Секрет скорости. Омский учёный предлагает революционные идеи для рельсового транспорта

Кандидат технических наук Валерий Викторович Шилер ещё в 1985 году получил патент на «гибкое колесо» — уникальное изобретение, способное в разы увеличить эффективность всех видов рельсового транспорта. Благодаря предложенной им революционной конструкции колёсной пары сопротивление движению снижается на 40%, что позволяет увеличить число вагонов в составе, который тянет один локомотив, а скорость движения поездов, за счёт снижения затрат энергии на тягу, увеличивается в среднем на треть. Это доказано многочисленными практическими испытаниями

 В разные годы об этом проекте очень много писали. Напомним, Шилер придумал колёсную пару, в которой колёса и ось колёсной пары – не монолит, как прежде, а две самостоятельные части, которые вращаются независимо друг от друга. Фиксирует колесо на рельсе и не даёт ему сойти упорный диск. В конструкции самого колеса предусмотрена резиновая прослойка, принимающая на себя вертикальную нагрузку и снижающая сопротивление движению. 

Технологию по достоинству оценили и у нас в стране, и за рубежом, но пока до внедрения в практику далеко. По разным причинам, от бюрократических тормозов, до неготовности производителей и потребителей инвестировать и серьёзно вкладываться сегодня на отдалённую перспективу.

Но талантливого учёного это не останавливает, ведь «гибкое колесо» — составная часть более масштабного проекта «Высокоскоростная гибкая транспортная система», которым он живёт сегодня. Мы расспросили Валерия Викторовича о его работе и продвижении её результатов.

— Валерий Викторович, давайте в двух словах напомним нашим читателям о вашем изобретении, которому до сих пор нет аналогов. Как обстоят дела с внедрением гибкого колеса?

— Предшественником гибкого колеса была стандартная колёсная пара с модифицированным профилем бандажа, известная как тип ОмИИТ. Эта конструкция уже демонстрировала улучшение, увеличивая межремонтный пробег на горных участках пути на 30%. Гибкое колесо же стало отправной точкой для проекта «Высокоскоростная гибкая транспортная система» (ВГТС), в рамках которого оно было преобразовано в блочную конструкцию, а затем и в инвариантную колёсную пару.

Внедрение нашего инновационного колеса сталкивается с двумя основными препятствиями. Первое – это само название «гибкое», вызывающее негативные ассоциации из-за трагической катастрофы поезда ICE-3 в Германии в 1998 году. Тогда разрушение колеса конструкции Siemens с таким же названием привело к гибели 104 человек. Однако важно подчеркнуть, что причиной той трагедии стали грубейшие нарушения условий эксплуатации, связанные с человеческим фактором, а не конструктивные недостатки. Наше же колесо, в отличие от разработки Siemens, обладает принципиально иной конструкцией, значительно более высоким уровнем надёжности, безопасности и превосходными техническими характеристиками. В инвариантном исполнении оно обеспечивает гарантированную безопасность движения.

Вторым барьером выступает консерватизм мышления. Двухсотлетний период использования стандартных колёс сформировал устойчивые паттерны поведения, вызывающие сопротивление внедрению инновационных решений. Руководящий состав, в особенности представители экономического блока, демонстрирует склонность к использованию апробированных методик, даже при наличии более эффективных альтернатив. Дополнительным фактором является превалирующее отношение к зарубежным разработкам, в то время как отечественные инновации, в частности, наша, не получают должного признания.

— А что такое «Высокоскоростная гибкая транспортная система»? Как этот проект может повлиять на дальнейшее развитие железнодорожного транспорта?

— Высокоскоростная гибкая транспортная система (ВГТС): — это новый этап в развитии РЖД. ВГТС – это не просто модернизация, а кардинальное преобразование железнодорожной отрасли, обеспечивающее интегрированное высокоскоростное движение: объединение пассажирских и грузовых тяжеловесных поездов на всей действующей сети РЖД. Беспрецедентное снижение износа: полное устранение волнообразного и одностороннего износа рельсов. Предотвращение бокового износа рельсов и колёс, исключение выщербин и деформаций головок рельсов.

Значительное увеличение сцепления колеса и рельса. Рекордный межремонтный пробег подвижного состава без обслуживания – до 1 миллиона километров. Существенное увеличение ресурса верхнего строения пути – до 10 млрд тонн груза и выше. Эффективность ремонтной базы: переход к более совершенному заводскому ремонту вместо деповского. Максимальная пропускная способность: полное удовлетворение внутренних и транзитных потребностей в перевозках с высокими скоростями и гарантированной доставкой, а также достаточными резервами.

«Гибкость» как философия развития — метафора постоянной эволюции, как конструкции подвижного состава, логистики, так и всей транспортной системы. Технологическое лидерство: инвариантный подвижной состав ВГТС демонстрирует превосходство над системами с магнитным подвешиванием, такими как «Маглев».

В конце концов, ВГТС – это переход в шестой технологический уклад. В то время как РЖД сегодня работает в парадигме четвёртого технологического уклада (паровозный период), а высокоскоростные магистрали (ВСМ) знаменуют собой пятый, проект ВГТС открывает двери в шестой технологический уклад – инновационную разработку, разработка которого ведётся исключительно в России и уникальную для России. Сегодня моя основная задача сегодня – это продвижение масштабного проекта «ВГТС».

— За счёт чего вдвое снижается сопротивление движению в конструкции блочных колёсных пар?

— Стандартная колёсная пара представляет собой конструкцию из четырёх жёстко соединённых колёс: двух гребневых и двух с опорной поверхностью катания. Такая компоновка обеспечивает одинаковую угловую скорость вращения всех колёс, несмотря на различия в диаметрах их поверхностей катания. Поэтому в процессе движения по рельсам каждое колесо проходит разную длину пути. Это различие является причиной возникновения «паразитного» проскальзывания колёс колёсной пары по рельсам и обуславливает извилистую траекторию движения подвижного состава. В отличие от стандартной, блочная колёсная пара включает четыре колеса (два направляющих с гребнями и два опорных) с независимым вращением. Такая конструкция позволяет каждому колесу осуществлять качение по рельсу без проскальзывания в режиме «чистого» трения качения. Эффективность данного режима подтверждается тем, что трение качения в 400 раз меньше «паразитного» трения проскальзывания колёс по рельсам.

— В чём экономический эффект и что это даёт потребителю на выходе? 

— Экономия: сотни миллиардов рублей за счёт снижения износа колёс/рельсов и расхода энергии на тягу и ремонт. Эффективность: увеличение межремонтных пробегов (до миллиона км без обслуживания), рост скоростей и безопасности. Ресурсы: сокращение потребности в вагонах и локомотивах.

— А что такое «инвариантная подвеска»? В чём преимущества этой технологии для железнодорожного транспорта? 

— Инвариантный подвижной состав – это революционное решение, позволяющее создать унифицированную конструкцию для всех видов подвижного состава пассажирского, тяжеловесного грузового (до 100 000 тонн), высокоскоростного (до 600 км/ч). Инвариантный подвижной состав состоит из следующих инвариантных конструкций: колёсной пары, подвески, тележки, межвагонного сочленения, контейнеров и т. д. Его ключевое преимущество – способность работать на любых типах железнодорожных путей, независимо от их состояния, и значительно сниженное воздействие на износ верхнего строения пути.

Технические характеристики инвариантного подвижного состава превосходят даже передовые системы, такие как магнитное подвешивание «Маглев». Важно отметить, что внедрение инвариантной конструкции и технологии требует в двадцать раз меньших затрат по сравнению с высокоскоростными магистралями (ВСМ) и в сто раз – Маглев. Обеспечивает многократное повышение эксплуатационной эффективности и провозной способности на существующей инфраструктуре.

В настоящее время инвариантный подвижной состав является эксклюзивным «ноу-хау» и относится к категории инсайдерской информации.

— Где и как вы испытываете свои технологии 

— Процесс проверки включает в себя как имитационные и лабораторные макетные испытания, так и натурные тесты. Натурные испытания были выполнены в 2016 году на полигоне станции Щербинка, расположенном в Москве. Эти работы были доверены Всероссийскому научно-исследовательскому институту железнодорожного транспорта (ВНИИЖТ).

Главные сложности, с которыми столкнулись при реализации проекта, заключались в обеспечении необходимого финансирования. Период между проведением макетных испытаний (2003 год) и натурных (2016 год) был весьма продолжительным. Несмотря на то что результаты натурных испытаний оказались весьма высокими, получить дальнейшее финансирование на текущем этапе не получается.

— Каковы перспективы внедрения в практику блочных колёсных пар и инвариативных подвесок? 

Перспективы практического внедрения данного решения крайне ограничены, поскольку все доступные пути его реализации на данный момент исчерпаны. Единственная надежда может быть связана с Илоном Маском, чьё решение отказаться от мегапроекта «Гиперлуп» подчёркивает его понимание содержания и сложности подобных задач.

Основная причина сложившейся ситуации – принципиально новая, прорывная конструкция блочной колёсной пары, обладающая инвариантными свойствами. Она потребовала переосмысления существующих теорий динамического взаимодействия колеса и рельса, с опорой на фундаментальные принципы математики, механики, трибологии и безопасности движения.

Таким образом, мы сталкиваемся с парадоксом: гениальное изобретение, способное революционизировать транспортную отрасль, оказывается заложником отсутствия адекватного понимания его сути на уровне стратегического управления. Это не просто вопрос недостатка технических знаний, но и глубокого разрыва между новаторской мыслью и консервативной инерцией системы. Пока же, в ожидании появления тех, кто сможет оценить и воплотить в жизнь потенциал блочной и инвариантной колёсных пар, они остаются лишь теоретическим достижением, блестящим, но неосязаемым.

— Я читала, что ваши разработки заинтересовали производителей из других стран. Почему вы не согласились на их предложения? 

— Разговоры на местном уровне общений были, но предложений из-за рубежа не было. Более того, я считаю, что потенциал наших технологий ещё не раскрыт в полной мере на родине. Мы стремимся к тому, чтобы в первую очередь именно отечественная промышленность получила выгоду от наших инноваций, и пока не видим смысла распылять усилия на внешние рынки, когда есть столько нереализованных задач здесь.

— Вы много лет посвятили своим ноу-хау, никогда не возникало желания поменять сферу деятельности, бросить науку? Насколько, на ваш взгляд, сегодня востребованы люди, двигающие вперёд прогресс? 

— Совершенствование – это непрерывный процесс. Однако, когда профессиональный подход приносит конкретные плоды, смена сферы деятельности теряет свою эффективность. Современный рынок склонен ценить молодость и динамичные тренды. Но для достижения по-настоящему весомых результатов необходимы не только время и опыт, но и команда, способная обеспечить трансфер и сохранение знаний сквозь поколения.

— Что ещё, кроме науки, вам интересно? 

— Мои интересы простираются далеко за пределы научной сферы. Я нахожу удовольствие в самых разных занятиях: от забот на даче и активного образа жизни (бег, велосипед, лыжи, плавание) до практических навыков в авторемонте. Музыка, в частности, игра на синтезаторе, является для меня источником вдохновения. И конечно же, ничто не сравнится с радостью общения с моими дорогими внучками.

— Спасибо, Валерий Викторович, за интересную беседу. Удачи вам в уже существующих и новых проектах.

Текст: Алина Иванова