Můj vlak odlétá v šest

PETR TOMEK  |  Věda
Můj vlak odlétá v šest

Přestože v historii vznikl už nespočet podivně konstruovaných vlaků, zůstávají stále spíše kuriozitami nebo turistickými atrakcemi než běžnými dopravními prostředky. Všechny ty soupravy vznášející se na závěsných kolejích, levitující nad supravodivými elektromagnety, klouzající po vznášedlových podvozcích a poháněné vrtulemi, turbínami nebo bůhvíčím, ještě stále poráží běžný vlak s tradičními ocelovými kolejnicemi, rachtajícími vagony a funícími lokomotivami. Opravdu je tradiční uspořádání tak vynikající? Proč se tedy skupiny konstruktérů neustále znovu a znovu pokoušejí stvořit něco jiného, rychlejšího, lepšího?

Vlak z univerzity

Japonsko je jednou z mála zemí, kde se nekonvenční dráhy nejen provozují, ale kde se stále věnují jejich vývoji. Návrh nového vlaku na vzduchovém polštáři vznikl na prestižní univerzitě Tohoku v laboratoři Yasuakiho Kohamy v Institutu tekutin. Za vcelku tradičním názvem Aero-Train, který nosila už řada experimentálních kolejových (i jiných) vozidel ze všech koutů světa, se tentokrát skrývá velmi netradiční řešení. Jeho konstruktéři o něm tvrdí, že půjde o rychlovlak, který bude svým provozem zároveň šetrný k životnímu prostředí. V dohledné době by se měl stát konkurencí maglevů – vlaků na magnetickém polštáři. Pokud k tomu dojde, bude to vlastně velký paradox. První koncepce, která měla název aerotrain byla totiž právě maglevy naprosto poražena. Ekranoplán na kolejích

Kohamův Aero-Train (který se na rozdíl od ostatních píše takto s pomlčkou) využívající přízemního efektu by se měl stát v příštích deseti letech přímou konkurencí vlaků na magnetickém polštáři – maglevů. Na rozdíl od nich by se ale měl vznášet kousek nad povrchem betonové dráhy jen s pomocí aerodynamiky. Proto se také celý systém nazývá GETS neboli Ground Effect Transport System. Kousek nad tratí ho drží přízemní efekt, označovaný také hezky česky jako vzduchový polštář, což je jev, při kterém mezi zemí a vozidlem (letadlem nebo vznášedlem) vzniká vrstva vzduchu, po níž dopravní prostředek klouže. Dva druhy vozidel – vznášedla a ekranoplány – se spoléhají pouze na něj. I když vlastně „plují na vrstvě vzduchu“, nebývají takové prostředky považovány za letadla, ale za pozemní vozidla nebo lodě. Aerotrainy jsou vzácnou výjimkou, kdy jsou vozidla na vzdušném polštáři považována za vlaky.

Můj vlak odlétá v šest

Vzduchová vrstva může vznikat činností motorů buď přímo, jako je tomu u vrtulníků a vznášedel, nebo nepřímo jen pohybem samotného stroje vpřed jako u letadel a ekranoplánů. I když je klouzání po vzduchovém polštáři úspornější než let ve velké výšce, je přece jen výrazně energeticky náročnější než běžná jízda po zemi s vozidlem opatřeným koly. K využívání přízemního efektu je také potřeba poměrně rovný terén, jako je například mořská hladina, na kterou je odkázána většina ekranoplánů. Za klidného počasí ale šetří své palivo podobným způsobem i mnoho hydroplánů. Vrtulníky zase využívají přízemní efekt při letu nad pouští. Podobné „klouzání“ skrývá i mnoho nebezpečí. Při takto nízkém letu je snadné zavadit křídlem o zem nebo o vodní hladinu. Pro provedení zatáček je tedy nutné buď získat určitou výškovou rezervu, nebo počítat s nepříjemnou výkluzovou zatáčkou. Něco takového si ale vlak nemůže dovolit, přestože je konstrukčně Aero- Train ekranoplán s koncepcí tandemového dvouplošníku.

Můj vlak odlétá v šest

Má tedy dvě (později i více) stejné nosné plochy uspořádány za sebou. Trochu tím připomíná práce německého inženýra Günthera W. Jörga, který tuto koncepci propagoval u malých rychlých člunů od sedmdesátých let minulého století. Konstruktér vlaku, založeného na stejném principu, má ale ještě několik problémů navíc. Pokud vlak levituje podobně jako maglev, musí zároveň využít nějakou sílu k vedení po dráze. Samozřejmě je ideální, pokud se přitom zároveň nemusí dráhy příliš dotýkat. Maglevy používají k udržení směru stejnou sílu, která je drží nad tratí – elektromagnetické pole. Kohamův Aero-Train ale kolem sebe nic takového nemá, protože elektromagnety v jeho případě nahradila krátká křídla.

Můj vlak odlétá v šest

Nezbývá než využívat aerodynamiku i k udržení správného směru. Konce křídel Aero-Trainu proto dostaly tvar písmene L a ke stabilizaci využívají vrstvu vzduchu mezi nimi a kolmými stěnami dráhy. Zároveň vrcholy křídel nesou odpružené sběrače, které přivádějí elektrickou energii z trolejí skrytých pod přečnívajícími horními okraji stěn. Pohon obstarávají elektricky poháněné vrtule umístěné na bocích vozidla. Pro skutečný vlak počítají konstruktéři s dmychadly v prstencových krytech. Zatím se po zkušební dráze univerzity Tohoku proháněly dva funkční modely okřídleného Aero-Trainu. První vyjel na trasu před univerzitou už roku 2001. Druhý, 8,5 metru dlouhý, byl testován o rok později. Nejvyšší dosažená rychlost jen málo přesahovala 100 km/h, opravdový Aero- Train by měl dosahovat rychlosti až pětkrát vyšší. Konstruktéři věří, že se jim podaří systém zdokonalit natolik, aby mohl být do roku 2020 nasazen do běžného provozu.

Nejekologičtější?

Netradiční řešení pozemních drah narážejí na několik stále stejných problémů. Jistě se nevyhnou ani Kohamovu Aero-Trainu. Prvním z nich je cena. Zatímco provoz netradičních drah může být ziskový nebo alespoň šetrný, o výstavbě se dá totéž říci jen málokdy. Přestože je betonová dráha vlaku vznášejícího se díky přízemnímu efektu mnohem levnější než dráha pro vlaky s magnetickou levitací, její cena bude rozhodně dalece převyšovat cenu běžné železniční tratě. Konstrukce tratě v podobě „koryta“ navíc v podstatě vylučuje vedení po zemi, a tak se k už tak nemalé sumě za výstavbu tratě přidává ještě cena za výstavbu nosné konstrukce. Množství použitého betonu také poněkud kazí proklamovanou ekologickou šetrnost. Výroba cementu i tuhnutí betonu totiž rozhodně nejsou bez emisí.

A co výhybky?

Druhou skupinou problémů je využitelnost takové dráhy. Udávaná maximální rychlost kolem 500 km/h i konstrukce dráhy přivádí k pochybnostem, jestli se u něčeho podobného dá vůbec počítat s výhybkami. Logickým závěrem je, že by to nebylo ani příliš výhodné, ani bezpečné. Aero-Train je tedy možné použít jen na přímých meziměstských tratích bez křížení, výhybek, semaforů a všech těch věcí zdržujících provoz. Pak ovšem nemůže představovat skutečnou konkurenci železniční dopravě, ale jen některým rychlíkovým tratím a letecké dopravě na krátké a střední vzdálenosti.

A aby toho nebylo málo, je tu ještě jeden problém – cestující. I když si už dnes většina cestujících při jízdě vlakem čte nebo povídá a cestu příliš nesleduje, přece jen na ně působí sledování panelů betonového koryta míhajících se za oknem poněkud depresivně. Těžko říci, jestli už tento problém skupina Yasuakiho Kohamy řeší, ale z komerčního hlediska asi bude nutné prorazit do stěn vodicího koryta okna a zasklít je odolným sklem. Dráha se tak opět prodraží. Přesto by mohl být nový koncept rychlovlaku stále ještě komerčně, ekologicky i turisticky zajímavý. Před dvaceti lety nás překvapovaly levitující vlaky. Možná se dočkáme doby, kdy dostanou křídla. Aérotrain – ten první a pravý

Na počátku řady nejrůznějších vlaků i jiných dopravních prostředků nazývaných aerotrain stojí skutečně zvláštní koncepce dopravního prostředku. Vlastně bychom měli spíše psát L’aérotrain (proto dlouhé é), protože konstruktér Jean Bertin byl Francouz. Jeho myšlenka byla zajímavá, i když nikoli úplně původní. Navrhl vlak pohybující se po betonové kolejnici ve tvaru obráceného písmene T. Nad ní se měl ve výšce pouhých několika milimetrů vznášet trup aérotrainu nadnášený vzduchovým polštářem. Ano, Bertinův vlak byl ve skutečnosti vznášedlem. První funkční model dlouhý 1,4 metru se zkoušel už roku 1963. Následovaly modely Aérotrain

01 a Aérotrain

02. Brzy se dostavily i první úspěchy – 1. ledna 1967 dosáhl Aérotrain

01 rychlosti 345 km/h a 22. ledna 1969 překonal Aérotrain

02 rychlost 422 km/h na zkušební dráze Gometz-le-Châtel. Média byla nadšena a podpora ze strany veřejnosti snad nekonečná. Všechno se zdálo snadné a dokonalé. Bertin vytvořil tři návrhy aérotrainu pro meziměstskou, příměstskou a městskou dopravu. První dva měly být poháněny turbovrtulovými motory, pouze městskou verzi by poháněl lineární elektromotor. Zároveň se rozběhly práce na trati Paříž–Orléans a první úsek budoucí trasy Paříž–Chartres. Postaveny byly dvě verze meziměstských aérotrainů. Známější z nich je 26 metrů dlouhý aérotrain „Orleans“ pro osmdesát cestujících poháněný dvěma leteckými turbovrtulovými motory Turbomeca Turmo II-C o 550 kW. Zatímco tisk ještě jásal, nad Bertinem a jeho vlakem se začala nepozorovaně stahovat mračna. Roku 1973 započala ropná krize, což byla špatná zpráva pro všechny experimentální vlaky poháněné leteckými turbínami. Francouzská vláda následující rok pod tíhou faktů podporu aérotrainu zastavila. Když pak Jean Bertin 21. prosince 1975 zemřel, zmizela s ním i naděje na obnovení myšlenky vznášedlového vlaku. Přednost dostaly rychlovlaky klasické koncepce na starých dobrých ocelových kolejích, které dnes známe jako TGV. Další země pak daly ve vývoji netradičních vlaků přednost vlakům na magnetickém polštáři. Maglev

Můj vlak odlétá v šest

Zkratka maglev znamená magnetická levitace. Od šedesátých let minulého století se používá pro vlaky pohybující se na magnetickém polštáři. Vlaky jsou na těchto drahách nadnášeny magnetickým polem vytvářeným magnety na spodní straně soupravy a zabudovanými v dráze. I když je v principu možné používat klasické elektromagnety, začala být myšlenka magnetických vlaků komerčně zajímavá teprve po objevu supravodivosti. Díky ní bylo možné výrazně snížit spotřebu elektrické energie. Podobným způsobem jako nadnášení je řešen i pohon souprav. Součástí spodní části vozidla je lineární elektromotor, jehož druhá část je součástí tratě. Z toho vyplývá velmi vysoká cena takové tratě.

Ideje, na kterých je založen princip magnetického vlaku bez kol, jsou poměrně staré – základní patenty, které umožnily jejich vznik, získali Alfred Zehden (lineární elektromotor) roku 1902 a Hermann Kemper (řada patentů mezi lety 1937 a 1941). Do využitelné podoby ale dospěly maglevy až v osmdesátých letech. První komerčně provozovaná dráha založená na magnetické levitaci byla otevřena roku 1985 v anglickém Birminghamu, ale po deseti letech byla uzavřena pro nespolehlivost. V současnosti se s maglevy můžete setkat v Německu, Japonsku, Číně a Koreji. Nové trasy vlaků na magnetickém polštáři chce budovat Velká Británie, Japonsko, Venezuela, Čína, Indie, Pákistán a také USA.

Nejčtenější