Семейство поездов TGV и перспективы развития

Первый поезд TGV принял пассажиров 27 сентября 1981 г. С тех пор число желающих пользоваться поездами этого типа постоянно растет. В 1989 г. поездом TGV поставлен мировой рекорд скорости на рельсах (513,3 км/ч), который не побит до сих пор.

Уже более 16 лет ежедневно на линии Париж - Лион (линия Sud-Est) обращаются поезда TGV со скоростью 270 км/ч. На следующей высокоскоростной линии, соединившей Париж с регионами в направлении городов Ле-Ман и Пуатье (линия Atlantique), поезда уже развивали скорость до 300 км/ч. С такой же скоростью курсируют поезда  TGV на севере Франции и в Бельгии, а также на продолжении линии Sud-Est за Лионом. Таким образом, общая протяженность сети, где обращаются поезда со скоростью 300 км/ч, почти достигла 2000 км.

Когда открывалась первая высокоскоростная линия, прогнозировалось, что за год поездами TGV будет перевозиться 17 млн. пассажиров. Сегодня годовой объем перевозок составляет 40 млн. чел. Более 300 поездов TGV курсируют между крупными европейскими городами и столицами. Такие показатели достигнуты благодаря удачной конструкции, которая непрерывно оптимизировалась в течение 16 лет, и принятой системе текущего содержания подвижного состава.

Рис. 1. Поезда первого поколения TGV Sud-Est

Рис. 2. TGV Atlantique

Рис. 3. Поезд AVE

Уже в первые годы эксплуатации линии Sud-Est произошел значительный отток пассажиров с воздушного транспорта на железную дорогу. Многие также отказались в пользу поезда TGV от автомобильных поездок на большие расстояния.

Путь развития поездов TGV за 20 лет, прошедших с начала разработок, делится на следующие основные этапы:

TGV Sud-Est (рис. 1) - с 1981 по 1985 г. изготовлено 109 поездов с пассажировместимостью 368 чел;

TGV Atlantique (рис. 2) - с 1988 по 1992 г. 105 поездов вместимостью 485 пассажиров;

AVE (рис. 3) - первый экспортный заказ, с 1992 по 1996 г. выпущено 24 поезда вместимостью 329 пассажиров, текущее содержание поездов выполняет фирма-разработчик GEC Alsthom;

TGV Reseau (рис. 4) - двухсистемный поезд для сети Франции и трехсистемный для сетей Бельгии и Италии. Всего с 1993 по 1996 г. построено 110 поездов вместимостью 377 пассажиров;

TGV Transmanche, или Eurostar (рис. 5), - для трех разных заказчиков, осуществляющих перевозки на линиях Лондон - Париж и Лондон - Брюссель, фирма GEC Alsthom поставила 31 поезд. Все поезда 18-вагонные. В этот же заказ были включены еще семь поездов London Nord для перевозок в сообщении Манчестер - Брюссель/Париж. Последние планировалось ввести в эксплуатацию в 1998 г.;

TGV Duplex - поезд из двухэтажных вагонов повышенной пассажировместимости. Поставка партии из 30 поездов вместимостью 545 пассажиров для направления Париж - Лион началась в 1994 г.;

TGV Thalys - первые поезда, которые могут обращаться на линиях четырех европейских стран в сообщении Париж - Брюссель - Кёльн - Амстердам. В 1997 г. введены в регулярную эксплуатацию 17 поездов пассажировместимостью 377 чел., изготовленных фирмой GEC Alsthom в соответствии с контрактом, который она заключила с государственными железными дорогами Германии, Франции, Бельгии и Нидерландов;

TGV Korea (рис. 6) - третий крупный международный контракт, который включает 46 поездов 18-вагонного состава.

Рис. 6. Поезд TGV Korea

Эксплуатацию этих поездов пассажировместимостью 935 чел. предполагали начать в 2000 г.

По состоянию на конец 1997 г. суммарная пассажировместимость всех высокоскоростных поездов TGV, поставленных на сеть Национального общества железных дорог Франции (SNCF), составила 165 тыс. мест. Эти поезда осваивают половину пассажиропотока на главных линиях внутри страны. За ее пределами поезда TGV на конец 1999 г. должны будут обеспечить 70 тыс. пассажиромест.

Все поезда TGV, выпущенные на сегодняшний день, имеют сочлененную конструкцию, однако они подразделяются на целый ряд модификаций по составности, внутреннему оборудованию, технической оснащенности и планировке вагонов. Существуют двух-, трех- и четырехсистемные поезда, могущие обращаться по разным европейским сетям, а также одно- и двухэтажные. Типаж поездов постоянно расширяется, что позволяет находить новые возможности применения поездов TGV. Возможно использование одиночных и сцепленных поездов пассажировместимостью от 370 до 1100 чел.

За 16 лет эксплуатации общий пробег поездов TGV составил 800 млн. км, при этом перевезено около 400 млн. пассажиров. Эксплуатационная готовность поездов в среднем составляет 95 %.

Концепция TGV

Возможности увеличения скорости рельсового подвижного состава ограничиваются следующими факторами:

• аэродинамикой;
• сопротивлением движению, обусловленным путем;
• тяговой и тормозной мощностью;
• токосъемом;
• динамической устойчивостью движения.

Технический успех системы TGV состоит в том, что с ее помощью удалось установить равновесие между этими факторами. Для разработки поездов потребовались различные модели и два прототипа, в качестве которых были моторный вагон Z 7001 и сочлененный поезд TGV 001.

Вагон Z 7001 использовался для совершенствования и паспортизации моторной тележки. Особое внимание уделялось стабильности хода при высокой скорости и механической связи между тяговым двигателем и осью колесной пары. Конструкция этого узла позволила установить тяговый двигатель не на тележке, а на кузове, что значительно снизило неподрессоренную массу и тем самым в большой степени уменьшило нагрузку от движущегося поезда на путь. Первый опытный поезд TGV 001, изготовленный фирмой GEC Alsthom в 1972 г., имел сочлененную конструкцию. Это дало следующие преимущества перед традиционным исполнением:

• возможность понижения уровня пола вагонов над УГР до 0,9 м, что улучшило условия посадки и высадки пассажиров;
• отсутствие зон, где пассажирские помещения находились бы над тележками, что значительно снизило степень воздействия на пассажиров шума и вибраций;
• постоянная составность поезда, что позволило оптимально разместить оборудование и в частности электрооборудование, обеспечивающее высокий уровень комфорта для пассажиров. Это способствовало тому, что уровень комфорта не снижается даже при отказе одного их блоков электроснабжения поезда;
• уменьшение числа тележек в поезде позволило снизить массу поезда и эксплуатационные расходы, уменьшить уровни шума и аэродинамического сопротивления, а также затраты энергии на тягу;
• размещение оборудования позволило реализовать оптимальную конструкцию вторичного подвешивания и тем самым обеспечить высокую плавность хода;
• положение центра тяжести вагонов, создающее оптимальные условия для повышения устойчивости поезда.

Жесткое соединение вагонов в случае схода с рельсов снижает вероятность опрокидывания вагонов.

Для того чтобы обеспечивалась тяговая мощность, необходимая для движения поезда со средней скоростью 270 км/ч, а также для трогания на подъеме 35 ‰ при отказе тягового агрегата одной из тележек, в поезде TGV используется шесть моторных тележек, т. е. по две в каждом из концевых моторных вагонов, а также по одной крайней в смежных с ними прицепных.

Эта концепция сохранилась с 1974 г., хотя совершенствование отдельных систем и улучшение характеристик велись постоянно. Речь идет, в частности, об упрощении конструкции межвагонного перехода, улучшении компоновки вторичного подвешивания, а также о снижении уровня шума.

Поезд TGV Duplex

Возрастающая конкуренция со стороны других видов транспорта потребовала от SNCF принятия срочных мер. В результате совместно с GEC Alsthom было принято решение о создании двухэтажной версии поезда TGV. К 1990 г. были завершены разработки и началось изготовление первого предсерийного двухэтажного поезда TGV Duplex. Потребовалось четыре года на реализацию новой концепции, включая ее обоснование, изучение технических, экономических и коммерческих аспектов применения. В 1995 г. было завершено строительство первого поезда. Исследование его эксплуатационных и технических возможностей показало, что новый поезд полностью отвечает всем требованиям, предъявлявшимся к нему на этапе разработки концепции. Новый поезд имеет повышенную пассажировместимость и пригоден для эксплуатации на коротких, средних и длинных маршрутах.

Наилучшим полигоном для двухэтажного поезда стала линия Париж - Sud-Est, поскольку на этом направлении, где эксплуатируются поезда TGV первого поколения, значительно выросли пассажиропотоки. Длину существующих поездов увеличивать было нельзя, поскольку этого не позволяли инфраструктура (длина платформ и др.) и пропускная способность линии (система СЦБ, число платформ на станциях). Удлинение платформ, расширение станций и полная модернизация систем СЦБ потребовали бы слишком высоких затрат. В связи с этим наилучшим решением проблемы стало создание поезда TGV Duplex.

При разработке новой концепции основное внимание было уделено экономическому фактору, возможности увеличения пассажировместимости поезда и обеспечения высокого уровня комфорта для пассажиров.

Экономический фактор

Новый поезд потребовал относительно небольших удельных инвестиций в сравнении с теми, которые потребовались бы для поездов прежних модификаций меньшей пассажировместимости. Достигнуто также и снижение эксплуатационных расходов, так как для того объема перевозок, который нужно выполнять на линии Париж - Sud-Est, используется меньшее число поездов, чем если бы это были поезда предыдущих модификаций TGV.

Сравнение одноэтажных поездов с двухэтажными показало, что эксплуатационные расходы на один поезд у них почти одинаковы. Так, расход энергии на тягу один и тот же в связи с тем, что они имеют одинаковые массу и сопротивление движению.

Вместимость

Вместимость поезда удалось значительно увеличить. Если по этому показателю сравнивать TGV Duplex с одноэтажным поездом TGV Reseau, имеющим такую же длину, то окажется, что вместимость первого на 45 % больше.

Комфорт

Внутреннее оборудование вагонов поезда TGV Duplex содержит ряд совершенно новых технических решений. Свободное перемещение пассажиров возможно вдоль всего состава. Межвагонные переходы находятся на верхнем этаже. В вагоне имеются зоны различного назначения, приспособленные к запросам пассажиров разных категорий.

На нижнем этаже находятся конференц-зал, семейное отделение, детская площадка, салон. Пассажирские салоны верхнего этажа имеют удобную планировку, обеспечивающую быстрый пассажирообмен. В конце вагона первого класса размещен бар.

Интерьеры в вагонах отличаются оригинальностью дизайнерских решений, высоким уровнем эстетики и функциональностью. Внутренняя отделка разрабатывалась с учетом снижения массы. Кресла в вагонах обеспечивают высокий уровень комфорта, в том числе и за счет их расположения с увеличенным шагом. В одноэтажном поезде шаг размещения кресел меньше.

В пассажирских салонах уровень шума не превышает 65 дБ (А). Это достигается за счет сочлененной конструкции вагонов, когда тележки не размещаются непосредственно под салонами.

Пол тамбура находится на высоте платформы, что обеспечивает удобство посадки и высадки пассажиров. Помимо этого вагон оборудован устройством, облегчающим посадку и высадку инвалидов.

Конструкция

В соответствии с техническим заданием осевая нагрузка двухэтажного вагона не должна была превышать 17 т. Это требование нельзя было выполнить, если бы каркас кузова имел традиционную стальную конструкцию. Единственным выходом было использование для этой цели алюминиевых экструдированных профилей, сваренных по всей длине кузова. Выбранный алюминиевый сплав имеет высокую механическую прочность, хорошо сваривается и устойчив к коррозии.

Как концевые, так и промежуточные вагоны имеют высокую прочность на соударение. В зонах кузова, где нет пассажирских мест, расположены сминаемые элементы, а места в районе пассажирских салонов и кабины машиниста усилены. Помимо этого между концевым и следующим за ним промежуточным вагонами устроены защитные зоны, воспринимающие на себя нагрузку при полном сжатии буферов в случае лобового столкновения. Все эти устройства были испытаны на модели, выполненной в масштабе 1:1.

За торцовыми стенками пассажирского салона на нижнем этаже расположена установка кондиционирования воздуха. Все коммуникации интегрированы в каналы продольных профилей, образующих каркас кузова. В пассажирском салоне нижнего этажа пол по обе стороны от продольного прохода приподнят, и на нем установлены кресла. Пол верхнего этажа, или перекрытие нижнего, является элементом каркаса и также изготовлен из крупноразмерных экструдированных профилей. По их каналам в верхний салон подается воздух от установки кондиционирования.

Туалеты и устройства стояночного тормоза размещены под лестницами. Шкафы силового электрооборудования и системы управления находятся в торцовых частях нижнего пассажирского салона. Прочее оборудование, необходимое для электроснабжения поезда, расположено на первом этаже вагона-ресторана.

Эксплуатация поездов TGV Duplex началась в 1997 г. на линии Париж - Лион - Сент-Этьен по тактовому графику с получасовым интервалом (рис. 7). Постепенно область их обращения расширится до Монпелье и Марселя.

Рис. 7. Поезд TGV Duplex у платформы

TGV c наклоняемыми кузовами

Диктуемое рынком требование дальнейшего повышения скорости поездов с минимальными затратами заставило искать пути решения этой задачи без дорогостоящей модернизации инфраструктуры.

Одним из главных направлений здесь явились разработки в области подвижного состава с наклоняемым кузовом. Такие поезда появились в ряде европейских стран. Фирма GEC Alsthom также разработала систему наклона кузова для вагонов в поездах TGV. Использование этой технологии позволит повысить скорость на существующих линиях на 10 - 30 %. Будет обеспечена экономия времени также и на новых линиях, рассчитанных на скорость до 320 км/ч.

Для того чтобы проверить возможность использования системы наклона кузовов в поезде из сочлененных вагонов, фирма GEC Alsthom оборудовала ею один из поездов TGV первого поколения, т. е. TGV Sud-Est, который высвободился после ввода в эксплуатацию на этой линии поездов TGV Duplex. Выбор пал на этот поезд также и потому, что поперечное сечение его вагонов в наибольшей степени подходит для установки системы наклона. В поезде все тележки были заменены новыми, позволяющими наклонять кузова на угол до 6,5° и рассчитанными на скорость до 300 км/ч. Конструкция нижней рамы вагонов и оборудование механического тормоза остались такими же, как на последних модификациях TGV. Помимо сказанного, на концевых моторных вагонах проведен ряд работ, позволивших проходить кривые с возвышением наружного рельса 260 мм.

Испытания опытного поезда начались в апреле 1998 г. Он может развивать на новых линиях скорость до 300 км/ч, а на существующих обеспечивает значительное снижение времени хода. После того как завершатся испытания и результаты их подтвердят возможность реализации сочлененного поезда с наклоняемыми кузовами, опытный поезд будет оборудован самой современной и еще более надежной системой наклона. Последняя имеет электронное регулирование и позволяет интеграцию новой системы локализации поезда относительно пути. Она разработана фирмой GEC Alsthom и будет готова к установке на поездах в конце 1998 г.

Укороченные поезда TGV

Поезда из вагонов с наклоняемыми кузовами и укороченные являются новейшей разработкой. Они входят в группу поездов, объединенных общим названием TGV Nouvelle Gйnйration.

В состав укороченных поездов TGV входят один концевой моторный вагон, концевой пассажирский с кабиной управления и от трех до пяти промежуточных. Две модификации укороченного поезда могут быть оборудованы системой наклона кузовов. Одна из них - двухэтажный пятивагонный поезд.

Моторный вагон укороченного поезда имеет тяговые преобразователи, выполненные на силовых биполярных транзисторах с изолированным затвором (IGBT). Поезда будут многосистемными, т. е. смогут обращаться на сетях всех европейских стран, развивая скорость до 320 км/ч. Осевая нагрузка одноэтажных поездов ниже 16 т.

В концевом пассажирском вагоне с кабиной управления использованы многие конструктивные узлы моторного вагона поезда Duplex, в частности те, которые обеспечивают высокий уровень безопасности для пассажиров и машиниста при лобовом столкновении.

Укороченные поезда имеют модульную систему тягового привода. Это дает возможность формировать поезда разной составности и различной тяговой мощности в зависимости от пассажиропотока. В соответствии с этим их маршрутная скорость на всей европейской сети также будет разной - от 240 до 360 км/ч.

M. Moreau. Eisenbahntechnische Rundschau, 1998, N 5, S. 276 - 283.