Новият скоростен влак: 400 км/ч. Защо изглежда странно?

Най-забележителната черта на ALFA-X е удълженият нос, преувеличена версия на дизайна на влака-стрела от 1997 г. (снимка: Locomotive Wiki)

Новият японски високоскоростен влак ALFA-X ще развива скорост от 400 километра в час, когато влезе в експлоатация през 2030 година. Влакът ще има въздушни спирачки на покрива и магнитни плочи отдолу, за да спира по-лесно, съобщи Wired.

Но най-забележителната черта на ALFA-X е удълженият нос, преувеличена версия на дизайна на влака-стрела от 1997 г. Инженерите тестват и 16-метрова, и 22-метрова версия на носа. Това става чрез нощни изпитания по трасето между градовете Аомори и Сендай, които започнаха миналата седмица. Тестовете ще продължат 3 години.

Странният нос на влака-стрела буди недоумение у мнозина. Ясно е, че заостреният, заоблен нос е предназначен да се бори с въздушното съпротивление, но защо е толкова… изкилиферчен?!

Отговорът е сложен. Най-вече целта му е да се бори със страничните ефекти от това, което инженерите наричат „бутален ефект”. Това включва няколко събития, които се случват, когато скоростните влакове нахлуват в тунел.

Бутален ефект

„Това е като бутало, което влиза в цилиндър”, обяснява Дейвид Сопер, преподавател по аеродинамика в Центъра за железопътни изследвания и образование на Университета в Бирмингам. „Когато влакът влиза в тунела, той създава вълни на налягане – става въпрос формата, дължината и скоростта”.

Ако сте се возили в метро, най-вероятно вече сте усещали въпросния бутален ефект: когато влакчето наближава метростанцията, в станцията се явява силно въздушно течение, мощен вятър облъхва чакащите на перона, леките боклучета по земята се завихрят, понякога вратите на станциите започват да се отварят (както се случва на някои станции на софийското метро).

Този силен повей предлага блажено облекчение за потните пътници в летния зной, но при по-високи скорости може да има катастрофални последици. Силният вятър може да бутне пътниците в инвалидни колички и децата, а лашкащите се врати на станциите могат да наранят някого.

Същият бутален ефект има и други проявления. Когато влак влиза в тунел, внезапната промяна на налягането създава вълни с микроналягане. През 70-те години японският Шинкансен става известен с това, създавайки проблеми с напукани прозорци на близките къщи и звукова вълна, подобна на трясък, която се чува на разстояние до 400 метра.

„Причината за странните форми на носа е стремежът да се намали градиентът на вълната на налягането, която се създава, когато влакът влиза в тунел, за да се намалят вълните на микровълновото налягане при тунелните изходи”, обяснява Сопър.

Алтернативите

Колкото по-плоска е предната част на влака, толкова по-бързо вълната на налягането се натрупва в тунела, създавайки по-голяма промяна в налягането, когато влакът излезе. Дизайнът на ALFA-X има за цел да сведе до минимум този ефект чрез намаляване на площта на напречното сечение в предната част на влака. Това означава, че вълната на налягането се натрупва по-продължително време.

Идеалната форма на носа всъщност би била полусфера, но има практически ограничения да се направи така – защото е необходимо място, където да седят машинистите.

Промяната на формата на влаковете не е единственият начин за борба с буталния ефекти. Най-простото решение е влакът да се забави при приближаване към тунел.

Дизайнът на ALFA-X има за цел да сведе до минимум този ефект чрез намаляване на площта на напречното сечение в предната част на влака (снимка: Locomotive Wiki)

Също така дизайнерите могат да изградят специални „входни портали” за тунелите, наподобявайки фунията на тромпет, предлага Алън Варди от университета в Дънди. Това обаче не е приложимо навсякъде. В страни с планински райони често пъти няма достатъчно пространство между тунелите за изграждането на този тип входове към тунелите, а забавянето преди всеки тунел може да има пагубен ефект върху времето за пътуване.

Настилките на тунелите също играят роля. Варди посочва, че звуковият проблем не е само защото влаковете се движат по-бързо – той реално започва тогава, когато се въвежда практиката подовете на тунелите да се изграждат с бетонни плочи, а не с насипния чакъл и баласт, използвани в останалата част от железопътната мрежа.

Комфорт за пътниците

Намаленият шум не е единствената полза от странната форма на ALFA-X. „Искаме да подобрим не само скоростта, но и безопасността и комфорта”, каза Ичиро Огава, ръководител на изследователския център на Източна японска железопътна компания.

Съществуват общи аеродинамични ползи от дългия нос, които могат да помогнат за намаляване на ефекта от страничните ветрове и да направят влака по-ефективен, намалявайки съпротивлението. В Европа Bombardier успява да постигне 20% икономия на енергия чрез използване на компютърно моделиране за подобряване на дизайна на влаковете си.

Подобна особена форма може да направи пътуването и по-комфортно за пътниците. Големите промени на налягането извън влака обичайно оказват влияние върху самите вагони, особено когато няма голямо разстояние между покрива на влака и тавана на тунела. Ето защо при пътуване с влак мнозина усещат как ушите им пукат при всяко влизане в тунел. Този проблем също се намалява чрез странната форма на ALFA-X.