Гироскопическая железная дорога

Однорельсовая колея, проложенная в 1921 г. от Детского Села до Средней Рогатки под Санкт-Петербургом

Идея о том, что выгодней перемещаться по одному рельсу, чем по двум, родилась у изобретателей в 1820-х годах. История хранит сведения о проекте «Дорога на столбах» Ивана Эльманова. Известно, что инженер из подмосковного села Мячково всячески пытался найти инвесторов под свой проект монорельса, но безуспешно.

В 1907 году Август Шерль в Берлине и независимо от него Луи Бреннан в Лондоне продемонстрировали публике модели однорельсовых поездов. А уже через пару лет тот же Бреннан в Джилингхеме (Великобритания) показал полноразмерный вагон на 50 пассажиров.
Современники с большим оптимизмом отзывались об однорельсовых дорогах, полагая, что в скором времени они совсем вытеснят привычные двухрельсовые. Действительно, вознесенные над землей на легких и компактных виадуках, они были бы гораздо удобнее в качестве скоростного городского транспорта, нежели распространенные тогда трамваи и конки. Однорельсовые дороги дальнего следования из-за меньшей материалоемкости путей и повышенной скорости передвижения поездов обещали быть гораздо выгоднее привычных двухрельсовых. Большие надежды на изобретение возлагали и военные ведомства, заинтересованные возможностью быстрого строительства подъездных путей.

Модель вагона для гироскопической железной дороги

Но были и поводы для скепсиса. Не решенным оставался вопрос постоянного поддержания равновесия подвижного состава. На двухколейном составе при остановке и стоянке можно было просто выключить двигатель, на одноколейном требовалось постоянно поддерживать вращение маховика. Конечно, можно было обойтись и без вращающегося гироскопа – для этой цели у вагонов имелись специальные предохранительные упоры.
Они могли выручить в случае поломки двигателя и постепенного прекращения вращения маховика. Но пользоваться ими было не слишком удобно. Кроме того, каждая новая раскрутка массивного маховика требовала времени.
Тем не менее, опыты и расчеты показывали, что идея постройки однорельсовой дороги вполне здравая и сулит выгоду.
Поэтому попытки построить такую дорогу неоднократно предпринимались. В 1911 году на Аляске строилась однорельсовая дорога протяженностью 160 км. О судьбе этого проекта история хранит молчание. А вот «Красная газета» от 15 апреля 1921 года сообщает: «Президиум ВСНX обсуждал вопрос о сооружении однорельсовой жироскопической железной дороги. Постановлено использовать ныне бездействующую бывшую царскую ветку Петроград — Детское Село — Александровка. Путиловский завод исполняет уже раму и корпус двухвагонного поездного состава. Пробный поезд планировали через год. Он рассчитан на 150-верстную скорость в час. Такая скорость для двухрельсовых дорог была пока недоступна». Автором проекта этого поезда выступал Петр Петрович Шиловский.

О творце модели Петре Петровиче Шиловском «Петербургская газета» писала: «Как ни странно, но изобретатель не получил никакого специально­го технического образования. Он — юрист и зани­мает очень видный административный пост в одной из губерний России». Действительно, Шиловский возглавлял в то время Костромскую губернию.
Он происходил из старинного дворянского рода, окончил петербургское Училище правове­дения, «питомник государственных людей», как тогда называли это привилегированное учебное заведение. Петр Петрович быстро продвигался по служебной лестнице, начав со скромной должно­сти следователя в Луге, занимал потом посты вице-губернатора в Уральске, Екатеринославе и Симбирске. А в 1910 г. достиг высшей точки свой карьеры: стал губернатором Костромской губернии.
Один московский репортёр так характеризовал ПЛ.Шиловского: «Богато одарённый, с огромным честолюбием, он с детства мечтал выдвинуться. В той среде, где он воспитывался, выдвинуться означало сделать чиновничью карьеру. Природные способности толкали его пытливый ум в сторону знаний, а привитые средою взгляды влекли к карь­ере, и из этих двух начал сложилась вся его жизнь».
Шиловский был автором ряда работ по правове­дению и многих публицистических статей по пра­вовым вопросам. Но удивительное дело, техника, механика интересовали его не меньше, а, быть может, даже больше, чем юридические науки. И выбрал-то он для себя один из самых сложных, самых трудных разделов механики, над которым ломали головы крупнейшие учёные.
«Устройство для сохранения равновесия пово­зок или других находящихся в неустойчивом положении тел». Так называлось изобретение, на которое Шиловский получил привилегию, рус­ский патент, заявленный весной 1909 г. Устройство имело двухрамный гироскоп с маят­ником. При нарушении равновесия повозки маят­ник подключал электромотор, воздействовавший на внутреннюю раму гироскопа. Появлялась сила, восстанавливавшая равновесие.
В июне 1909 г. небольшая гироскопическая модель уже уверенно передвигалась по проволоке, натянутой между деревьями на даче изобретателя.

Война была уже в разгаре, когда Шиловский предложил снабжать гироскопическими устрой­ствами корабельные орудия. В 1915 г. он обра­тился в Морской генеральный штаб с письмом, в котором доказывал, что это значительно повы­сит точность стрельбы, поскольку гироскопиче­ское орудие будет всегда наведено на цель, «хотя бы корабль был подвержен самой серьёз­ной качке».
Тогда, во время Первой мировой, он развил прямо-таки героические усилия, чтобы внедрить своё изобретение в военном флоте. И не его вина, что по причинам чисто бюрократическим это так и не удалось сделать.
Шиловский фонтанировал смелыми идеями. Одновременно с проектом гироскопической пушки появился его гироскопический успокои­тель качки корабля. Он создал гироскопический указатель курса для кораблей и самолётов, так называемый «ортоскоп». В Петрограде стара­ниями неутомимого изобретателя было налажено опытное производство таких приборов. Они успешно испытывались в море и в воздухе на самолёте-гиганте «Илья Муромец». Увы, на этом всё и закончилось. Наступили времена раз­рухи и развала.

Гирокар Шиловского при массе 2750 кг имел колесную базу длиной 3969 мм. Для удержания баланса использовался 600-килограммовый маховик диаметром 1 м и толщиной 12 см. Он раскручивался электромотором мощностью 1,25 л. с., питавшимся от генератора основного бензинового двигателя мощностью 24 л. с. производства той же фирмы Wolseley.

Гиропоезд был не единственным проектом конструктора. Шиловский уже давно вынашивал идею постройки двухколесного автомобиля.
Несмотря на бывшее губернаторствование, денег на постройку гиромобиля в России Петру Шиловскому найти не удалось, и он строит его в Англии на фирме «Уэсли». Он перебрался в Англию, работал в Sperry Gyroscope Company и всячески пытался убедить инвесторов в перспективности одноколейного транспорта. Вскоре английская фирма Wolseley Tool & Motorcar Company принялась за создание чуда Шиловского. Летом 1914 года двухколесный автомобиль появился на улицах Лондона, удивляя и восхищая обитателей мегаполиса. Про его работы там мы с вами поговорим позже подробнее ..
Неизвестно, какой была бы судьба машины Шиловского, если бы не война. Первая мировая надолго заморозила инновационный проект. Тем не менее имя Шиловского снова появилось на слуху .
Шиловский вернулся в Россию, ещё не зная, что ждёт его впереди. А ждала его революция. Но вот странность: граф, богач, экс-губернатор не попал под пресс новой власти. Напротив, власть в первую очередь заметила его изобретательские способности. 8 сентября 1919 он выступил с докладом на заседании Всероссийского совета народного хозяйства с докладом «О постройке гироскопической железнодорожной ветки Кремль — Кунцево». ВСНХ издал постановление о необходимости проведения опытной гироскопической железной дороги длиной 6 верст и поручает члену президиума Красину создать комиссию для подготовки постановления в жизнь и выдачи аванса на строительство. Шиловскому выделили отдельное конструкторское бюро, предоставили инженеров в подчинение – и он рьяно взялся за дело. Проект вагона Шиловского:

Перед ним открылись невиданные перспективы. Шиловский получил от советского правительства заказ на создание первого в мире гиропоезда. Удалось организовать собственное конструкторское бюро и привлечь к проекту таких блестящих специалистов.
В условиях дефицита рельсов во время гражданской войны новый транспорт выглядел весьма привлекательным. Кроме того, это была и возможность упростить строительство военных полевых узкоколеек.
В течение года группа инженеров (Р.Н.Вульф, А.М.Годыцкий-Цвирко, В.Н.Евреинов, Р.А.Лютер, А.С.Шварц и другие) под руководством Шиловского создала проект однорельсового пути и гироскопическиго поезда. К теоретическому обоснованию монорельса были привлечены известнейшие ученые-механики России: И.В.Мещерский, П.Ф.Папкович, Н.Е Жуковский.
Строительство однорельсового пути, утверждал Шиловский, будет намного дешевле по сравне­нию с постройкой обычного. Особенно сооруже­ние железнодорожных мостов. Для гиропоезда они будут иметь вид обычных балок. Более того, роль моста сможет выполнить даже туго натяну­тый стальной трос!
15 ноября 1919 г. был подготовлен протокол заседания Совета военной промышленности о речном военном судостроениии и авиастроении
Присутствовали: председатель П. А. Богданов; члены: А. Ф. Толоконцев, К. Н. Орлов, В. С. Михайлов.
Приглашённые]: т. Медведев — представитель Генмора
В. А. Крит — техническая часть Совета ВП, С. А. Эгиз — техническая часть Совета ВП.
Слушали: 2. О жироскопических лодках (доклад технической части).
Постановили: принимая во внимание настоятельную необходимость иметь на реках быстроходные, мелкосидящие суда, вооруженные дальнобойной артиллерией, легко перевозимые по железной дороге в зависимости от изменения тактической обстановки, что, в свою очередь, дает возможность без особых потерь времени быстро создавать на любом водном рубеже достаточно мощную флотилию, Совет военной промышленности признает целесообразным разрешить Моркому заказ четырех опытных 45-тонных тяжелоорудийных катеров, снабженных жироскопическим устройством системы П.П.Шиловского, при условии предварительного исполнения изобретателем нижеследующего.
1. Ввиду ограниченного срока, назначенного на выполнение катеров, необходимо представление подробного плана распределения работ по отдельным заводам и согласие на выполнение работ со стороны привлекаемых заводов к намечаемым срокам (часть катеров — к началу навигации 1920, остальные — в течение навигации 1920 г.).
2. Ввиду необеспеченности изобретателя в получении необходимых двигателей необходимо иметь определенные гарантии в получении двигателей от Моркома или от военного ведомства, причем необходимо принять во внимание отрицательный отзыв Глакора в вопросе об установке на катера авиационных двигателей «Русское Рено».
3. Передать Генмору копию заключения профессора Жуковского с предложением обязать Шиловского испытать жироскоп постановкой его на маятник.
4. По окончании Генмором всех переговоров с Шиловским организовать специальную комиссию надзора за выполнением работ по постройке катеров в составе: одного представителя от Генмора и одного — от Совета военной промышленности.
5. В отношении финансирования считать возможным ассигновать немедленно на каждый из катеров не свыше 2 млн руб. с тем, чтобы Шиловским была представлена смета, составленная применительно к окончательным условиям, и внесена на утверждение Совета военной промышленности, самое же финансирование в процессе работы вести в порядке отчетности на основании действительной проверки производственных расходов.

Движение по монорельсу окажется более плавным и естественным. «В природе, писал Шиловский, — нормальное, правильное, естественное передвиже­ние есть продвижение по линии, а не по плоскости». Скорость же гиропоезда предполагалась немалая — 150-200 км/ч. Экспериментальный состав должен был состоять из двух вагонов удобообтекаемой формы, каждый — на полсотню пассажиров.
Скептики рисовали ужасные картины ката­строф от падения поезда при внезапной останов­ке гироскопа. С изумлением Шиловский писал: «Даже инженеры подчас забывают, что разогнан­ный 100-пудовый волчок вращается в силу одной накопленной энергии около семи часов». Сделать же для поезда специальные опоры на станциях не представляет большого труда.
В 1921 году началась постройка той самой однорельсовой дороги, которую мы упоминали. Газета «Петроградская правда» 14 августа 1921 года сообщала: «Закончены подготовительные работы по постройке однорельсовой дороги Петроград — Гатчина. Разработаны все необходимые проекты и схемы, имеются материалы, продовольствие и рабочая сила. Постройка дороги начнется в ближайшие дни». Гиропоезд создавался как электровоз с собственной генераторной станцией, оснащенной двумя ДВС по 250 л. с. Предполагалось, что поезд будет состоять из двух вагонов обтекаемой формы — моторного и пассажирского на 50 человек (по другим данным — общей вместимостью 400 пассажиров). Скорость движения должна была доходить до 150 км/ч. Поэтому модель поезда продувалась в аэродинамической трубе Политехнического института.
За четыре месяца было построено 12 километров монорельсового пути (от Детского Села до Средней Рогатки), а предприятиям в Санкт-Петербурге был заказан подвижной состав. Однако в мае 1922 года финансирование проекта было прекращено.

Модель гироскопического паровоза П.П.Шиловского.

Конечно, проект однорельсовой дороги смотрится интересно, на момент двадцатых годов подкупала его экономическая подоплека – меньше чугуна на рельсы, меньше дерева на шпалы, проще стрелки… и так далее. То есть тут можно было просчитать прямой эффект, но были и моменты, которые только планировалось решать. Никоим образом не были обозначены ни вопросы безопасности, ни инфраструктурные вопросы.
1 . Безопасность — Первым и наиболее значимым вопросом является остановка маховика. Даже учитывая высокий инерционный момент, он, будучи раскрученным, останавливается очень долго. И в этот момент нужно что-то делать . Маховик мог «соскочить» с оси, да и просто разлететься в стороны от усталости металла.
2. Инфраструктура — Не очень понятно как планировалось формировать станции для состава. Депо также представляют вопросы
Умер Пётр Петрович Шиловский в 1940 году, за два года до этого издав монографию о гироскопах. С тех пор прошло более 80 лет. Гироскопи­ческие железные дороги, которым Шиловский предрекал большое будущее, до сих пор не построены. Однако другие его идеи давно осуществлены, и самые различные гироприборы, как известно, нашли широчайшее применение на земле, на воде, в воздухе и космосе.

За несколько лет до Шиловского монорельс с гироскопической стабилизацией, был запатентован Луи Бреннаном в 1903 году.

За почти 80 лет жизни Бреннан изобрел несколько интересных устройств, но не все задуманное осуществилось
Луи Бреннан долгое время прожил в Австралии, где разработал оригинальную управляемую торпеду. В 1880 году Бреннан приехал в Англию, чтобы продать патент на это изобретение британскому адмиралтейству. По слухам, на этом контракте изобретателю удалось заработать колоссальную сумму — более £100 000. Эти деньги позволили Бреннану посвятить себя другому увлечению — гироскопическому аппарату. В 1903 году он патентует одноколейный гироскопический поезд.
Полученных от инвесторов денег Луису Бреннану хватило на два полноразмерных локомотива и несколько эффектных демонстраций.

Принципиальная схема гироскопического стабилизатора Луиса Бреннана.</p>
A, A’, B — цапфы
C — вращающиеся концы осей гироскопа
D — колесо, движущееся по рельсу
E — рельс
F — транспортное средство
G — подвижный упор

Демонстрация произвела эффект. Изобретением заинтересовалась британская армия: Бреннан получил 2000 фунтов на дальнейшие разработки (планировалось выдать ?10000, но этому воспротивилось финансовое ведомство) и построил на них вторую модель длиной 183 см. Модель была вполне действующей и выдерживала одного нетяжёлого человека: Бреннан построил небольшую монорельсовую дорогу и катал по ней свою дочь. Одной из самых известных фотографий того времени стал снимок, на котором дочь Бреннана едет на монорельсе по канату, натянутому в полутора метрах от земли между деревьями. Эта модель сохранилась до наших дней: её можно увидеть в Лондонском музее науки. Правда, хранится она под стеклом, её не заводили около ста лет.

Вторая демонстрация убедила армию в функциональности нового изобретения. Бреннану было выдано множество грантов, и к 1909 году он наконец представил полноразмерный локомотив с гироскопом. 12-метровая машина с 20-сильным бензиновым двигателем могла развивать скорость до 35 км/ч.
15 октября 1909 года она провезла по экспериментальной однорельсовой дороге 32 человека — представителей армии, промышленности и прессы. К следующему году Бреннан построил вторую машину, которая была представлена на технической выставке в Лондоне. На ней прокатился сам Уинстон Черчилль (тогда ещё молодой).

Но всё-таки скепсис победил прогресс. Да, однорельсовые дороги были вдвое дешевле при строительстве, да, гиромашины можно было строить сколь угодно обтекаемой формы, и скорость их была намного выше, чем у паровозов такой же грузоподъёмности. Но недостатки перевесили. Во-первых, гиромашину нельзя было оставить с неработающим двигателем: она сохраняла равновесие лишь при вращающемся маховике. Он был оснащён упорами, но они были не слишком удобными, да и каждая раскрутка маховика занимала много времени. В принципе, всё это мелочи, — но консерватизм перевесил. Бреннан занялся другими делами и внёс огромный вклад в системы стабилизации вертолётов, умер он в почёте, на высокой должности
С 1919 по 1926 год он конструирует вертолет. Летательный аппарат Бреннана был близок к реализации, но в 1926 году финансирование проекта было прекращено. Технический прогресс, к которому Бреннан всегда стремился, в итоге его и погубил. В январе 1932 года в швейцарском Монтрё Луи Бреннан был сбит автомобилем.
Сам монорельс Бреннана был признан бесперспективным, а вот система стабилизации Шиловского оказалась более эффективной о чем свидетельствует постройка Шиловским в 1912 году в Англии двухколесного автомобиля «Гирокар», который двигался устойчиво.

Там же в Америке, инже­нер Томас Саммерс запатентовал целое семейство грузовых гироскопических автомобилей для пере­движения по узким горным тропам.

Последним однорельсовым железнодорожником стал немец Август Шерль. Он представил своё изобретение одновременно с Бреннаном и продемонстрировал действующую модель 10 ноября 1909 года в Берлине. Правда, пятиметровый локомотив Шерля не повлёк за собой финансовых грантов — и изобретатель благополучно забросил эту идею.
Сегодня гироскопического транспорта как такового нет. Вполне вероятно, что через несколько лет мы увидим однорельсовые железные дороги, о которых так мечтали Бреннан, Шерль и Шиловский.

http://ratiborus.ru/articles/giroskopicheskaya-zheleznaya-doroga.html