Почему нос поезда синкансэна похож на клюв зимородка

1 октября 1964 года от Токийского вокзала отошёл первый поезд по линии, которую японцы назвали просто «синкансэн», то есть «новая магистраль». Четыре часа до Осаки вместо прежних шести с половиной. До открытия Олимпийских игр в Токио оставалось девять дней, и страна спешила показать гостям то, чего не было ни у кого: железную дорогу, рассчитанную на поезда быстрее 200 км/ч.

Проект, задуманный на четверть века раньше

Идея появилась ещё в конце 1930-х. Правительство планировало построить отдельную железнодорожную линию от Токио до Симоносэки — города на западной оконечности Хонсю. Расчётная скорость поездов должна была достигать 200 км/ч.

Для новой линии выбрали колею 1435 мм вместо 1067 мм, которая использовалась на большинстве японских железных дорог.

Война остановила проект. При этом три тоннеля успели построить, и позже их включили в трассу новой линии Токайдо. Название взяли у исторической дороги, которая проходила вдоль тихоокеанского побережья Хонсю.

К середине пятидесятых старая линия между Токио и Осакой уже работала на пределе. Чтобы увеличить пропускную способность, требовалась новая железная дорога.

Президент Японских национальных железных дорог Синдзи Сого добился начала строительства и привлёк к проекту инженера Хидэо Симу, который стал его техническим руководителем. Сима отвечал за разработку самого синкансэна и его основных технических решений.

Работы стартовали в апреле 1959 года. Смета за время стройки выросла с 200 до 380 млрд иен. Сого не был переназначен на третий срок из-за перерасхода средств и в 1963 году ушёл в отставку, взяв ответственность за ситуацию на себя. Сима ушёл вместе с ним. На официальном открытии синкансэна в 1964 году не было ни одного из них.

В разработке участвовали и инженеры Научно-исследовательского института железнодорожной техники. Трое специалистов, сыгравших заметную роль в проекте, до войны занимались авиацией. С формой носа первого синкансэна также связывают американский авиалайнер DC-8: по некоторым данным, его обводы использовали как один из ориентиров.

Первые поезда и время в пути

Первые синкансэны были белыми, с синей полосой под окнами, и имели довольно короткий округлый нос.

У 0-й серии тяговые двигатели стояли под вагонами. На каждой ведущей оси устанавливался двигатель мощностью 185 кВт. Такая схема распределяла тягу по всему составу, поэтому для получения большой мощности не требовалась отдельная локомотивная машина.

Для остановки использовали динамическое торможение тяговых двигателей: они переходили в режим генераторов, а вырабатываемая энергия утилизировалась в тепло на тормозных резисторах. На малой скорости подключались дисковые тормоза.

На новой линии не было железнодорожных переездов. Рельсы сваривали в длинные участки, поэтому обычных стыков на пути было значительно меньше. На большой скорости это уменьшало вибрацию, ударные нагрузки на колёса и другие элементы ходовой части.

Первый год рабочую скорость ограничивали 160 км/ч. После завершения строительства требовалось накопить опыт эксплуатации и проверить надёжность нового пути. Экспресс «Хикари» («Свет») останавливался только в Нагое и Киото и проходил маршрут за четыре часа. «Кодама» («Эхо») останавливался на всех станциях и тратил пять.

В ноябре 1965 года предельную скорость подняли до 210 км/ч. Время «Хикари» сократилось до трёх часов десяти минут.

Но с ростом скорости появилась проблема при прохождении тоннелей.

Хлопок на выходе из тоннеля

При входе поезда в тоннель воздух перед ним сжимается. Возникает волна давления, которая распространяется по тоннелю к противоположному порталу. Когда она выходит наружу, получается резкий хлопок.

На линии Санъё, продолжившей Токайдо на запад до Хакаты, проблема стала особенно заметной. Около половины её протяжённости приходится на тоннели. Жители населённых пунктов возле порталов жаловались на шум и вибрацию.

Эйдзи Накацу, руководивший проектированием поезда серии 500 в компании JR West, занимался этой проблемой. Он увлекался наблюдением за птицами и обратил внимание на зимородка.

Птица ныряет из воздуха в воду с небольшим всплеском. У неё длинный узкий клюв, который постепенно меняет обводы передней части тела. Накацу предположил, что похожий принцип можно использовать и для носа поезда.

Дальше началась уже обычная инженерная работа: модели, расчёты и испытания разных вариантов формы. Задача состояла в том, чтобы уменьшить давление перед поездом при входе в тоннель и одновременно сохранить приемлемое аэродинамическое сопротивление на открытом участке.

Серия 500 вышла на линию в 1997 году. Максимальная скорость достигла 300 км/ч. По данным Накацу, новая форма носа позволила увеличить скорость примерно на 10 процентов и снизить расход электроэнергии на 15 процентов. Давление при прохождении тоннеля тоже удалось существенно уменьшить.

Эволюция серий и дизайна

За десятилетия эксплуатации в Японии сменилось огромное количество серий и классов поездов.

Разделение сети между частными региональными компаниями, постоянное повышение скоростей и суровые климатические условия привели к тому, что внешний вид подвижного состава кардинально различается. Инженеры никогда не придерживались единого стандарта дизайна поездов: каждая новая форма носовой части, будь то удлиненная игла или уплощенный клюв, рождалась как строго практическое решение аэродинамических и технических задач.

На серии 700, вышедшей на линию в 1999 году, нос снова изменился. Он стал широким и плоским, за что поезд получил неофициальное прозвище «утиный клюв». Форма опять же была связана с аэродинамикой и прохождением тоннелей.

У поездов E5 на линии Тохоку нос вытянут примерно на пятнадцать метров. Максимальная скорость этих составов достигает 320 км/ч. Менялась и скорость на самой первой линии. На Токайдо предел вырос с 210 км/ч в 1965 году до 270 км/ч в 1992-м, а в 2015 году — до 285 км/ч. А 0-я серия, с которой всё началось, прослужила сорок четыре года.

Последний «Хикари» отправился из Токио 14 декабря 2008 года и прибыл в Хакату в тот же день. К этому времени первые синкансэны уже давно исчезли с магистральных линий, а их короткий округлый нос остался характерной деталью поездов совсем другой эпохи.