火车能使用飞机发动机(引擎)吗?上世纪的美国和苏联都曾干过这事并研制出来了,遗憾的是最终因一系列原因未投入运营。
上世纪六十年代初,世界上首条高速铁路日本东海道新干线通车,高速列车以200公里/小时的速度投入营运,向世界展示了高速铁路广阔的发展前景,随后法国、德国、美国、苏联等国家亦不甘落后,相继开展了各自的高速铁路计划。
观富士山与东海道新干线
美国涡轮喷气式火车
当年美国铁路运输正在受到高速公路和民用航空的冲击,为了应对汽车、飞机的竞争,美国铁路业迅速展开高速铁路研究工作。
1966年美国纽约中央铁路公司与通用电气公司合作,在Budd公司制造的柴油机车基础上,研制出世界第一台喷气式机车,并命名为M-497,绰号"黑甲虫"。
M-497(黑甲虫)
他们将内燃机车的车头改造为倾斜式流线型面罩,在前部车顶并排安装两台通用电气研制的J47-19型涡轮喷气发动机,这种喷气发动机也是F-86A战斗机和B-36H“和平卫士”战略轰炸机的引擎,这两台旧发动机原本就安装在B-36重型轰炸机上,单台推力2359公斤。
B-36H和平卫士轰炸机
1966年那个夏天,M-497试验机车在印第安纳州巴特勒至俄亥俄州STRYKER的笔直铁轨上试跑,创造了时速295.54公里的纪录,这记录在当时引起了轰动,到目前仍是美国铁路最高时速纪录。
试验中的黑甲虫
遗憾的是当时的美国铁路还是普通铁路,在这种铁路上运行高速列车风险太大也不现实,再加上涡轮喷气发动机油耗较高经济性太差,最终放弃了该计划。
M-497试验机车
苏联涡轮喷气式火车
当时苏联在高速列车研制及试验方面并非龙头老大,但苏联人的就喜欢追着美国人的屁股搞试验,不论有啥黑科技都是你追我赶,美国搞了个涡轮喷气火车,苏联也展开了喷气式列车研究,主要由雅科夫列夫航空设计局、加里宁机车厂、全苏火车设计科学研究院和莫斯科大学负责。
理论图
1969年,加里宁车辆制造厂和雅科夫列夫设计局提出研制喷气式机车的技术方案;
SVL喷气式机车设计图
1970年,加里宁车辆制造厂试制出苏联首辆名为SVL(俄文高速试验车的缩写)的喷气式机车。
SVL机车全长28米,车辆头部和尾部加装了流线型整流罩,车体下部两侧并设有可拆卸的圆弧形裙板(可将SA-3型自动车钩收纳在整流罩内),以减少高速运行时的空气阻力,后经风洞试验实测风阻系数为0.252(简单做个对比,现在我国的和谐号CRH380A风阻系数0.13)。
SVL喷气式机车
转向架设有二系悬挂装置,空气弹簧,砂箱及撒砂装置(撒砂来增加轮轨粘着系数);基础制动装置采用轴盘制动,每根车轴均安装有两块铸铁制动盘,制动系统采用电控空气制动机控制,这些东西都在后来的电力高速动车组列车上出现过。
车辆的动力装置采用两台并排安装于车顶上的AI-25型涡轮风扇发动机,即雅克-40支线客机所使用的喷气发动机,该型发动机的特点为结构简单、维修方便、使用寿命较长,两台发动机的总重量小于一吨,输出最大牵引力达到3000公斤。
俄罗斯,符拉迪沃斯托克,2017年10月13日
车内还安装有一台为空气压缩机、照明和控制电路提供电源的柴油发电机组,SLV喷气式机车整备总质量59.4吨,其中燃料(航空煤油)占7.2吨。
1971年底,SVL机车在列车在莫斯科铁路局管内戈卢特温——奥廖拉区段试验,最高运行时速达到187公里。
1972年初,SVL机车转往第聂伯河沿岸铁路局管内的第聂伯罗彼得罗夫斯克——新莫斯科斯克区段进行试验,最高时速达到249公里,是当时苏联铁路的最高速度纪录。SVL机车的249km/h对比美国几年前研制的M497喷气式机车创造的295.54km/h还是差那么一点,但并不妨碍在苏联引起轰动。
1975年,SVL机车完成各种试验后,由于诸多技术问题还是与美国喷气式机车的结局一样,最后被弃置于加里宁车辆制造厂(后更名为特维尔车辆制造厂)内。
废置的SVL机车
2008年8月,该机车的车头部分被切割下来,并制成一座纪念特维尔车辆制造厂建厂110周年的纪念碑,安置在特维尔宪法广场上,成为特维尔当地的地标之一。
SVL机车制成的纪念碑
总结
美苏两国用喷气发动机给火车提供动力的思路新颖且大胆,也许设计之初只想到为火车提供巨大动力而没有考虑到实用性,如果在山区铁路使用发动机喷口的火焰会造成什么后果,如果在隧道内运行又会有什么样的后果,还有巨大噪音问题呢?
该列车的试验结果虽然证明了在铁路运输上采用飞机发动机的喷气式列车在理论上是可行的,但燃料的高消耗率却使得它极不具有经济性,或许正是这些致命的问题最终让研究没有进一步发展。
俄罗斯高速混合动力列车 Sapsan
尽管这些先行者们没有获得最终的成功,却为列车高速运行时的临界速度、车辆共振、轮轨粘着等方面提供了实证研究数据,从此坚定不移地发展大功率电力传动、整体轨道等多项关键技术最终造就了高铁动车组列车!
最后再抛出一个问题,当年美苏两国研制的喷气式火车的涡轮喷气发动机为何都置于前端车顶,而不放置在机车后部呢?欢迎留言讨论。
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