El aerodeslizador sobre orugas fue un tren de alta velocidad experimental desarrollado en el Reino Unido durante la década de 1960. Combinaba dos inventos británicos, el aerodeslizador y el motor de inducción lineal , en un esfuerzo por producir un sistema de tren que proporcionara un servicio interurbano de 250 mph (400 km/h) con menores costos de capital en comparación con otras soluciones de alta velocidad. El aerodeslizador sobre orugas, que era sustancialmente similar al Aérotrain francés y otros sistemas de aerotrenes de la década de 1960, corrió una suerte similar a la de estos proyectos cuando se canceló como parte de amplios recortes presupuestarios en 1973.
En las primeras fases del desarrollo de los aerodeslizadores se observó que la energía necesaria para elevar un vehículo estaba directamente relacionada con la suavidad de la superficie sobre la que se desplazaba. Esto no fue del todo sorprendente; el aire atrapado debajo del aerodeslizador permanecerá allí, excepto en el punto en el que la superficie de sustentación entre en contacto con el suelo; si esta interfaz es lisa, la cantidad de aire que se escape será baja. [1] Este es el propósito del faldón que se encuentra en la mayoría de los aerodeslizadores; permite que el fuselaje esté a cierta distancia del suelo mientras se mantiene el espacio de aire lo más pequeño posible.
El sorprendente descubrimiento fue que la cantidad de energía necesaria para mover un vehículo determinado utilizando tecnología de vuelo estacionario podría ser menor que la del mismo vehículo sobre ruedas de acero, al menos a altas velocidades. A más de 140 mph (230 km/h), los trenes convencionales sufrían un problema conocido como oscilación de búsqueda que obliga a las bridas de los lados de las ruedas a golpear el raíl con una frecuencia cada vez mayor, lo que aumenta drásticamente la resistencia a la rodadura . [2] Aunque la energía necesaria para mantener un aerodeslizador en movimiento también aumentaba con la velocidad, [1] este aumento era más lento que el aumento repentino (y a veces catastrófico) debido a la oscilación. Eso implicaba que, para viajar por encima de una velocidad crítica, un aerodeslizador podía ser más eficiente que un vehículo con ruedas que circulase por la misma ruta.
Mejor aún, este vehículo también conservaría todas las cualidades positivas de un aerodeslizador. Las pequeñas imperfecciones en la superficie no tendrían ningún efecto sobre la calidad de la marcha, y la complejidad del sistema de suspensión podría reducirse en gran medida. Además, dado que la carga se distribuye sobre la superficie de las plataformas de elevación, la presión sobre la superficie de rodadura se reduce en gran medida: alrededor de 1 ⁄ 10,000 de la presión de una rueda de tren, alrededor de 1 ⁄ 20 de la presión de un neumático de caucho en una carretera. [3] Estas dos propiedades significaban que la superficie de rodadura podría ser considerablemente más simple que la superficie necesaria para soportar el mismo vehículo sobre ruedas; los aerotrenes podrían apoyarse en superficies similares a las carreteras de servicio ligero existentes, en lugar de las plataformas de ferrocarril mucho más complejas y costosas necesarias para soportar el peso sobre dos raíles. Esto podría reducir en gran medida los costos de capital de la infraestructura. [4]
En 1960, varios ingenieros de la empresa Christopher Cockerell 's Hovercraft Development Ltd. en Hythe, Hampshire , comenzaron a estudiar el concepto del aerotren. En ese momento, un problema importante era seleccionar una fuente de energía adecuada. Como el aerodeslizador no tenía un contacto fuerte con una superficie de rodadura, la propulsión normalmente se proporcionaba mediante una solución similar a la de un avión, normalmente una hélice grande. [5] Esto limita la aceleración, así como la eficiencia del sistema, una limitación importante para un concepto de diseño que competiría con aviones en las mismas rutas.
Durante el mismo período, Eric Laithwaite había estado desarrollando el motor de inducción lineal (LIM) en la Universidad de Manchester . En 1961 había construido un pequeño sistema de demostración que consistía en una placa de reacción LIM de 20 pies de largo (6,1 m) y un carro de cuatro ruedas con un asiento en la parte superior. En 1962 comenzó a consultar con British Rail (BR) sobre la idea de utilizar LIM para trenes de alta velocidad. Un artículo de Popular Science de noviembre de 1961 muestra su concepto de Hovertrain utilizando un LIM, la ilustración que lo acompaña muestra pequeñas plataformas elevadoras como las del concepto Ford Levapad, que corren sobre raíles convencionales. [6] Después de mudarse al Imperial College de Londres en 1964, Laithwaite pudo dedicar más tiempo a este trabajo y perfeccionar los primeros ejemplos funcionales de grandes LIM adecuados para sistemas de transporte. [7] [8]
Los motores LIM proporcionan tracción mediante la interacción de los campos magnéticos generados en el vehículo y un conductor externo fijo. El conductor externo normalmente estaba hecho de placas de aluminio, elegidas debido a su alta conductividad en relación con su precio. La parte activa del motor consiste en un devanado de motor eléctrico convencional extendido debajo del vehículo. Cuando se activan los devanados del motor, se induce un campo magnético opuesto en la placa de reacción cercana, lo que hace que los dos se repelan entre sí. Al mover los campos a lo largo de los devanados, el motor se empuja a sí mismo a lo largo de la placa con la misma fuerza que normalmente se utiliza para crear rotación en un motor convencional. [6] [3] Un motor LIM elimina la necesidad de un fuerte contacto físico con la pista, requiriendo en su lugar una placa de reacción fuerte. No tiene partes móviles, una gran ventaja sobre la tracción convencional. [4]
En los diseños originales de Laithwaite, conocidos como motores sándwich de doble cara , se utilizaban dos conjuntos de bobinados, colocados a unos pocos centímetros de distancia. Se colocaron de forma que la placa de aluminio del estator encajara en el espacio entre los bobinados, quedando atrapada entre ellos. La ventaja de este diseño es que las fuerzas que tiran de un conjunto de bobinados hacia la placa se equilibran con las fuerzas opuestas en el otro conjunto. Al unir los dos conjuntos de bobinados a un marco común, todas las fuerzas se internalizan. [7]
El equipo de desarrollo de aerodeslizadores también se hizo rápidamente eco del concepto LIM. Su solución inicial fue una pista con forma de T invertida, con la parte vertical formada por una sección central de hormigón con placas de estator de aluminio fijadas a cada lado. Su primer concepto de diseño parecía el fuselaje de un avión de pasajeros con dos cubiertas, que se desplazaba por encima de la viga del estator, con el LIM centrado en el medio del fuselaje. Cuatro plataformas proporcionaban sustentación, dispuestas dos a un lado, a proa y a popa, y se desplazaban sobre la superficie horizontal de la vía guía. Cuatro plataformas más, por encima de las plataformas de sustentación, se giraban verticalmente para presionar contra la viga central y mantener la aeronave centrada. Se construyó un banco de pruebas de este diseño en Hythe, que fue filmado en funcionamiento por British Pathé en 1963, que también mostró un modelo de la versión propuesta a tamaño real. [9]
A medida que el desarrollo del diseño del banco de pruebas continuó en HDL, el problema de las cargas de alta velocidad en la vía se hizo evidente. A pesar de su peso ligero en comparación con los trenes convencionales, el aerodeslizador sobre orugas operaba a velocidades tan altas que su paso inducía modos de vibración en la vía que necesitaban ser amortiguados. Este era un campo relativamente nuevo para los ingenieros civiles que estaban trabajando en el diseño de la vía, ya que su campo estaba más relacionado con las cargas estáticas. [10] El diseño del tren fue rediseñado con una viga principal en forma de caja, con una placa de reacción montada en la parte superior que se usaba para el LIM y los lados verticales de la vía se usaban para el centrado. Extensiones en forma de ala se extendían hacia abajo desde el cuerpo del tren y cubrían las almohadillas de centrado. Una versión con este diseño se construyó como modelo a escala en Hythe y apareció en otra película de Pathé en 1966. [11] Esta versión se mostró en Hovershow '66.
Una modificación posterior produjo una vía de guía que parecía una T boca arriba, aunque la sección vertical era una viga trapezoidal casi tan ancha como la parte superior de la T. La placa de reacción para el LIM se movió a la parte inferior de la porción horizontal de la T en un lado, extendiéndose verticalmente hacia abajo, mientras que el otro lado contenía los conductores eléctricos que proporcionaban energía. [12] En tal disposición, la lluvia, la nieve y los escombros simplemente caerían de las placas. El nuevo diseño de la vía de guía se simuló en el Laboratorio de Computación Atlas . [10] Este trabajo incluyó la generación de películas que mostraban el vehículo en acción, utilizando una grabadora de microfilm Stromberg-Carlson SC4020.
Mientras se desarrollaba el tren flotante, BR estaba llevando a cabo un amplio proyecto de investigación sobre el tema de los trenes de ruedas de alta velocidad en su recién inaugurada División de Investigación de British Rail en Derby . Este fue el primer grupo que caracterizó la oscilación de oscilación en detalle. Su trabajo sugirió claramente que un diseño cuidadoso del sistema de suspensión podría eliminar el problema. Esto permitiría construir trenes de alta velocidad utilizando tecnología convencional de ruedas de acero. [13]
Aunque los viajes a alta velocidad requerirían la construcción de nuevas líneas, que serían costosas, un tren de este tipo podría utilizar la infraestructura ferroviaria existente a velocidades más bajas, lo que le permitiría acercarse a las estaciones existentes a velocidades más bajas, lo que reduciría en gran medida los costos de capital para llevar el servicio a las ciudades. Los tramos interurbanos podrían volver a construirse para velocidades más altas, donde los costos de infraestructura son generalmente más bajos de todos modos. BR también demostró que las ventajas en términos de costos de capital del concepto de tren flotante se veían compensadas por los costos más altos de los vehículos; el concepto de aerodeslizador sobre orugas tenía sentido para un número menor de vehículos o líneas más largas donde los costos de capital se concentraban en las vías, pero ninguna de estas características caracterizaba las operaciones de BR. [13]
Mientras tanto, habiendo agotado sus capacidades de investigación utilizando modelos pequeños, el equipo de Desarrollo de Aerodeslizadores había estado solicitando a su organización matriz, la Corporación Nacional de Desarrollo de Investigación (NRDC), fondos adicionales para construir una pista de pruebas de tamaño real. [14] La NDRC no tuvo éxito en recaudar nuevo capital del gobierno y decidió invertir £1 millón de su propio presupuesto discrecional preasignado para comenzar la construcción de una pista, con la esperanza de que llegara financiación adicional de la industria. [15]
El 1 de abril de 1967, el desarrollo de aerodeslizadores se transfirió oficialmente al Laboratorio Nacional de Física . [16] En un intento por proteger su inversión y al encontrar poca financiación externa, el NRDC decidió escindir el grupo de aerotrenes y convertirlo en Tracked Hovercraft Ltd. (THL). También decidió distribuir la financiación a lo largo de cuatro años, comenzando con una subvención de 1 millón de libras para un solo vehículo prototipo y una pequeña parte de la pista de pruebas. Aunque esta financiación fue suficiente solo para la primera etapa de una pista, el NRDC sugirió que sería bastante útil para probar versiones intraurbanas de baja velocidad del concepto. [15]
Frustrado por la falta de interés de BR en su trabajo sobre aerotrenes y por la falta de financiación, en 1967 Laithwaite cortó sus vínculos con BR y se unió a Tracked Hovercraft como consultor. Para entonces, el gobierno francés había comenzado a proporcionar una financiación importante para el proyecto Aérotrain de Jean Bertin , que era sustancialmente similar al Tracked Hovercraft en concepto. Laithwaite, siempre descrito como persuasivo, convenció al gobierno de que estaban a punto de perder en este floreciente campo del transporte de alta velocidad [15] y finalmente obtuvo £2 millones en financiación adicional [8] .
En 1970, cuando se estaba preparando el inicio de la construcción, apareció un nuevo problema. Antes de la construcción, la mayoría de los LIM eran sistemas de prueba que habían funcionado a bajas velocidades, pero a medida que aumentaban las velocidades se observó que las fuerzas mecánicas de los devanados del LIM sobre la placa del estator daban lugar a un grave problema de seguridad. Las fuerzas magnéticas varían con el cubo de la distancia, por lo que cualquier cambio en la distancia entre el motor y la placa del estator hacía que se atrajera con más fuerza hacia el lado más cercano. A altas velocidades, las fuerzas involucradas eran tan grandes que era posible que la placa del estator se agrietara a lo largo de las uniones verticales de las placas, en cuyo punto podría golpear el motor o partes del vehículo detrás del punto de grieta. [19] Incluso sin una falla total, cualquier movimiento mecánico en la placa debido a las fuerzas del tren que pasaba podría inducir ondas en el estator que viajaran junto con ella. Si el vehículo desaceleraba, estas ondas podrían alcanzarlo. Además, el paso del tren calentaba la placa, lo que potencialmente la debilitaba mecánicamente. Laithwaite concluyó que el LIM de doble cara era "demasiado peligroso" para su uso. [20]
La mayoría de los sistemas que utilizaban LIM (había docenas en ese momento) rediseñaron sus vías para utilizar un LIM de un solo lado sobre una placa de estator que se encontraba plana entre los rieles. Esto condujo a otro rediseño de la guía del Hovertrain como una viga de cajón cuadrada con el estator LIM fijado de manera plana en la parte superior de la caja y los captadores eléctricos debajo, a cada lado de esta. Los captadores de energía se extendían desde la parte trasera de las superficies verticales en forma de ala a cada lado del vehículo, y las chispas que arrojaban durante el funcionamiento son fácilmente visibles en las pruebas de funcionamiento. [21]
A partir de la década de 1970, se comenzó a construir una pista de pruebas en los pantanos de Earith , en Cambridgeshire, con el apoyo de las oficinas de Tracked Hovercraft Ltd en Ditton Walk, en la ciudad de Cambridge . La pista se encontraba a unos 1,8 m (6 pies) del suelo y discurría a lo largo de las obras de tierra entre el río Old Bedford y el Counter Drain, justo al norte, entre Earith y Denver Sluice . La primera sección de 6,4 km (4 millas) de la vía planificada de 32 km (20 millas) de longitud se colocó hasta Sutton-in-the-Isle . A lo largo de toda la longitud de 32 km (20 millas), se esperaba que el tren alcanzara una velocidad de 480 km/h (300 mph). [12]
El 7 de febrero de 1973, el primer tren de pruebas, el Research Test Vehicle 31, o RTV 31, alcanzó los 167 km/h en un tramo de 1,6 km, a pesar de la corta vía y de un viento en contra de 32 km/h. La prueba recibió una gran publicidad y se mostró en las noticias de la BBC durante todo el día. Gran parte del interés surgió de los rumores de que el proyecto se enfrentaba a una cancelación inminente. El ministro de Aeronáutica y del Espacio, Michael Heseltine, envió a Michael McNair-Wilson a ver la prueba. Heseltine dijo en una entrevista que creía que el proyecto no se cancelaría. [21]
Cuando comenzó la construcción de la pista de pruebas del aerodeslizador sobre orugas, British Rail ya había avanzado mucho en sus planes para el Tren de Pasajeros Avanzado (APT) con ruedas de acero. El gobierno se encontró en la posición de financiar dos sistemas de trenes de alta velocidad diferentes cuyos promotores se apresuraron a señalar los problemas del sistema competidor. Para obtener algo de claridad, formaron un grupo de trabajo interdepartamental que estudió varias posibles soluciones de tránsito interurbano en las rutas Londres-Manchester y Londres-Glasgow. Las opciones incluían autobuses, tren de pasajeros avanzado, aerodeslizador sobre orugas y aviones VTOL y STOL . Su informe de diciembre de 1971 favorecía firmemente al APT. [a]
Los argumentos finalmente se centraron en la necesidad de construir nuevas líneas. Se pretendía que el APT entrara en pruebas en 1973 y entrara en servicio antes de finales de los años 70. En comparación, el aerodeslizador sobre orugas no estaría listo para las pruebas en el mundo real hasta finales de los años 70 y no podría entrar en servicio hasta que se hubiera construido un conjunto de guías completamente nuevo. Los argumentos a favor del TH incluían el problema de que colocar el APT en las líneas existentes simplemente aumentaría la congestión en ellas y que su velocidad de 155 mph (249 km/h) era simplemente demasiado baja para competir directamente con los aviones a reacción, a diferencia de los 250 mph (402 km/h) del TH. Si se iban a tender nuevas líneas, el TH costaría alrededor de £250.000 por milla, en comparación con las £500.000 gastadas durante el mismo período por Deutsche Bundesbahn para aumentar el rendimiento de sus líneas ferroviarias existentes a solo 100 mph (161 km/h). [4] Todo esto ocurría incluso mientras muchos de los "elementos más complacientes" de British Rail descartaban la necesidad de cualquier forma de ferrocarril de alta velocidad. [4]
Otro problema grave era el rápido desarrollo y la aparente superioridad del concepto de levitación magnética que competía con él . Un estudio de THL señaló que la resistencia aerodinámica de un aerodeslizador canónico de 40 toneladas de largo y 100 pasajeros a 400 km/h (250 mph) con un viento cruzado (considerable) de 70 km/h (43 mph) absorbería 2.800 kW (3.800 hp). Esta no es una cantidad de potencia particularmente grande; un avión STOL de cercanías de tamaño similar probablemente requeriría dos o tres veces más potencia en crucero: el Vickers Viscount transportaba 75 pasajeros y estaba equipado con un total de 6.000 kW (8.000 hp) para el despegue y operaba alrededor de 4.000 a 5.000 kW (5.400 a 6.700 hp) en crucero. [22]
Una preocupación mucho mayor era la necesidad de tomar aire para las plataformas de vuelo, acelerándolo desde la velocidad ambiente a la del vehículo antes de ser bombeado a las plataformas. Esta carga, a la que THL se refirió como arrastre de momento , representaba otros 2.100 kW (2.800 hp). Los 4.900 kW (6.600 hp) combinados no eran algo inaudito, ya que ya existían locomotoras de carga de potencia similar en uso. Sin embargo, estas pesaban 80 toneladas, gran parte de las cuales se debían al equipo de control y conversión de voltaje, que sería demasiado pesado para la ligera TH. La solución de THL fue mover las fuentes de alimentación al costado de la vía y usarlas para alimentar secciones individuales de la vía a medida que pasaba el vehículo, pero esto fue a costa de requerir que dicho equipo se distribuyera a lo largo de la línea. [23]
En términos generales, el maglev simplemente reemplazó las plataformas de vuelo con electroimanes. Quitar los motores y ventiladores y reemplazar las plataformas con imanes redujo el peso del vehículo en aproximadamente un 15%. Este cambio significó que la fracción de carga útil relativamente baja del aerodeslizador aumentó considerablemente, hasta duplicarla. Pero mucho más importante fue que no hubo necesidad de ingerir y acelerar aire para alimentar las plataformas, lo que eliminó 2100 kW (2800 hp) y lo reemplazó por la energía necesaria para operar los imanes, que se estima en tan solo 40 kW (54 hp). [23] Esto significó que el aerodeslizador de orugas se encontró apretado entre el sistema de elevación de energía cero del APT con ruedas de acero y el sistema de elevación de baja energía del maglev, sin dejar ninguna función que uno de esos sistemas no cumpliera mejor. [24] [25]
Sólo una semana después de los comentarios de McNair-Wilson en la carrera de febrero de 1973, se canceló la financiación del proyecto del aerodeslizador sobre orugas. [26] Heseltine señaló los problemas con el concepto, afirmó que no había perspectivas de que se instalara un sistema antes de 1985 y que las posibilidades entre esa fecha y finales de siglo eran muy limitadas. Afirmó que una mayor financiación, que ya ascendía a 5 millones de libras en ese momento, [27] no tenía sentido en ese momento. Sin embargo, el trabajo en el LIM seguiría financiándose y el Departamento de Comercio e Industria firmó un contrato de 500.000 libras con Hawker Siddeley para continuar con el desarrollo del LIM. [28]
Heseltine fue acusado por Airey Neave y otros de engañar a la Cámara de los Comunes cuando declaró que el gobierno todavía estaba considerando dar apoyo financiero al tren flotante, cuando la decisión de desconectarlo ya debía haber sido tomada por el gabinete . [28] Convocó al Comité Selecto de Ciencia y Tecnología para examinar el asunto, pero se vieron constantemente frustrados en sus esfuerzos por obtener informes de las reuniones del gabinete. Una cosa que sí salió a la luz fue que Hawker Siddeley y Tracked Hovercraft estaban en proceso de presentar una oferta para el sistema GO-Urban en Toronto , Ontario. Esto era para la tecnología LIM, que Hawker Siddeley proponía combinar con su sistema Hawker Siddeley Minitram con neumáticos de caucho. [26] El concurso GO-Urban finalmente lo ganó un maglev de baja velocidad, el Krauss-Maffei Transurban , una elección que se produjo mientras el comité estaba reunido. [27] [29]
Laithwaite criticó públicamente la cancelación del gobierno tanto como lo había hecho con los esfuerzos anteriores de BR en la investigación del LIM. Sin embargo, en ese momento se había distanciado del sistema de aerodeslizador, concluyendo que el maglev era una mejor solución. Laithwaite había descubierto que una disposición cuidadosa del LIM permitía que un solo motor actuara como sistema de elevación y tracción, un sistema que él llamó "flujo transversal" o "río de magnetismo". [20] Habiendo continuado su investigación en Derby durante todo el tiempo, cuando se hizo evidente que el aerodeslizador sobre orugas estaba realmente muerto, Laithwaite comenzó a presionar para que la pista de prueba se convirtiera en un banco de pruebas para su diseño de levitación magnética. [30] En ese momento, Rohr, Inc. en los EE. UU. ya estaba experimentando con su propio sistema LIM de este tipo en su sistema de transporte rápido personal ROMAG , y también había varios esfuerzos de levitación magnética alemanes en marcha. Al final, la pista de prueba TH fue abandonada. El trabajo de Laithwaite eventualmente se usaría como base para el Birmingham Maglev , el primer sistema de levitación magnética operativo. [31]
El RTV 31 terminó en la Universidad de Cranfield , donde se mantuvo al aire libre durante más de 20 años. En 1996 fue donado a Railworld , donde luego fue restaurado y colocado como exhibición principal frente a los edificios. [32] La pista de prueba fue removida, pero varias bases de concreto sobresalen, a nivel del suelo, de un pequeño estanque al lado del Counter Drain. [33] El curso de la pista en sí se puede ver en fotografías aéreas, ya que se ha reutilizado como camino de tierra. Más adelante, a lo largo de la orilla del río, el cobertizo de ingeniería sobrevive en Earith . La única evidencia sobreviviente de las oficinas en Ditton Walk, Cambridge es una subestación eléctrica llamada "Hovercraft", [34] que se instaló para apoyar el trabajo de investigación eléctrica de alta potencia allí.
En la biblioteca del Museo de Aerodeslizadores de Hampshire (Inglaterra) se guardan muchos documentos originales del proyecto del aerodeslizador sobre orugas , incluidos documentos técnicos, carretes de metraje de vídeo, libros de prensa y planos. En el museo se conservan un modelo a escala del RTV 31, un LIM en miniatura en funcionamiento, fotografías, metraje de vídeo y documentos de archivo. [35] [36] Otro modelo a escala del RTV 31 se conserva en el museo de Railworld Wildlife Haven.
52°23′23″N 0°04′57″E / 52.38964°N 0.082397°E / 52.38964; 0.082397
