每到周末或是节假日,在印度尼西亚首都雅加达,成千上万的狂欢者蜂拥而至塔曼微型公园。自1989年以来,游客中已有70万人乘坐过一个在围绕着环礁湖而建的圆形高架导轨上运行的,有着3节车厢的无人驾驶载人列车。
在今日,这算不上什么新鲜事,因为许多地面公园都有载人列车。但这种列车却是独一无二的——它靠空气动力行驶!
这种列车叫做飞车(Aeromovel)。它的设计者,巴西圣保罗的苏 · 柯尔斯特(Sur Coerster)声称飞车可以增加交通车的安全性并能降低成本。1987年建于圣保罗的第一辆飞车是一个3200英尺长的实验性项目。现在柯尔斯特小组正在设计另一个沿沙拉武里公路(Sukumvit Highway,泰国首都曼谷附近的一条繁忙的交通干线)运行的6英里长的系统。
李 · 罗杰斯(Lee H. Rogers,一个以巴尔的摩为中心的客运量极大的运输系统的顾问)正在呼吁使用飞车作为华盛顿特区-巴尔的摩地区以及其它城市的交通车。他解释说,飞车的基本概念是简单的,并非人们想象中的高技术。车辆在_由高架混凝土导沟支撑的铁轨上行驶。紧靠铁轨之下是一个盒形、中空、边长为39英寸的坚固空气导管。该导管由位于地面上的外部压气机送气,压气机产生的压力作用到两个方形的推进翼上来提供驱动力,而推进翼则挂在车体的前后两端,并使其与空气导管紧密相贴以免漏气。
尽管压气机的压力很低——每平方英寸仅有2磅——但作用在推进翼1600平方英寸表面上的总牵引力却是异常巨大的3200磅(约1200公斤)。如果再使用一个抽气机经由导管从先导翼的正前方抽气,那么驱动力就会加倍,这样达到每小时50英里的高速也是可能的。速度,加速度和到站时的减速度均由调节压气机的输出及打开或关闭该系统的某些空气阀门来控制。
典型的飞车线路分为一系列高架导轨路段,每一路段都有各自的压气机提供压力。当车通过某一路段时,可以通过活动阀门关闭一部分空气导管使该路段与线路的其它部分隔离开。每分钟能够输送50000立方英尺空气的电动压气机及其压力调节阀安装在20英尺厚的隔音舱中,马达的速率和阀门的开关均由中央电脑控制网管理。罗杰斯进一步解释了减速过程:“由安装在导轨旁的传感器发出信号,表明车辆即将到站。当车进入这个导沟路段时,活动阀门从车的后面关闭空气导管,飞车前方的压气机加速转动,对着推进翼压缩空气。如果尚需额外的动力,则该路段另一端的隔离阀也将关闭,并且飞车后面的压气机(将阀门置于加负压状态,即变为抽气机)把推进翼向后拉。”所有这些全都是电脑化了的。
当车进站时,先是反向施加空气压力使其减速,并最终由车轮上的液压圆闸将其刹住。而当从车站快速起动时,所需动力靠加在车体两端的一推一拉的气压来增加,这种过程持续进行,直至达到正常运行速度。
雅加达系统有3辆80英尺长的列车和6个车站,并包括有90度的急转弯和一段倾斜度为十分之一的大坡。罗杰斯说虽然目前在这一段飞车是朝下坡行驶的,但亦可控制其为向上坡行驶。6个车站中有2个没有压气机,3个有一台压气机,另外一个有2台压气机,一台拉一台推。当开足马力时,飞车能以每小时42英里的高速奔驶;其余路段则以每小时12~15英里的观光速度缓缓而行。
为了说明这种系统为何能大幅度地降低成本,罗杰斯把它与另一种简单、节俭的交通工具——旧金山缆车系统——进行了比较。他说:“缆车是由地下导索从外部提供动力的,它也是一种被动交通车,无需携带沉重的电动马达或其它传动机构。这就意味着它具有很高的有效负载-自重比,从而可以利用给定的输入能量增加客容量。”例如,在印度尼西亚系统中飞车的满负荷载重是其自重的70多,而在纽约地铁系统中该比值仅为33%。
除此之外,在陡峭的坡面上被动运输车的轮子只需支撑和导引飞车前进,牵引或剎车都用不着它。
罗杰斯说:“我们预计飞车的生产成本会在任何一种常规交通车的一半以下,按每位乘客平均计算的经营费用也是如此。”他估计飞车既比电车亦比磁悬浮列车便宜。他说把全部的传动设备从车上移到一个固定的位置可以减少铁轨、导沟和支撑柱的负载,因此列车车辆可以使用较轻、较便宜的材料建造——每节车仅重9吨——同时损耗及养护费用也可减少。钢制车轮在铁轨上的滚动摩擦阻力仅为橡胶轮胎摩擦阻力的十分之一,并且它们仅起支撑和导引作用。
罗杰斯还说:“所需能量的减少一方面因为车辆的自重低,另一方面也是它采用了轨外驱动方式(off-track propulsion)。像公共汽车那样的自动车辆也许需要280匹马力的发动机,因为在陡峭的坡面上满载启动汽车需要这么大的功率,但在平坦路面上正常行驶时却仅需60匹马力。”由于飞车的动力由导沟供给,而每段路程上的动力需求由局部状况(如坡度的大小)决定,所以只是在上坡或在特定的高速区域才供给超出正常运行所需的动力。
飞车系统有着显著的安全特征。依靠压缩空气柱将两节车厢隔离开并使之保持一个最小间距,能够防止尾端碰撞的发生。由于飞车前后的推进翼是挤塞在导沟中的,脱轨的危险亦被消除;在列车中央车轮之下一个以同样方式连接的固定杆也可防止脱轨现象。一旦出现动力故障,空气导管中的阀门就会自动关闭,从而使整个线路上的飞车全部停止运行。由于没有第三条轨道及裸露的电力设备,所以也就不会有振动事故发生。其实,用空气作大规模交通运输动力的思想并不新鲜,早在19世纪英国工程师伊萨姆巴德 · 布儒耐尔(Isambard K. Brunel)就曾提出并具体地实施过。布儒耐尔又称“小巨人”,他身材不高,但却以主持当时(1858年)最大的蒸汽轮《伟大东方》号等规模宏大的工程而闻名遐迩。
1847年,布儒耐尔建起了他所称的“空气铁路”。这是一个沿着英格兰的多佛海岸穿过达特摩尔山脚的英里长的铁路系统。这种列车靠空气作动力的方式同飞车异常相似。在铁轨之间连续安装一系列带缝的16英寸的管道,一个用皮革密封的活塞经由此缝直接通到引导车。沿途的固定抽气机在管道中产生真空,使得列车被吸向前方。在空气管道中的缝内有一个皮革阀门,它被前进的活塞打开然后即关闭,以保持管道严格的气密性。
空气铁路不仅能成功地工作,而且能以每小时68英里的惊人速度运送乘客。但不幸的是,在浓雾的侵袭、喷盐的腐蚀和老鼠的不断啃咬之下,皮革阀门很快变质损坏,而且找不到一种合适的保持阀门安全的办法。8个月之后,布儒耐尔被迫中止了业务,而投资者的资本也都赔了进去。
使人感到惊奇的是,一直到飞车系统设计者们的工作完成了3年之后,他们才知道布儒耐尔的先驱工作。
[Popular Science 1991年10月]