Гиробус — автобус на маховику

140

Ще в 1940-х роках швейцарські інженери розробили новий тип автобусів з нульовим рівнем викидів, в якому для зберігання енергії використовувався великий обертовий маховик, а не акумуляторні батареї. Причина була проста — вони хотіли щось більш тихе і чисте, але найголовніше, вони хотіли автомобіль, сфера застосування якого не була б обмежена повітряними лініями електропередач.
Ось що з цього вийшло…

У багатьох швейцарських містах в той час як громадського транспорту використовувалися тролейбуси, які їхали за заздалегідь визначеними маршрутами. Але дроти обмежували область застосування міського транспорту, а прокладання нових маршрутів виявилася дорогим задоволенням. Розвиток акумуляторних батарей було ще в початковій стадії.

Таким чином, Б’ярні Сторсанд, головний інженер компанії Maschinenfabrik Oerlikon, в 1946 році розробив концепцію гиробуса. Гиробус приводився в дію електродвигуном, який харчувався електрикою від генератора і використовував великий обертовий маховик для накопичення енергії.

Розкручувався Маховик на зарядних станціях з допомогою трьох штанг, встановлених на даху гиробуса. Як тільки він досягав максимальних оборотів 3000 об/хв, він вважався повністю зарядженим, після чого гиробус зміг проїжджати до 6 км зі швидкістю від 50 до 60 кілометрів на годину, в залежності від навантаження на автобус і ухилу маршрут. Іноді гіробуси могли подолати до 10 км без підзарядки.

Використовуваний маховик був досить великим (діаметром 160 см) та важким (1,5 тонни) і був укладений в повітронепроникну камеру, заповнену газоподібним воднем при зниженому тиску для зниження опору. Перезарядка маховика зі стану спокою займала 40 хвилин, але розкрученому маховику було потрібно всього від 2 до 5 хвилин, щоб підзарядитися. Чим вище напруга, тим менше час зарядки.

Часто розташовані зарядні станції вздовж маршруту гарантували, що маховик ніколи не опускається нижче певного числа оборотів, які можуть вплинути на продуктивність і швидкість гиробуса. Наприклад, маршрут довжиною 4,5 км в Івердон-ле-Бен мав чотири точки перезарядки.

Наявність великої обертанням маховика всередині транспортного засобу призвело до кількох наслідків. Гіроскопічний ефект маховика змусив автобус чинити опір зміні напрямку руху, що сильно ускладнювало управління машиною. З іншого боку, це забезпечувало дуже рівну і плавну їзду.

Гіробуси використовувалися в обмежених кількостях у різних містах Швейцарії, Бельгії та Бельгійському Конго — бельгійській колонії в Конго до набуття ними незалежності в 1960 році — одна з них працювала у Леопольдвиле і була найбільшою з 12 транспортних засобів, що включає чотири маршруту довжиною приблизно по 20 км.

Експлуатація в Швейцарії
Повноцінна комерційна експлуатація гиробуса почалася в жовтні 1953 року. Цей маршрут з’єднував швейцарські комуни Івердон-ле-Бан і Грандсон. Проте він мав обмежений пасажиропотік, і в 1960 році рух гиробусов там було закрито з економічних причин (хоча з технічної точки зору досвід застосування гиробусов на цьому маршруті був успішним). Жоден з використаних на швейцарському маршруті гиробусов не зберігся, як не зберігся і досвідчений, демонстраційний екземпляр.
Експлуатація в Бельгійському Конго
Друга гиробусная система була відкрита в Леопольдвиле (нині Кіншаса, тоді столиця колонії Бельгійське Конго, нині — Демократична Республіка Конго). У Конго в 1955-1956 роках використовувалося дванадцять гиробусов (хоча деякі джерела помилково повідомляють, що гиробусов було сімнадцять), які обслуговували чотири маршрути. Заправні станції розташовувалися через кожні два кілометри. Використовувалися в Кіншасі гіробуси були найбільшими гиробусами з коли-небудь існували: вони мали 10,4 метрів в довжину, важили 10,9 тонн і вміщували до 90 пасажирів. Їх максимальна швидкість складала 90 кілометрів на годину.
Однак гіробуси в Конго швидко зношувалися. Цілком ймовірно, що це було пов’язано із звичкою водіїв «скорочувати» маршрут дорогами без покриття, які перетворювалися на справжні болота після дощу.
Іншими проблемами були поломки підшипників маховика і висока вологість, яка призводила до перевантаження двигуна. Однак закриття системи було викликано високим споживанням енергії. Фірма-експлуататор визнала, що витрата енергії занадто високий (він становив 3,4 кВт/год на кілометр для одного гиробуса). Рух гиробусов в Конго припинився влітку 1959 року. Стали непотрібними гіробуси були кинуті іржавіти поруч з гаражем.

Експлуатація в Бельгії
Третя і остання гиробусная транспортна система була в Бельгії. Вона складалася з одного маршруту (Gent Zuid-Merelbeke Molenhoek) і з’єднувала місто Гент з його передмістям Мерелбеке. Експлуатувало цю лінію Національне Товариство Місцевих Залізниць (воно займалося експлуатацією міжміських трамваїв і автобусів). Рухомий склад складався з трьох гиробусов, що отримали позначення G1, G2, G3. Для живлення гиробусов використовувалося напруга в 380 вольт/50 герц. Гиробусное рух відкрилося 10 вересня 1956 року, однак проіснувало воно недовго, до 24 листопада 1959 року.
Було декілька причин припинення використання гиробуса в Бельгії. Насамперед він відрізнявся високим споживанням енергії — 2,9 кВт·год/км, в той час як трамвай, що перевозить більше (у кілька разів) число пасажирів витрачав 2-2,4 кВт·год енергії на кілометр шляху. Крім того, гіробуси були визнані ненадійними, до того ж на «заправку» йшло недозволено багато часу. До всього іншого, з-за великої ваги (з-за важкого маховика) гиробус ушкоджував дороги. Один з гентський гиробусов, G3, був збережений. Його іноді демонструють на різних виставках і інших подібних заходах. Зараз цей гиробус зберігається у Фламандському музеї трамваїв і автобусів в Антверпені.

Чому цією темою вирішили займатися у свій час? Вся справа в істотних переваги такої конструкції. По перше вона практично безшумна, по друге набагато економічніше звичайного двигуна внутрішнього згоряння, в третє цей вид транспорту екологічно чистий, а в четвертих дозволяє обійтися без контактної мережі і рейок як наприклад на тролейбусах та трамваях.
Електромотор, який розганяв маховик, отримував енергію через три короткі штанги (мотор був трифазним), встановлені на даху гиробуса. Електродвигун включався тільки епізодично. Для цього уздовж маршруту проходження гиробуса обладналися «заправні пункти» (зазвичай на деяких зупинках). На цих пунктах штанги гиробуса піднімалися і торкалися до встановленим над зупинкою контактам трифазної електричної мережі. Після розгону маховика до потрібних обертів штанги опускалися, двигун вимикався, і гиробус прямував до наступної заправки».

Запас ходу на одній заправці приблизно 6 км, але для забезпечення надійності системи гиробус заправлявся кожні 2 кілометри шляху. З такою установкою гиробус розганявся до 50-60км/год. Гальма тут теж були електричні, енергія від гальмування дозволяла маховику покрутитися ще довше тобто мало місце рекуперація. «Заправка» гиробуса займала від 30 секунд до 3 хвилин. Для зменшення часу заправки напруга в мережі було піднято з первинних 380 вольт до 500.
Найдивовижніше в тому, що в середнього розміру гиробусе застосовується тритонний маховик лінійна швидкість обода якого сягає 900 км/год

Переваги:
Безшумний хід
Екологічно чистий
Не вимагає безперервної контактної мережі (на відміну від тролейбуса)
Можливість гнучко змінювати маршрутну мережу в разі необхідності.
Недоліки:
Велику вагу — гиробус, призначений для перевезення 20 осіб на 20 кілометрів, повинен мати маховик масою в 3 тонни
Обертається зі швидкістю 3000 обертів на хвилину маховик вимагає особливих заходів безпеки (лінійна швидкість обода маховика досягає 900 кілометрів на годину)
Керувати гиробусом складно, так як його маховик має властивості гіроскопа (прагне зберігати незмінне положення в просторі).

Вік гиробусов виявився недовгим — в 60-их роках всі системи гиробусного транспорту були закриті із-за поломок і складної економічної ситуації.
Крім того, розсудливі уми нагадали інженерам про небезпеки, пов’язаної з обертанням неймовірно важкого сталевого колеса на небезпечних швидкостях в тісному просторі, і ця ідея була остаточно відкинута.

Незважаючи на невдачі, розвиток гиробуса не припинилося повністю.
В 1979 році компанія «Дженерал Електрик» (США) уклала з департаментом енергії уряду США чотирирічний контракт (вартістю у п’ять мільйонів доларів) на розвиток прототипу автобуса з маховиком.
У 1980 році компанія «Вольво» проводила експерименти з маховиком, разгоняемым дизельним двигуном і використовуваним для рекуперації гальмівної енергії. Згодом від цього проекту відмовилися на користь гідравлічних акумуляторів.
У 2005 році Center for Transportation and the Environment (центр транспорту і навколишнього середовища), працюючи спільно з Університетом Техасу в Остіні, Центром електромеханіки (Center for Electromechanics), Test Devices, Inc., і DRS почав пошуки спонсора для фінансування розробки прототипу нового гиробуса.

Зараз в гібридному суспільно транспорті, та й не тільки в громадському а і в болідах формули 1 для рекуперації енергії гальмування використовується супер маховики які мають відносно невелику вагу і розганяються до дуже великих швидкостей.
Сам маховик як акумулятор енергії має дуже високий ККД, от якщо б не тертя повітря і тертя в підшипниках так взагалі було б ккд 99.99% так як відомо з шкільного курсу фізики нічого не може мати ККД понад 100%. До речі, по співвідношенню накопичених ват легко переграє всі типи існуючих на сьогоднішній день акумуляторів.Цікавий факт, енергія, запасаемая в його маховиках на одиницю маси, перевищує енергію тротилу.

В даний час існує тільки один гиробус, ретельно відреставрований, збережений і виставлений у Фламандському музеї трамваїв і автобусів в Антверпені.

А пам’ятайте ще цікаві транспортні засоби — гирокары.