Введение
Рекорд скорости, установленный поездом TGV
Поезд TGV (Train à Grande Vitesse, что в переводе с французского означает "Высокоскоростной поезд") является обладателем серии рекордов скорости для наземных железнодорожных транспортных средств, достигнутых компанией SNCF, французской национальной железнодорожной компанией, и её промышленными партнерами. Высокоскоростные испытания проводятся с целью расширения границ высокоскоростных железнодорожных технологий, повышения скорости и комфорта без ущерба для безопасности. Текущий мировой рекорд скорости для коммерческого поезда на стальных колесах принадлежит французскому TGV и составляет 574,8 км/ч (357,2 мили/ч), достигнутый 3 апреля 2007 года на новой линии LGV Est.
TGV 001
TGV 001 был экспериментальным газотурбинным электропоездным комплектом, построенным компанией Alstom для установления рекордов скорости в диапазоне от 250 до 300 километров в час. Это был первый прототип TGV, который был заказан в 1969 году, а испытания начались в 1972 году. 8 декабря 1972 года он достиг максимальной скорости.
Операция TGV 100
Операция TGV 100, подразумевающая целевую скорость 100 метров в секунду (360 км/ч, 224 мили/ч), прошла 26 февраля 1981 года незадолго до открытия LGV Sud Est и завершилась установлением рекорда скорости 380 км/ч (236 миль/ч) составом TGV Sud Est № 16.
Обзор
Операции TGV 117 и TGV 140, относящиеся к целевым скоростям в метрах в секунду, осуществлялись SNCF с ноября 1989 года по май 1990 года. Кульминацией этих тестовых программ стал новый мировой рекорд скорости в 515,3 км/ч (143,1 м/с или 320,3 км/ч), установленный 18 мая 1990 года. Рекордные заезды состоялись в двух отдельных кампаниях, разделенных периодом модификаций состава 325. Каждый день испытаний состав 325 буксировался к месту испытаний поездом TGV Atlantique 308, поскольку его системы 1500 В постоянного тока были демонтированы, что исключало его эксплуатацию вблизи Парижа. Поезд 308 также выполнял обкатку испытательного пути на скорости 350 км/ч перед каждым высокоскоростным заездом. Испытания проходили на участке Атлантик сети TGV за несколько месяцев до открытия линии для регулярного движения поездов TGV. Строго говоря, для целей испытаний не вносилось существенных изменений в железнодорожное полотно или контактную сеть. Однако профиль некоторых участков линии был спроектирован еще в 1982 году (вскоре после установления мирового рекорда скорости TGV Sud Est в феврале 1981 года) для обеспечения движения на очень высоких скоростях. Официальное решение о строительстве выделенных путей LGV Atlantique было принято 25 мая 1984 года. Начало строительных работ было дано 15 февраля 1985 года. Новая линия должна была соединить район недалеко от вокзала Монпарнас в Париже с городом Ле-Ман, с ответвлением ко второму городу – Туру. Ответвление в Ле-Ман было открыто для регулярного движения поездов со скоростью 300 км/ч 20 сентября 1989 года, а ответвление в Тур – годом позже. Обе ветви расходятся в Курталене, расположенном в 130 км к западу от Парижа, где стрелочный перевод, рассчитанный на скорость 220 км/ч на отклоняющемся пути, направляет поезда либо в Ле-Ман, либо в Тур. На ранних этапах, когда еще определялись параметры операции TGV 117, были установлены несколько критериев, определяющих подготовку тестового поезда. К ним относились аэродинамика, тяговые и электрические системы, контакт между колесами и контактной сетью, торможение и комфорт. Основная цель тестовой программы заключалась в расширении пределов возможностей системы TGV и изучении ее поведения на очень высоких скоростях. Исходя из этого, было логично начать с серийного состава TGV и вносить в него минимальные изменения. В качестве отправной точки для модификаций был выбран новый состав TGV Atlantique № 325 (25-й из 105 в серии Atlantique). Этот состав не имел каких-либо особых характеристик и после завершения тестовой программы был возвращен в исходное состояние для использования в регулярном движении. Сегодня единственным отличительным признаком состава 325 по сравнению с другими составами Atlantique является синяя лента, нанесенная на головную часть, и бронзовые таблички, прикрепленные к бокам головных вагонов в память об этом событии.
Местоположение
Сам тестовый участок начинается на общем пути, на 114-м километре, у разъезда Данго. Он проходит мимо Курталена и выходит на Турскую ветку линии. Между 135-м и 170-м километрами линия была спроектирована с постепенно увеличивающимися радиусами кривых, достигая минимального радиуса после 150-го километра. Эти кривые были построены с большим уклоном, чем строго необходимо для регулярной эксплуатации на скорости 300 км/ч (186 миль/ч). На 160-м километре линия проходит через станцию Вендом TGV. На 166-м километре расположен длинный 2,5-процентный спуск в долину реки Луар (Луар – приток более известной реки Луары), и линия пересекает Луар по мосту длиной 175 м (575 футов). В этом районе ожидались самые высокие скорости, и основная часть работ была сосредоточена именно здесь.
Подготовка трассы
Турская ветка линии была протестирована специальным компьютеризированным оборудованием для обслуживания пути, произведенным компанией GEISMAR, отделом исследований пути SNCF. Как и на всех линиях TGV, рельсы были выровнены с заданной точностью, а балласт был продут воздухом для удаления мелкой, незакрепленной щебни. В ходе последующих испытаний с поездами № 308 и № 325, состояние пути не изменилось существенно и потребовало лишь незначительной корректировки. Это отличалось от мирового рекорда скорости 1955 года, также установленного во Франции, когда после высокоскоростных заездов путь был серьезно поврежден. Значительные участки пути были деформированы и искривлены, а также расплавился пантограф поезда. Тензодатчики были установлены в нескольких точках, особенно в компенсационном шве на конце моста через Луару.
Модификация цепи
Катенария была стандартной конструкции TGV, без каких-либо модификаций. Единственные изменения касались настройки. В общем, когда пантограф проходит под катенарией, он создает волновую возмущение, которое распространяется по проводу со скоростью, определяемой натяжением провода и его массой на единицу длины. Когда поезд приближается к этой критической скорости, пантограф догоняет возмущение, вызывая опасно большие вертикальные перемещения провода и потерю контакта. Максимальная скорость поезда, таким образом, ограничивается критической скоростью контактной сети. Эта проблема была ключевой в ходе испытаний, поскольку требовалось испытать состав 325 на скоростях, значительно превышающих критическую скорость стандартной катенарии TGV. Существовало два решения: увеличить натяжение провода или уменьшить его массу на единицу длины. Катенарии TGV натянуты секциями и механически натянуты системой шкивов и противовесов. Мачты расположены на расстоянии друг от друга. Посыльный провод выполнен из бронзы с круглым поперечным сечением. Контактный провод выполнен из меди с поперечным сечением. Поперечное сечение контактного провода круглое, с дольцевым пазом в верхней части. Рассматривалась возможность замены медного контактного провода на более легкий провод из сплава кадмия, но от этой идеи отказались из-за временных и финансовых затрат. Критическая скорость катенарии на испытательном участке должна была быть увеличена исключительно за счет увеличения натяжения провода. Для испытаний обычное натяжение в проводе было увеличено с до , а в исключительных случаях – до . Для некоторых заездов на более высоких скоростях напряжение в катенарии было увеличено с обычных 25 кВ, 50 Гц до 29,5 кВ. На километре 166 мачты катенарии были оснащены датчиками для измерения перемещения провода. Во время рекордного заезда 18 мая 1990 года на скорости 515,3 км/ч (320,3 мили/ч) были зафиксированы вертикальные перемещения почти 30 см, что соответствовало прогнозам компьютерного моделирования с точностью до 1-2 см. Критическая скорость катенарии для этого конкретного заезда составила 532 км/ч (331 миль/ч).
Подготовка поезда к эксплуатации TGV 117
В рамках подготовки к первому этапу испытаний начались модификации, сократив состав с обычных 10 вагонов до всего 4, что привело к значительному увеличению отношения мощности к весу. Состав состоял из: головного вагона TGV24049, вагона R1 TGVR241325, вагона R4 TGVR244325, вагона R6 TGVR246325, вагона R10 TGVR240325 и головного вагона TGV24050. Длина состава была уменьшена до 125 м (381 фут) с 237 м (777 фут), а вес – до 300 т с 490 т.
The aerodynamics of a TGV Atlantique are already quite good, and improvements were few. It was decided that 325 would have a "front" and "rear" for the high speed runs, to simplify the modifications. Usually a TGV trainset is symmetric and reversible, but 325's two power cars, 24049 and 24050, were defined as leading and trailing units, respectively. On the roof of lead unit 24049, the pantographs were removed and the roof fairing extended over the opening; the same was done to the 1500 V DC pantograph on trailing unit 24050. Only one pantograph was to be used at high speed: the stock Faiveley GPU unit remaining on unit 24050. As in normal TGV running, the lead unit was to be fed power from the trailing unit through the roof line running the length of the train. Further improvements, such as rubber membranes covering the gaps between the trailers, and a rear spoiler on the trailing unit were considered, but abandoned. The synchronous AC traction motors on 24049 and 24050 could not be allowed to rotate too fast, because of limitations in the switching frequency of the supply electronics. Technicians had decided upon 4000 rpm at 420 km/h (261 mph) to be the optimal ratio, after testing trainset 325 at high speeds with stock traction equipment. The new traction ratio was achieved by changing the transmission gearing and increasing the wheel diameter. Just as with the 1981 test campaign on TGV PSE number 16, 1050 mm (41 in) wheels replaced the stock 920 mm (36 in) wheels under 24049 and 24050. To prevent electrical problems, semiconductor components (especially thyristors) were selected with special regard to quality. The main transformers in both power cars were replaced by larger models, each able to handle 6400 kW (8500 hp), or double the usual load, on a fairly continuous basis. Extensive tests were conducted on the electrical systems, to establish how far they could be pushed. The resulting ratings ensured that acceptable heat levels would never be exceeded in testing. Next, the wheel rail interface was attended to. Axle bearings were unmodified items, broken in for 10,000 km in revenue service on the LGV Sud Est. Yaw dampers were stiffened, and doubled up on each side for a total of four yaw dampers on each truck, for redundancy in case of a high speed failure. As a result of earlier testing and computer simulations, transverse dampers were stiffened on the power trucks. The 1981 test campaign provided valuable data and computer models for interaction of the pantograph with the catenary contact wire, and shed light on the very sensitive dynamics. Very large vertical wire excursion (over 30 cm, or 1 foot) had been observed in the 1981 tests, and were blamed on the pantograph catching up with the travelling wave it set up in the contact wire. For this reason, it was not only necessary to modify the catenary to increase the travelling wave speed, but also to fine tune the pantograph itself. The pantograph used on 325 was the stock Faiveley GPU. The wiper assembly on this pantograph weighs under 8 kg (18 lb) and is mounted on a vertical shock absorber with 150 mm (6 in) travel. The main structure of the pantograph is constructed of cylindrical tubing, which (Faiveley claims) reduces the pantograph's sensitivity to random variations in environmental factors. The only modifications to the GPU pantograph were an increase in the stiffness of the pneumatic dampers, and a reduced total aerodynamic lift of the structure. The suspension on the trailers was jacked up by 20 mm (1 in) by overinflating the secondary suspension air bladders and inserting shims, to provide additional suspension travel and to make up for the larger wheels on the power cars. The brakes on the trailers were tuned to allow a heat dissipation of 24 MJ per disk instead of the usual 18 MJ, with a total of 20 discs. Many of the modifications listed above, including the synchronous traction motors, were tested at speeds over 400 km/h on TGV Sud Est trainset 88. In one high speed test, technicians attempted to provoke a truck into unstable oscillation by drastically reducing the yaw damping, but failed to achieve this. Finally, most of the seating in trailer R1 was removed and the space was transformed into a laboratory, to process and record test data on vehicle dynamics, overhead contact and dynamics, tractive effort, aerodynamics, interior comfort and noise, and a host of other parameters. On 30 November 1989, trainset 325 emerged from the Châtillon shops and set out for the test tracks for its first test run. Technicians at Châtillon put 4500 hours of work into the modifications, which was impressive when one considers that their first priority was the routine maintenance of the TGV Atlantique trainsets in revenue service.
Аэродинамика TGV Atlantique и так достаточно хороша, поэтому улучшений было немного. Было решено, что для высокоскоростных заездов состав 325 будет иметь "переднюю" и "заднюю" части, чтобы упростить модификации. Обычно составы TGV симметричны и реверсивны, но головные вагоны 325, 24049 и 24050, были определены как ведущий и замыкающий соответственно. На крыше ведущего вагона 24049 были сняты пантографы и крыша была удлинена над проемом; то же самое было сделано с пантографом 1500 В постоянного тока на замыкающем вагоне 24050. Для высокоскоростного движения должен был использоваться только один пантограф: штатный Faiveley GPU, оставшийся на вагоне 24050. Как и в обычном движении TGV, ведущий вагон должен был питаться от замыкающего через линию питания, проходящую по всей длине состава. Дальнейшие улучшения, такие как резиновые мембраны между вагонами и задний спойлер на замыкающем вагоне, рассматривались, но от них отказались. Синхронные тяговые двигатели переменного тока на 24049 и 24050 не должны были вращаться слишком быстро из-за ограничений частоты переключения силовой электроники. После испытаний состава 325 на высоких скоростях со штатным тяговым оборудованием техники пришли к выводу, что оптимальным соотношением является 4000 об/мин при 420 км/ч (261 миль/ч). Новое передаточное число было достигнуто путем изменения передаточного механизма и увеличения диаметра колес. Как и в ходе испытаний TGV PSE №16 в 1981 году, под вагонами 24049 и 24050 колеса диаметром 1050 мм заменили штатные колеса диаметром 920 мм. Для предотвращения электрических проблем полупроводниковые компоненты (особенно тиристоры) были выбраны с особым вниманием к качеству. Главные трансформаторы в обоих головных вагонах были заменены на более мощные модели, каждая из которых способна выдерживать 6400 кВт (8500 л.с.), то есть вдвое большую нагрузку, на длительное время. Были проведены обширные испытания электрических систем, чтобы определить их предельные возможности. Полученные характеристики гарантировали, что во время испытаний не будут превышены допустимые температурные уровни.
The aerodynamics of a TGV Atlantique are already quite good, and improvements were few. It was decided that 325 would have a "front" and "rear" for the high speed runs, to simplify the modifications. Usually a TGV trainset is symmetric and reversible, but 325's two power cars, 24049 and 24050, were defined as leading and trailing units, respectively. On the roof of lead unit 24049, the pantographs were removed and the roof fairing extended over the opening; the same was done to the 1500 V DC pantograph on trailing unit 24050. Only one pantograph was to be used at high speed: the stock Faiveley GPU unit remaining on unit 24050. As in normal TGV running, the lead unit was to be fed power from the trailing unit through the roof line running the length of the train. Further improvements, such as rubber membranes covering the gaps between the trailers, and a rear spoiler on the trailing unit were considered, but abandoned. The synchronous AC traction motors on 24049 and 24050 could not be allowed to rotate too fast, because of limitations in the switching frequency of the supply electronics. Technicians had decided upon 4000 rpm at 420 km/h (261 mph) to be the optimal ratio, after testing trainset 325 at high speeds with stock traction equipment. The new traction ratio was achieved by changing the transmission gearing and increasing the wheel diameter. Just as with the 1981 test campaign on TGV PSE number 16, 1050 mm (41 in) wheels replaced the stock 920 mm (36 in) wheels under 24049 and 24050. To prevent electrical problems, semiconductor components (especially thyristors) were selected with special regard to quality. The main transformers in both power cars were replaced by larger models, each able to handle 6400 kW (8500 hp), or double the usual load, on a fairly continuous basis. Extensive tests were conducted on the electrical systems, to establish how far they could be pushed. The resulting ratings ensured that acceptable heat levels would never be exceeded in testing. Next, the wheel rail interface was attended to. Axle bearings were unmodified items, broken in for 10,000 km in revenue service on the LGV Sud Est. Yaw dampers were stiffened, and doubled up on each side for a total of four yaw dampers on each truck, for redundancy in case of a high speed failure. As a result of earlier testing and computer simulations, transverse dampers were stiffened on the power trucks. The 1981 test campaign provided valuable data and computer models for interaction of the pantograph with the catenary contact wire, and shed light on the very sensitive dynamics. Very large vertical wire excursion (over 30 cm, or 1 foot) had been observed in the 1981 tests, and were blamed on the pantograph catching up with the travelling wave it set up in the contact wire. For this reason, it was not only necessary to modify the catenary to increase the travelling wave speed, but also to fine tune the pantograph itself. The pantograph used on 325 was the stock Faiveley GPU. The wiper assembly on this pantograph weighs under 8 kg (18 lb) and is mounted on a vertical shock absorber with 150 mm (6 in) travel. The main structure of the pantograph is constructed of cylindrical tubing, which (Faiveley claims) reduces the pantograph's sensitivity to random variations in environmental factors. The only modifications to the GPU pantograph were an increase in the stiffness of the pneumatic dampers, and a reduced total aerodynamic lift of the structure. The suspension on the trailers was jacked up by 20 mm (1 in) by overinflating the secondary suspension air bladders and inserting shims, to provide additional suspension travel and to make up for the larger wheels on the power cars. The brakes on the trailers were tuned to allow a heat dissipation of 24 MJ per disk instead of the usual 18 MJ, with a total of 20 discs. Many of the modifications listed above, including the synchronous traction motors, were tested at speeds over 400 km/h on TGV Sud Est trainset 88. In one high speed test, technicians attempted to provoke a truck into unstable oscillation by drastically reducing the yaw damping, but failed to achieve this. Finally, most of the seating in trailer R1 was removed and the space was transformed into a laboratory, to process and record test data on vehicle dynamics, overhead contact and dynamics, tractive effort, aerodynamics, interior comfort and noise, and a host of other parameters. On 30 November 1989, trainset 325 emerged from the Châtillon shops and set out for the test tracks for its first test run. Technicians at Châtillon put 4500 hours of work into the modifications, which was impressive when one considers that their first priority was the routine maintenance of the TGV Atlantique trainsets in revenue service.
Затем внимание было уделено интерфейсу колеса-рельс. Подшипники осей остались без изменений, пройдя обкатку в течение 10 000 км в коммерческой эксплуатации на LGV Sud Est. Демпферы бокового уклона были усилены и установлены по два с каждой стороны, в общей сложности четыре демпфера на каждой тележке, для обеспечения резервирования в случае высокоскоростной неисправности. В результате более ранних испытаний и компьютерного моделирования демпферы поперечной устойчивости были усилены на силовых тележках. Испытания 1981 года предоставили ценные данные и компьютерные модели взаимодействия пантографа с контактным проводом, а также пролили свет на сложную динамику этого процесса. В ходе испытаний 1981 года были зафиксированы значительные вертикальные отклонения провода (более 30 см или 1 фута), которые были объяснены тем, что пантограф догонял пробегающую волну, которую он создал в контактном проводе. По этой причине было необходимо не только модифицировать контактную сеть для увеличения скорости пробегающей волны, но и точно настроить сам пантограф. Пантограф, использованный на 325, был штатным Faiveley GPU. Сборка токосъемника этого пантографа весит менее 8 кг (18 фунтов) и установлена на вертикальном амортизаторе с ходом 150 мм (6 дюймов). Основная конструкция пантографа выполнена из цилиндрических труб, что, по утверждению Faiveley, снижает его чувствительность к случайным изменениям внешних факторов. Единственными изменениями в пантографе GPU были увеличение жесткости пневматических амортизаторов и уменьшение общего аэродинамического подъема конструкции. Подвеска вагонов была поднята на 20 мм (1 дюйм) путем увеличения давления в воздушных баллонах вторичной подвески и установки прокладок, чтобы обеспечить дополнительный ход подвески и компенсировать больший диаметр колес на головных вагонах. Тормоза вагонов были настроены для рассеивания тепла в 24 МДж на диск вместо обычных 18 МДж, при общем количестве 20 дисков. Многие из перечисленных выше модификаций, включая синхронные тяговые двигатели, были испытаны на скоростях свыше 400 км/ч на составе TGV Sud Est №88. В одном из высокоскоростных испытаний техники попытались спровоцировать неустойчивые колебания тележки, резко снизив демпфирование бокового уклона, но не добились успеха.
The aerodynamics of a TGV Atlantique are already quite good, and improvements were few. It was decided that 325 would have a "front" and "rear" for the high speed runs, to simplify the modifications. Usually a TGV trainset is symmetric and reversible, but 325's two power cars, 24049 and 24050, were defined as leading and trailing units, respectively. On the roof of lead unit 24049, the pantographs were removed and the roof fairing extended over the opening; the same was done to the 1500 V DC pantograph on trailing unit 24050. Only one pantograph was to be used at high speed: the stock Faiveley GPU unit remaining on unit 24050. As in normal TGV running, the lead unit was to be fed power from the trailing unit through the roof line running the length of the train. Further improvements, such as rubber membranes covering the gaps between the trailers, and a rear spoiler on the trailing unit were considered, but abandoned. The synchronous AC traction motors on 24049 and 24050 could not be allowed to rotate too fast, because of limitations in the switching frequency of the supply electronics. Technicians had decided upon 4000 rpm at 420 km/h (261 mph) to be the optimal ratio, after testing trainset 325 at high speeds with stock traction equipment. The new traction ratio was achieved by changing the transmission gearing and increasing the wheel diameter. Just as with the 1981 test campaign on TGV PSE number 16, 1050 mm (41 in) wheels replaced the stock 920 mm (36 in) wheels under 24049 and 24050. To prevent electrical problems, semiconductor components (especially thyristors) were selected with special regard to quality. The main transformers in both power cars were replaced by larger models, each able to handle 6400 kW (8500 hp), or double the usual load, on a fairly continuous basis. Extensive tests were conducted on the electrical systems, to establish how far they could be pushed. The resulting ratings ensured that acceptable heat levels would never be exceeded in testing. Next, the wheel rail interface was attended to. Axle bearings were unmodified items, broken in for 10,000 km in revenue service on the LGV Sud Est. Yaw dampers were stiffened, and doubled up on each side for a total of four yaw dampers on each truck, for redundancy in case of a high speed failure. As a result of earlier testing and computer simulations, transverse dampers were stiffened on the power trucks. The 1981 test campaign provided valuable data and computer models for interaction of the pantograph with the catenary contact wire, and shed light on the very sensitive dynamics. Very large vertical wire excursion (over 30 cm, or 1 foot) had been observed in the 1981 tests, and were blamed on the pantograph catching up with the travelling wave it set up in the contact wire. For this reason, it was not only necessary to modify the catenary to increase the travelling wave speed, but also to fine tune the pantograph itself. The pantograph used on 325 was the stock Faiveley GPU. The wiper assembly on this pantograph weighs under 8 kg (18 lb) and is mounted on a vertical shock absorber with 150 mm (6 in) travel. The main structure of the pantograph is constructed of cylindrical tubing, which (Faiveley claims) reduces the pantograph's sensitivity to random variations in environmental factors. The only modifications to the GPU pantograph were an increase in the stiffness of the pneumatic dampers, and a reduced total aerodynamic lift of the structure. The suspension on the trailers was jacked up by 20 mm (1 in) by overinflating the secondary suspension air bladders and inserting shims, to provide additional suspension travel and to make up for the larger wheels on the power cars. The brakes on the trailers were tuned to allow a heat dissipation of 24 MJ per disk instead of the usual 18 MJ, with a total of 20 discs. Many of the modifications listed above, including the synchronous traction motors, were tested at speeds over 400 km/h on TGV Sud Est trainset 88. In one high speed test, technicians attempted to provoke a truck into unstable oscillation by drastically reducing the yaw damping, but failed to achieve this. Finally, most of the seating in trailer R1 was removed and the space was transformed into a laboratory, to process and record test data on vehicle dynamics, overhead contact and dynamics, tractive effort, aerodynamics, interior comfort and noise, and a host of other parameters. On 30 November 1989, trainset 325 emerged from the Châtillon shops and set out for the test tracks for its first test run. Technicians at Châtillon put 4500 hours of work into the modifications, which was impressive when one considers that their first priority was the routine maintenance of the TGV Atlantique trainsets in revenue service.
Наконец, большая часть сидений в вагоне R1 была удалена, а освободившееся пространство было преобразовано в лабораторию для обработки и записи данных об испытаниях динамики транспортного средства, динамике контактной сети, тяговом усилии, аэродинамике, комфорте и шуме, а также множестве других параметров. 30 ноября 1989 года состав 325 покинул мастерские в Шатийоне и отправился на испытательные пути для первого заезда. Техники в Шатийоне потратили 4500 часов на модификации, что впечатляет, учитывая, что их главным приоритетом было регулярное техническое обслуживание составов TGV Atlantique в коммерческой эксплуатации.
The aerodynamics of a TGV Atlantique are already quite good, and improvements were few. It was decided that 325 would have a "front" and "rear" for the high speed runs, to simplify the modifications. Usually a TGV trainset is symmetric and reversible, but 325's two power cars, 24049 and 24050, were defined as leading and trailing units, respectively. On the roof of lead unit 24049, the pantographs were removed and the roof fairing extended over the opening; the same was done to the 1500 V DC pantograph on trailing unit 24050. Only one pantograph was to be used at high speed: the stock Faiveley GPU unit remaining on unit 24050. As in normal TGV running, the lead unit was to be fed power from the trailing unit through the roof line running the length of the train. Further improvements, such as rubber membranes covering the gaps between the trailers, and a rear spoiler on the trailing unit were considered, but abandoned. The synchronous AC traction motors on 24049 and 24050 could not be allowed to rotate too fast, because of limitations in the switching frequency of the supply electronics. Technicians had decided upon 4000 rpm at 420 km/h (261 mph) to be the optimal ratio, after testing trainset 325 at high speeds with stock traction equipment. The new traction ratio was achieved by changing the transmission gearing and increasing the wheel diameter. Just as with the 1981 test campaign on TGV PSE number 16, 1050 mm (41 in) wheels replaced the stock 920 mm (36 in) wheels under 24049 and 24050. To prevent electrical problems, semiconductor components (especially thyristors) were selected with special regard to quality. The main transformers in both power cars were replaced by larger models, each able to handle 6400 kW (8500 hp), or double the usual load, on a fairly continuous basis. Extensive tests were conducted on the electrical systems, to establish how far they could be pushed. The resulting ratings ensured that acceptable heat levels would never be exceeded in testing. Next, the wheel rail interface was attended to. Axle bearings were unmodified items, broken in for 10,000 km in revenue service on the LGV Sud Est. Yaw dampers were stiffened, and doubled up on each side for a total of four yaw dampers on each truck, for redundancy in case of a high speed failure. As a result of earlier testing and computer simulations, transverse dampers were stiffened on the power trucks. The 1981 test campaign provided valuable data and computer models for interaction of the pantograph with the catenary contact wire, and shed light on the very sensitive dynamics. Very large vertical wire excursion (over 30 cm, or 1 foot) had been observed in the 1981 tests, and were blamed on the pantograph catching up with the travelling wave it set up in the contact wire. For this reason, it was not only necessary to modify the catenary to increase the travelling wave speed, but also to fine tune the pantograph itself. The pantograph used on 325 was the stock Faiveley GPU. The wiper assembly on this pantograph weighs under 8 kg (18 lb) and is mounted on a vertical shock absorber with 150 mm (6 in) travel. The main structure of the pantograph is constructed of cylindrical tubing, which (Faiveley claims) reduces the pantograph's sensitivity to random variations in environmental factors. The only modifications to the GPU pantograph were an increase in the stiffness of the pneumatic dampers, and a reduced total aerodynamic lift of the structure. The suspension on the trailers was jacked up by 20 mm (1 in) by overinflating the secondary suspension air bladders and inserting shims, to provide additional suspension travel and to make up for the larger wheels on the power cars. The brakes on the trailers were tuned to allow a heat dissipation of 24 MJ per disk instead of the usual 18 MJ, with a total of 20 discs. Many of the modifications listed above, including the synchronous traction motors, were tested at speeds over 400 km/h on TGV Sud Est trainset 88. In one high speed test, technicians attempted to provoke a truck into unstable oscillation by drastically reducing the yaw damping, but failed to achieve this. Finally, most of the seating in trailer R1 was removed and the space was transformed into a laboratory, to process and record test data on vehicle dynamics, overhead contact and dynamics, tractive effort, aerodynamics, interior comfort and noise, and a host of other parameters. On 30 November 1989, trainset 325 emerged from the Châtillon shops and set out for the test tracks for its first test run. Technicians at Châtillon put 4500 hours of work into the modifications, which was impressive when one considers that their first priority was the routine maintenance of the TGV Atlantique trainsets in revenue service.
Рекордный запуск, Операция TGV 117
Первая кампания, также известная как операция TGV 117, проходила с 30 ноября 1989 года по 1 февраля 1990 года. После нескольких заездов проблемы с контактом пантографа потребовали ручной регулировки: сначала заземляли контактную сеть, а затем отправляли техников на крышу. После серии всё более быстрых заездов, 5 декабря 1989 года на километре 166 был установлен первый официальный рекорд скорости – 482,4 км/ч (299,8 миль/ч), за управлением которого находился инженер Мишель Бойто. К концу этого заезда поезд 325 прошел в общей сложности расстояние со скоростью, превышающей 400 км/ч (249 миль/ч). После этого рекорда были проведены дополнительные высокоскоростные испытания для изучения таких эффектов, как обгон двух поездов со скоростью сближения 777,7 км/ч (483 миль/ч). Положительные результаты, подтверждающие безопасность более высоких скоростей, привели к решению о дальнейшей модернизации поезда 325 для достижения скорости около 500 км/ч (311 миль/ч).
Подготовка поезда к эксплуатации TGV 140
1 февраля 1990 года в 15:30 состав 325 вернулся в мастерские Шатильона для долгосрочных работ. К этому моменту 325 установил мировой рекорд скорости, достигнув 482,4 км/ч (299,8 миль/ч). Техникам был установлен срок до 1 марта для выполнения дальнейших модификаций, направленных на сбор дополнительных данных и проведение рекламной акции с достижением скорости 500 км/ч (313 миль/ч). Этот второй этап модификаций должен был напрямую использовать опыт, полученный в ходе первого этапа. Оси вагонов 24049 и 24050 были сняты и 2 февраля отправлены в мастерские Бишхайма на востоке Франции для установки еще более крупных колес диаметром 1090 мм (43 дюйма). На ведущую ось вагона 24049 были установлены тензодатчики, и она вернулась в Шатильон через 8 дней после остальных осей – 22 февраля. Изначально планировалось оснастить тензодатчиками и вторую ось вагона 24049, но срок 1 марта не позволил выделить достаточно времени. Для установки более крупных колес потребовалось изготовить специальные тормозные колодки для тормозных механизмов вагонов 24049 и 24050. При толщине 15 мм (5/8 дюйма) гарантировалось лишь две аварийные остановки. 6 февраля вагоны были подняты на домкратах, и вагон R6 был отсоединен. Это привело состав 325 к минимально возможной конфигурации, поскольку барный вагон R4 выполняет функцию "ключа" в шарнирной конструкции TGV. Вес состава 325 теперь составлял 250 тонн, а длина от носа до хвоста – 106 метров. С 7 по 14 февраля три оставшихся вагона подверглись дальнейшим модификациям. Линия электропитания 25 кВ на крыше ведущего вагона была заменена на один кабель, что позволило убрать изоляторы, поддерживающие линию над пространством между вагонами, которые выступали в воздушный поток. Для закрытия зазоров между вагонами были установлены резиновые мембраны, а тележки Y237B были подняты на 40 мм (1,5 дюйма). В зазоре между головными вагонами и вагонами были установлены большие дефлекторы. Эти "снегозадержатели", установленные под сцепными устройствами, были разработаны для предотвращения образования зоны низкого давления между вагонами, что вызывало значительное сопротивление при предыдущих испытаниях. На головных вагонах были добавлены металлические щиты над тележками, а передний дефлектор был удлинен вниз на 10 см (4 дюйма) для компенсации большего диаметра колес. Наконец, на нос хвостового вагона 24050 был установлен съемный спойлер. Предполагалось, что аэродинамические улучшения приведут к снижению сопротивления на 10%. В предыдущем раунде испытаний сила аэродинамического сопротивления достигала 88 кН при скорости 460 км/ч (286 миль/ч). На новой версии состава 325 ожидалось, что такая же величина сопротивления будет достигнута только при скорости 500 км/ч (311 миль/ч). 27 февраля 1990 года, после сцепки состава, 325 выехал из мастерских Шатильона во второй раз, на 2 дня раньше запланированного срока. На этот раз для выполнения всех изменений потребовалось 2000 человеко-часов. Вторая серия испытаний, завершившаяся установлением действующего мирового рекорда скорости в 515,3 км/ч (320,3 миль/ч), отражена в хронологии рекордных заездов.
Рекордный пробег, операция TGV 140
Вторая кампания, также известная как операция TGV 140, проходила с 5 марта 1990 года по 18 мая 1990 года, после завершения модификации поезда. Во время первого высокоскоростного заезда электрическая неисправность привела к разрушению главного трансформатора заднего головного вагона и повреждению множества цепей низкого напряжения. Устранение повреждений потребовало почти месяц, главным образом из-за необходимости изготовить новый трансформатор, способный выдерживать высокие нагрузки. 4 мая 1990 года поезд 325 возобновил испытания и превзошел рекорд 5 декабря в первом же заезде дня. 9 мая 1990 года отметка в 500 км/ч была неофициально превышена, зафиксированы скорости 506,5 км/ч и 510,6 км/ч. Станция Вендом была пройдена на скорости 502 км/ч. В последующие несколько дней возникали проблемы из-за нестабильности контакта между пантографом и контактной сетью, однако отдельные заезды достигали скорости свыше 500 км/ч. После устранения этой проблемы 18 мая 1990 года состоялась финальная попытка установить рекорд, на борту поезда находились официальные лица, журналисты и обычный штат техников. Поезд 325 стартовал в 9:51 из Данго и разгонялся в течение 15 минут, достигнув максимальной скорости 515,3 км/ч (320,3 мили/ч) у подножия холма на 166,8-м километре. По итогам испытательной кампании поезд девять раз превысил скорость 500 км/ч, включая установление мирового рекорда скорости.
Обзор
Операция V150, где 150 вновь обозначает целевую скорость в метрах в секунду, представляла собой серию высокоскоростных испытаний, проведенных на LGV Est перед его открытием в июне 2007 года. Испытания проводились совместно SNCF, компанией Alstom – производителем поездов TGV, и владельцем LGV Est, Réseau Ferré de France, в период с 15 января 2007 года по 15 апреля 2007 года. После серии забегов с последовательно возрастающей скоростью, 3 апреля 2007 года состоялась официальная попытка установить рекорд скорости. Максимальная скорость 574,8 км/ч (159,6 м/с, 357,2 мили/ч) была достигнута на 191-м километре вблизи деревни Ле-Шемин, между станциями Мёз и Шампань-Арденн, где имелся наиболее благоприятный профиль пути. Поезд достиг максимальной скорости через 12 минут 40 секунд и после 73 км пути, начиная с места остановки на станции Prény. Рекорд скорости 515,3 км/ч, установленный в 1990 году, был неофициально побит несколько раз в ходе испытательной кампании, предшествовавшей и последовавшей за официальной попыткой рекорда: впервые это произошло 13 февраля 2007 года, когда была достигнута скорость 554,3 км/ч, а в последний раз – 15 апреля 2007 года со скоростью 542,9 км/ч.
Подготовка трассы
Рекордные заезды проводились на 140-километровом участке пути №1 на LGV Est, обычно с направлением на запад, между километровыми отметками 264 (город Прени) и 120 (вблизи станции TGV Champagne Ardenne). Этот участок LGV был выбран из-за его продольного профиля и плавных кривых, с благоприятными уклонами, обеспечивающими достижение наивысших скоростей между километровыми отметками 195 и 191, недалеко от границы между департаментами Мёз и Марна. Увеличен боковой уклон пути для поддержки более высоких скоростей. Напряжение в контактной сети было увеличено до 31 кВ с обычных 25 кВ. Механическое натяжение провода было увеличено до 40 кН с обычных 25 кН. Таким образом, скорость поперечной волны, возникающей в контактном проводе под воздействием пантографа поезда, была увеличена до 610 км/ч, что обеспечивало запас прочности выше максимальной скорости поезда. Вдоль испытательного участка было установлено несколько измерительных станций для контроля напряжений в рельсах и балласте, уровня шума, аэродинамических воздействий и динамики контактной сети. Участок пути между километровыми отметками 223 и 167, где скорость превышала 500 км/ч, находился под усиленным контролем.
Рекордный пробег, операция TGV 150
В период с 15 января 2007 года по 15 апреля 2007 года поезд V150 преодолел суммарное расстояние 728 км со скоростью 500 км/ч и выше. Перед каждым заездом на высокой скорости, другой поезд TGV совершал обход пути для его проверки, после чего поезду V150 давалось разрешение на старт. Этот обход выполнялся на постоянной скорости 380 км/ч, что, к слову, является максимальной скоростью, достигнутой в 1981 году составом TGV POS № 4404 в стандартной 8-вагонной конфигурации. Разгон поезда V150 происходил на протяжении 70 км. Во время некоторых заездов, включая официальный рекордный, поезд V150 сопровождался самолетом Aérospatiale Corvette для ретрансляции данных и передачи телевизионного изображения в прямом эфире.