Вернуться...

     

А. Е. Дубин – директор Научно-производственного центра
«Специальное машиностроение» МГТУ им. Н. Э. Баумана
С. Д. Попов – главный конструктор Научно-производственного центра
«Специальное машиностроение» МГТУ им. Н. Э. Баумана
П. Г. Бродский – начальник ЦНИИ ОАО «ГНИГИ»
В. Н. Илюхин – ведущий научный сотрудник ОАО «ГНИГИ»

Ресурсы развития транспорта арктических регионов на основе инновационных технологий

Хорошо известно, что проблема транспортного обеспечения любого региона должна решаться на основе следующих подходов:

  • направленность на решение базовых проблем функционирования региона;
  • адекватный и системный учет характерных параметров региона;
  • комплексность (системное увязывание всех главных компонентов системы «Транспортный комплекс – окружающая среда»;
  • полное использование потенциальных возможностей существующих (традиционных) инженерных решений и подходов;
  • рациональное использование доступного зарубежного научного и производственного опыта.

Рассмотрим общие подходы к формированию транспортной системы арктических и дальневосточных регионов России под этим углом зрения.

Структура транспортной доступности России обладает отчетливо выраженным своеобразием геостратегического характера: ее транспортная система построена только на двух широтных связках, взаимосвязь между которыми обеспеченна исключительно по воздуху или по редким природным меридиональным направлениям, доступным для функционирования наземного и водного транспорта. Можно показать, что сколько-нибудь на обозримом промежутке времени создание в арктических и дальневосточных регионах России дорожной сети, пригодной для круглогодичного устойчивого применения автомобильного транспорта традиционного типа, невозможно ни технически, ни экономически.

Таким образом устойчивое развитие арктического и дальневосточного регионов развития требует создания в возможно более короткие сроки транспортной инфраструктуры, технически и организационно адекватной специфическим особенностям и условиям этих регионов. При этом эффективное решение такой задачи на основе традиционных транспортных технологий возможно только для ограниченных зон этих регионов с относительно высокой плотностью населения. Отсюда следует, что для основных районов этих регионов необходимо создание инновационных систем внедорожного транспорта.

По объективным (прежде всего – географическим) причинам единственная страна, заинтересованная в развитии транспортных средств для северных регионов и имеющая опыт их разработки и производства – Канада. Однако в последнее время ввиду устойчивого снижения интереса к разработке своих внутренних ресурсов канадская промышленность существенно снизила темпы разработки и производства инновационных систем внедорожного транспорта.

Это означает, что в настоящее время отечественная промышленность не имеет значимых ресурсов для непосредственного заимствования зарубежного опыта или временного (но эффективного) решения специфических транспортных региона путем закупок готовых аппаратов или создания совместных производственных предприятий. Следовательно, необходимо создавать национальную транспортную инфраструктуру на основе формированной разработки отечественного научно-технического потенциала.

Отечественная промышленность имеет уникальный опыт создания, производства и эксплуатации самых разнообразных внедорожных транспортных средств, причем работы по этим направлениям продолжаются, несмотря на общеизвестные проблемы экономического характера. Потенциальные возможности создания инновационных региональных, зональных и локальных транспортных систем на основе отечественного опыта исследований внедорожных транспортно-технологических комплексов весьма велики.

Это можно показать на примере опыта поисковых научных и опытно-конструкторских работ, выполняемых Научно-производственным центром «Специальное машиностроение» МГТУ им. Н. Э. Баумана как в инициативном порядке, так и в рамках различных федеральных программ в сотрудничестве с ведущими отечественными предприятиями и научными институтами.

В ходе этих работ был предложен системный подход к формированию общей структуры транспортного обеспечения арктических и дальневосточных регионов России, позволяющий федеральным и региональным органам управления на целенаправленной и долгосрочной основе планировать развитие транспортных комплексов и формировать соответствующие инвестиционные программы. Основой предложенных подходов является выделение в системе транспортного обеспечения нескольких иерархических уровней, локализованных по признаку пространственного размаха решаемых транспортных проблем (трансрегиональный, региональный, зональный, локальный и местный уровни). Конкретизация этих подходов на уровнях проектов крупных транспортных систем и типажей соответствующих транспортных аппаратов позволяет сформировать общие ориентиры для конкретных отечественных и зарубежных инвесторов.

Для северных регионов России характерны крайне сложные и своеобразные условия формирования и функционирования трансрегиональных, региональных и зональных транспортных систем – низкая плотность населения и его локализация в отдельных пунктах, расположенных очень далеко друг от друга, жесткие экологические требования по воздействия на подстилающие поверхности, недопустимость рассечения региона наземными безразрывными инженерными сооружениями типа железнодорожных магистралей, исключающих свободную миграцию населения и животных и т. д.

Исследования и разработки, выполненные МГТУ им. Н. Э. Баумана во взаимодействии с ведущими предприятиями и научными институтами показали, что для большинства выявленных транспортных проблем могут быть предложены адекватные инженерные решения, опирающиеся на имеющийся инновационный потенциал отечественной промышленности.

В частности, примером трансрегионального транспортного комплекса, отвечающего пространственному размаху и условиям северных регионов России, может служить предложение по обеспечению высокоскоростного (до 300 км/час) пассажирского сообщения на основе автономного монорельсового аппарата пассажировместимостью 100…150 человек с полной разгрузкой при помощи многокамерной воздушной подушки.

Примером регионального или зонального транспортного комплекса является проект многозвенного большегрузного (общей грузоподъемностью до 600 тонн, грузоподъемность секции или звена до 60 тонн) колесного поезда, являющегося внедорожным безрельсовым аналогом железнодорожных транспортных систем.

Конкретным примером инновационного проекта локального транспортно-технологического комплекса может служить разработка многоцелевого амфибийного базового шасси, выполненная МГТУ им. Н. Э. Баумана в рамках опытно-конструкторской работы «Север» (заказчик – Министерство промышленности и торговли РФ).

Эта разработка была ориентирована, прежде всего, на следующие районы эксплуатации аппаратов: район Баренцева моря (горло залива Долгая Щель; отмели и берега Чешской, Печорской и Хайпудырской губ); район Карского моря (побережье Байдарацкой губы, Гыданской губы и Гыданского залива; береговые отмели Обской губы; пролив Малыгина); район моря Лаптевых (бухты Нерпалах, Кожевникова и Нордвик); район Восточно-Сибирского моря (отмели и побережья бухты Амбарчик, Колымской и Хромской губы); район Берингова моря (средняя часть западного и восточного побережья); район Охотского моря (Амурский лиман, залив Счастья) и устьевые участки северных рек (Печора, Обь, Таз, Гыдан, Анабар, Оленёк, Лена, Енисей, Анадырь, Колыма и Амур).

Эти районы отличаются жёсткими ветро-волновыми и ледовыми условиями. Временной промежуток эксплуатации транспортных комплексов ограничен 300 днями. Волнение и ледовые торосы позволяют использовать транспортны средства на воздушной подушке не менее 1,9…2,0 м (для морских районов и для аппаратов длиной более 30 м) и не менее 1,4…1,5 м (для устьев рек для аппаратов длиной до 30 м.)

В ходе исследований были сформированы основные требования к машинам регионального и специального транспорта для этих условий.


А).Грузоподъемность базовой машины – не менее 10 т. (предпочтительны приспособленность к размещению стандартного контейнера ISO, а также возможность сквозной погрузки транспортных средств на грузовую платформу с помощью откидных аппарелей).
Б) Способность двигаться всем видам подстилающих поверхностей со скоростью не менее 40…45 км/ч.
В) Габаритные размеры, обеспечивающие беспрепятственное движение по рекам низших технических категорий.
Г) Способность уверенно и устойчиво передвигаться над неровными подстилающими поверхностями (с высотой или глубиной неровностей до 1,6…1,8 м, причем коротких или близких по длине к длине аппарата) или над водными поверхностями (высотой волны до 1,8 м).
Д) Способность создавать такой уровень воздействия на подстилающую поверхность, который исключает ее невосстановимые повреждения.
Е) Способность преодолевать затяжные подъемы крутизной до 15 град., а также устойчиво двигаться по склонам крутизной до 10 град.
Ж) Способность к сохранению управляемости и курсовой устойчивости при ветре со скоростью до 10…15 м/с под всеми курсовыми углами.

Это чрезвычайно сложный комплекс требований, порождающих при реализации серьезные инженерные проблемы. В полном объеме этот комплекс требований может быть реализован только в амфибийном транспортном средстве с гибридным опорно-ходовым комплексом (с частичной разгрузкой контактного движителя при помощи воздушной подушки). При этом для ряда специальных задач требования могут быть ослаблены и реализованы на основе пневмокатковых или комбинированных опорно-ходовых комплексов.

Главные инженерные трудности сводятся к следующим проблемам.


А) Способность к движению по неровной местности с подъемами и склонами при сохранении допустимого воздействия на грунт и ограниченной ширине агрегата. В подобной комплексной постановке проблема не может быть решена на основе известных схем гибких ограждений (ГО).
Б) Чрезмерные габариты и эластичность контактного движителя, обеспечивающего неразрушающее воздействие на грунт.
Обычный колесный движитель непригоден по экологическим соображениям. Гусеничный движитель в унитарном агрегате разрушает опорную поверхность при повороте. Альтернативой является применение крупногабаритного высокоэластичного колесного движителя.
В) Способность к преодолению единичных и протяженных профильных препятствий.

Такие возможности у аппаратов на воздушной подушке традиционного типа крайне ограничены. Однако редко применяемая многокамерная схема гибкого ограждения обеспечивает движение аппарата через профильные препятствия большой высоты при сохранении естественной продольной и поперечной устойчивости. В сочетании с разгруженным контактным движителем такая схема обеспечивает сцепление, достаточное для преодоления уклонов и движения при боковом ветре.

Прорывным инновационным подходом к проблеме является концепция гибридного опорно-ходового комплекса – частичная разгрузка контактного движителя при помощи воздушной подушки. В этом случае основная масса транспортного средства поддерживается воздушной подушкой, а нагрузка на контактный движитель регулируется таким образом, чтобы обеспечить уровень тягово-сцепных свойств, необходимый для уверенного маневрирования, преодоления подъемов и удержания машины на курсе при боковом воздействии.

Ресурсы взаимодействия колесного движителя с тонкослойной шиной сверхнизкого давления со слабой опорной поверхностью: при выполнении требуемых ограничений по радиальной нагрузке контактный движитель вполне способен обеспечить среднее давление в контакте на уровне 1500…1800 Н/м2, что существенно меньше несущей способности любого торфяного или сапропелевого болота. При этом реализация концепции аппарата подобной размерности требуют создания тонкослойной тороидной шиной большого диаметра (2,5…3,0 м), что вполне разрешимо на основе имеющегося отечественного опыта или в кооперации с ведущими мировыми производителями автомобильных шин, работающими на отечественном рынке.

Представление о потенциальных возможностях разработанного аппарата можно получить по данным его краткой технической характеристики:

полная масса машины, кг 32 000
грузоподъемность, кг 10 000
основные геометрические размеры, м:  
длина 25,9
ширина 13,6
высота в маршевой конфигурации 11,0
погрузочная высота 1,2
длина платформы 16,0
площадь грузовой платформы, м2 127,0
высота преодолеваемого уступа (волны), м 2,0
преодолеваемый подъем, град. 21,0
максимальная скорость, км/ч 45,0
максимальное давление на грунт, кПа:  
со стороны воздушной подушки  
а) при поднятых колесах 3,38
б) в режиме частичной разгрузки 2,06
со стороны колес  
а) в режиме частичной разгрузки 7,63
с выключенной воздушной подушкой 33,00

Упрощенными вариантами аппарата этого типа, применение которых эффективно при некоторых зональных ограничениях являются высокомобильные амфибийные шасси с крупногабаритными высокоэластичными тороидными колесами и амфибийные аппараты с многокамерными воздушными подушками и инновационным гребным колесным движителем.

Для практической проверки реализуемости этого проекта НПЦ «Специальное машиностроение» МГТУ им. Н. Э. Баумана разработан и построен опытный образец пассажирского с гибридным опорно-ходовым комплексом полной массой 4,2 т. Технические характеристики этого аппарата позволяют также рассматривать его в качестве прототипа для разработки амфибйных машин локального применения.

На более низких иерархических уровнях эффективность централизации планирования и инвестирования в транспортные проекты существенно снижается и наиболее целесообразным следует признать развитие местного транспорта на основе принципов свободной конкуренции промышленных предприятий при общем регулирующем воздействии органов управления с помощью нормативных документов, регламентов и других аналогичных механизмов.

Выводы

1. Устойчивое развитие арктического и дальневосточного регионов требует создания в возможно более короткие сроки инновационной транспортной инфраструктуры, технически и организационно адекватной специфическим особенностям и условиям этих регионов.

2. По объективным причинам в настоящее время мы не имеем значимых ресурсов для непосредственного заимствования зарубежного опыта или временного решения специфических транспортных региона путем закупок готовых аппаратов или создания совместных производственных предприятий - необходимо создавать национальную транспортную инфраструктуру на основе отечественного научно-технического потенциала.

3. Использование опыта научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ МГТУ им. Н. Э. Баумана позволяет обеспечить создание в короткие сроки ряда инновационных транспортных систем, дающих решение актуальных транспортных проблем арктического и дальневосточного регионов России.

Естественно, эти предложения ни в коей мере не отменяют и не препятствуют развитию всех иных путей решения региональных транспортных проблем.

Литературные источники

1. Попов С. Д. Опыт создания электрического наземного транспорта в Научно-производственном центре «Специальное машиностроение» МГТУ им. Н. Э. Баумана. Использование нетрадиционных и возобновляемых видов энергии и способы ее хранения. Международная научно-практическая конференция ЮНЕСКО / МЦОС. 16 ноября 2004 г. Тезисы докладов. -М.: ЦТС при МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2005 г. -143 с., ISBN 5-9900257-2-6
2. Белоусов Б. Н., Попов С. Д. Колесные транспортные средства особо большой грузоподъемности. Конструкция, теория, расчет. –М.: Изд. МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2006. -728 с.: ил. ISBN 5-7038-2713-2
3. Дубин А. Е., Попов С. Д. Интеграция образования, науки и производства в интересах высокотехнологического комплекса. Материалы международного форума «Технологии в машиностроении - 2010» 30 июня – 4 июля 2010 года: в 2 ч. Часть 1 / под ред. И. Б. Федорова и А. Н. Бриндикова – М.: МГТУ им. Н. Э. Баумана. ISBN 978-5-91916-603-8
4. Попов С. Д. Об одном из возможных подходов к управлению маневром многозвенных колесных платформ. Вестник МГТУ им. Н. Э. Баумана: электронное издание. 2012, Вып. 10
5. Попов С. Д. Фундаментальные проблемы развития внутреннего транспорта малонаселенных регионов России и пути ее решения на основе развития высокомобильных автомобильных транспортных комплексов (на примере Архангельской области). Экономика, проектный менеджмент, образование, юриспруденция, экология, медицина, социология, философия, филология, психология, техника, математика: состояние и перспективы развития. Сб. статей по итогам Международной научно-практической конференции. 04-05 июля 2013 г., СПб, «КультИнформПресс», 2013, -148 с. ISBN 978-5-8392-0411-9, стр. 110-117
6. Попов С. Д., Чувашев С. Н. Проектирование и комплексное математическое моделирование судна на воздушной подушке для регионов Севера, Сибири и Арктического континентального шельфа. Инженерный журнал: наука и инновации. 2013. № 3 (15) с.9
7. Boris N. Belousov, Sergey D. Popov/ Heavy-Duty Wheeled Vehicles: Design, Theory, Calculations. Published by SAE International with a Product Code of R-419, ISBN of 978-0-7680-7723-0, and 800 pages in a hardbound binding.
8. Попов С. Д. Некоторые проблемы создания амфибийных транспортных систем, предназначенных для решения транспортных задач и освоения труднодоступных регионов Севера и Сибири, а также на Арктическом шельфе. Материали за 9-а международна научно-практична конференция, “Achievement of high scool” – 2013. Том 45. Технологии. София «Бял ГРАД-Ы» ООД -104 с. ISBN 978-966-8736-05-6.
9. Попов С. Д. Перспективы и потенциальные возможности трансформации многоцелевых грузовых автомобилей в газогенераторные автомобили, работающие на простейших биотопливах растительного происхождения для их использования в лесном комплексе. Современная наука: теоретический и практический взгляд: Сб. статей Международной научно-практической конференции 29-30 октября 2013 г.: Ч. 2 – Уфа, РИЦ БашГУ, 2013.-248 с с. ISBN 978-5-7477-3347-3
10. Попов С. Д., Чувашев С. Н. Разработка технологии выбора несущего комплекса для транспортных средств на воздушной подушке (ТСВП), предназначенных для эксплуатации на Севере и в Сибири. Инновационное развитие современной науки: Сб. статей Международной научно-практической конференции. 31 января 2014 г.: 9 ч. Ч. 3 / отв. ред. А. А. Сукиасян. - Уфа: РИЦ БашГУ, 2014. – 366 с. ISBN 978-5-7477-3453-1 С. 287-295
11. Попов С. Д. Чувашев С. Н. Разработка технологии математического моделирования некоторых опасных ситуаций при эксплуатации ТСВП, предназначенных для эксплуатации на Севере и в Сибири Инновационное развитие современной науки: Сб. статей Международной научно-практической конференции. 31 января 2014 г.: 9 ч. Ч. 3 / отв. ред. А. А. Сукиасян. - Уфа: РИЦ БашГУ, 2014. – 366 с. ISBN 978-5-7477-3453-1 С. 300-306
12. Попов С. Д., Чувашев С. Н. Разработка технологии выбора движительных комплексов повышенной эффективности для ТСВП, предназначенных для эксплуатации на Севере и в Сибири. Инновационное развитие современной науки: Сб. статей Международной научно-практической конференции. 31 января 2014 г.: 9 ч. Ч. 3 / отв. ред. А. А. Сукиасян. - Уфа: РИЦ БашГУ, 2014. – 366 с. ISBN 978-5-7477-3453-1 С. 296-230
13. Долотов К. В., Овсянников Б. В., Попов С. Д. Отработка технологий исследований составных частей и моделей ТСВП, предназначенных для эксплуатации на Севере и в Сибири. Инновационное развитие современной науки: Сб. статей Международной научно-практической конференции. 31 января 2014 г.: 9 ч. Ч. 3 / отв. ред. А. А. Сукиасян. - Уфа: РИЦ БашГУ, 2014. – 366 с. ISBN 978-5-7477-3453-1 С.281-286
14. Дубин А. Е., Попов С. Д. Амфибийные транспортные средства с гибридным опорно-ходовым комплексом. Русский инженер-транспортник (авиация, автомобили, спецтехника), сентябрь 2014 г. с.36-37
15. Комиссаров Д. С., Попов С. Д. Савостьянов Г. В., Чувашева Е. С., Чувашев С. Н., Якимов Н. М. О разработке нетрадиционных амфибийных комплексов для Северных регионов Российской Федерации. Научное обозрение, № 1, 2015 г., с. 42-52
16. Попов С. Д., Якимов Н. М., Чувашев С. Н. Выбор геометрии эффективного высокоскоростного судового движителя на основе гребного колеса с учётом гидро-аэродинамики. Вестник МГТУ им. Н. Э. Баумана, № 6 (105), 2015, с. 50-58

Вернуться...










© 2015–18. Международная академия транспорта. Все права защищены