коэффициента полезного действия (КПД) двигателя путем замены традиционного двигателя внутреннего сгорания с КПД в пределах 20 %, на более мощные. К более мощным видам двигателей относятся: газотурбинный, дизельный (частичное решение, так как он имеет массу недостатков, в частности экологических), газодизельный, инерционный (жиробус с подзарядкой через каждые 1 – 1,5 км на маршруте), роторно-поршневой Ванкеля, стирлинги двойной очистки и др.

Повышение КПД должно идти не только за счёт замены двигателя, но и за счёт изменения методов диагностирования, режима движения и других организационно-технических мероприятий, также являющихся объектами научных исследований.

Продолжаются работы по созданию автомобилей повышенной грузоподъёмности и пассажировместимости. Это требует решения ряда вопросов, связанных с качеством автомобильных дорог. Для обеспечения качества дорог необходима замена традиционных материалов на новые, более прочные и дешёвые (удачен опыт добавок, в том числе резины из отработанных автомобильных шин). Также необходимо изменение принципов, закладываемых при проектировании, строительстве (подземные, навесные и пр.), эксплуатации и др.

Очень важная и сложная проблема автомобильного транспорта – взаимодействие с окружающей средой. Автомобильный транспорт является сегодня одним из наиболее экологически опасных видов транспорта. Основное направление научных исследований – это поиск новых видов топлива: водородного (считается топливом будущего, первый патент – в 1854 г.), ядерного, газобаллонного, энергии Солнца, спиртов, добавок к бензину, синтетических видов (многие на угольной основе) и др., а также работы по внедрению электроэнергии в автомобильный транспорт (электромобиль экспонировался еще в 1899 г.). Актуальны вопросы веса, материала, зарядки, долговечности и другие проблемы аккумуляторов.

Для снижения стоимости автомобильных перевозок необходимо решить проблему увеличения моторесурса, т. е. повышения долговечности службы двигателя и других частей автомобиля, которая связана с конструкцией автомобиля, его назначением, применяемыми материалами, точностью сборки, качеством дорог и др.

Усложнившиеся условия движения привели к созданию «летающего» автомобиля. Он имеет восемь двигателей, управляется компьютером.

В настоящее время во всех странах мира остро стоит проблема безопасности на автомобильном транспорте.

Водные виды транспорта. Важной проблемой является увеличение грузоподъёмности (дедвейта).

При тройном увеличении грузоподъёмности себестоимость перевозок снижается в два раза. Учитывая номенклатуру и дальность перевозимых грузов на водных видах транспорта (массовые относительно дешевые грузы), этот вопрос очень актуален.

Большая грузоподъёмность потребовала решения вопросов комплексной механизации и автоматизации погрузочно-разгрузочных работ с целью уменьшения времени простоя транспортных средств под перегрузочными операциями.

В конце сезона большой процент работников покидает водные виды транспорта. Поэтому остро стоит вопрос автоматизации управления всех процессов, в том числе связанных с жизнедеятельностью команды и пассажиров на борту. Так, в Японии, где эта проблема решена практически полностью, численность команд судов во много раз меньше, чем в любой другой стране.

Увеличение грузоподъёмности потребовало решения вопросов, связанных с увеличением мощности силовых установок (в настоящее время 30–40 тыс. л. с. при грузоподъёмности до 150 тыс. т дедвейта и скорости около 16 узлов).

Увеличение мощности силовых установок привело к необходимости разработки новых типов двигателей (например, паротурбинные, стирлинги, атомные и др.). Атомные двигатели применяются, в основном, для ледокольного флота, подводных лодок, лихтеровозов. Так, ледокол «Арктика» имеет мощность 75 тыс. л. с., атомный лихтеровоз на 73 лихтера – 40 тыс. л. с. Применение воздушной подушки и подводных крыльев позволяет уменьшить мощность двигателя при той же грузоподъёмности судов.

В Германии паром на воздушной подушке перевозит одновременно 400 пассажиров и 200 автомобилей при скорости 130 км/ч. Французский паром на воздушной подушке грузоподъёмностью 85 т перевозит 400 пассажиров и 65 автомобилей при скорости 130 км/ч. Экраноплан на воздушной подушке при высоте подъёма 15–45см над водой развивает скорость 120–170 км/ч.

Увеличение мощности ведёт обычно к увеличению расхода энергии, что с точки зрения экологии является нежелательным. Возникает проблема экономии энергии. Учёные Японии подсчитали, что уголь на 40 % уменьшает затраты по сравнению с дизельным топливом.

Повышенная грузоподъёмность привела к возникновению проблемы реконструкции портов для углубления дна (капиталоёмкие мероприятия), поскольку у судов грузоподъёмностью 300 тыс. т осадка достигает 17 м, и то благодаря их большой ширине (что уменьшает скорость и маневренность).

Увеличение грузоподъёмности привело и к целому ряду проблем, связанных с осадкой судов. Для прохода судов необходима гарантированная глубина, или фарватер. Требуется также изменение принципов организации перегрузки на причале. Существуют следующие способы решения этих проблем: строительство причала в 10 – 15 км от берега с понтонами и перекачкой по трубопроводам жидких грузов (можно трубопровод провести до перерабатывающего завода); сооружение плавучих портов-островов (опыт Бельгии); выгрузка лихтеров на рейде; подведение под судно надуваемой сети (опыт Англии, когда суда грузоподъёмностью 100 тыс. т поднимают на 2 – 3 м); строительство судов СУОТ – двухкорпусных судов по типу айсбергов с малой частью поверхности над водой (опыт Японии, США); судов катамаранного типа и др. Николаевский кораблестроительный институт предложил строительство тримарана с осадкой 1 м (тримаран – трёхкорпусное судно с одинаковыми корпусами, два из которых расположены рядом, а третье сдвинуто в продольном направлении).

На водных видах транспорта остаются нерешенными вопросы повышения скорости движения и маневренности. Проблема сложная, так как сопротивление движению растёт пропорционально скорости, возведённой в третью степень, из-за двойной среды «воздух–вода», а плотность воды в 800 раз выше плотности воздуха. Веками считали низкую скорость на водных видах транспорта непреодолимым барьером. Сейчас существует два основных направления решения проблемы увеличения скорости: создание судов подводного (судно опускается целиком под воду) и надводного (судно поднимается над водой) плавания. Имеется также ряд специальных мероприятий: в носовой части судна выпускается вязкий полимер, который протекает вдоль корпуса и забирается в кормовой части для очистки и нового запуска (ресурсосберегающая, экологически более чистая технология), или применяется электромагнитный способ (корпус судов металлический, а вода – хороший проводник тока).

Для безопасного движения судов под водой фарватер оборудуется гидроакустическими буями. Широко используются такие суда при перевозке грузов и в туристическо-экскурсионном обслуживании. Они дают возможность хорошего обзора подводной жизни реки или моря.

Повышение скорости приводит к проблемам маневренности и торможения судов. Для повышения маневренности применяют водомёты, успокоители качки и пр. Проблемы торможения решаются различными способами, в частности с помощью раскрывающихся парашютов (приём, применяемый практически на всех видах транспорта), раскрывающихся закрылков и др.

Многие вопросы на водных видах транспорта решаются в настоящее время с помощью парусников. Особенно это характерно для Японии, которая применяет компьютерное управление парусниками для установки в автоматическом режиме паруса «на ветер».

Разрабатываются идеи разделяющихся судов для ускорения обработки грузов в порту. Ведутся работы по созданию специализированных судов, обрабатывающих грузы во время движения, например брикетирующих рыбу, перерабатывающих отходы и др.

Огромную проблему для водных видов транспорта составляют вопросы очистки вод после эксплуатации транспортных средств; от бытового мусора; при утечке, например, нефти и других отходов.

Авиационный транспорт. Главная проблема авиационного транспорта – максимальное увеличение скорости. Она осложняется тем, что получение гиперзвуковых скоростей (более пяти чисел в принципе, достижимо, но переносить такие скорости человек способен только после определенной тренировки; в настоящее время практикуется в военной авиации при строгом медицинском отборе и постоянном контроле). Поскольку перевозка требуется людям разного возраста и состояния здоровья, то повышенные скорости могут быть лишь такими, которые не причинят неприятных ощущений пассажирам, так как комфорт является одним из основных показателей качества обслуживания.

Первый отечественный сверхзвуковой самолёт Ту-144 со скоростью 2500 км/ч был продемонстрирован в декабре 1968 г., а зарубежный Конкорд совместного производства Франции и Англии – в феврале 1969 г. Американские эксперименты на фирмах «Локхид» и «Боинг» успеха не принесли.

Для сверхзвуковых самолётов используются идеи изменения пилотажных систем – применение дельтавидного крыла (отечественный опыт) и изменяющейся геометрии крыла, разработанной во Франции ещё в 1912 г. Полёт таких самолётов проходит на высоте около 20 км (ортодромическая трасса).

Проблема повышения скорости потребовала замены конструкционных материалов для строительства и эксплуатации самолётов. У алюминиевых сплавов предел нагрева 120–130°С, а при скорости 3000 км/ч и более температура повышается до 260°С. Это требует применения очень дорогих титановых сплавов. Топливо нагревается до 85 °С, в двигателе – до 260 °С, что приводит к испарению топлива, т. е. к пожароопасной ситуации. Удержать топливо в жидком или парообразном состоянии возможно под давлением азотом, что также дорого. Крылья таких самолётов охлаждают жидким водородом. Применение циркония (опыт ВВС США), выдерживающего температуру до 2500° С, показало хорошие результаты. Удачное решение – применение композиционных материалов, которые уменьшают массу самолёта на 40 % и сокращают расход топлива на 15 %. Также большие объёмы работ ведутся по замене взрывоопасного топлива на другие виды.

В авиации с 1980 г. ведутся работы по внедрению электродвигателя с подзарядкой батарей от Солнца (опыт Канады, Англии).

При высоких скоростях усложняется и пилотажная система, поскольку глаз человека не может адаптироваться к изменению внешней среды. Появляется проблема автоматического ведения самолёта по маршруту, т. е. создание бортовых компьютеров, регулирующих работу двигателя и движение самолёта в автоматическом режиме. Для этого устанавливаются параллельные каналы управления (в Ту-144 есть четыре канала управления для предупреждения сбоя или запаздывания информации по одному из каналов). Информация передается на такие устройства через искусственные спутники, например «Комсат-БД». Самолёт Ту-204 для маршрутов длиной до 7000 км имеет автоматизированные системы вождения по оптимальной траектории. По своим лётным качествам он превосходит зарубежные самолёты А-320 и «Боинг-757». Модель Ту-204М выпускается с двигателями фирмы «Роллс-Ройс».

Совершенствуются средства автоматики, обеспечивающие взлёт-посадку в любую погоду в любых условиях видимости, – создаются так называемые всепогодные самолёты. Всепогодным считается отечественный самолёт Ил-86.

Повышенные скорости создают большую, достаточно сложно устранимую проблему шума.

Сложная проблема – увеличение пассажировместимости и грузоподъёмности. Современные самолёты перевозят примерно 180 пассажиров (вместимость шести купейных железнодорожных вагонов). Аэробусы рассчитаны на 350 человек (например, отечественные Ил-86, Ил-96-300 и Ил-96М, зарубежные «Боинг- 747», ДС, «Тристар» и др.). Американский самолёт «Галактика» пассажировместимостью 900 человек не нашёл широкого применения из-за сложности эксплуатации и требования повышенной прочности посадочных полос. В 2003 г. произведён полёт аэробуса А-ЗХХ европейского консорциума «Эйрбас индастри», в состав которого входят Франция, Англия, Германия и Испания. Пассажировместимость авиалайнера – 550–800 человек.

В России существует проект 546-местного магистрального пассажирского самолёта М-99 с дальностью беспосадочного полета 13500 км.

В 1969 г. авиаконструктором О. К. Антоновым был создан грузовой самолет Ан-22 («Антей»), поднимавший 80 т груза (может использоваться для военных нужд – перевозить без комфортных условий до 700 человек). Отличительная особенность самолёта – возможность приземляться на неподготовленные площадки. В 1985 г. О. К. Антонов создал Ан-124 «Руслан» грузоподъёмностью 150 т. Затем был создан воздушный гигант – Ан-225 «Мрия» грузоподъёмностью 250 т для перевозки уникальных тяжеловесных крупногабаритных грузов (орбитальных космических кораблей многоразового использования, блоков ракеты-носителя «Энергия», техники и конструкций для нефте- и газодобычи, горной промышленности и энергетики). Скорость самолёта – 800 – 850 км/ч, дальность полётов – 4500 км, требуемая длина ВПП – 3000 м. Внутри грузовой кабины может помещаться речное судно, блок трансформатора и др.. При перевозке снаружи фюзеляжа «Мрии» можно закрепить ректификационную колонну диаметром 10 м и длиной 70 м. Широкое применение в народном хозяйстве нашёл самолёт Ил-76 грузоподъёмностью 40 т.

Группа Антонова разработала грузовой самолёт Ан-72 грузоподъёмностью 10 т укороченного взлёта-посадки. Существует проект грузового самолёта М-90 грузоподъёмностью 250 и 400 т с дальностью беспосадочного полёта 5000 км.

Дальнейшее увеличение грузоподъёмности сверхбольших самолётов обычной формы создаёт проблемы при их эксплуатации из-за нагрузки на крылья и при посадке на шасси. На Саратовском авиационном заводе (который был закрыт в 2011 г) проводились испытания самолёта будущего в форме тарелки, объединяющего функции крыла и фюзеляжа (экраноплан). Его максимальная скорость составляет 300 км/ч, вместимость – до 400 человек. Такой аппарат зависает на небольшом расстоянии от земли на воздушной подушке и плавно опускается на ложементы. Необходимая длина взлётно-посадочной полосы – около 500 м. Выдвижные шасси (виновники примерно 70 % аварий) отсутствуют как таковые. Этот самолёт прошел испытания на воде, передвигаясь со скоростью 160 км/ч (суда водного транспорта на воздушной подушке передвигаются со скоростью в пределах 120 км/ч). Особенность такой конструкции заключается также в том, что при отказе обоих двигателей самолёт может приземляться на воздушную подушку. Вибрация практически отсутствует, уровень шума низкий. Самолёт дважды выставлялся на авиасалоне в Жуковском.

Наша страна опережала другие страны по созданию грузоподъёмных вертолётов. Так, вертолёт «Ми» поднимает до 40 т на высоту 2000 м, причём при меньшей высоте грузоподъёмность может быть больше, но при этом усложняется эксплуатация и труднее обеспечивается безопасность полёта. Построен вертолет Ка-32 для доставки грузов на места зимовки с борта кораблей, работающих на Северном морском пути. Создан вертолет Ми-26Т, предназначенный для транспортировки тяжеловесных грузов на расстояние 400 – 700 км со скоростью 255 – 295 км/ч.

Разработаны самолёты небольшой вместимости, например турбовинтовой всепогодный самолёт М-101 «Гжель» бизнес-класса на восемь пассажиров, которым предполагается заменить Як-40 и Ан-24. Этот самолёт имеет противообледенительную систему и современную систему управления, обеспечивающую безопасность полётов.

Увеличение пассажиропотока на воздушном транспорте, повышение комфортности, снижение стоимости проезда, вызванные конкуренцией между видами транспорта, привели к созданию самолётов с отделяющимися салонами (самолёт из стандартных модулей по типу поезда) на случай пожара (система запатентована в США) или для высадки-посадки пассажиров по маршруту следования. Отделяемые салоны могут спускаться на землю в район аэропорта на парашютах.

Проблема топливной экономичности самолётов усугубляется с ростом их массы и скорости. Самолеты серии Ту-154 М, Л-610, Ил-114 при хорошей комфортабельности имеют меньший расход топлива по сравнению с самолетами других серий. Сегодня мировой стандарт расхода топлива – примерно 400 г на 1 пасс.-км (зависит от режимов работы двигателя, его типа, КПД и условий полёта, в том числе скорости).

Требования повышения безопасности полётов, скоростей, комфортности и др. создают проблемы аэропорта. Занятость территории как экологическая проблема требует сокращения количества земли, отводящейся под строительство аэропорта (площадь современных аэропортов может достигать 70 км2, например аэропорт им. Далласа в Вашингтоне), но реактивные самолёты нуждаются в нескольких 4–5-километровых дорожках для взлёта-посадки «на ветер». Боковой ветер может снести реактивный самолёт с дорожки из-за малой опоры на землю. Следует отметить, что большой процент аварий происходит при взлёте-посадке самолётов.

Проблемы аэропортов решаются следующими способами: создаются самолёты укороченного и вертикального взлёта (удачный опыт в военной авиации с 1969 г.); подземные аэропорты по типу подземных вокзалов на железнодорожном транспорте; применяется посадка самолётов на автомагистраль (например, Ташкент – Самарканд); разрабатываются самолёты-амфибии для взлёта с воды через 80 м пробега (удачный опыт Японии) и др. Самолёты короткого взлёта – это промежуточные до вертикального взлета – системы, требующие посадочные полосы длиной 300–600 м. Подобная техника демонстрировалась ещё на военных парадах 1965 г. не только в нашей стране, но и в Германии, Франции, США и др. В настоящее время эту конструкцию отличают высокий уровень шума и значительная стоимость.

Необходимо создание самолётов, не требующих повышенной прочности взлетно-посадочных полос в связи с большим весом самолётов, атмосферным воздействием и воздействием газовых струй, особенно от реактивных самолётов (температура – до 600 °С). Воздействие этих негативных факторов уменьшает сроки службы дорожного покрытия и резко увеличивает стоимость эксплуатации аэропорта. Идёт поиск новых строительно-дорожных материалов. Так, различные добавки в бетонную смесь, в частности резины от отработанных автомобильных шин, повышают износостойкость дорожного покрытия. Некоторые конструкции самолётов серии Ан рассчитаны на взлёт-посадку на грунтовую полосу длиной не более 600 м, в частности Ан-7Х германо-российско-украинского консорциума.

На местных линиях применяется самолёт Ан-28, способный взлетать с необорудованных грунтовых аэродромов при длине взлётно-посадочной полосы 550 м. Возможна эксплуатация самолёта Як-42 при короткой ВПП грунтовых аэродромов.

Проблемы безопасности взлёта-посадки решаются путём создания автоматизированных систем управления воздушным транспортом (например, система «Старт» в Санкт-Петербурге). Такие системы значительно повышают безопасность работы воздушного транспорта, увеличивают пропускную способность и сокращают до 20 % время пребывания самолёта над пространством аэродрома в ожидании сигнала, разрешающего посадку.

Необходимо создание системы обслуживания самолётов на территории аэропорта – предрейсовые осмотры, заправка водой, топливом, воздухом, продуктами питания для экипажа и пассажиров и др. Сегодня на заправку одного самолёта необходимо 2–3 двадцатипятитонных автомобиля, что небезопасно при движении по территории аэродрома. Одним из вариантов решения этой проблемы является замена топливозаправщиков на трубопроводный подземный транспорт с выведением средств заправки в определённые места стоянок. Такая система нормирует и контролирует расход топлива, уменьшает время заправки и степень опасности.

Велика проблема нормального функционирования взлётно-посадочных полос в зимний период из-за гололеда, заносов, снегопадов. Это требует применения специальной техники на территории аэродромов.

Особо остро стоят вопросы обеспечения безопасности движения, которая определяется способностью технических средств, экипажа, службы подготовки и обеспечения полёта осуществлять перевозки без угрозы для жизни и здоровья людей. Существует предубеждение, что воздушный транспорт является особо опасным. Однако статистика доказывает, что на единицу продукции воздушный транспорт в несколько раз менее опасен, чем автомобильный. По мнению английской компании «Ллойд» (крупнейшая в мире страховая компания по транспорту), летать на самолёте в 25 раз безопаснее, чем ездить на автомобиле.

Предвзятое мнение об опасности авиации вызвано тем, что в самолёте одновременно находится большое количество людей, особенно с увеличением пассажировместимости современных самолётов, а зафиксированы лишь единичные случаи спасения людей при авиакатастрофах (эффект «отвращение к катастрофе»). Вероятность катастрофы для пассажира в среднем не превышает единицы на 500 тыс. полётов. Эту цифру подтверждает и статистика компании «Боинг».

Основными причинами аварий на воздушном транспорте считаются: аритмия сна и биоритмов у экипажа (до 50 % аварий), поскольку воздушный транспорт работает круглосуточно; неисправность техники (примерно 12% от суммы аварий); случайные (стохастические) причины: молнии, град, сильный дождь, низкая облачность, туман, сильный ветер (над Москвой, например, скорость ветра может достигать 200 – 250 км/ч) и другие атмосферные явления, турбулентность воздушных потоков и пр.

Одной из причин авиакатастроф являются птицы. Они влияют на безопасность полётов самолётов, особенно в районе аэропортов во время взлёта-посадки. Создан специальный раздел орнитологии, рассматривающий возможность перемещения мест гнездовий птиц из окрестностей аэропортов без их физического уничтожения.

Устранению аварий способствует применение математических методов в организации управления движением самолётов. Всё воздушное пространство разделено на зоны круглосуточного наблюдения диспетчеров. Однако для страховки действий человека и оказания ему помощи в анализе ситуаций, а также для принятия необходимых мер для безопасности полётов и взлёта-посадки создаются автоматизированные системы управления, в которые закладывают все характеристики самолётов и с помощью системы радаров получают технические данные полётов, которые передают непосредственно через систему на пульт управления самолётом. Сложность состоит в том, что в больших аэропортах за 1 ч может одновременно обслуживаться до 250 самолетов.

Существует ряд мер для обеспечения безопасности авиаперевозок, в том числе тщательная подготовка и проверка лётного состава.

Продолжаются работы по проектированию и строительству аппаратов легче воздуха (дирижаблей, воздушных шаров и др.) для перевозки пассажиров и грузов, в том числе тяжеловесных и крупногабаритных.

Трубопроводный транспорт. Основная проблема трубопроводного транспорта – повышение пропускной способности трубопроводов. Решается она путем увеличения диаметра труб, повышения рабочего давления в насосных станциях и строительства вторых нитей трубопровода. Так, при диаметре трубы 720 мм годовая провозная способность составляет 15 млн т, при 1020 мм (наиболее распространённый в нашей стране диаметр) – 45 млн т, при 1420 мм – 75 млн т. Диаметр 1020 мм считается наиболее совершенным, в связи с чем США переходят с традиционно принятого в их стране диаметра 400 мм на 1020 мм.

Повысить пропускную способность в 2 раза можно при диаметре труб 1600 мм и давлении 7,5 МПа; при диаметре 2000 мм можно достичь увеличения пропускной способности в 3 – 4 раза, но при этом вырастут затраты на изготовление и перевозку труб. Эксперимент по прокладке труб диаметром 2500 мм экономически себя не оправдал.

Газ в сжиженном состоянии повышает производительность в 3–4 раза, но из-за повышения его химической активности для строительства трубы требуются более дорогие легированные стали. Кроме того, природный газ, добавляемый из скважин, имеет, температуру около 40°С и требует охлаждения до температуры грунта (многие газопроводы находятся в районах многолетней мерзлоты). На 1 км газопровода диаметром 1420 мм требуется примерно 700 т труб.

Всё это обострило проблему создания прочных, дешёвых и тонкостенных труб.

Мощность насосных станций в настоящее время – 5,0 МПа. Осуществляется их переход на 7,5 МПа, но оптимальным считается – 10,0 МПа и выше. Это потребует изменения прочности трубы для повышения экологической безопасности её работы. Увеличение давления требует создания многослойных труб, что значительно дороже.

Наиболее остро стоит проблема защиты труб от внутренней и внешней коррозиии блуждающих токов. Страна ежегодно теряет до 15 млн т стали из-за коррозии. Изоляция внутренних поверхностей труб повышает их пропускную способность на 5 – 8 %, но увеличивает стоимость. В больших городах металлические трубы подвержены влиянию блуждающих токов. Применяемое битумно-бумажное покрытие труб эту проблему решает не полностью. Более успешно справляются с коррозией полимерные пленки с защитными обертками, эпоксидные и лакокрасочные плёнки, пенополиуретан и другие материалы, а также электрохимическая защита. Для труб большого диаметра успешно применяется защита в виде минеральной ваты и оцинкованного стального листа. За рубежом широко применяют полиэтиленовые покрытия на предварительно нанесённый клеевой состав из бутилкаучука или покрытия на основе эпоксидных смол, обладающих высокой адгезионной прочностью и стойкостью к повышению температур, а также многослойные покрытия из полиэтиленовых и поливинилхлоридных лент, наклеиваемых на липкую грунтовку из бутилкаучука (в Японии используется самоклеющийся слой из бутилкаучукового компаунда).

Самое лучшее решение проблемы коррозии – эмалирование труб. Это – дорогостоящий, но надёжный способ, применяемый в городах при подземной прокладке труб.

Существует проблема защиты груза от турбулентности, уменьшающей скорость движения. Решение этой проблемы подсказала природа. В растительном мире существуют водоросли, которые разбивают потоки речной воды и устраняют тем самым возможность её застоя, отрицательно сказывающегося на жизнедеятельности всех живых организмов реки. В трубопроводе прокладывают искусственные водоросли, устраняя таким образом турбулентность.

Большая проблема – это укладка труб в местах залегания нефти и газа, особенно в районах многолетней мерзлоты, пустынно-степных районах Заволжья, Сибири и Дальнего Востока. Металлические трубы нагреваются от трения при перекачке грузов. Мёрзлый грунт может протаивать, приводя к обрыву трубопровода. Кроме того, подземные укладки трубопроводов меняют тепловой режим почвы. При пониженных температурах воздуха обычные марки стали становятся хрупкими. В лавиноопасных районах необходимо применять многослойные трубы, выдерживающие большие ударные нагрузки. Такие трубы позволяют, к тому же, повышать давление до 15,0 МПа.

Проблема замены металла при производстве труб актуальна по разным причинам: стоимость металлических труб довольно высока, коррозия металла приводит к небезопасной эксплуатации труб и т.д. Лучшим выходом считается производство труб из пластмассы. Опыт применения пластмассовых труб во многих странах мира показал их высокую рентабельность: 1 т пластмассовых труб заменяет 7,5 т стальных и 12 т чугунных труб. Отдельные пластиковые трубы при диаметре 70 мм выдерживают давление до 25 МПа, что позволяет в 1,5 раза увеличивать пропускную способность. Однако прочность и термостойкость пластиков еще недостаточны Для повышения безопасности необходимо изменить способы спайки и сварки швов. Так, в настоящее время стали применять лазерную технику для этих видов работ.

Для улучшения экологической обстановки и уменьшения потерь груза при авариях необходим быстрый поиск неисправностей. Для этого разработан метод дистанционного обнаружения повреждений лазерным анализатором, установленным на подвижном составе авиационного транспорта.

Необходимо решить проблему расширения номенклатуры грузов, перевозимых данным видом транспорта. Сегодня находит распространение перекачка угля, обычно в виде суспензии, т.е. водно-угольной смеси. Однако не все сорта угля можно транспортировать таким способом. Массовые сыпучие грузы, например зерно, известь и др. часто перекачиваются в потоке воздуха, т. е. по пневмопроводам, в основном, на промышленном производстве.

Кроме того, разрабатывается идея транспортировки твёрдых грузов (нефтяных масел быстро застывающих сортов и т. п.) в капсулах или контейнерах в потоке вместе с жидкими грузами.

Во всём мире распространена транспортировка бытовых отходов по трубопроводу непосредственно из жилых помещений до мест переработки. Такая система применяется, например, в Москве в районе Северное Чертаново. Трубопроводы применяются в библиотеках для доставки книг из хранилищ (например, в библиотеке им. В. И. Ленина Москвы, библиотеке им. М. Е. Салтыкова-Щедрина Санкт-Петербурга).

Единая система городского транспорта. Сокращение занятости территории города требует строительства подземных путей сообщения с полной инфраструктурой либо путей на эстакадах, обеспечивающих комфорт пассажирам. Строятся скоростные магистрали в обход города или его центра, что позволяет снизить интенсивность движения на улицах города и не расширять его транспортную сеть. Пример скоростных магистралей, расположенных в подземных разветвляющихся тоннелях и пересекающих город в разных направлениях представлен в г. Осло.

Проблема стоянок транспортных средств, прежде всего автомобильного транспорта, решается несколькими путями: строительство многоярусных, желательно подземных, гаражей; стоянок на крышах домов и эстакадах, в корпусах старых судов, установленных на берегу рек, на землях, использование которых невозможно для жизнедеятельности города, например в горе (г. Зальцбург), и т.п.

Большая проблема – шум, вибрация, магнитные излучения от транспортных средств

Разрабатываются новые виды городского транспорта; системы с полной автоматизацией управления и использованием принципа монорельса, в частности на желобообразном пути, обеспечивающего большую безопасность; новые технологии обслуживания пассажиров с большим комфортом и меньшей стоимостью; предполагается шире применять движущийся тротуар и т. п.

Вопросы повышения скорости перемещения остаются в поле зрения науки. Они осложнены локальностью территории города, необходимостью подачи транспортных средств как можно ближе к местам спроса (частота остановок), шумом и другими негативными последствиями. Здесь важна роль трубопроводного транспорта, идеи применения которого разрабатываются с 1840 г., а подземное его расположение даёт решение многих из указанных проблем. Трубопроводный транспорт основан на трёх принципах: пневмотранспорт – движение осуществляется силой сжатого воздуха (перед вагоном воздух откачивают, а сзади вагона подают сжатый воздух), что обеспечивает скорости движения до 80 км/ч, расстояние между станциями – 0,5–2 км; пневмотранспорт с применением электротяги обеспечивает скорости до 150–200 км/ч, что позволяет применять его на пригородных трассах; при гравитационно-вакуумном принципе труба устанавливается под уклоном для обеспечения ускорения под действием силы тяжести, и поезд движется в безвоздушном пространстве (патент выдан в США в 1969 г.).

В США спроектирована модель трубы с равномерно размещёнными окнами, благодаря чему при скорости 72 км/ч пассажир сможет видеть пейзаж за окном

В ряде стран, например в США и Германии, на основе идеи движущегося пассажирского конвейера разрабатываются разные модификации, в том числе системы кабинного типа – карвейеры. Такие системы увеличивают скорость перемещения и создают дополнительные удобства пассажирам.

Разрабатываются и другие варианты перемещения с устранением отдельных недостатков определённого вида транспорта. Например, в Японии разработан проект безрельсовой дороги, где через каждые 100 м на бетонных столбах установлены колёса, на которые опирается вагон длиной 220 м. В каждый момент времени поезд опирается на две пары колес боковыми крыльями. Этот проект позволяет уменьшить недостаток железнодорожного транспорта, связанный со значительными капитальными вложениями, при повышении скорости в городе до 200 км/ч, а в междугороднем сообщении – до 1000 км/ч.


Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:  



Сейчас читают про: