Британдық теміржолдың эксперименталды еңбекжолы: APT тарихы

Кіріспе

British Rail компаниясы әзірлеген эксперименталды жоғары жылдамдықты көлбеулі поезд – Advanced Passenger Train (APT). 1970-жылдары және 1980-жылдардың басында Батыс жағалау магистральдық желісінде (WCML) пайдалану үшін British Rail компаниясы жасаған бұл жоғары жылдамдықты көлбеулі поезд, WCML-дегі көптеген қисықтарды еңсеру үшін белсенді көлбеу жүйесін алғаш рет қолданды. Бұл технология кейіннен әлемдік тәжірибеге енді. Эксперименттік APT E 1975 жылдың 10 тамызында британдық темір жолының жылдамдық рекордын жаңартты, бірақ 1979 жылдың желтоқсанында қызметтік прототип APT P осы көрсеткішті арттырып басып өтті. Қызметтік прототиптерді әзірлеу ұзаққа созылды. 1970-жылдардың соңына қарай жоба он жылдан бері жүріп келе жатқанмен, пойыздар әлі де пайдалануға дайын болмады. Маргарет Тэтчердің сайлануы мәселені шиеленістіре түсті, ол жобаға қаржыландыруды қысқарту мүмкіндігін айтты. Жоба тоқтатылуы мүмкін деген қауіпті сезінген BR басшылығы прототиптерді сынаққа салуға шешім қабылдады, ал 1981 жылдың желтоқсанында Лондон – Глазгоу бағытында алғашқы рейстер орындалды. Ақырында мәселелер шешілді және 1984 жылы пойыздар қайта іске қосылып, үлкен табысқа қол жеткізді. Осы кезде дәстүрлі дизельдік қозғалтқышпен жұмыс істейтін және APT-нің көлбеу және өнімділік мүмкіндіктерінен dépourvu бәсекелес жоғары жылдамдықты поезд даму мен сынақтан өтіп, BR жолаушылар тасымалының негізгі бөлігіне айналды. АТП жобасына қолдау толығымен тоқтатылды, себебі билік өкілдері бұл жобаны сәтсіздік деп қарады. APT S сериялық үлгісінен бас тартылды, ал үш APT P прототипі 1985/86 жылдардың қысында қайтадан тоқтатылғанға дейін бір жылдан астам уақыт бойы жұмыс істеді. Үш жиынтықтың екеуі бөлшектелді, ал үшіншісінің бөліктері Ұлттық теміржол мұражайына жіберілді, онда ол APT E-ге қосылды.

Experimental tilting high speed train developed by British Rail

The Advanced Passenger Train (APT) was a tilting high speed train developed by British Rail during the 1970s and early 1980s, for use on the West Coast Main Line (WCML). The WCML contained many curves, and the APT pioneered the concept of active tilting to address these, a feature that has since been copied on designs around the world. The experimental APT E achieved a new British railway speed record on 10 August 1975 when it reached , only to be surpassed by the service prototype APT P at in December 1979. Development of the service prototypes dragged on, and by the late 1970s the design had been under construction for a decade and the trains were still not ready for service. The election of Margaret Thatcher brought matters to a head and she alluded to funding cuts for the project. Facing the possibility of cancellation, BR management decided to put the prototypes into service, with the first runs along the London–Glasgow route taking place in December 1981. The problems were eventually solved and the trains quietly reintroduced in 1984 with much greater success. By this time the competing High Speed Train, powered by a conventional diesel engine and lacking the APT's tilt and performance, had gone through development and testing at a rapid rate and was now forming the backbone of BR's passenger service. All support for the APT project collapsed as anyone in authority distanced themselves from what was being derided as a failure. Plans for a production version, APT S, were abandoned, and the three APT Ps ran for just over a year before being withdrawn again over the winter of 1985/6. Two of the three sets were broken up, and parts of the third sent to the National Railway Museum where it joined the APT E.

In spite of the APT's troubled history, the design was highly influential and directly inspired other high speed trains such as the Pendolino. The considerable work on electrification that was carried out hand in hand with APT was put to good use with newer non tilting designs like the British Rail Class 91. The APT's tilt system was returned to the WCML on the British Rail Class 390, based on the Fiat Ferroviaria tilting train design and built by Alstom. Other features pioneered on APT, such as the hydrokinetic braking used to stop the train within existing separations, have not been adopted.

APT-нің қиын тарихына қарамастан, бұл дизайн өте ықпалды болды және Pendolino сияқты басқа жоғары жылдамдықты пойыздарға тікелей шабыт берді. АТП-мен бірге жүргізілген электрлендіру жұмыстары Британдық темір жолының 91 класы сияқты көлбеусіз жаңа үлгілерде тиімді пайдаланылды. APT-нің көлбеу жүйесі Fiat Ferroviaria көлбеулі пойыз дизайнына негізделген және Alstom компаниясы құрастырған Британдық темір жолының 390 класында WCML-ге қайта оралды. АТП-де алғаш рет қолданылған басқа да мүмкіндіктер, мысалы, пойызды қолданыстағы аралықтарда тоқтату үшін қолданылатын гидрокинетикалық тежегіштер пайдаланылмады.

Британдық теміржол ғылыми-зерттеу бөлімі

1948 жылы Ұлыбритания темір жолдарын ұлттандырғаннан кейін, Британ темір жолдары 1950 және 60-жылдары автомобильдердің жылдам дамуына байланысты жолаушылар санының айтарлықтай төмендеуіне тап болды. 1970 жылы жолаушылар саны Екінші дүниежүзілік соғысқа дейін болған көрсеткіштердің шамамен жартысына дейін азайды. Үлестілікті сақтау мақсатында үкімет 1963 жылғы «Бичинг балтасы» аясында көптеген желілерді жабуға әкеп соққан зерттеу жүргізді. Осы масштабты қайта құруға қарамастан, ұйымның инфрақұрылымы соғысқа дейінгі кезеңге дейін сақталды, маршруттары 1800 жылдарға дейін созылды. Желіні күтіп ұстау, бұзылулардың жиілеуіне байланысты мәселелерді тудырды. 1962 жылы доктор Сидней Джонс R.A.E. Farnborough қару-жарақ бөлімінен, 1964 жылы зейнеткерлікке шыққан Колин Ингелстің орнына BR ғылыми жетекшісі болу мақсатымен шақырылды. Бұзылу мәселесін зерттеу барысында, олар проблеманың көп бөлігі «аң аулау тербелісі» деп аталатын құбылысқа байланысты екенін анықтады. Бұл құбылыс теміржол саласында жақсы белгілі болғанмен, көбінесе жоғары жылдамдықтарда кездесетін. BR желісінде, әсіресе тозған дөңгелектері бар жүк вагондарында, бұл құбылыс төмен жылдамдықтарда да байқалды. Джонс аң аулау тербелісінің аэродинамикадағы аэроэластикалық тербеліске ұқсас эффект екеніне сенді және оны зерттеу үшін авиация саласынан маман шақыруға шешім қабылдады. 1962 жылдың қазан айында Алан Уикенс бұл лауазымға тағайындалды. Уикенс динамика саласындағы сарапшы, бұрын Армстронг Уитвортта Sea Slug зымырасы бойынша, содан кейін Монреальдегі Canadair компаниясында жұмыс істеген. Blue Steel II жобасы АҚШ-тың Skybolt жобасының пайдасына тоқтатылған кезде, Уикенс A.V. Roe компаниясын тастады, себебі ол «жағдайды сезінді». Ол BR компаниясының жарнамасына жауап берді, сұхбат кезінде теміржол шассилерінің дизайны туралы білімі жоқ екенін және оған қызығушылық танытпайтынын айтты. Кейіннен осының себебімен оны жұмысқа алғаны белгілі болды. Келесі бірнеше жылда Уикенс тобы теміржол дөңгелектерінің динамикасын зерттеу бойынша ең толыққанды зерттеуді жүргізді. 1930 жылы Ф.У. Картердің аяқталмаған жұмысынан бастау алған команда, стандартты екі осьті шассилерді зерттеді және Джонстың күдіктенгеніндей, проблеманың динамикалық тұрақсыздық екенін тез анықтады. Осы зерттеу нәтижесінде аң аулау тербелісінің пайда болатын шектік жылдамдық туралы түсінік қалыптасты. Бұл жұмыс BR жүк тасымалы желісінде қолданылатын екі осьті шассисі жоқ вагондарға дейін кеңейтілді, онда проблема бүкіл көліктің динамикасымен одан әрі күрделенді. Уикенс тиісті демпферлі аспалы жүйе проблеманы жоюға қабілетті деген қорытындыға келді. Маңызды жайт – аспаның тік қана емес, сонымен қатар көлденең демпферлеуге ие болуы керек еді, бұл тербеліске әкелетін кішкентай ығысуларды болдырмауға мүмкіндік береді. Компьютерлер қозғалысты модельдеу және кез келген жылдамдық үшін проблеманы болдырмау үшін қанша демпферлеу қажет екенін анықтау үшін қолданылды. 1964 жылға қарай бұл жұмыс алғашқы жоғары жылдамдықты жүк вагоны HSFV 1-ді жасады, ол қауіпсіз түрде жоғары жылдамдықпен жүруге қабілетті. Сол жұмыс динамикалық тұрғыдан қол жетімді жылдамдықтардың практикалық шегі жоқ екенін және максималды өнімділіктің кез келген шектеулері сүйреу немесе желідегі тозу сияқты басқа факторларға байланысты болатынын көрсетті. 1976 жылға дейін алты HSFV дизайны сынақтан өтті, ал соңғысы, HSFV 6, сол жылы пайдалануға берілді.

Following nationalisation of the UK's railways in 1948, British Railways, as it was then known, faced significant reductions in passenger numbers as the motor car rapidly became more popular through the 1950s and 60s. By 1970, passenger numbers were roughly half what they had been immediately prior to World War II. In an attempt to maintain a level of profitability, the government commissioned a report that resulted in the abandonment of many lines as part of the 1963 "Beeching Axe". In spite of this significant restructuring, the organisation was still built on lines that were pre war, with routings dating into the 1800s. Maintaining the network created problems with derailments increasingly common. In 1962, Dr. Sydney Jones was hired away from the weapons department at R. A. E. Farnborough with the eventual aim of having him take over as BR's research lead from Colin Ingles, who retired in 1964. Looking into the derailment problem, they found that much of the problem could be traced to a problem known as hunting oscillation. This was well known in the railway world, but tended to happen only at high speeds. On the BR network, especially on freight cars with worn wheels, it was being seen at speeds as low as Jones was convinced that hunting oscillation was an effect similar to the problem of aeroelastic flutter encountered in aerodynamics, and decided to hire someone from the aeronautics field to investigate it. In October 1962, Alan Wickens was given the position. Wickens was a dynamics expert who had previously worked at Armstrong Whitworth on the Sea Slug missile and then for a period at Canadair in Montreal before returning to the UK and joining the Blue Steel missile project. When the follow on Blue Steel II was cancelled in favour of the US designed Skybolt, Wickens left A. V. Roe because he "saw the writing on the wall". He answered an ad for BR, and during the interview, he replied that he had no knowledge of, and little interest in, railway bogie design. It was later revealed this was the reason he was hired. Over the next several years, Wickens' team carried out what is considered to be the most detailed study of the dynamics of steel wheels on rails ever conducted. Starting with incomplete work by F. W. Carter from 1930, the team studied conventional two axle bogies and quickly discovered that, as Jones had suspected, the problem was dynamic instability. Out of this work came the concept of a critical speed at which point hunting would become a problem. This work was then extended to the unique two axle bogieless car designs used on the BR freight network, where the problem was further modified by the dynamics of the entire vehicle. Wickens concluded that a properly damped suspension system could eliminate the problem. The key realization was that the suspension had to be both vertical, as it had been in the past when based on leaf springs, but also horizontally to avoid small displacements triggering oscillation. Computers were used to simulate the motion and develop rules for how much damping would be needed to avoid the problem for any given speed. By 1964 this work had produced the first High Speed Freight Vehicle, HSFV 1, a bogieless freight car capable of travelling safely at speeds up to The same work suggested there was no practical upper limit to the achievable speeds in terms of dynamics, and that any limitations on maximum performance would be due to other factors like traction or wear on the lines. Eventually a series of six HSFV designs would be tested until 1976, and the last, HSFV 6, entered service that year.

Қиялы және көлбеулі пойыздар

Осы кезеңде BR жолаушылар тасымалы бөлімі теміржолдың автомобиль және әуе көлігімен бәсекелесе алатынын көрсететін есеп дайындады, бірақ бұл пойыздардың жылдамдығы артқан жағдайда ғана мүмкін болатын еді. Шығыс магистралінде British Rail Class 55 "Deltic" локомотивтерінің енгізілуінен жолаушылар санының өскенін және WCML-дегі электрлендірудің салдарынан саяхат уақыты 20-30% қысқарғанын зерттеу нәтижесінде, жылдамдық әрбір артқан сайын жолаушылар саны 1% көбейетіні анықталды. Бұл қарапайым қағида Жапонияда 1964 жылдан бастап жұмыс істеген Токио-Осака Шинкансен желісінің үлкен табысқа ие болуымен дәлелденді. Шинкансен жоғары жылдамдықты қамтамасыз ету үшін арнайы жаңа жолдар салды. BR-дің ең көп қолданылатын бағыты WCML Лондон мен Манчестер арасында жылына 6 миллион жолаушы тасыды, бұл Токио-Осакадағы 120 миллионнан әлдеқайда аз көрсеткіш. Осы деңгейдегі жолаушылар ағыны ескерілгенде, жоғары жылдамдықты пайдалануға арналған жаңа желіге қаржы табу өте қиын болды. Бұл маршрутта жоғары жылдамдықты қамтамасыз етуге кедерілді, себебі қолданыстағы желіде көптеген бұрылыстар мен қисықтар болды, ал оларды жоғары жылдамдықпен айналып өтуге тырысса, дененің жанына күш түсіп, жүру қиын болып, үстелдерден заттар төгіліп қалуы мүмкін еді. Бұл мәселені шешудің дәстүрлі тәсілі – рельстерді бұрылыстарға қарай еңкейту, бұл эффект суперэлевация немесе еңкейту деп аталады. Бұл жанындағы күштерді еденге қарай бағыттап, оларды азайтуға көмектеседі. Бірақ үлкен еңкейтуді салу және күтіп ұстау қиын, сондай-ақ баяу қозғалатын көліктерді немесе пойыздың қисық бойында тоқтау мүмкіндігін ескеру қажет (екеуі де қисықтың ішкі жағына күш түсіруіне әкеледі, бұл жағдай еңкейтудің артық болуы деп аталады). Ұзақ тәжірибе көрсеткендей, аралас қозғалысы бар желілерде қолданылатын еңкейтудің максималды мөлшері 6,5 градусқа жетеді. WCML-дегі қисық радиустарды ескере отырып, тіпті еңкейтудің рұқсат етілген максималды мөлшерін қолданғанның өзінде жылдамдықты одан сайын арттыру мүмкін болмады. Жылдамдықты шектейтін бастапқы фактор – жолдан шығу немесе аударылу қаупі емес, жолаушылардың жайлылығы болғандықтан, жылдамдықты одан әрі арттыру үшін вагондардың денелерін де еңкейту қажет. Бұл дөңгелек-рельс деңгейіндегі күштерге әсер етпесе де, жолаушылар салонындағы жанындағы күштерді ыңғайлы деңгейде ұстап тұрады, тіпті жылдамдық одан әрі артқан жағдайда да. Talgo 1950 жылдардың соңында еңкейгіш вагондардың алғашқы практикалық дизайнын ұсынды. Ол пойыз вагондары арасында орналасқан бір осьтен тұрады, ал вагондардың денелері осьтің үстіндегі тіреу нүктесінен ілінген А-тәрізді конструкцияға бекітілген. Пойыз бұрылысқа шыққанда, центробегтік күштер вагондардың денесін маятник сияқты қимылға келтіріп, табиғи түрде дұрыс еңкейту бұрышына жетеді. Алайда, бұл жүйе қисыққа кіргеннен бастап вагондардың қимылға келгеніне дейін айқын кешігуді байқатты, содан кейін бұрыштан асып, содан кейін дұрыс бұрышта тұрақталғанға дейін қысқа уақытқа тербелді. Бірнеше қисықтарды кесіп өткенде, мысалы, пойыз депосында, ол алаңдатарлықтай қозғалыс жасады. 1970 жылдардағы бірқатар жартылай тәжірибелік жобалар оны пайдаланғанымен, UAC TurboTrain сияқты, бұл тұжырымдама кеңінен қолданылмады.

During this period, BR's Passenger Business division produced a report suggesting rail could compete with road and air, but only if the trains ran faster. Studying the increase in ridership due to the introduction of the British Rail Class 55 "Deltic" engines on the East Coast Main Line, and the effects of electrification on the WCML which improved journey times 20 to 30%, they concluded that every increase in speed would result in a 1% increase in passengers. This basic rule was apparently proven in Japan, when the Tokyo Osaka Shinkansen line was operating from 1964 to huge success. The Shinkansen provided a smooth ride at speeds as high as by laying new lines dedicated to high speed travel. BR's most used route, the WCML, had in the order of 6 million passengers a year between London and Manchester, a far cry from the Tokyo Osaka's 120 million. Funding for a new line for high speed use was highly unlikely given these passenger levels. This presented a problem for any sort of high speed operation on the route because the existing line contained many turns and curves, and rounding these at high speed would cause lateral forces that would make walking difficult, and throw items off tables onto the floor. The traditional solution to this problem is to tilt the rails into the turns, an effect known as superelevation or cant. This has the effect of making the lateral forces more inline with the floor, reducing sideways forces. Because larger amounts of cant are more difficult to construct and maintain, and also because of the need to account for slower moving traffic or the possibility of a train coming to a stand within the curve (both of which cases would consequently experience a force to the inside of the curve, a condition known as cant excess), long experience had shown that the maximum amount of cant that could be applied to lines with mixed traffic was 6.5 degrees. Given the curve radii typically encountered on the WCML, this meant that even with the maximum permissible amount of cant applied, speeds couldn't be increased much above the range without once again experiencing excessive lateral forces. As the initial factor limiting speeds is not safety against derailing or overturning, but rather only passenger comfort, the solution to increasing speeds further is therefore having the train car bodies tilt as well – while this doesn't influence the forces acting at the wheel rail level, it keeps the lateral forces experienced inside the passenger compartment at a comfortable level even at further increased speeds. Talgo introduced the first practical design for a tilting carriage in the late 1950s. This consisted of a single bogie placed between the train cars with the car bodies suspended from an A frame centered on the bogie with a pivot near the top. When the train rounded a bend, the centrifugal forces caused the car body to swing out like a pendulum, reaching the proper tilt angle naturally. However, this system had a distinct delay between entering the curve and the body swinging out, and then swung past this angle and then oscillated briefly until settling at the right angle. When traversing a series of curves, like in a switchyard, it tended to swing about alarmingly. Although a number of semi experimental designs of the 1970s made use of it, like the UAC TurboTrain, the concept was not widely used.

АТТ-ның пайда болуы

1964 жылы BR-дің бұрын таратылған бірқатар зерттеу топтары жаңа Дерби зерттеу бөліміне біріктірілді. Дәл осы жерде Уикенстің HSFV бойынша соңғы жұмыстары жүргізілді. Алғашқыда жоғары жылдамдықты пойызды қолдау мәселесі талқыланды; 1963 жылғы Бичинг кесуінен кейін үкімет қандай көлемдегі желіні қолдауға дайын екені белгісіз болды, және жаңа конструкция жоғары жылдамдықты қалааралық қызметке бағытталған болуы керек пе, онда ескірген «Дельтиктерді» ауыстыру үшін жаңа локомотив қажет болар еді, әлде қала маңында жақсы өнімділік үшін қарапайым жүйе ме? 1965 жылы Уикенс голланд инженері А. Испертті жұмысқа алды және оған белсенді еңіс жүйелерін зерттеуді тапсырды. Бұл жүйе пассивті маятник тәрізді «Talgo» жүйесін гидравликалық цилиндрлерді қолданатын жүйемен алмастыруға тиіс болды, ол пойызды дұрыс бұрышқа жылдам иіп, тербеліссіз ұстап тұруға мүмкіндік береді. BR үшін басты артықшылық – айналу центрі жоғары орналасқан емес, пойыздың ортасынан өтуіне болатындығы, яғни жалпы қозғалыс британдық габариттің шектеріне сыйып қана қоймай, одан да аспайтын еді. 1966 жылдың тамызында Исперт бұл тұжырымдама бойынша есеп дайындады. Уикенс BR-дің бір осьті аспасы жоғары жылдамдықта кедергісі аз екенін, ал жеңіл салмағы дәстүрлі екі осьті доңғалақ жиынтығына қарағанда жоғары жылдамдықта тұрақтырақ екенін атап өтті. 1966 жылдың қарашасында ол екі жылдық бағдарламаны жүзеге асыруға шақыру жолдады – жоғары жылдамдықты жолаушылар пойзын құрып, сынауға, яғни HSFV 1 сияқты эксперименттік пойызды, бірақ жүк емес, жолаушылар тасымалы үшін жасауға. Бастапқы жоспар бойынша, аспа және еңіс жүйесін жоғары жылдамдықта сынау үшін бір макеттік корпус және екі доңғалақ жиынтығы қолданылатын еді. Ең үлкен еңіс бұрышы 9 градусқа белгіленді, осы бұрышқа рельс төсемінің еңісі қосылатын еді. Жобалау бағдарламасын Майк Ньюман басқарды, ал ғылыми зерттеулерді Алястер Гилкрист ұйымдастырды. Ньюман бір вагонның толық пойыз ретінде қалай жұмыс істейтіні сияқты практикалық сұрақтарға жауап берудің қиын екенін, ал макеттік корпус еңіс механизмін кабинаға кедергі келтірмей, еден астына орнатуға болатынын анықтамайтынын атап өтті. Сондықтан сол қарашада Ньюман мен Уикенс толық тәжірибелік пойыздың жоспарын жасады, мақсаты – еңіс жүйесін зерттеу ғана емес, оны нақты желілерде сынау. Уикенс жоспарды Сидни Джонсқа ұсынды, ол идеяны бірден қолдады. Олар жылдамдық мақсатын 40%-ға арттыруды, яғни бұрыштарды жылдам өтуді, BR басшылығының жылдамдық емес, саяхат уақытын қысқарту мақсатына сәйкес қойды. Олар бұл жобаны «Жобаланған жолаушылар пойзы» деп атады. Джонс ұсынысты BR төрағасы Стэнли Реймондқа жеткізді, оған бұл идея ұнады. Алайда, басқарма оны дамыту үшін жеткілікті қаржылай қолдау көрсетпеді және Джонсты қосымша қаржыландыру үшін Көлік министрлігіне жүгінуге шақырды. Джонс солай істеді, және келесі екі жыл бойы Уайтхоллдың дәліздерін аралап, мемлекеттік қызметкерлердің бірінен кейін бірі бұл керемет идея екеніне келісті, бірақ оны мақұлдау басқа біреудің міндеті екенін айтты. Қайта-қайта тоқтап қалғанына қарамастан, Джонс табандылық танытты, әсіресе үкіметтің бас ғалымы Солли Цукерменмен бірлесіп, теміржол зерттеулерінің барлық саласын қаржыландыру үшін тұрақты жүйені құруға көмектесті. Нәтижесінде Көлік министрлігі мен Британдық темір жол басқармасының бірлескен бағдарламасы құрылды, шығындар 50:50 бөлісті. Бағдарлама 1969 жылдың қаңтарынан 1985 жылдың наурызына дейін он алты жылға созылды. Бағдарламаның алғашқы екі жобасы – APT және Пойыздарды басқару жобасы.

In 1964, a number of BR's formerly dispersed research groups were organised into the new Derby Research Division. It was here that the final work on Wickens' HSFV was being developed. At first there was some argument about whether or not a high speed train would be supported; in the aftermath of the 1963 Beeching Axe it was not clear what size of network the government was willing to support, and whether a new design should be aimed at higher speed intercity service, where a new locomotive would be needed to replace the ageing Deltics anyway, or a simpler system for better performance in the suburbs. In 1965, Wickens had hired an intern, Dutch engineer A. J. Ispeert, and had him do some early work on active tilt systems. These would replace the passive pendulum like Talgo system with a system using hydraulic cylinders that would quickly drive the car to the proper angle and hold it there without any swinging. A major advantage for BR use was that the center of rotation could be through the middle of the car, instead of the top, meaning the total movement would fit within the smaller British loading gauge. Ispeert returned a report on the concept in August 1966. Wickens noted that BR's single axle suspension system would have less drag at high speed, and that its lighter weight would make it more stable at high speeds than conventional dual axle bogies. In November 1966 he wrote a report calling for a two year programme to build and test a High Speed Passenger Vehicle, essentially an experimental car like HSFV 1 but for passenger use instead of freight. The original plans called for a single dummy body and two bogies to test the suspension and tilting system at high speed. They set the maximum tilt angle at 9 degrees, which could be added to any cant in the underlying railbed. The design programme was organised under Mike Newman, while Alastair Gilchrist headed the research side. Newman noted that a single car was unlikely to answer practical questions like how the train would operate as a complete unit, and that a dummy body would not answer the question of whether the tilt mechanism could really be built under the floor without projecting into the cabin. Accordingly, later that same November, Newman and Wickens drew up plans for a complete experimental train with the design goal to be not only to study the tilt system, but do so on actual lines. Wickens took the plans to Sydney Jones, who immediately took up the idea. They set the performance goal at the nicely rounded figure of In keeping with BR management goals to provide quicker travel times rather than just faster speeds, they also required the train to round corners 40% faster. They named the proposal the Advanced Passenger Train. Jones took the proposal to the BR chairman, Stanley Raymond, who liked the idea. However, the board was unable to provide enough funding to develop it, and encouraged Jones to approach the Ministry of Transport for additional funding. Jones did so, and spent the next two years walking the corridors of Whitehall when one civil servant after another agreed that it was a great idea but that it was really the job of someone else to approve it. In spite of being repeatedly put off, Jones persisted, especially with Government Chief Scientist, Solly Zuckerman, to arrange a stable funding system for the entire topic of railway research. This was finalised as the Joint Programme between the Ministry of Transport and the British Railways Board, sharing the costs 50:50. The Programme would run sixteen years from January 1969 to March 1985. The first two programmes were APT and the Train Control Project.

Жобаны аяқтау

Джонстың АПТ-ға қойған мақсаттарының тағы бірі – желілердің қосымша тозуына себеп болмау еді. Теміржолдың бірденгі жүктемесі жылдамдықтың квадратына байланысты өзгереді, сондықтан жылдам пойыз жолдың тозуын күрт арттырады. Бұл әсерді өтеу үшін пойыздың қатаң салмақ шектеріне сәйкес болуы қажет болды, және дәстүрлі дизельді қозғалтқыштарды пайдалану мүмкін болмады, олар тым ауыр еді. Команда газ турбиналық қуатты шешім ретінде таңдады, бастапқыда Rolls Royce Dart қарастырылды. Қаржыландыруды қамтамасыз еткен кезде бірқатар жобалау ескертпелері әлі де аяқталмаған еді, сондықтан жобаны нақтылау кезеңіне қосымша уақыт беру үшін мерзім 1971 жылдың шілдесіне дейін ұзартылды. 1969 жылдың мамырына қарай бұл мәселелер шешіліп, соңғы жоба пайда болды. Эксперименттік пойыздың төрт вагоны болады: екі ұшында екі қуаттық вагон, ал олардың арасында екі жолаушы вагоны тәжірибелік өлшеу және жазу жүйелерімен жабдықталады. Джонс қаржыны ұйымдастырып жатқанда, Leyland компаниясы жүк көліктері үшін салған эксперименталды қозғалтқыш қолжетімді болды, ол әлдеқайда арзан болуы үшін жасалған еді. Dart тоқтатылды, ал қуатты әр қуаттық вагондағы төрт Leyland 2S/350 газ турбинасы, сондай-ақ жолаушы вагондарындағы жабдықты қуаттандыру үшін генераторға қосылған бесінші турбина қамтамасыз ететін болды. Сынақ кезеңінде қозғалтқыштар біртіндеп жаңартылды. Көп ай бойы әртүрлі беріліс жүйелерін зерттегеннен кейін, жобаны нақтылау кезеңі аяқталар тұсында, олар дизельдік-электрлік локомотивтердегідей электрлік берілісті пайдалануға шешім қабылдады. Соңында, мерзімге байланысты қысымның нәтижесінде, вагондар арасында біртұтас арба қолданбауға шешім қабылданды, әр вагонда екі дәстүрлі арба қолданылады. Джим Уайлдхэмер, жақында Westland Helicopters компаниясынан жұмысқа алынған, жолаушы вагондарының жартылай монокок конструкциясы орнына дәнекерленген болат түтіктерден жасалған кеңістіктік корпус жобалады. 1969 жылдың шілдесінде жобаның әртүрлі бөліктері үшін келісімшарттар жіберілді. Hawker Siddeley Dynamics аспалар мен тежегіш жүйелері бойынша келісімшарт ұтып алды, GEC және English Electric тіркемелі вагондар бойынша келісімшарт ұтып алды, ал осы кезде Leyland қозғалтқыштар үшін таңдалған еді. Уақыт өте келе, көптеген келісімшарттар алынып тасталды, және командалар жобаны өздеріне алды, 1970 жылдың ақпанында Hawker Siddeley-мен жасалған келісімшартты бұзды. Арбалардың жобалануы өздеріне алынды, ал физикалық құрылысы British Rail Engineering компаниясына тапсырылды, ал қуаттық вагондардың құрылысы Metro Cammell компаниясына тапсырылды. Бұл жұмыс жүргізіліп жатқанда, жобалаудың тәжірибелік орталығы бойынша жұмыс та басталды. Дербидегі зертханалардың бас кеңсесі Кельвин Хаустың артында орналасқан жаңа орталыққа қозғалтқыштарды сынауға арналған роликтік стенд, тежегіш динамиометрі және аспалар мен еңіс жүйелерін сынауға арналған әртүрлі сынақ стендтері кірді. Жаңа зертхана 1970 жылдың 26 қазанында ашылды. Сонымен қатар, сынақ трассасы ретінде Мелтон Моубрей мен Эдвальтон арасындағы жолдың бөлігі сатып алынды. Бұл бастапқыда Ноттингемге дейінгі негізгі желі болған, бірақ қазір Бичингтің кесуінен кейін пайдасыз болып қалған. Онда тік бөлім, көптеген қисықтар және аэродинамикалық сынақтар үшін пайдалы болатын бірнеше тар туннельдер бар еді. Бұл желі бойында Олд Далбиде техникалық қызмет көрсету ғимараттары салынды, және желі тұтастай алғанда Олд Далби сынақ трассасы деп аталды.

Another of Jones' many goals for the APT was that it would not cause additional wear on the lines. Instantaneous loads on the railbed vary with the square of speed, so a faster train would greatly increase road wear. Offsetting this effect required the train to meet stringent weight limits, and eliminated the possibility of using conventional diesel engines, which were simply too heavy. The team selected gas turbine power as the solution, initially considering the Rolls Royce Dart. When the funding was secured a number of design notes were still not finalised, so the timeline was stretched into July 1971 to provide extra time for the project definition stage. By May 1969 these issues had been decided and the final design emerged. The experimental train would have four cars; two power cars placed at either end, and two passenger cars between them filled with experimental measurement and recording systems. During the time Jones was arranging funding, an experimental engine built by Leyland for trucks became available, which was designed to be much less expensive. The Dart was dropped, and power would be supplied by four Leyland 2S/350 gas turbines in each power car, along with a fifth turbine connected to a generator to power the equipment in the passenger cars. During the testing period the engines were progressively upgraded to
After many months studying various transmission systems, with time on the definition phase ending they finally decided to use an electric transmission, like a diesel electric locomotive. Finally, due to schedule pressure, it was decided not to use a single articulated bogie between the cars, and two conventional bogies would be used on each car. Jim Wildhamer, recently hired from Westland Helicopters, designed a space frame body for the power cars based on welded steel tube instead of the semi monocoque construction used on the passenger cars. Contracts for the various parts of the design were sent out in July 1969. Hawker Siddeley Dynamics won the contract for the suspensions and braking systems, GEC and English Electric won the contract for the trailer cars, and by this time Leyland had already been selected for the engines. Over time a number of these contracts were withdrawn and the teams took the design in house, cancelling the suspensions contract with Hawker Siddeley in February 1970. Design of the bogies was taken over with the physical construction contracted to British Rail Engineering, while the power car construction was let to Metro Cammell. While this work was underway, work on an experiential facility for the design also started. Sited behind the main offices at the Derby labs, Kelvin House, the new facilities included a roller rig for testing the engines, a brake dynamometer and various test rigs for testing the suspension and tilt systems. The new lab was opened on 26 October 1970. Additionally, a section of track between Melton Mowbray and Edwalton was purchased as a test track. This was originally the main line to Nottingham, but now redundant after the Beeching Axe. This contained a straight section, many curves, and several tight tunnels that would be useful for aerodynamics tests. A set of maintenance buildings was built along this line at Old Dalby, and the line as a whole became known as the Old Dalby Test Track.

POP

Пойыз салыстырмалы түрде қарапайым болғанымен, қуаттандыру және басқару жүйелерінде бірқатар ауыр проблемалар пайда болды. Сондықтан, екі қосымша электр көлігін қуаты жоқ, аяқталмаған каркас ретінде салу туралы шешім қабылданды. Бұл көліктерді әдеттегі локомотивтер буксировать етеді, олар көлбеу және тежеу жүйелері, сондай-ақ пойыздың динамикасы туралы деректер жинауға мүмкіндік береді. Қосымша екі машинаға арналған келісім 1970 жылдың 14 сәуірінде жіберілді және 1971 жылдың қыркүйегінде алғаш рет сынақтан өтті. "POP" деген атау берілді, ол "power zero power" деген сөздердің аббревиатурасы болып табылады және ортасында жолаушылар вагоны жоқ екі қуатты автомобильдің орналасуын көрсетеді. Электр көліктері үшін кеңістіктік конструкцияны таңдау тиімді болды, себебі құрылыс барысында инженерлер машина ішіндегі түрлі элементтердің орналасуы оны динамикалық тұрақсыз ететініне қорытынды жасады. Бөлшектерді тарату үшін көбірек орын қажет болды, сондықтан электр көліктерінің ұзындығын шамамен екі есеге арттыру туралы шешім қабылданды. Бұл оңай болды, Metro Cammell-де салынып жатқан каркастарға қосымша болат құбырлар енгізілді және құрылысқа ешқандай үлкен әсер етпеді. POP көліктері қаптамасыз болды, болашақ үлгінің әртүрлі бөліктерін имитациялау үшін балластпен толтырылған кеңістіктік каркаспен жабылған. "POP" аббревиатурасы жолаушылар вагоны қосылып, үш вагонды пойыз құрылғанда дұрыс болмай қалды, сонда электр көліктеріне де қабырғалар орнатылды. POP өмірі бойында бірнеше өзгерістерге ұшырады, әсіресе әртүрлі шасси дизайндарын сынақтан өткізді.

APT-E

POP негізгі ұғымдарын дәлелдеп жатқанда, Дерби зертханасында сынақ пойзының құрылысы жалғасты. 1971 жылдың соңында жиналған бөліктер жеткілікті деңгейде дайын болды, содан кейін ресми ашылу салтанатында ол APT E (Эксперименталды) деп аталды. Алғашқы төмен жылдамдықты рейсін 1972 жылдың 25 шілдесінде Дербиден Даффилдке жасады. Даффилдке жеткен соң, ASLEF кәсіподағы дереу "қара тізімге" енгізіп, өз мүшелеріне пойызға қатысты кез келген жұмысты жасауға тыйым салды. Олардың шағымы APT E-де бір ғана жүргізуші креслосы болғандығында еді, оны BR бір жүргізушілі пойыздарға көшудің белгісі деп қарастырды. Жақсы ниетпен келген инспектор командаға пойызды түнде Дербиге қайтаруға көмектесті. Бұл АПТ E жобасының өзінен де қымбатқа түскен бір күндік жалпыұлттық ереуілге әкеп соқты. Осы кезде POP бірқатар мәселелерді көрсетті, ал инженерлер жобаны толық қайта жаңарту мүмкіндігін пайдаланды. Басты мәселе - жетексіз доңғалақтардың (bogies) конструкциясы еді, олар тұрақсыз болды және жоғары жылдамдықта пайдалануға жарамсыз еді. Бір қуат машинасы зертханада қалды, ал екіншісі мен екі жолаушы вагоны жақын орналасқан Дерби жөндеу зауытына жөндеуге жіберілді. Негізгі өзгерістер қуат машиналарын нығайту және күдікті доңғалақтарды моторлары алынып тасталған жетектелмелі доңғалақтың үлгісімен ауыстыру болды. Басқа өзгерістерге турбиналардан керамикалық жылу алмастырғыштарды сенімділік үшін алып тастау (бірақ бұл отын тұтынуды күрт арттырды) және VIP қолдану үшін жолаушы вагонына шағын отыру орны қосу кірді. 1973 жылдың жазында жоғары жылдамдықты теміржол бойынша келісімшарт талқылаулары аяқталды, дәл сол кезде 1973 жылдың тамызында жөнделген үш вагонды APT E жөндеу шеберханасынан шықты. Содан кейін поезд сегіз айға созылған сынақтар сериясын бастады, онда суспензия, тежеу, қисықтардағы өнімділік және кедергі сияқты мәліметтер зерттелді. Алайда, сенімділік күрделі мәселе болды және ол 1974 жылдың наурыз айында екінші рет жөндеуге жіберілді. Осы кезеңдегі көптеген өзгерістердің бірі - жолаушы вагондарына қуат беруге арналған турбиналарды, сондай-ақ барлық турбиналарды жаңартылған нұсқаларымен ауыстыру, бұл әр вагонға берілетін жалпы қуатты арттырды. Басқа өзгерістерге жаңа мотор подшипниктері және бұрын зертханада пайдаланылған екінші қуат машинасының қайта оралуы және ұқсас модификациясы кірді. 1974 жылдың маусымында қайта құрылған төрт вагонды поезд қайтадан пайдалануға берілді. 1975 жылдың 10 тамызында ол Батыс аймағында Суиндон мен Рединг арасында жылдамдық рекордын орнатып, Ұлыбритания рекордын жаңартты. Содан кейін ол 1975 жылдың 30 қазанында Лестерден Лондонға дейінгі маршрут бойынша 58 минут 30 секундта рекордтық уақытты көрсетті, бұл қиын маршрут бойынша шамамен жылдамдықпен тең болды. Сондай-ақ, ол Сент-Панкрастан шығатын Мидленд магистральдық желісінде және Олд Далби сынақ жолында кеңінен сынақтан өтті, онда 1976 жылдың қаңтарында ол рекордтық жылдамдыққа жетті. APT E сынақтары 1976 жылы аяқталды, ал бір ғана поезд 1976 жылдың 11 маусымында тікелей Йорк қаласындағы Ұлттық теміржол мұражайына жіберілді. Сынақтар барысында ол шамамен қашықтықты жүзіп өтті, бұл табысты карьераның соңы болды, бірақ пойыз кеңінен сынақтан өткен деп айтуға болмайды; үш жыл ішінде ол орташа отбасылық автомобиль сол кезеңте жүретін қашықтықтан кем жүрді. Салыстыратын болсақ, алғашқы TGV прототипі, TGV 001, сондай-ақ газ турбиналарымен жұмыс істеді, ол 1972 және 1976 жылдар аралығында қашықтықты қамтыды.

While POP was proving the basic concepts, construction of the test train continued at the Derby lab. The set was sufficiently complete by late 1971 for an official naming ceremony, where it became the APT E (for Experimental). It made its first low speed run from Derby to Duffield on 25 July 1972. Upon reaching Duffield, the ASLEF union immediately "blacked" it, forbidding their members from doing any work involving the train. Their complaint was that the APT E had a single operator's chair, which they took as evidence that BR was moving to single operator trains. A friendly inspector helped the team move the train back to Derby at night. This resulted in a one day national strike that cost more than the entire APT E project. By this point the POP had demonstrated a number of problems, and the engineers took the opportunity to start a major overhaul of the design. The main problem was the design of the non driven bogies, which were not stable and could not be used for high speed runs. One power car was retained at the lab while the other and the two passenger cars were sent to the nearby Derby Works for modification. The main changes were to stiffen the power cars and replace the suspect bogies with a version of the powered bogie with the motors removed. Other changes included the removal of the ceramic recuperators from the turbines for reliability reasons, although this dramatically increased fuel use, and the addition of a small seating area to the passenger car for VIP use. Contract negotiations over high speed rail had concluded in the summer of 1973, just in time for the modified three car APT E to emerge from the shop in August 1973. The train then started a testing series lasting eight months, covering details of the suspension, braking, curve performance and drag. However, reliability was a serious problem and it returned to the shops for a second overhaul in March 1974. Among the many changes for this round was the switching of the turbines formerly dedicated to power delivery for the passenger cars to add additional power to the traction motors, while at the same time replacing all of the turbines with an upgraded version, improving total power per car from Other changes included new motor bearings and the return and similar modification of the second power car, formerly used at the lab. The rebuilt four car train returned to service in June 1974. On 10 August 1975 it hit on the Western Region between Swindon and Reading, setting the UK record. It then set the route record from Leicester to London St. Pancras in 58 minutes 30 seconds on 30 October 1975, at an average speed of just over through this twisty route. It was also tested extensively on the Midland Main Line out of St. Pancras and on the Old Dalby Test Track, where in January 1976 it attained a speed of
APT E testing ended in 1976, and the single train was sent directly to the National Railway Museum in York on 11 June 1976. During its testing it covered approximately , ending a career that is considered a success, but the train could not be said to have been extensively tested; in three years it covered less distance than the average family car would in that period. In comparison, the first TGV prototype, TGV 001, also powered by gas turbines, covered between 1972 and 1976.

Электрмен қамтамасыз ету

APT E әлі салынып жатқан кезде, команда өндірістік үлгінің жобасын дамытып жатты. Джонс 1971 жылы BR-дің бас инженер-механигі (CME) болып тағайындалған Грэм Кальдермен серіктестік құрды. Олар сол кезде екі жаңа тәжірибелік пойыз жасауды жоспарлады: бірі турбиналық қуатпен жабдықталған, APT E-нің ұзартылған нұсқасы болса, екіншісі оған ұқсас, бірақ пантограф арқылы жоғары кернеулі электр желілерінен қуат алатын еді. POP және APT E-ден мәліметтер түсе бастағанда, жобаға бірнеше өзгерістер енгізілді. Ең қиын мәселелердің бірі – Leyland компаниясы турбиналық жүк көлігінің тұжырымы экономикалық тұрғыдан тиімді емес деген шешімге келгеннен кейін турбина нарығынан шығып қалды. Компания жобаны қолдауды жалғастыруға келісті, соның ішінде қуаты жоғарырақ үлгіні шығаруға, бірақ өндірістік үлгіге басқа шешім табу қажет екенін мәлімдеді. 1972 жылдың қарашасында жоспар өзгертіліп, WCML бағытында жұмыс істеу үшін төрт электрлік және тағы екі турбиналық пойыз жасау көзделді. Осыдан кейін турбиналық үлгілер үнемі артта қалып, ақырында тоқтатылды. Бұл жасырын құтқару болар еді: 1973 жылғы мұнай дағдарысы отын бағасын үш есеге дейін өсірді, ал турбиналық қозғалтқыштар өте көп отын жұмсайтын. TurboTrain бірдей бағыттарда жүретін стандартты пойызға қарағанда 50-100% көбірек отын пайдаланды. Leyland компаниясының рекуператорды қолдануы бұл көрсеткішті жақсартты, бірақ ол техникалық қызмет көрсетуде қиындықтар тудырды.

Жобалауды тексеру

1972 жылғы қарашада электрлендіруге көшу туралы шешім қабылданғаннан кейін, Джонс жобаны дамыту үшін үлкен басқару тобын құруды бастады. Осының нәтижесінде 1973 жылғы сәуірде жоба зерттеу бөлімінен Бас механикалық және электр инженерінің кеңсесіне берілді. Дэвид Букок басшылық еткен екі бөлімнің бірлескен тобы жобаны қарап шықты. Осы қарау нәтижесінде жобаға бірнеше қосымша өзгерістер енгізілді. Маңызды мәселе – WCML желісіндегі жоғары кернеулі сымдарда пойыздың 160 км/сағ сатысынан асып өткенде үлкен толқындар пайда болуы еді. Егер екі пойыз бірнеше километр аралықта қозғалса, бұл мәселе туындамады, бірақ екі ұшында пантографтары бар бір пойыз үшін бұл қиындық тудырды. Көрінетін шешім – пантографты алдыңғы немесе артқы бөлікке орнатып, қуатты вагондар арасында жүргізу болатын, бірақ жолаушылар вагондарында 25 кВ қуат болуына байланысты бұл мүмкіндік қабылданбады. Қозғалтқыштарды пойыздың бір жағына тікелей орналастыру туралы да ойланды, бірақ пойызды жоғары жылдамдықпен иіс тіреп жүргізгенде, еңіс функциясы қосылғанда, тым көп бүктелу күштеріне байланысты алаңдаушылықтар туды. Соңында жобалау тобы қозғалтқыштарды пойыздың ортасына тікелей орналастыруды шешті. Екі қозғалтқыш бірдей болып, қуатты қабылдау үшін пантографтармен жабдылатын еді, бірақ қалыпты жағдайда тек артқы қозғалтқыш ғана пантографын көтеретін болды, ал екінші қозғалтқышқа қуат шатыр арқылы жалғау арқылы берілетін еді. ASEA тиристорлары арқылы қуат тұрақты токқа айналдырылып, әр қуат вагонында орнатылған төрт DC тягалық қозғалтқыштарына қуат берілді. Тягалық қозғалтқыштар доңғалақтан вагондардың ішіне көшірілді, бұл серпімсіз салмақты азайтуға мүмкіндік берді. Моторлар өз күшін ішкі беріліс қораптары, кардандық валдар және соңғы жетектер арқылы жеткізді. APT E тәжірибесінен алынған басқа өзгерістерге, дәстүрлі гидравликалық амортизаторларды ауа кесектерімен алмастыру кірді, бұл жүру сапасын жақсартады және техникалық қызмет көрсетуді төмендетті. Қызмет көрсету мақсатында қуатты вагондар Bo Bo схемасында өздерінің доңғалақтарымен қайта жабдықталды, бұл оларды пойыздан оңай алуға мүмкіндік берді, ал бұрынғы байланыстырылған конструкция көршілес вагондарды біріктіріп, пойызды бөлуді қиын еткен еді. Жолаушылар вагондары байланыстырылған конструкциясын сақтап қалды, бірақ APT E тәжірибесіне байланысты бірқатар өзгерістер енгізілді. Сонымен қатар, APT E бірнеше рет еңкейген күйде апатқа ұшырағандықтан, еңкейту жүйесін тік күйге түсіретін қауіпсіздік жүйесі қажет болды. Осы қараудың бір бөлігі ретінде топ ең жоғары жылдамдықты сәл төмендету жобалау мәселелерін жеңілдететінін және гидрокинетикалық тежегіштердің қажеттілігін жоятынын анықтады. Алайда, максималды жылдамдықты қамтамасыз ету үшін бастапқы талаптармен жалғастыру туралы шешім қабылданды. Үкімет сегіз пойыздың құнының 80 пайызын төлеуге келісті.

With the decision to move primarily to electrification made in November 1972, Jones began building a larger management team to carry the design forward to service. This resulted in the April 1973 transfer of the design from the research division to the Office of the Chief Mechanical and Electrical Engineer. A review was carried out by a joint team from the two divisions, led by David Boocock. As a result of this review a number of additional changes were made to the design. A major problem was the recent discovery that the overhead lines on the WCML were subject to the creation of large waves in the lines at speeds over This was not a problem for two trains following each other with a spacing of several kilometers, but was a serious problem for a single train with pantographs at both ends. The obvious solution was to use a single pantograph at the front or back and then run the power between the cars, but this was outlawed by concerns over the presence of 25 kV power on the passenger cars. Some consideration was given to placing both engines back to back at one end of the train, but concerns were raised over excessive buckling forces when pushing the train at high speeds with the tilt feature active. So, finally, the design team chose to place the engines back to back in the centre of the train. The two engines would be identical and both would carry a pantograph to pick up power, but in normal operation only the rear of the two engines would raise its pantograph, and the other engine would be fed power through a coupling along the roof. Power was converted to direct current by ASEA thyristors, supplying four DC traction motors mounted in each power car. The traction motors were moved from the bogies to inside the car body, thereby reducing unsprung weight. The motors transmitted their power through internal gearboxes, cardan shafts and quill final drives. Other changes suggested by experience on APT E included changes to the vertical suspension from conventional hydraulic shock absorbers to air bags, which would both improve the ride quality and have lower maintenance requirements. For service reasons, the power cars were redesigned to have their own bogies in a Bo Bo arrangement, so they could be easily removed from the train, unlike the former articulated design that connected adjacent cars together and made it difficult to split the train apart. The passenger cars retained the articulated design, but a number of changes were made due to experience on APT E. Finally, a system that would cause the tilt system to fail into the upright position was desired, as APT E had failed into a tilted position on several occasions. As part of the same review, the team noticed that a slight reduction in maximum speed would greatly simplify a number of design points, and eliminated the need for the hydrokinetic brakes. However, the decision was made to go ahead with the original specification in order to provide the maximum possible speed. The government agreed to pay 80% of the cost of eight trains.

HST және APT

Осы кезеңде BR-дегі басқа топтар APT-ге қарсылық білдіре бастады, бұл бір жобада жасалатын қадам тым үлкен екенін айтты. Олар дәстүрлі дизельмен жұмыс істейтін, еңкейту мүмкіндігі жоқ, бірақ жылдамдығы жоғары және BR желісінің кез келген бөлігінде жүре алатын әлдеқайда қарапайым дизайнды құруды ұсынды. 1970 жылы бұл жоғары жылдамдықты пойыз (HST) ретінде пайда болды және оның дамуы қарқынды жүрді. APT бағдарламасы жалғасқан сайын басқарушылық қатарда талас-тартыс туды. Тәжірибелі инженерлік ресурстар APT жобасынан тартылып, оларды APT-ге дәстүрлі қарсылас деп есептеген нәрсеге мүмкіндігінше жылдам қол жеткізу үшін пайдаланды. HST салыстырмалы түрде сенімді нұсқа болып көрінгендіктен, BR директорлар кеңесі APT жобасы бойынша шешім қабылдаудан жаңылды, соңында пойыздың санын төртке дейін азайтты. 1974 жылғы бюджетті қысқарту кезінде үкімет бұл санды үшке дейін төмендетті.

АПТ-П

Орталық мотордың орналасуы техникалық мәселелерді шешу тұрғысынан ең оңай болғанымен, пайдалану жағынан маңызды қиындықтар тудыратын еді. Пойыздың екі бөлігін байланыстыратын электр вагон арқылы өту жолы болды, бірақ ол шулы, тар және жолаушыларға арналмаған. Оның орнына, пойыздың әр шетінде жеке асхана вагоны және осы сияқты жабдықтар болуы қажет болды. Бөлінген конструкция станцияларда да мәселе тудырды, онда платформалардың тек екі шетін ғана пайдалануға болады, ал әдеттегі жабдық локомотивтерді платформаның соңына қоя алады. Барлық қосалқы жабдықтар, мысалы, жарықтандыру, кондиционер және ауа компрессорлары 25 кВ желісінен қуат алатын мотор-генераторлар арқылы жұмыс істесе де, қуат жоғалу жағдайында жолаушылар вагондарындағы жағдай тез арада шыдайсыз, тіпті қауіпті болуы мүмкін еді. Әрбір басқарушы вагон-тіркеме, яғни алдыңғы және артқы вагондар, қосалқы қуаттың ең аз қажетті мөлшерін қамтамасыз ететін дизель-генератормен жабдықталған. Дизель-генераторлар пойыздың пневматикалық жүйесімен жұмыс істейтін ауа моторлары арқылы іске қосылды, себебі APT-де батареялар аз болды. APT қазіргі пойыздарға қарағанда жылдам жүруге арналған. APT-нің жобалық жылдамдығында оператордың жол бойындағы белгілердегі жылдамдық шектеулерін уақытында оқып, қажет болған жағдайда жылдамдықты азайтуға мүмкіндігі болмады. Оның орнына, "C APT" деп аталатын транспондерлік кабиналық дисплейді пайдаланатын жаңа жүйе енгізілді. Пойздың радиосигналы жолда орналасқан транспондерді жергілікті жылдамдық шегі туралы ақпарат беруге мәжбүр етті. Бұл герметикалық, қуатсыз транспондерлер 1 км-ден аспайтын аралықта орналастырылды. Жылдамдық шектеулеріне жақындағанда тиісті қашықтықта дыбыстық ескертумен бірге хабарланды; ескертулерді назарға алмау автоматты тежеуді іске қосатын еді. C APT артық компьютерлік жүйемен басқарылды, ол Intel 4004 микропроцессорларын пайдаланды. Жолдық бірліктер негізінен қазіргі француздық Balise маяктарымен ұқсас болды. Гидрокинетикалық тежегіш жүйесі APT E-де сәтті және сенімді жұмыс істеді және APT P үшін APT E-ден алынған тәжірибелерге сәйкес бірнеше конструкциялық жақсартулармен сақталды. Алайда, энергияны үнемдеу мақсатында, төмен жылдамдықтарда қолданылатын гидравликалық фрикциялық тежегіштер гидравликалық қуат блогы емес, пассивті гидравликалық күшейткішпен қуаттандырылу үшін өзгертілді.

Although the centre motor layout was the simplest in terms of solving the immediate technical problems, it would cause significant problems in operational terms. There was a passage through the power cars that connected the two halves of the train, but it was noisy, cramped and not permitted for passengers. Instead, each end of the train now required its own dining car and similar facilities. The split design also presented problems in the stations, where only the two ends of the platforms could now be used, whereas normal equipment could park with the locomotives off the end of the platform. Although all auxiliary equipment such as lighting, air conditioning and air compressors was powered by motor alternators driven from the 25 kV overhead line, it was recognised that if there were a power failure, conditions in the passenger vehicles would quickly become unbearable and even unsafe. Each driving van trailer i. e. the leading and trailing vehicles, was equipped with a diesel alternator generator capable of supplying the minimum requirement of auxiliary power. The diesel alternators were started using air motors powered from the train's air system, since the APT carried few batteries. The APT was designed for faster running than existing trains on the same track. At the APT's design speeds, it was not possible for the operator to read the speed limits on trackside signs in time to slow down if needed. Instead, a new system using a transponder based cab display was introduced called "C APT". A radio signal from the train caused a track mounted transponder to return the local speed limit. These sealed, unpowered transponders were placed at intervals of no more than 1 km. Approaching speed restrictions were provided at the appropriate distance, along with an audible alert; failure to acknowledge these alerts would result in an automatic brake application. C APT was driven by a redundant onboard computer system using Intel 4004 microprocessors. The track units were essentially the same as the modern French Balise beacons. The hydrokinetic brake system was successful and reliable on the APT E and was retained for the APT P with a number of design improvements from the lessons learnt on APT E. However, as an energy cutting measure, the hydraulically actuated friction brakes used for low speed were modified to be fed by a passive hydraulic intensifier rather than a hydraulic power pack.

Қызметтегі сынақ

APT P, APT E-де жасалған технологияның көп бөлігін пайдаланғанмен, бірінші APT P құрылысы бірнеше рет кешіктірілді. Бірінші моторлық вагон 1977 жылдың маусым айында Дерби локомотив зауытынан, ал алғашқы жолаушылар вагондары 1978 жылдың 7 маусымында жеткізілді. Бірінші толық пойыз 1979 жылдың мамырына дейін дайын болған жоқ. Ол көп ұзамай сынақтарға түсті және 1979 жылдың желтоқсанында Ұлыбританияның жылдамдық рекордын орнатты, бұл рекорд 2003 жылдың шілдесінде 373 сыныпты Eurostar пойызымен бұзылғанша сақталды. Екі қосымша үлгісі жасалды, әрқайсысында шағын өзгерістер енгізілді, біреуі 1979 жылдың соңында, ал соңғысы 1980 жылы. 1960 жылдары ұсынылып, 1970 жылдардың басында мақұлданып, жоба қазір едәуір кешікті. Прототиптің өндірісіндегі ұзақ кешігу тежегіш блогын орнату алдында ұзақ уақыт сақтауға мәжбүр етті. Майдан су-гликоль қоспасына ауысу цилиндрлердің ішкі бетін коррозияға қарсы жабынмен жабуды талап етті, ол сақтау кезінде бүлінді. Сынақтар кезінде цилиндрлер бірнеше рет істен шықты, ал қысымның төмендеуі пойыздың 125 миль/сағаттан 25 миль/сағатқа дейін баяулауға кеткен уақытқа шамалас уақытты 25 миль/сағаттан тоқтауға дейін баяулауға жұмсады. Осы және басқа да даму мәселелеріне байланысты пойыздардың барлық доңғалақтары өзгертіліп, жаңаларымен ауыстырылды. Тежегіштерді іске қосатын, есіктерді және басқа да жылжымалы бөліктерді қуаттандыратын қысылған ауа жүйелері де мәселе тудырды. Әдетте ауа құбырлары ауадан конденсатталған су жиналатын және алынып тасталатын табиғи төмен нүктелер арқылы жүргізіледі. APT-де бұл маршруттар қиын болды және су жиналатын көптеген нүктелерге әкелді, ал суық ауа райында мұздап қалады. Іске қосу тобы компрессорлар өндіретін суды жоюға мүмкіндік беретін Westinghouse әзірлеген шешімді тапты, бірақ жобалау тобы бұл шешімді қабылдамады. Олар бұл мәселенің толық құрамдағы пойызбен пайда болмайтынын, ал іске қосу кезінде қолданылған қысқа құраммен пайда болатынын мәлімдеді. Соңында, APT P іске қосылу кезеңінде ғана WCML-нің бөліктері егер екі APT P пойызының еңкейту жүйелері істен шығып, вагондар ішкі еңкейтілген күйде қалғанда соқтығысса, бір-біріне соқтығысатыны анықталды. Темір жол еңкейіп жүретін пойыздарды ескере отырып салынбаған, ал динамикалық кеңістік еңкейген APT үшін тым кішкентай болды. Бұл әсер дәстүрлі пойыздарда байқалған жоқ, өйткені олардың қозғалысы динамикалық кеңістік шегінде болды. Проблемаларға қоса, 1980 жылы тағы бір қайта ұйымдастыру APT командасын таратып, жобаға жауапкершілікті бірнеше бөлімге бөліп берді.

Although APT P used much of the technology developed on the APT E, construction of the first APT P was delayed several times. The first power car was delivered from the Derby locomotive works in June 1977, and the first passenger cars on 7 June 1978, a year late. The first complete train was not ready until May 1979. It entered testing soon after, and set the UK speed record at in December 1979, a record that stood until beaten by a Class 373 Eurostar in July 2003. Two additional examples were delivered, each with minor changes, one in late 1979, and the last in 1980. Initially proposed in the 1960s, and given the go ahead in the early 1970s, the design was now significantly late. Long delays in the production of the prototype meant that the brake units had to be stored for an extended period before being installed. The change from oil to water glycol mix required the cylinders to be covered internally with an anti corrosion coating, which broke down during storage. In testing the cylinders repeatedly failed, and the loss of pressure caused the train to take nearly as long to slow from 25 mph to a standstill as it did to slow from 125 mph to 25 mph. During commissioning, because of this and other development issues, every axle on the trains was modified and exchanged. The compressed air systems that actuated the brakes and powered the doors and other moving parts was another source of problems. The air piping would normally be run in such a way that there were natural low points where water condensing out of the air would collect and could be removed. On APT these runs were tortuous, and resulted in numerous points where the water would collect, and in cold weather, freeze. The commissioning team found a Westinghouse designed solution that would eliminate the water being produced by the compressors, but the design team would not accept the solution. They stated that the problem would not occur with a full train formation, as opposed to the shorter formation used in commissioning. Finally, it was only discovered at the APT P commissioning stage that parts of the WCML had been built in such a way that, if two APT P trains with their tilt systems failed and the carriages stuck in the inward tilted position met, they would strike one another. The railway had not been built with tilting trains in mind, and the dynamic envelopes were too small for a tilted APT. The effect was not seen with conventional trains since, without tilt, their movements stayed well within the dynamic envelope. Adding to the problems, in 1980 another reorganisation resulted in the disbanding of the APT team, leaving responsibility for the project spread across several divisions.

Ауыр жүгіруші

Тапсырыс беру тобы АПТ жобасындағы мәселелерді хабарлауды және шешуді жалғастырып жатқанда, BR басшылығы баспасөздің күшейіп бара жатқан қысымына тап болды. 1980 жылдардың басына қарай жоба он жылдан асып кеткен еді, ал пойздар әлі де пайдалануға берілмеген. "Жеке көз" журналы оны "4 платформаға АПТ он бес жыл кешікті" деп жариялаған кестемен әжуалады. Баспасөз қысымы саяси қысымға, ал саяси қысым басшылық қысымына әкелді, соның салдарынан АПТ командасына ағымдағы мәселелеріне қарамастан, пойызды іске қосуға бұйрық берілді. 1981 жылдың 7 желтоқсанында баспасөз АПТ-ның Глазгодан Лондонға алғашқы ресми рейсіне шақырылды, оның барысында пойыз 4 сағат 15 минуттық кестелік рекордты көрсетті. Бірақ баспасөз есептерінде көлбеу жүйесінен туындаған жағымсыз, ауыртпалық сезіміне назар аударылып, АПТ-ға "денсаулығы нашар қылатын пойыз" деген лақап қойылды. Сондай-ақ, стюардесса Мари Дохерти "тек аяқтарыңызды кеңінен қойып тұрыңыз" деген кеңес бергені хабарланды. BR инженері журналистер BR-дің тегін алкоголінен мас болғандықтарын болжады. АПТ жағымсыз жаңалықтардың орталығына айналды. Үш АПТ прототипінің (P) тек екеуі ғана жұмыс істеп тұрғаны және үшіншісі күрделі жөндеуге және техникалық қызмет көрсетуге жіберілгені белгілі болған соң, баспасөз оны "Апатқа бейім пойыз" деп атады.

Дамыту

1981 жылы BR компаниясы APT жобасы бойынша есеп дайындау және оны жақсарту үшін ұсыныстар жасау мақсатында Ford & Dain Partners консалтингтік фирмасын шақырды. Олар 1981 жылдың қараша айында алдын ала есеп, ал желтоқсан айында түпкілікті нұсқасын ұсынды. Есептерде жобаның техникалық аспектілерінің көп бөлігі аяқталғаны, бірақ тоқтау жүйесіне назар аудару қажеттігі, ал басқару құрылымында мәселелер бар екені, жобаны басқару үшін бір жауапты тұлғаның болуы қажеттігі айтылды. Осының нәтижесінде Джон Митчелл APT жобасының басқарушысы болып тағайындалды. Жағдай дереу жақсарды. Жақсартулардың бірі – жолаушылардың теңселу ауруының жойылуы болды. Іске қосу тобы бұл мәселені қызметке енгізілгенге дейін білген, бірақ сынақ жүргізу кезінде анықталғанда баспасөзге хабарланбады. Мұның себебі екі факторға байланысты болды. Біріншіден, басқару жүйесінің реакциясы бірден болмады, сондықтан вагондар қисылыс басталғанда жауап бермей, кейін кідірісті өтеу үшін күшті реакция жасады. Бұл мәселені шешу үшін алдыңғы вагондардан еңіс туралы ақпарат алынды, бұл жүйеге қажетті уақыттық үстеме берді. Екінші мәселе теңіз ауруына ұқсас, бірақ керісінше. Теңіз ауруы денедегі тепе-теңдік сезімі қозғалысты сезгенде, бірақ жабық кеңістікте оны көру мүмкін болмағанда пайда болады. APT-де пойыз бұрылысқа кіргенде еңкейгенін көруге болады, бірақ бұл қозғалыс сезілмейді. Нәтижесінде, визуалды және тепе-теңдік сезімі арасында шатасу туды. Шешім өте қарапайым болды: еңістің мөлшерін қажетті деңгейден сәл төмендету арқылы, тепе-теңдік сезімімен қабылданатын, табиғи сезім тудыратын қалдық центробектік күш пайда болды, бұл әсерді жоюға көмектесті. Бұл жағдай тағы бір жағымсыз жайтқа әкелді. Қысымды қалыпты деңгейге дейін төмендету үшін қажетті еңіс мөлшерін анықтаған жұмыс 1949 жылы Уэльстің солтүстігіндегі тармақ желісінде булы локомотивпен жүргізілген қысқа зерттеулер сериясына дейін із тартты. 1983 жылы жүргізілген жаңа зерттеулер еңіс бұрышын азайту жеткілікті екенін көрсетті, шамамен алты градус. Бұл суперэлевация арқылы қол жеткізуге болатын диапазонға сәйкес келді, яғни еңкейтудің қажеттілігі жоқ болуы мүмкін еді. APT-нің даму қарқынының баяу болуы 15 жыл ішінде 50 миллион фунт стерлингтік шектеулі бюджетке байланысты болды, бірақ сол кездегі баспасөз бұл соманы тым жоғары деп есептеді. Сондай-ақ, жаңа нұсқасы – APT U (APT Update) бойынша жұмыс жалғасқаны белгілі болды. Бұл негізінен APT P болды, еңкейту жүйесі қосымша опция ретінде ұсынылды және локомотивтер пойыздың екі басында орналастырылды, олардың арасында қуатты байланыстар болды. Бұл жоба кейіннен InterCity 225 (IC225) деп аталды, мүмкін, APT P айналасындағы жағымсыз жарнамадан қашықтау үшін. Шығыс жағалау магистральдық желісін электрлендіруге арналған жаңа IC225 жиынтығының бөлігі ретінде енгізілген Mark 4 вагонының дизайны еңкейту механизмін қайта орнатуға мүмкіндік берді, бірақ бұл ешқашан іске асырылмады. IC225 локомотивтерінің 91 класы APT P локомотивтерінен тікелей алынған конструкциялық ерекшеліктерге ие болды, соның ішінде сүйреу қозғалтқыштарының сүйекке емес, корпусқа орнатылуы, сыйымдылықты азайту үшін, және трансформатордың раманың үстінде емес, астында орналасуы, ауырлық орталығын төмендету үшін. Алайда, APT P локомотивтерінен айырмашылығы, олар еңкейтуге арналмаған. 1976 жылы Fiat Ferroviaria ETR 401 пойыз жиынтығын құрды, бұл 10 градусқа дейін еңкейтін белсенді жүйесі бар, бұрылысты анықтау үшін гироскоптарды қолданатын пойыз, бұл оның жылдам және ыңғайлы қисайтылуын қамтамасыз етті: осы себепті FIAT жобасы 70-ші жылдардан бері сәтті болды. 1982 жылы FIAT ETR 450 пойыздары үшін технологиясын жақсарту үшін APT патенттерін сатып алды. APT S деп аталған эскадрилья флотының енгізілуі жоспарланғандай болмады. APT жобасы Ұлыбританияда осы сипаттағы жаңашыл жоба үшін қажетті көптеген жетілмеген технологиялармен кездесетін қиындықтарды шешуде табандылық танытуға жеткілікті саяси ерік-жігердің болмауына ұшырады. Шешім қабылдануына себеп – сол кездегі БАҚ жариялаған жағымсыз пікірлер. APT қазіргі буынның жоғары жылдамдықты еңкейтілген пойыздарының дамуындағы маңызды кезең ретінде танылды. 25 жыл өткен соң, жаңартылған инфрақұрылымда 390 класты Pendolino пойыздары APT-нің жоспарланған уақытына сәйкес келеді. APT (1980/81 кестесі) Лондоннан Глазгоға 4 сағат 10 минутта жетті, бұл ең жылдам Pendolino уақытына (2008 жылдың желтоқсан айындағы кесте) сәйкес келеді. 2006 жылы қайырымдылық шарасы аясында Pendolino Глазгодан Лондонға 3 сағат 55 минутта жетті, ал APT 1984 жылы Лондоннан Глазгоға кері бағытта 3 сағат 52 минутта жеткен. 2021 жылдың 17 маусымында Avanti West Coast операторы басқаратын Royal Scot атындағы Pendolino рекорды жаңаруға тырысты, бірақ рекордтық уақыттан 21 секунд қалып қойды. 401 мильдік маршрут бойында тоғыз вагонды пойыз сағатына 103 миль орташа жылдамдықпен жүрді. Жоба кезінде жиналған деректерді талдау нәтижесінде рельстердің тозу себептерін жақсы түсінуге және вагондардың жалпы салмағын емес, сүйреусіз массаны азайту қажеттігіне келінді. Бұл British Rail Class 365 және British Rail Class 465 локомотивтері үшін BREL P3/T3 әзірленуіне әкелді, олардың арасында кішкентай радиусты дөңгелектер болды. BREL концепцияны одан әрі дамытып, ABB компаниясының BREL-ді сатып алуына ықпал еткен Advanced Suburban Bogie-ні жасады.

In 1981, BR hired the consulting firm Ford & Dain Partners to produce a report on the APT project and make any suggestions to improve it. It produced an interim report in November 1981, and a final version that December. Their reports first suggested that the technical aspects of the design were largely complete, although they drew attention to the braking system, but that the management structure was a serious problem and there had to be a single manager in charge of the entire project. This resulted in the appointment of John Mitchell to the position of manager of the APT. Matters immediately improved. Among the improvements was a fix for the motion sickness being experienced by passengers. The commissioning team had been well aware of this problem before it entered service, but this was not mentioned to the press when it was noticed on the public runs. The problem was due to two effects. One was that the control system did not respond instantly, so the cars tended to not respond when the curve first started, and then reacted rapidly to make up for this lag. The fix for this was to take information on the tilt from the car in front, giving the system the slight time advantage it needed. The other problem was similar to sea sickness, but in reverse. Sea sickness is caused when the body's equilibrioception system can feel movement, but inside a closed room this movement cannot be seen. On APT, one could easily see the tilting as the train entered turns, but there was no perception of this motion. The result was the same, a confusion between the visual and the equilibrioception system. The solution was almost trivial; slightly reducing the amount of tilt to be deliberately less than needed resulted in a small amount of leftover centrifugal force that was perceived by the equilibrioception system as being perfectly natural, which proved to cure the effect. This also led to a further embarrassing discovery. The work that suggested the amount of tilt needed to reduce the lateral forces to acceptable levels was eventually traced to a short series of studies carried out by a steam train on a branch line in northern Wales in 1949. A series of updated studies carried out in 1983 demonstrated less tilt was needed, about six degrees. This was within the range possible through superelevation, which suggested tilting might not be needed at all. The slow pace of APT development has been blamed on the shoestring budget of £50 million over 15 years, although the press of the era dismissed this as too high. notes that work continued on a new variant, the APT U (APT Update). This was essentially APT P with the tilt system made optional and the engines repositioned at either end of the train with power couplings running between them. That project was later retitled InterCity 225 (IC225), perhaps to distance it from the bad publicity surrounding the APT P. The Mark 4 coach design that was introduced as part of the new IC225 sets for the East Coast Main Line electrification allowed the retrofitting of the tilt mechanism, although this was never implemented. The Class 91 locomotives that power the IC225s had design features "imported wholesale" from the APT P power cars, including body rather than bogie mounted traction motors to reduce unsprung load, and having the transformer below rather than on top of the underframe to reduce the centre of gravity. Unlike the APT P power cars, though, they were never intended to tilt. In 1976 Fiat Ferroviaria built the ETR 401 trainset, a tilting train using an active system with 10 degrees of tilting that used gyroscopes to detect the corner in its early phases in order to have a more punctual and comfortable inclination: this is why the FIAT project has been successful since the '70s. In 1982 FIAT bought some APT patents that were used to improve their technology for the ETR 450 trainsets. The introduction of the Squadron fleet designated APT S did not occur as had been originally envisaged. The APT project succumbed to an insufficient political will in the United Kingdom to persist in solving the teething difficulties experienced with the many immature technologies necessary for a groundbreaking project of this nature. The decision not to proceed was made against a backdrop of negative public perceptions shaped by media coverage of the time. The APT is acknowledged as a milestone in the development of the current generation of tilting high speed trains. 25 years later on an upgraded infrastructure the Class 390 Pendolinos now match the APT's scheduled timings. The London to Glasgow route by APT (1980/81 timetable) was 4hrs 10min, the same time as the fastest Pendolino timing (December 2008 timetable). In 2006, on a one off non stop run for charity, a Pendolino completed the Glasgow to London journey in 3hrs 55min, whereas the APT completed the opposite London to Glasgow journey in 3hrs 52min in 1984. On 17 June 2021, a Pendolino named Royal Scot and operated by Avanti West Coast ran an attempt to beat the record but fell short of the record time by only 21 seconds. The nine carriage train travelled non stop at an average speed of 103 mph on the 401 mile route. Continued analysis of the data collected during the project led to a better understanding of the causes of track wear and the need to reduce unsprung mass rather than reduce the overall weight of the carriage. This led to the development of the BREL P3/T3 for the British Rail Class 365 and British Rail Class 465, which among other improvements featured smaller radius wheels. BREL further developed the concept to produce the Advanced Suburban Bogie which was a factor in ABB acquisition of BREL.

Бүгінгі АТТ

APT E бірлігі қазір Ұлттық теміржол мұражайының меншігінде және Дарем графтығындағы Шильдондағы Локомоция мұражайында қойылған. АПТ P бірлігі қазір Крю мұралық орталығында көрсетілуде, және оны жақын орналасқан Батыс жағалау магистральдық желісімен өтетін пойыздардан көруге болады. Сонымен қатар, 2018 жылдың наурызында жеті жылдық сақталыстан кейін Ковентри маңындағы Электрлік теміржол мұражайынан келген АПТ P электр локомотиві 49006 нөмірі де көрсетілген. Арнайы шаралар барысында 370003 басқаруға арналған вагоны "көлденең қисылу" сезімін ұсынады, ол вагонды тоқтағанда көлденең қисайтуды қамтиды.