Климат-контроль: как испытывают поезда на способность ездить в дождь и снег
В предбаннике, за которым виднеется тяжелая металлическая дверь, стоят несколько вешалок с тяжелой долгополой зимней одеждой и ящик с перчатками. «Одевайтесь теплее! — говорит журналистам технический директор компании Rail Tec Arsenal Габриэль Халлер. — Температура там экстремальная, ветер, хоть и слабый...» Подтверждая его слова, над дверью горит табло с цифрами «11 км/ч, минус 43°С». Внутри, покрытый инеем и частично снегом, стоит локомотив Alstom PrimaII, который Rail Tec Arsenal в данный момент тестирует для климатических условий Казахстана. Сквозь ветровое стекло видны многочисленные датчики, наклеенные на различные поверхности и свисающие сверху в различных местах кабины. Габриэль начинает объяснять их назначение, но уже через полминуты, посмотрев на окоченевших журналистов, быстро закругляется и выводит нашу группу из климатической камеры. А локомотив остается — ему предстоит провести несколько дней при температурах от -45 до +50°С, с ветром, снегом и дождем.
Железнодорожный арсенал
Австрийская компания Rail Tec Arsenal (RTA) — одна из крупнейших в Европе организаций, которые занимаются климатическим и аэродинамическим тестированием. Байка, которую нам поведал один из инженеров RTA, гласит, что когда в 1950-х годах французские и немецкие железнодорожные ведомства договорились построить совместный исследовательский центр для аэродинамического и климатического тестирования, они никак не могли сойтись во мнении, в какой стране он будет располагаться. В итоге в 1961 году центр открылся в Австрии, правительство которой выделило для строительства площадку по соседству с Исследовательским институтом систем обогрева и охлаждения, расположенным на месте старого Венского арсенала. А новый центр, построенный в 2003 году в предместье Вены на смену старым мощностям, прослужившим 41 год, перенял историческое название.
В арсенале RTA находятся две климатические аэродинамические трубы — большая (Large Climatic Wind Tunnel, LWT) и малая (Small Climatic Wind Tunnel, SWT). Впрочем, «малой» труба SWT называется весьма условно — ее длина составляет почти 34 м, так что туда спокойно помещается, например, современный локомотив. А в самую большую в мире климатическую аэродинамическую трубу LWT длиной 100 м можно загнать целый поезд с 4−5 вагонами!
Тестирование железнодорожной техники не единственная специализация RTA: здесь проверяют на устойчивость к ветру и снегу авиационную технику, трамваи и метро, грузовики и автобусы, автомобили и даже горнолыжные подъемники. «В прошлом году у нас тренировались члены сборной Австрии по прыжкам с трамплина, — добавляет Габриэль Халлер.- Такие тренировки гораздо более эффективны — полет при прыжке длится не более десяти секунд, а в трубе можно отрабатывать стойку и тестировать снаряжение хоть много часов подряд, так что один день тестов в аэродинамической трубе заменяет более двух недель в горах. Результат налицо: австрийская сборная выиграла Олимпиаду в Ванкувере, да и в этом году стала победителем очередного этапа Кубка мира».
В жару и в холод
Но основные заказчики RTA — крупные производители железнодорожной техники: французская компания Alstom, немецкая Siemens, канадская Bombardier и итальянская AnsaldoBreda (они же и основные акционеры). Тестирование поездов на предмет аэродинамики и климатической устойчивости очень важно. «Для того чтобы гарантировать безотказную эксплуатацию, скажем, при низких температурах, нужно решить множество потенциальных проблем, — объясняет Франсуа Лакот, вице-президент по технике компании Alstom Transport. — Это накопление снега и льда на подвижных частях — дверях или пантографах, на деталях тележек или тормозной системы. Такие тесты мы проводим в климатических туннелях RTA, которые создают встречный воздушный поток с нужной температурой и осадки, причем это не просто продувка, а именно тестирование, с вращением колес передних осей на беговых барабанах. В некоторых случаях по результатам таких испытаний приходится вносить изменения в конструкцию: в нашей модели Pendolino, курсирующей между Санкт-Петербургом и Хельсинки под названием Allegro, пришлось перенести воздухозаборники и часть электрооборудования на крышу, чтобы избежать захвата и накопления снега, а также позаботиться о дополнительных обогревателях, теплоизоляционных стеклах и электронике, способной гарантированно работать при температурах до -50°С».
Воздух в конце туннеля
Немало хлопот доставляет и конденсация влаги на электронных компонентах при быстрой смене температур, например при входе в туннели (этот эффект тоже тестируется в RTA — правда, не в трубах, а в климатической камере). При движении по туннелю на высокой скорости поезд также порождает ударную волну, повышающую давление на входе воздухозаборников и вынуждающую их работать в нештатных режимах. «Эта проблема решается переходом на замкнутую циркуляцию воздуха в системах охлаждения, вентиляции и кондиционирования на время прохождения туннеля, — говорит Франсуа Лакот. — Переключение происходит либо при скачке давления, либо по сигналу специального маяка за несколько секунд перед входом в туннель. Правда, эту систему мы в RTA не тестируем». По словам Габриэля Халлера, создать ударную волну в трубе замкнутого цикла сложно, она разрушающе действует на оборудование самой трубы (и даже на ее стенки).
Прокатиться с комфортом
Один из самых важных показателей для пассажирских поездов — климатический комфорт пассажиров. Все требования учитываются еще на этапе компьютерного моделирования, затем отрабатываются отдельные элементы климатических систем, но рано или поздно наступает момент, когда нужно протестировать всю систему в сборе, причем в разных погодных условиях и на высоких скоростях. Именно это и делается в климатических камерах в Ла-Рошеле и в климатической аэродинамической трубе RTA в Вене.
«Чтобы оценить ощущения пассажиров поезда, внутрь ставят огромное количество датчиков, — объясняет эксперт по климатическому комфорту компании Alstom Transport Францис Мортре. — Измеряются температура воздуха в ключевых точках, скорость и направление воздушных потоков на уровне голов сидящих пассажиров, температура поверхности подлокотников и стекол (а вдруг пассажир прислонится к стеклу?), относительная влажность, учитывается влияние солнечного света сквозь окна. Каждый пассажир, кстати, тоже служит "нагревателем" с тепловым эквивалентом около 120 Вт. Для имитации пассажиров мы используем специальные электрообогреваемые коврики, которые укладываются на сиденья, и бойлеры, выделяющие водяной пар. Такой подход позволяет довольно близко моделировать реальную ситуацию».
В результате поезда, локомотивы, метро и трамваи Alstom эксплуатируются под палящим солнцем, ветром, песчаными бурями, при высокой влажности, под дождем, снегом и градом, при экстремально низких температурах. На просторах 66 стран на пяти континентах.