Рост и развитие транспортных систем. Наземный транспорт

 

ПРЕДИСЛОВИЕ КАФЕДРЫ ПРОГНОЗОВ
 
Добрый день, уважаемые читатели журнала «Методолог».
 
Представлять сегодняшнего гостя рубрики Кафедра Прогнозов нет большой необходимости.
 
Д.т.н., профессор и Мастер ТРИЗ Александр Тимофеевич Кынин, ТРИЗ - эксперт южно корейской компании Samsung SDI уже 6 лет является нашим автором.
 
Сегодня мы продолжаем публикацию по его проекту  «Справочники по развитию технических систем» - выпуск 5.
 
Проект задуман как открытая справочная база данных, в которую собраны описания технических характеристик самых разных по предназначению Технических Систем в их эволюционном контексте. С точки зрения КП это абсолютно правильный и закономерный шаг в развитии ЗРТС как научной дисциплины.
Уже опубликовано несколько частей этого проекта
Справочники по развитию технических систем –
ЧАСТЬ1
ЧАСТЬ 2
я думаю, что можно смело включить в этот проект и недавнюю работу Александра Тимофеевича «Сегментация S- кривых» и рассматривать её как ЧАСТЬ 3
Сюда же следовало бы включить и «Справочник по «Умным Веществам», разработанный несколько лет назад автором и опубликованный в нашем журнале: http://metodolog.ru/00246/00246.html
Будем его рассматривать как «часть 0»
Полный текст можно прочесть на страничке автора
 
Представляемый неделю тому назад материал описывал наблюдения, собранные автором в области развития водного транспорта. http://metodolog.ru/node/445
КП относится   с очень большим интересом к такого рода проектам и всячески их поддерживает. Напомню адрес нашей открытой базы примеров по ЗРТС : «вход во все коллекции» более 2000 примеров http://video.mail.ru/mail/zrts7/
Почему?
Наша научная дисциплина – ЗРТС не может развиваться без собранных,  проверенных и определённым образом интерпретированных фактов в развитии техники. Парадигма изучения патентных баз для выявления закономерностей давно уступила место изучению истории развития техники, рынков и бизнеса.
Как рынок отсеивает, отбирает инновации? Это можно понять только из материалов, которые составляют смысл проекта «Справочники по развитию техники».
КП будет искренне благодарна, если   у Александра Тимофеевича найдутся последователи и помощники.
Приятного чтения,
С уважением,
Ведущий рубрики КП,
Юрий Даниловский.
 
 
3. РОСТ И РАЗВИТИЕ ТРАНСПОРТНЫХ СИСТЕМ
Кынин А.Т., Леняшин В.А., Фейгенсон Н.Б.
3.3 НАЗЕМНЫЙ ТРАНСПОРТ
Потребность перемещать какие-либо грузы с одного место на другое возникла у человека в незапамятные времена. В животном мире можно также видеть многочисленные примеры перемещения пищи для ее сохранения, или материалов для строительства гнезд.
В простейшем случае перемещение груза осуществлялось самим человеком, причем для его обеспечения реализовывались самые различные функции. Несомненно, что первым вариантом перемещения груза было его перетаскивание по земле. Такой способ прост, но требует больших усилий, связанных с преодолением трения скольжения. Другим вариантом перемещения груза является его переноска. Но переноска связана с необходимостью удерживать груз. При этом собственно функция «перемещать» осуществлялась ногами человека, которые обрабатывали землю. Однако функция «удерживать» реализовывалась его руками, которые обрабатывали собственно груз. То есть простейшее транспортное средство для того, чтобы выполнить свое предназначение, имело два инструмента и, соответственно, две Главные Полезные Функции (ГПФ). Такая двойственность природы транспортных средств отличает их от других Технических Систем (ТС).
3.3.1 Общая история развития наземного транспорта
Уже на самых ранних стадиях развития человек попытался уменьшить усилия, необходимые для перемещения груза. Одним из вариантов перемещения груза стала комбинация переноски и перетаскивания, когда человек тащил не непосредственно груз, а жерди, на которых этот груз лежал. К тому же гладкий предмет волочить легче. Так что первым техническим транспортным средством стала, скорее всего, волокуша. В этом случае груз распределялся между человеком и жердями. Возможно также, что в волокушу превратились носилки, у которых остался только один носильщик. Главными достоинствами волокуши были: отсутствие необходимости использования человеком рук для удержания груза, возможность использования человеком своего тела для движения груза и большая площадь полозьев по сравнению со ступнями.
Вариантом волокуши для передвижения по снегу и болоту стали сани. Сани состояли из плоских загнутых впереди кверху полозьев, в них вставлялся ряд вертикальных стояков, на которых крепилась платформа для груза. Существовали сани нескольких разновидностей, в частности, с одним полозом типа тобоггана (См. Рис. 1).
 
Рис. 1. Реконструкция древних саней [ Авилова Л.И. Древнейшая история дорог и транспорта по данным археологии. http://www.rusarch.ru/avilova1.htm ].
Революция в развитии наземного транспорта связана с изобретением колеса. По данным археологии, вначале, в VI тыс. до н.э. в Месопотамии появился гончарный круг, а надежные свидетельства существования колесной повозки относятся к IV тыс. до н.э.
В окружающем мире человек в основном видит движение линейное. Одним из известных исключений является «перекати-поле». Поэтому идея колеса, соединяющего вращение обода с поступательным движением оси, была далеко не очевидной.
& Тренд: движение линейное – вращательное.
Кто-то догадался подложить под них бревна-катки: так быстрее. Если бревно обжечь, чтобы оно было в середине уже, чем по краям, тогда груз не соскользнет. Следующий шаг - профилирование: широкий край бревна становится все тоньше, пока не отделяется от середины. Так появилось первое колесо [http://revolution.allbest.ru/transport/00030169.html]. Оси повозок были неподвижными. Колеса изготовляли из трех толстых досок, в центре была выступающая массивная ступица (См. Рис. 2А). В дальнейшем конструкция колеса претерпела существенные изменения: появились обод и спицы (См. Рис. 2В).
& Тренд: Дробление РО и выделением местного качества его составных частей.
 
Рис. 2. Реконструкция древней телеги (А) и колеса(В) [Авилова Л.И. Древнейшая история дорог и транспорта по данным археологии. http://www.rusarch.ru/avilova1.htm].
Следующим шагом стала замена человека в качестве Двигателя. Первоначально в качестве двигателей служили онагры, одомашненные в Передней Азии к IV тыс. до н.э., и быки и лишь во II тыс. до н.э. была приручена лошадь, ставшая затем основным тягловым животным. В Восточной Европы приблизительно в это же время были изобретены легкие деревянные сани-нарты с собачьей упряжкой.
Однако любое техническое усовершенствование имеет какие-либо негативные последствия. Так, использование животных для перемещения телег привело снижению их проходимости и потребовало создания инфраструктуры – то есть дорог.
Краткая хронология развития наземного транспорта представлена в Приложении 3.2.
3.3.2 Появление и развитие дорожной сети
В действительности, пути сообщения существуют столько времени, сколько существует человечество. Но древнейшими транспортными артериями были реки, освоенные человеком в эпоху мезолита. И только позже, уже в неолите (VIII-V тыс. до н.э.) появились наземные пути, по которым происходил между племенами на расстояния порой до многих сотен километров обмен ценными видами сырья. Это были тропы, привязанные к естественному рельефу – речным долинам, горным проходам.
Строительство дорог начинается с возникновением государства. До нас дошла древнейшая дорога, обнаруженная в Египте, она проложена к месту возведения пирамиды фараона Сахуры (III тыс. до н.э.). Чуть позже (2500 В.С.) была построена первая мощеная дорога в Rakhigarhi (цивилизации долины Инда).
Высочайшим достижением в области транспортных систем древности стали римские дороги. Римское государство уделяло большое внимание строительству дорог, игравших важную военную и гражданскую роль в функционировании огромной империи. Наиболее древняя Аппиева дорога была сооружена в IV в. до н.э. [Авилова Л.И. Древнейшая история дорог и транспорта по данным археологии. http://www.rusarch.ru/avilova1.htm].
Но постройка дорог с твердым покрытием несет в себе противоречие: для движения по дороге телеги не требуется сплошное покрытие дороги. В то же время сама прочность дорожного покрытия зачастую была избыточной для передвижения людей и лошадей, но явно недостаточной для поддержания колес тяжелых телег и фургонов. В результате в покрытии появлялись колеи, выбитые колесами. Кстати, такие колеи на грунтовых дорогах, в том числе на «знаменитых» российских большаках, несли и положительную функцию. Во-первых, позволяли «водителю кобылы» расслабиться («... а куды она из колеи денется...»), во вторых – уплотненные многочисленными колесами полосы грунта лучше выдерживали вес телеги.
Но наиболее остро вопрос о выборе между универсальностью дороги (дорожное полотно) и ее возможностями выдерживать большой вес была горная промышленность. И действительно, в 1541-м году появилось первое упоминание об использовании деревянных рельсов на шахтах.
& Принцип №3: Местное качество.
Именно на шахтах и были использованы первые паровозы.
3.3.3 Появление механического транспорта
Долгие века на дорогах Европы почти не происходило изменений. Разве что сами дороги стали заметно хуже, чем во времена Римской Империи. Все так же тянулись телеги, запряженные лошадьми...
В XVII~XVIII веках стали появляться какие-то заметные изменения в конструкции телег и карет. Появились рессоры, в каретах засверкали стеклянные окна и.т.д. Появились новшества и в организации движения. Так, известный ученый Блез Паскаль изобретает пассажирский автобус с лошадью, который имел регулярный маршрут, график и тариф. Естественно, что в упряжки стали запрягать как можно больше лошадей.
& Тренд: моно- би – поли.
Однако попытка увеличения перевозимого груза была ограничена количеством лошадей, которых можно было запрячь в карету без потери ее управляемости.
Естественно, что идея заменить лошадь механическим двигателем «носилась в воздухе». Первую повозку с паровым двигателем сделал французский артиллерист Николя-Жозеф Куньо. Он в 1769 г. продемонстрировал свой экспериментальный паровой артиллерийский трактор. Вслед за ним начались разнообразные эксперименты в этой области.
Самой передовой промышленной страной в это время была Англия. В 1784 Уильям Мердок построил рабочую модель паровой повозки в Редруфе, в 1801 Р. Тревитик построил первый паровоз для использования его в шахте, а через 2 года 10-местный пассажирский паровой экипаж. То есть британское паромобилестроение было на подъеме. В 1834 году паровой омнибус Мачерони и Сквайра показал рекордную для тех лет надежность 2740 километров без какого-либо ремонта.
Но тут вмешалась политика. Дело в том, что серьезной преградой развитию паромобилей стали лошади. При виде грохочущего экипажа они и становились неуправляемыми. На паровики ополчились и конные компании, и владельцы дорог (не каждая мостовая выдерживала паровой экипаж), в прессе муссировались страхи по поводу возможных взрывов котлов. В итоге, в 1865 году был принят так называемый Закон о красном флаге, по которому перед каждым самоходным экипажем не ближе 55 метров должен был идти человек, предупреждавший о возможной опасности. Скорости паровиков, естественно, упали... в городе нельзя было двигаться быстрее 3,2 км/ч, за городом 6,45 км/ч [http://www.autoreview.ru/archive/2005/07/steam_machines/].
Затем последовал еще один удар: извозопромышленники добились издания «Закона о дорожных локомотивах», который приравнивал скорость паровых дилижансов к конным 16 км/ч [http://bibliotekar.ru/auto2/3.htm]. Таким образом, главные преимущества паромобилей были практически уничтожены... В то же время, эти ограничения не коснулись паровозов, которые продолжили свое развитие.
3.3.4 Краткая история рельсового транспорта
Как уже было сказано, первые прототипы будущего паровоза появляются в начале XIX века. В то время еще плохо были изучены законы сцепления колес с рельсами, и люди думали, что колеса самодвижущейся повозки будут скользить по гладкой поверхности рельса, вращаясь на одном и том же месте. Поэтому человек стал работать над созданием таких приспособлений, которые могли бы помочь повозке передвигаться по гладким рельсам.
Появляется паровоз, с зубчатыми колесами ни при вращении зацеплялись за зубья рейки, уложенной вдоль пути. Но зубья оказались плохими помощниками - часто ломались, и поэтому от них пришлось отказаться.
Вслед за паровозом с зубчатыми колесами появляется паровоз с ногами, похожий на гигантского кузнечика. Но не суждено было этому необычному шагающему паровозу благополучно закончить свой путь. Спустя несколько минут, когда поезд уже преодолел два десятка метров, раздался взрыв - лопнул котел. За свои ноги этот паровоз получил название «шагающей машины».
Весной 1813 года один из владельцев Клингвортских копей лорд Лавенсворт получил письмо, в котором машинный мастер Стефенсон предлагал заменить лошадей «ходячими машинами». Стефенсон получил согласие и необходимые деньги. 25 июля 1815 года паровоз испытали. По словам очевидца, он мог «тащить помимо собственной тяжести, восемь груженых повозок, общим весом около тридцати тонн со скоростью четыре мили в час». В том же году Стефенсон создает второй паровоз, а в 1816 году третий. Он строит не только паровозы, но и дороги. 18 ноября 1822 года при огромном стечении зрителей была открыта Геттонская железная дорога длиной 12,8 километра, построенная по его проекту. Поэтому, в наши дни, изобретателем паровоза справедливо считают Стефенсона. Но сам Стефенсон в свое время был несколько другого мнения. «Паровоз, - сказал он, - изобретение не одного человека, а целого поколения инженеров-механиков». И он был прав...
Только усилиями многих талантливых изобретателей поставленная на колеса паровая машина приобрела дошедшие до наших дней формы паровоза, а примитивные рельсовые дороги копий и заводов превратились в пути сообщения массового пользования.
3.3.5 Развитие рельсового транспорта
Рассмотрим сначала более подробно железнодорожный транспорт (наземный рельсовый). На Рис. 3 представлено изменение скорости различных составов во времени.
 
Рис. 3. Зависимость от времени скоростей различных составов: паровых (1), дизельных (2), газотурбинных (3), электрических многомоторных (4), электрических одномоторных (5), турбореактивных (6), турбореактивных (7), на воздушной подушке (8) и на магнитной подушке (9) по данным [Further information: Land speed record for railed vehicles http://en.wikipedia.org/wiki/High-speed_rail, Land speed record for railed vehicles http://en.wikipedia.org/wiki/Land_speed_record_for_railed_vehicles].
Для рельсового транспорта, в отличии, например, от авиации, не характерно «достижение рекорда ради рекорда». Возможно, что это связано с большими затратами на создание инфраструктуры.
Как уже было сказано, особенностью этого вида транспорта является обязательное использование колес для движения по рельсам. Это, с одной стороны, повышает возможности для перевозки больших грузов, с другой, ограничивает возможности движением только по подготовленным маршрутам. Еще одним отличием рельсового транспорта является перевозка больших грузов, для чего он и был изначально создан. В настоящее время к рельсовому транспорту можно условно причислить также поезда на воздушной и магнитной подушках. Однако сохранилось общее свойство – движение только по специально оборудованной трассе.
Построим таблицу параметров рельсового транспорта (См. Табл. 1.).
Табл. 1. Параметры железнодорожного транспорта.
Система
Грузоподъемность
Скорость
Двигатель
Наличие собственного источника энергии
Паровоз
+ +
-
Паровой
-
Тепловоз
+ +
+
Дизельный
-
Многомоторный электровоз
+ +
+ +
Электрический
+
Электрический локомотив
+ +
+
Электрический
+
Турбореактивный и ракетный
+
+
Реактивный
-
На воздушной подушке
-
+ +
Реактивный
-
На магнитной подушке
-
+ +
Электрический
+
 
Из таблицы видно, что сравнивать эти системы только по скорости не вполне корректно. Дело в том, что, как и для всех прочих транспортных систем, существует противоречие между быстротой доставки груза и его количеством. К сожалению, пока не удалось найти данных о росте грузоподъемности составов. Однако, скорость вполне можно использовать для их приблизительного сравнения.
Самой первой Технической Системой (ТС) такого рода был паровоз. Скорость этой ТС, появившейся в начале ХIХ века, росла до его середины, после чего остановилась на значении около 150 км/ч. Но в начале ХХ века паровоз, казалось бы, обрел второе рождение. Рекордная скорость превысила 200 км/ч, что обеспечивалось ростом эффективности двигателя. Однако, резервы паровой машины уже были исчерпаны... (См. Рис. 3).
На смену паровозу пришел тепловоз. Несмотря на разницу в конструкции, дизель также является тепловым двигателем. Произошло изменение типа двигателя, но это изменение в системе не кардинальное, поскольку «рабочий орган» - колесо, не изменился. Т.е. Действительно, кривая эволюции скорости тепловоза практически является продолжением скорости для паровоза.
Кроме того, на кривой тепловоза практически отсутствует начальный участок, соответствующий «молодости» системы (См. Рис. 3). Это также объяснимо, поскольку тепловоз использовал существующую инфраструктуру железной дороги и подвижной состав (вагоны) практически без изменения. На данный момент, ТС «тепловоз» скорее всего, вышла на предел своих возможностей. Дальнейшая ее «жизнь» будет определяться целесообразностью замены ее электровозами.
Были сделаны попытки заменить вид теплового двигателя. Но турбореактивные и ракетные двигатели хоть и были испытаны, но не получили дальнейшего развития. Вероятно, это объясняется тем, что такие системы должны перемещать с собой груз топлива. В то же время, расход топлива у них очень высок. В этом случае такие типы двигателей оказались неэффективны для перевозки больших грузов.
Поезда с электромоторами в каждом вагоне появились достаточно давно. Их появление полностью соответствует основным тенденциям развития и иллюстрирует смену принципа работы двигателя с теплового на электрический.
& Тренд: Поле: тепловое - электрическое.
Главным отличием этой системы явилось то, что Источник Энергии (ИЭ) был вынесен в надсистему. Это позволило отказаться от перевозки топлива (и соответствующих этому затрат).
Огромным преимуществом явилась возможность использования уже имеющегося рельсового пути. В то же время, в отличие от тепловоза, электрический состав требовала дополнения существующих путей системой электроснабжения. Задержка в росте их скорости до середины ХХ века (См. Рис. 3) была, скорее всего, обусловлена не только необходимостью изменения путей, но и паузой в развитии электромоторов. Именно такая схема используется на нынешнем рекордсмене – составе TGV [http://ru.wikipedia.org/wiki/TGV]. В 2007 г. этот французский скоростной поезд установил новый мировой рекорд скорости для традиционного рельсового транспорта, разогнавшись до отметки в 574,8 километра в час [http://www.drezina.ru/article/10029.html]. Созданные затем электровозы (локомотивы с электроприводом), требуют гораздо большей единичной мощности мотора. Видимо это остановило рост их скоростей.
Еще одной разновидностью рельсового транспорта является монорельс, особенностью которого является движение состава по единственному рельсу [http://ru.wikipedia.org/wiki/Монорельс]. Но практического значения этот транспорт пока не получил.
Как уже было отмечено, «рельсовым» транспорт на воздушной и магнитной подушках не вполне корректно. Однако, эти виды ТС явно продолжают линию развития «рельсового» транспорта. В таких системах колесо было заменено на поле.
& Тренд: Механическое - пневматическое – магнитное.
Поезда на воздушной подушке не получили заметного развития. Видимо, причиной явилось то же самое требование везти на себе груз топлива и низкая грузоподъемность.
Поезда на магнитной подвеске (подушке) являются, на данный момент, рекордсменами по скорости. Японский поезд MLX01 побил рекорд скорости, установленный им же в 1999 году и попавший в Книгу рекордов Гиннеса. Правда, за четыре года его максимальная скорость увеличилась не слишком сильно - с 550 до 555 км/ч [http://www.saga.ua/44_archives_news_33415.html]. Судя по данным Табл. 1 именно такие ТС в будущем заменят существующие виды рельсового транспорта. Но затраты на замену инфраструктуры пока абсолютно неподъемны.
Таким образом, эволюция ТС «рельсовый транспорт» вполне соответствует основным Законам и Трендам развития Технических Систем.
3.3.6 Развитие паровозов
Рассмотрим систему «паровоз». На Рис. 4А представлено зависимость изменения скорости паровозов от времени.
На зависимости «скорость-время» для этой системы после бурного роста, начавшегося в 1820 г.г., наблюдается явная «ступенька» в районе 1850-1890 г.г. Ранее нами было высказано предположение, что такие «ступеньки» могут быть связаны либо с недостатками каких-либо ресурсов для развития системы, либо со слишком бурным экстенсивным развитием системы.
Вспомним, чем отличался этот период от других. Именно тогда произошел значительный рост производства (См. Рис. 4В) и качества стали. Но, самое главное, именно в это время наблюдался исключительно бурный рост длины железнодорожных путей в США (См. Рис. 4С). Кстати, эта зависимость также описывается S-образной кривой.
Нами было высказано предположение, что остановка в развитии (т.е. повышение качественных характеристик системы) связано с ее количественным ростом. Действительно, при возрастании длинны путей (и количества паровозов) не было необходимости совершенствовать паровоз. Аналогичная остановка в увеличении скорости наблюдается для пассажирских судов, в период, когда их количество в мире выросло в 3 раза.
 
Рис. 4. Взаимосвязь между увеличением скоростей паровозов [Further information: Land speed record for railed vehicles http://en.wikipedia.org/wiki/High-speed_rail], удельной прочности стали и ростом длины железнодорожных путей в США [Growth of the Railroad Network in the United States G. Lloyd Wilson and Ellwood H. Spencer //Land Economics, Vol. 26, No. 4 (Nov., 1950), pp. 337-345].
 
Рис. 5. Взаимосвязь между увеличением скоростей паровозов, и эффективности паровых двигателей [Heebyung Koh, Christopher L. Magee A functional approach for studying technological progress: Extension to energy technology Technological Forecasting & Social Change (2007)].
Можно, также, предположить, что в период «стабилизации» скоростей паровозов росла мощность их двигателей и, следовательно, увеличивалось количество перевозимого груза. Кроме того, именно в этот период наблюдалась замедление в повышении эффективности паровых двигателей (См. Рис. 5В).
То есть, можно подтвердить сделанный ранее вывод, что когда параметры ТС возрастают настолько, что они удовлетворяют общественную потребность, необходимость совершенствовать систему становится уже не такой острой и специалисты уделяют внимание налаживанию их массового выпуска. Но требования растут. И вот только тогда, когда параметры системы опять перестают устраивать потребителей, начинается новый этап в их развитии.
3.3.7 Развитие автомобильного транспорта
Как уже было отмечено ранее, перед изобретателями автомобилей поставили серьезные ограничения, однако они продолжали работать в этом направлении. Остовной толчок к появлению автомобиля дало создание двигателя внутреннего сгорания (ДВС) на бензине. Этот двигатель позволил Карлу Бенцу в 1885 г. построить первый в мире удобный в эксплуатации автомобиль.
Необходимо отметить, что в начальный период жизни автомобиля выбор именно ДВС не был очевиден. Рекорды скорости с 1988 по 1898 г. принадлежали электромобилям, а затем паровым автомобилям. И только с 1906 года стали лидировать именно ДВС.
В отличие от рельсового, для автомобильного транспорта, так же как и для авиационного, характерно создание моделей-рекордсменов, которые, как правило, не являются непосредственно родоначальниками нового поколения автомобилей, но закладывают определенные концепции в дальнейшее развитие отрасли. Такие машины ориентированы на достижения только по одному параметру. Наиболее распространенными являются машины- рекордсмены по скорости. Графики зависимостей скоростей различных рекордных автомобилей и серийных машин от времени представлены на Рис. 6.
 
Рис. 6. Зависимость от времени скоростей рекордных автомобилей: электрических (1), паровых (2), с ДВС (3), газотурбинных (4),турбореактивных (5) и реактивных (6) (Land speed record http://en.wikipedia.org/wiki/Land_speed_record /), а также серийных (7) автомобилей [Record Holders http://en.wikipedia.org/wiki/Fastest_production_car].
Первоначально разницы между ними не было, так как любая новая машина была, в сущности, рекордной и единственной. Поэтому до 1-й Мировой войны графики сливаются. Затем, в районе 20-х годов ХХ века появляется новое направление в автомобилестроении – машины направленные только на рекорды.
Но у автомобилестроения есть еще одна особенность: кроме уникальных рекордсменов по скорости существует достаточно многочисленный класс гоночных машин (Формула-1). Эти машины не только служат источником удовольствия для многочисленных болельщиков, но и являются пилотными образцами для «обкатки» решений, которые будут затем применены в серийном производстве. К сожалению, гонки машин в этом виде спорта выявляют победителей заезда и не фиксируют рекорды скоростей [Formula One http://en.wikipedia.org/wiki/Formula_One].
Скорости рекордных машин росли до 1965 г., когда ДВС исчерпал свои ресуры. Поэтому среди рекордных автомобилей появились образцы, которые использовали другие типы двигателей: газовые турбины, турбореактивные и ракетные двигатели. Именно на ракетных автомобилях были поставлены рекорды скорости на земле.
В настоящее время наивысшая скорость на суше в заезде по прямой (1190,377 км/ч, или 1,0106 маха) была показана на Бдуэйзер Рокет, трехколесном автомобилес ракетным двигателем 17 декабря 1979 г. Однако этот рекорд (1,0106 маха) не имеет официального подтверждения. Официальный мировой рекорд в заезде на 1,6 км равен 1019,467 км/ч. Его установил 4 октября 1983 г. Ричард Ноубл в пустыне Блэк-Рок, США, на машине Траст-2 с реактивным двигателем.
 
Рис. 7. Зависимость от времени скоростей серийных автомобилей (А), мирового выпуска пассажирских автомобилей (В) (Среднегодовой выпуск автомобилей в разных странах  www.docload.spb.ru/Basesdoc/51/51537/index.htm) и удельной мощности автомобильных двигателей (С) [Heebyung Koh, Christopher L. Magee A functional approach for studying technological progress: Extension to energy technology Technological Forecasting & Social Change (2007)].
Впрочем, серийные машины, хотя и заметно отстали от рекордных, продолжают совершенствоваться. На настоящий момент шведский суперкар Koenigsegg CCR установил официальный мировой рекорд скорости для серийных автомобилей — 388 километров в час, показанных в течение продолжительного заезда. Побитие рекорда состоялось 28 февраля 2005 года на итальянской испытательной трассе Nardo Prototipo [http://www.membrana.ru/lenta/?4362]. Предыдущий рекорд скорости для серийных машин, равный 349,21км/ч. поставлен на Ягуаре XJ220 21 июня 1992г. [http://auto.rin.ru/cgi-bin/main.pl?id_section=538&id=3401].
Вернемся к рассмотрению изменения скорости серийных машин в целом. Рассмотрим более подробно, как шло увеличение скорости автомобилей с середины ХХ века и до нашего времени. На Рис. 7А видно, что интенсивное увеличение скорости серийных легковых автомобилей происходило в 1950-1970 гг. и в 1990-2050 г.г. Периоды интенсивного увеличения скорости сменялись областями замедленного роста.
Мы уже говорили, что иногда массовое производство ТС приводит к «консервации» некоторых ее параметров (кроме эффективности). Теперь рассмотрим, как менялась скорость автомобилей в соответствии с количеством выпущенных машин (См. Рис. 7В). Однако если росту выпуска машин в 1980-1990 годах действительно соответствует очень незначительное увеличение их скоростей, то период 1950-1970 они растут синхронно. В чем же дело?
Дело в том, что скорость машины определяется, в первую очередь, ее мощностью. Давайте дополнительно рассмотрим, как изменялась удельная мощность двигателей для пассажирских автомобилей (См. Рис. 7С). Зависимость мощность автомобильных двигателей от времени носит крайне сложный характер. Она имеет четыре пика (в 1957, 1971, 1978 и 1990), которые сменяются резкими снижениями. При этом эффективность ДВС монотонно растет [Heebyung Koh, Christopher L. Magee A functional approach for studying technological progress: Extension to energy technology Technological Forecasting & Social Change (2007)]. Небольшой всплеск в 1978 году можно было бы посчитать случайным выбросом, но авторы зарекомендовали себя, как очень скрупулезные исследователи.
А теперь рассмотрим вопрос, а почему вдруг строители двигателей начинали снижать их мощность? Может быть, из-за снижения потребности со стороны потребителей? А чем, в свою очередь, может руководствоваться потребитель – в данном случае экономичностью.
А теперь посмотрим, что происходило в мире в это время:
-              1956 г. – Суэцкий кризис.
-              1973 г. – «Война Йом-Копура» и эмбарго на нефть.
-              1979 г. – Ирано-Иракская война.
-              1990 г. – Ирако-Кувейтская война.
Т.е. совпадение между конфликтами на Ближнем Востоке и повышением спроса на экономичные автомобили малой мощности налицо. Причем, эти ожидания не всегда совпадали с ростом мировых цен на нефть [http://www.k2kapital.com/analytics/exchange/159852.html].
Сейчас увеличение скорости серийных автомобилей практически прекратилось. Это естественно, т.к. в условиях законодательного ограничений скоростей это уже не имеет смысла. Кроме того, в условиях наступающего энергетического кризиса преимуществом пользуются более экономичные модели.
ВЫВОДЫ
На примере развития наземного транспорта показано, что этот процесс шел в соответствии с основными Законами, Трендами и Принципами ТРИЗ. На примере паровозов продемонстрировано, что часто рост количества ТС сопровождается остановкой в увеличении их отдельных параметров. Однако, в то же самое время эффективность ТС, как правило, растет.

ПРИЛОЖЕНИЯ
ПРИЛОЖЕНИЕ 3.2. Краткая хронология наземного транспорта
Год
СОБЫТИЕ
-3500
Изобретены колесные тележки в Месопотамии
-2500
Первый мощеная дорога построена в Rakhigarhi (цивилизации долины Инда)
-2000
Лошади приручены и используются для перевозки
-2000
Колесница построена индо-иранцами
-500
Почтовая система разработана в империи Ахменидов (Персия)
-312
Строится первая Аппиева дорога, а в конечном итоге римляне построили свыше 50000 миль мощеных римских дорог
800
На улицах Багдада асфальтовое покрытие
1541
Первое упоминание о использовании деревянных рельс в горном деле.
1662
Блез Паскаль изобретает пассажирский автобус с лошадью, который имел регулярный маршрут, график и тариф
1672
Фердинанд Вербиест может быть построил первый автомобиль с паровой машиной
1740
Жак де Вукансон демонстрирует повозку с заводом
1764
Русский гидротехник Козьма Дмитриевич Фролов построил на Алтае предприятие по добыче и обработке руды где вагонетки, груженные рудой, перемещались по первым в мире металлическим рельсам.
1769
Николя-Жозеф Куньо демонстрирует свой экспериментальный паровой артиллерийский трактор
1784
Уильям Мердок построил рабочую модель паровой повозки в Редруф, Англия
1801
Англичанин Р. Тревитик построил первый паровоз для использования его в шахте. 
1801
Первая рельсовая дорога с конной тягой.
1803
Ричард Тревитик построил 10-местный паровой экипаж в Лондоне
Ричард Тревитик построил прототип парового железнодорожного локомотива
1807
Исаак де Ривас сделал автомобиль на водороде
1808
Второй паровоз Тривайтика.
1812
Паровоз с двухцилиндровым двигателем.
1812
Паровая железная дорога между Мидлтоном и Лидсом.
1813
Паровоз Брунтона.
1814
Джордж Стефенсон изобретает паровой железнодорожный локомотив
1814
Паровоз «Блюхер».
1815
Паровоз «Пыхтящий Билли».
1816
Паровоз «Киллингоурт».
1825
в Англии была открыта первая пассажирская железная дорога. 
1825
Строительство железной дороги из Дарлингтона в Стоктон
1829
Джордж Стефенсон (Великобритания) создает первый коммерчески успешный паровоз "Rocket"
1830
Строительство железной дороги Ливерпуль-Манчестер
1834
Отцом и сыном Е.А. и М.Е. Черепановыми (Нижне-Тагильский завод на Урале) был построен первый в России паровоз. Он мог вести состав весом до 3,3 т со скоростью 16 км/ч . 
1845
В России (Александровский завод, Санкт-Петербург) был построен пассажирский паровоз для маршрута Санкт-Петербург — Москва.
1850
В Европе и Северной Америке возникла сеть железных дорог.
1862
Этьенн Ленуар сделал двигатель автомобиля на бензине
1862
Этьенн Ленуар сделал двигатель автомобиля на бензине
Джордж Вестингауз изобрел пневматические тормоза для железнодорожных поездов.
1869
США завершает свой первую трансконтинентальную железную дорогу
1870
Во всем мире находятся в использовании 125.510 миль железных дорог
1883
Между Парижем и Стамбулом начал курсировать Восточный экспресс — пассажирский поезд высшего класса.
1885
Карл Бенц строит первый в мире практический автомобиль c двигателем внутреннего сгорания
1890
Во всем мире находятся в использовании 371.007 миль железной дороги
1895
В США был построен первый электровоз постоянного тока и появилась первая электрифицированная железнодорожная линия.
1908
Генри Форд разрабатывает сборочную линию для изготовления автомобиля
1910
Во всем мире находятся в использовании 619.806 миль железных дорог
1924
В СССР (Сормовский и Коломенский машиностроительные заводы) был построен паровоз серии С у (мощность 1650 л . с., скорость до 115 км/ч ). 
1924
В Германии завершена постройка первого тепловоза (мощность 1200 л . с.). 
1924
В СССР по проекту Я.М. Гаккеля был построен первый магистральный тепловоз серии Щ эл -1 (мощность 1000 л . с.). 
1924
В СССР (Сормовский и Коломенский машиностроительные заводы) был построен паровоз серии С у (мощность 1650 л . с., скорость до 115 км/ч ).
1924
В Германии завершена постройка первого тепловоза (мощность 1200 л . с.).
1926
В СССР появилась первая электрифицированная железнодорожная линия с мотор-вагонными электропоездами.
1930
Появились паровозы, которые могли развивать скорость до 200 км/ч .
1930
Во всем мире находятся в использовании 761.210 миль железных дорог
1932
В СССР (Московский завод «Динамо») был построен первый магистральный электровоз серии ВЛ19. Его скорость не превышала 85 км/ч .
1960
Во всем мире находятся в использовании 790.587 миль железных дорог
1964
Скоростной поезд
1969
На железных дорогах стали применять вместо постоянного тока переменный однофазный ток высокого напряжения (25 кВ).
Источники:
[3] Рельсовый транспорт (хронология важнейших событий) http://www.sci.aha.ru/ALL/k2.htm
[4] КРУПНЕЙШИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ И ОТКРЫТИЯ - ХРОНОЛОГИЧЕСКИЕ ТАБЛИЦЫ http://www.sciteclibrary.ru/spravochnik/08-3.htm
 

 

Алфавитный указатель: 

Рубрики: 

Subscribe to Comments for "Рост и развитие транспортных систем. Наземный транспорт"