TGV världshastighetsrekord - TGV world speed record

Fyra TGV -poster från 1972 till 2007

Den TGV ( Train à Grande Vitesse , franska för "Höghastighetståg") innehar en serie av markhastighetsrekord för rälsfordon uppnås genom SNCF , den franska nationella järnvägen och dess industriella partners. Höghastighetsproven är avsedda att utvidga gränserna för höghastighetstågsteknik , öka hastigheten och komforten utan att äventyra säkerheten.

Det nuvarande världshastighetsrekordet för ett kommersiellt tåg på stålhjul hålls av franska TGV vid 574,8 km/h (357,2 mph) , som uppnåddes den 3 april 2007 på nya LGV Est .

TGV 001

Den TGV 001 var en experimentell gasturbin-elektriskt lok -sökfält tågsätt som byggts av Alstom att bryta hastighet poster mellan 250-300 kilometer i timmen . Det var den första TGV -prototypen och togs i drift 1969 för att börja testa 1972. Den uppnådde en toppfart på 318 kilometer i timmen (198 mph) den 8 december 1972.

Rekord 1981

Operation TGV 100

Världsrekordplack

Operation TGV 100, med hänvisning till en målhastighet på 100 meter per sekund (360 km/h, 224 mph), ägde rum den 26 februari 1981 strax före öppnandet av LGV Sud-Est och slutade med ett hastighetsrekord på 380  km/ h (236  mph ) inställd av TGV Sud-Est tågsats nummer 16.

Rekord 1990

Översikt

Operationer TGV 117 och TGV 140, som hänvisar till målhastigheter i meter per sekund , utfördes av SNCF från november 1989 till maj 1990. Kulmen på dessa testprogram var ett nytt världshastighetsrekord på 515,3 km/h (143,1 m/s) eller 320,3 mph), inställd den 18 maj 1990.

Rekordkörningarna ägde rum i två separata kampanjer, åtskilda av en period med modifieringar av tågsats 325. För varje testdag bogserades 325 till testplatsen av TGV Atlantique tågsats 308 eftersom dess 1500 V DC -system hade tagits bort, vilket förhindrade verksamhet nära Paris. Trainset 308 utförde också en svepning av testbanan med 350 km/h före varje höghastighetskörning.

Testkörningarna ägde rum på en del av Atlantique -grenen av TGV -nätet, några månader innan linjen öppnades för TGV -inkomsttjänst. Strängt taget skedde inga väsentliga ändringar av banan eller kontaktledningen för teständamål. Vissa delar av linjens profil hade dock planerats sedan 1982 (strax efter TGV Sud-Est världshastighetsrekord i februari 1981) för att tillåta mycket snabba körningar.

Byggandet av de specifika spåren för LGV Atlantique beslutades officiellt den 25 maj 1984. Marken bröts den 15 februari 1985. Den nya linjen skulle sträcka sig från något utanför Gare Montparnasse i Paris till Le Mans , med en andra gren mot Tours . Le Mans -filialen öppnades för 300 km/h (186 mph) inkomsttjänst den 20 september 1989, och Tours -kontoret öppnade ett år senare. De två grenarna separerar vid Courtalain , 130 km väster om Paris, där rörliga grodor pekar bra för 220 km/h (137 mph) i den avvikande rutten direkt tåg mot antingen Le Mans eller Tours.

I de tidiga stadierna då operation TGV 117 fortfarande definierades fastställdes flera kriterier för att fokusera förberedelsen av ett provtåg. Dessa var aerodynamik , drag- och elsystem , kontakt med järnväg och kontaktledningar, bromsning och komfort.

Det grundläggande syftet med testprogrammet var att trycka på kuvertet för TGV -systemet och att karakterisera dess beteende vid mycket höga hastigheter. Med detta i åtanke var det bara meningsfullt att börja med en TGV -tågsats och att ändra den så lite som möjligt. Helt nya TGV Atlantique tåguppsättning nummer 325 (25: e av 105 i Atlantique -serien) valdes godtyckligt för att vara utgångspunkten för ändringarna. Det var inget speciellt med denna tågsats, och den återfördes till avsett tillstånd efter testprogrammet för att gå in på inkomsttjänst. Idag är den enda särskiljande egenskapen på 325, jämfört med andra Atlantique -tågsatser, ett blått band målat över näsan och bronsplattor bultade på sidorna av de två motorbilarna för att fira händelsen.

Plats

Själva testdelen börjar på den gemensamma grenen, vid kilometer 114, vid Dangeaus sidospår. Den går förbi Courtalain och in på Tours -grenen av linjen. Mellan kilometer 135 och kilometer 170 konstruerades linjen med successivt bredare kurvor och nådde en minsta radie på 15 km (9,3 mi) efter kilometer 150. Dessa kurvor byggdes med större superelevation än strikt nödvändigt för intäkter med 300 km/h ( 186 mph). Vid kilometer 160 passerar linjen genom Vendôme TGV -station . På kilometer 166 finns det en lång 2,5% nedförsbacke i Loir- dalen (Loir är en biflod till den mer kända Loire- floden) och linjen korsar Loir på en 175 m (575 fot) bro . Detta är området där de högsta hastigheterna förväntades, och det mesta av aktiviteten koncentrerades där.

Spårförberedelse

Tours -grenen av linjen testades med speciellt datoriserat underhåll av Way -utrustning tillverkad av GEISMAR, från Track Research -avdelningen i SNCF. Precis som på alla TGV -linjer justerades skenorna till 1 mm (3/64 tum) toleranser och ballasten sprängdes för att ta bort små, lösa grus . Vid efterföljande tester med tågset 308 och 325 påverkades inte spåret signifikant och krävde endast minimal omställning. Detta stod i kontrast till världshastighetsrekordet 1955 på 331 km/h (206 mph), även i Frankrike, där banan skadades allvarligt efter höghastighetslopp. Stora delar av spåret var snedvridna och missformade, liksom tågets strömavtagare smälts. Töjningsmätare placerades på flera platser, särskilt vid expansionsfogen vid slutet av Loir -bron.

Ändringar i kontaktledningar

Den kontaktledning var standard TGV stil, utan några ändringar. De enda ändringarna var i stämningen. I allmänhet, när en strömavtagare löper under kontaktledningen, upprättar den en vågliknande störning som färdas nerför tråden med en hastighet som bestäms av spänningen i tråden och dess massa per längdenhet. När ett tåg närmar sig denna kritiska hastighet kommer strömavtagaren ikapp störningen, vilket resulterar i farligt stora vertikala förskjutningar av tråden samt kontaktavbrott. Topphastigheten för tåget begränsas sedan av den kritiska hastigheten för kontaktledningen. Detta problem var centralt för testkörningarna, eftersom det var önskvärt att testa uppsättning 325 vid hastigheter långt över den kritiska hastigheten för standard TGV -koppling. Det fanns två lösningar: öka spänningen i tråden eller minska dess massa per längdenhet.

TGV -koppling är uppspänd i sektioner på 1200 m (4000 fot), mekaniskt spända av ett system med remskivor och motvikter . Stödmaster är åtskilda med 54 m (175 fot) intervall. Kopplingstråden (stöd) är gjord av brons , med ett cirkulärt tvärsnitt på 65 mm 2 . Kontaktledningen är gjord av koppar och har ett tvärsnitt på 150 mm 2 . Kontakttrådens tvärsnitt är cirkulärt med en plan sektion på kontaktsidan.

Att överväga kopparkontaktledningen mot en lättare kadmiumlegeringstråd övervägdes, men avfärdades på grund av tid och kostnad. Den kritiska hastigheten för testbanans kopplingsled skulle sedan ökas enbart genom att öka spänningen i tråden. För testkörningarna ökades den vanliga spänningen på 2000  daN (4500 lbf) till 2800 daN (6300 lbf) och exceptionellt 3200 daN (7200 lbf). För några av de snabbare körningarna över 500 km/h (311 mph) ökades spänningen i kopplingsledningen från vanliga 25  kV 50  Hz till 29,5 kV.

Vid kilometer 166 var ledarmaster utrustade med sensorer för att mäta trådens förskjutning. Under rekordet 18 maj 1990 vid 515,3 km/h (320,3 mph) registrerades vertikala förskjutningar på nästan 30 cm (1 fot), inom 1 eller 2 cm från de förutsägelser som gjorts av datasimuleringar . Den kritiska hastigheten för kontaktledningen för just den körningen var 532 km/h (331 mph).

Förberedelse av tåget för operation TGV 117

Som förberedelse för den första testomgången började modifieringarna genom att förkorta tåget från sina vanliga 10 släpvagnar till endast fyra släpvagnar, vilket resulterade i en betydande ökning av dess effekt / vikt-förhållande . Det resulterande tåget bestod av: motorbil TGV24049, Trailer R1 TGVR241325, Trailer R4 TGVR244325, Trailer R6 TGVR246325, Trailer R10 TGVR240325 och motorbil TGV24050. Tåglängden var nere till 125 m (381 fot) från 237 m (777 fot) och vikten var nere till 300 ton från 490 ton.

Aerodynamiken i en TGV Atlantique är redan ganska bra och förbättringarna var få. Det beslutades att 325 skulle ha en "fram" och "bak" för höghastighetslopp, för att förenkla ändringarna. Vanligtvis är en TGV -tågsats symmetrisk och reversibel, men 325: s två motorbilar , 24049 och 24050, definierades som ledande respektive bakre enheter. På taket på blyenheten 24049 avlägsnades strömavtagarna och takhöljet sträcktes ut över öppningen; samma sak gjordes med 1500 V DC strömavtagare på bakenhet 24050. Endast en strömavtagare skulle användas vid hög hastighet: Faiveley GPU -enheten kvar på enhet 24050. Som vid vanlig TGV -körning skulle ledaren matas med ström från den bakre enheten genom taklinjen längs tågets längd. Ytterligare förbättringar, såsom gummimembran som täcker mellanrummen mellan de vagnar, och en bakre spoiler på den bakre enheten ansågs, men övergavs.

De synkrona AC traktionsmotorer på 24049 och 24050 kunde inte tillåtas att rotera alltför snabbt, på grund av begränsningar i omkopplingsfrekvens av tillförselelektroniken . Tekniker hade beslutat att 4000  rpm vid 420 km/h (261 mph) skulle vara det optimala förhållandet efter att ha testat tåguppsättning 325 i höga hastigheter med dragkraftsutrustning. Den nya dragkraftsförhållandet uppnåddes genom ändring av transmissionsväxeln och öka hjuldiametern . Precis som med testkampanjen 1981 på TGV PSE nummer 16 ersatte 1050 mm (41 tum) hjul 920 mm (36 tum) hjul under 24049 och 24050.

För att förhindra elektriska problem valdes halvledarkomponenter (särskilt tyristorer ) med särskild hänsyn till kvalitet. Huvudtransformatorer i båda motorvagnar ersattes av större modeller, var och en kan hantera 6400  kW (8500  hp ), eller dubbla den vanliga lasten, på en ganska kontinuerlig basis. Omfattande tester utfördes på elsystemen för att fastställa hur långt de kunde skjutas. De resulterande betyg sett till att acceptabla värmenivåer aldrig skulle överskridas i testning.

Därefter sköts gränssnittet mellan hjul och skena . Axellager var omodifierade objekt, trasiga in 10.000 km i intäkter tjänst på LGV Sud-Est . Gir spjäll ades förstyvade, och dubblade upp på varje sida för en total av fyra gir spjäll på varje lastbil, för redundans i händelse av en höghastighets misslyckande. Som ett resultat av tidigare tester och datasimuleringar förstärktes tvärgående spjäll på motorbilarna.

Testkampanjen 1981 gav värdefulla data och datormodeller för strömavtagarens interaktion med kontaktledningen för kontaktledningar och belyste den mycket känsliga dynamiken. Mycket stor vertikal trådutflykt (över 30 cm eller 1 fot) hade observerats vid 1981 -testerna och fick skulden på strömavtagaren som kom ikapp den resande vågen som den satte upp i kontaktledningen. Av denna anledning var det inte bara nödvändigt att modifiera kopplingsledningen för att öka den vågande hastigheten utan också att finjustera själva strömavtagaren.

Strömavtagaren som användes på 325 var Faiveley GPU. Torkaranordningen på denna strömavtagare väger under 8  kg (18  lb ) och är monterad på en vertikal stötdämpare med 150 mm (6 tum) rörelse. Strömavtagarens huvudstruktur är konstruerad av cylindriska rör, vilket (Faiveley -påståenden) minskar strömavtagarens känslighet för slumpmässiga variationer i miljöfaktorer. De enda modifieringarna av GPU -strömavtagaren var en ökning av styvheten hos de pneumatiska spjällen och en minskad total aerodynamisk lyft av strukturen.

Fjädringen på släpvagnarna höjdes med 20 mm (1 tum) genom att överblåsa de sekundära fjädringsblåsorna och sätta in mellanlägg , för att ge ytterligare upphängning och för att kompensera för de större hjulen på motorbilarna.

Bromsarna på släpvagnarna var inställda för att tillåta en värmeavledning på 24  MJ per disk istället för den vanliga 18 MJ, med totalt 20 skivor.

Många av de modifieringar som anges ovan, inklusive de synkrona dragmotorerna, testades med hastigheter över 400 km/h på TGV Sud-Est tågsats 88. I ett höghastighetstest försökte tekniker provocera en lastbil till instabil svängning genom att drastiskt minska gäspdämpning, men lyckades inte uppnå detta.

Slutligen togs det mesta av sittplatserna i släpvagnen R1 bort och utrymmet förvandlades till ett laboratorium för att bearbeta och registrera testdata om fordonsdynamik, kontakt och luftdynamik, dragkraft, aerodynamik, komfort och buller inuti och en mängd andra parametrar.

Den 30 november 1989 kom tåguppsättning 325 från Châtillon -butikerna och gav sig ut på testspåren för sin första testkörning. Tekniker på Châtillon lägger 4500 timmars arbete i modifieringarna, vilket var imponerande när man tänker på att deras första prioritet var det rutinmässiga underhållet av TGV Atlantique -tågsätten i inkomsttjänst.

Rekordkörning, Operation TGV 117

Den första kampanjen, även känd som operation TGV 117, ägde rum mellan 30 november 1989 och 1 februari 1990. Efter flera körningar krävde problem med strömavtagarkontakt manuella justeringar genom att först jorda kontaktledningen och sedan skicka tekniker upp på taket. Efter en serie allt snabbare körningar sattes det första officiella hastighetsrekordet på 482,4 km/h (299,8 mph) till kilometerpunkt 166 den 5 december 1989, med ingenjör Michel Boiteau vid kontrollerna. I slutet av denna körning hade tåguppsättning 325 ackumulerat 337 km (209 mi) vid hastigheter som översteg 400 km/h (249 mph). Fler höghastighetskörningar gjordes efter denna rekord och undersökte effekter som korsning av två tåg med en stängningshastighet på 777,7 km/h (483 mph). Med gynnsamma resultat som tyder på att högre hastigheter var säkra, togs beslutet att ytterligare ändra tåguppsättning 325 för hastigheter nära 500 km/h (311 mph).

Förberedelse av tåget för operation TGV 140

Den 1 februari 1990 klockan 15:30 återvände 325 till Châtillon -butikerna på lång sikt. Vid denna tidpunkt hade 325 satt ett världsrekord till 482,4 km/h (299,8 mph). Tekniker hade en deadline mars att genomföra ytterligare ändringar som syftar till att möjliggöra insamling ytterligare data och en 500 km / t (313 mph) PR-trick . Denna andra omgång av ändringar var avsedd att dra direkt nytta av erfarenheterna från den första omgången.

Axlarna på 24049 och 24050 togs bort och den 2 februari skickades de till Bischheim -verkstäderna i östra Frankrike för montering med ännu större 1090 mm (43 tum) hjul. Ledningsaxeln på 24049 var utrustad med töjningsmätare och återvände till Châtillon 8 dagar efter de andra axlarna den 22 februari. Ursprungligen hade den andra axeln på 24049 också planerats att vara försedd med töjningsmätare, men tidsfristen 1 mars gav inte tillräckligt med tid. För att rymma de större hjulen måste speciella bromsbelägg tillverkas för bromsbackarna på 24049 och 24050. Med 15 mm tjocklek garanterades endast två nödstopp.

Den 6 februari jackades släpvagnarna upp och släpvagnen R6 togs bort. Detta förde 325 till det minsta möjliga bestå, eftersom stångvagnen R4 fungerar som "hörnsten" för den ledade konstruktionen av TGV. 325 vägde nu in på 250 ton och mätte 106 m (348 fot) näsa till svans. Från den 7 till den 14 februari genomgick de tre återstående släpvagnarna ytterligare ändringar. 25 kV takmatningsledning för att mata blyenheten ersattes av en enda kabel; detta möjliggjorde avlägsnande av isolatorerna som stöder linjen över utrymmet mellan släpvagnar, som stack ut i luftströmmen. Gummimembran installerades för att täcka luckorna mellan släpvagnarna, och Y237B -lastbilarna jackades med 40 mm (1,5 tum).

I gapet mellan motorbilar och släpvagnar installerades stora luftdammar. Dessa "snöskydd", monterade under kopplingarna, var utformade för att förhindra bildandet av ett lågtrycksområde mellan fordonen, vilket hade orsakat betydande drag i de tidigare testerna. På motorbilarna tillsattes plåtsköldar över lastbilarna och den främre dammen förlängdes nedåt med 10 cm (4 tum) för att kompensera för de större hjulen. Slutligen installerades en avtagbar spoiler på näsen på bakenheten 24050.

De aerodynamiska förbättringarna var tänkta att ge en 10 % minskning av motståndet. I den föregående testomgången hade den atmosfäriska dragkraften nått 9 ton kraft med en hastighet av 460 km/h (286 mph). På den nya versionen av 325 förväntades inte denna omfattning av drag före 500 km/h (311 mph).

Den 27 februari 1990, efter att tåguppsättningen hade kopplats ihop, rullade 325 ut från Châtillon -butikerna för andra gången, två dagar före schemat. Den här gången krävdes 2000 timmars butiksarbete för att genomföra förändringarna. Den andra testkampanjen, som kulminerade i det ständiga världshastighetsrekordet på 515,3 km/h (320,3 mph) sammanfattas i rekordkörningarnas kronologi .

Rekordkörning, Operation TGV 140

Den andra kampanjen, även känd som operation TGV 140, ägde rum mellan den 5 mars 1990 och den 18 maj 1990, efter att tågändringarna var klara. På den första höghastighetskörning, ett elektriskt fel förstörde huvudtransformatorn av den bakre motorvagn och skadade många lågspänningskretsar. Skadan befanns kräva nästan en månad av reparationer, främst för att en ny transformator som klarade de höga effektbelastningarna måste förberedas. 325 återvände till testning den 4 maj 1990 och överskred rekordet den 5 december på dagens första körning. 500 km/h (311 mph) märket bröts inofficiellt den 9 maj 1990, med körningar i 506,5 km/h (315 mph) och 510,6 km/h (317,3 mph). Brytarna i Vendôme -stationen passerade med 502 km/h (312 mph). Instabiliteten i kontaktdynamiken mellan strömavtagaren och kontaktledningen orsakade problem under de närmaste dagarna, även om intermittenta körningar uppnådde hastigheter över 500 km/h. Efter att detta problem hade lösts ägde det sista rekordförsöket rum den 18 maj 1990, med dignitarier och journalister som gick med i det vanliga komplementet av tekniker ombord på tåget. 325 startade sin körning 9:51 från Dangeau och accelererade i 15 minuter och uppnådde en toppfart på 515,3 km/h (320,3 mph) längst ner på backen vid kilometerpost 166,8. Vid slutet av testkampanjen hade tåget nått topphastigheter över 500 km/h vid nio separata tillfällen, inklusive världshastighetsrekord.

Rekord 2007

Översikt

TGV 4402 -drift V150 når 574 km/h den 3 april 2007 nära Le Chemin, Frankrike.

Operation V150 , där 150 återigen refererar till en målhastighet i meter per sekund , var en serie höghastighetsförsök som utfördes på LGV Est innan den öppnades i juni 2007. Försöken genomfördes gemensamt av SNCF , TGV-byggaren Alstom och LGV Est-ägaren Réseau Ferré de France mellan den 15 januari 2007 och den 15 april 2007. Efter en serie allt snabbare körningar ägde det officiella hastighetsrekordförsöket rum den 3 april 2007 . Topphastigheten på 574,8 km/h (159,6 m/s, 357,2 mph) nåddes vid kilometerpunkt 191 nära byn Le Chemin, mellan Meuse och Champagne-Ardenne TGV-stationer, där den mest gynnsamma profilen finns. Den nådde toppfart 12 minuter 40 sekunder och 73 km efter att ha lämnat Prény från stillastående.

Hastighetsrekordet 515,3 km/h 1990 slogs inofficiellt flera gånger under testkampanjen som föregick och följde det certifierade rekordförsöket, första gången den 13 februari 2007 med en hastighet på 554,3 km/h och sista gången den 15 april 2007 med en hastighet på 542,9 km/h.

Spårförberedelse

Rekordlöpningarna ägde rum på en 140 km sektion av spår 1 på LGV Est , vanligtvis på väg västerut, mellan kilometerposterna 264 (staden Prény ) och 120 (nära Champagne-Ardenne TGV-station). Denna del av LGV valdes för sin vertikala profil och mjuka kurvor, med gynnsamma nedförsbacke som leder till de högsta hastigheterna mellan kilometerposter 195 och 191, nära gränsen mellan avdelningarna Meuse och Marne . Spårets överhöjning ökades för att stödja högre hastigheter. Kopplingsspänningen ökades till 31 kV från standarden 25 kV. Den mekaniska spänningen i tråden ökades till 40 kN från standard 25 kN. Hastigheten för den tvärgående våg som inducerades i luftledningen av tågets strömavtagare ökades således till 610 km/h, vilket gav en säkerhetsmarginal utöver tågets maximala hastighet. Flera mätstationer installerades längs testbanorna för att övervaka spänningar i spåret och ballast , buller, aerodynamiska effekter och kopplingsdynamik. Mellan kilometerstolparna 223 och 167, där hastigheterna översteg 500 km/h, var banan under noggrann övervakning.

Förberedelse av tåget för operation TGV 150

En del av TGV -tågsetet 4402 visas nära Eiffeltornet efter rekordet

Tåget som användes för hastighetsrekordet fick namnet V150 och bestod av tre modifierade Duplex -bilar, utrustade med två motordrivna boggier liknande AGV -prototypen, samlade mellan ett par TGV -motorbilar från POS -tågset 4402. Tåget hade ytterligare fyra drivaxlar än tåguppsättningen 325 som användes i hastighetsrekordet 1990 och hade en maximal effekt på 19,6  MW (26 800  hk ) istället för 9,3 MW på en standard TGV POS. Denna ovanliga komposition användes för att erhålla höghastighets testdata om olika tekniska element, inklusive de nya asynkrona dragmotorerna på POS-motorbilarna, de lätta synkrona permanentmagnetmotorerna på AGV-boggierna, den aktivt styrda strömavtagaren och Duplex bi- nivåkonfiguration som aldrig hade använts i mycket snabba försök.

Aerodynamiska förbättringar, som liknar rekordtåget 1990, förfinades i en vindtunnel och gav en minskning av motståndet med 15% från standardkonfigurationen. Dessa förbättringar inkluderade en främre luftdamm, takfästen över strömavtagaröppningarna, membran för att täcka utrymmet mellan bilarna och en infälld vindruta. Över 600 sensorer monterades på olika delar av både motorer och bilar. Tågsatsen körde med större hjul med en diameter på 1092 mm istället för 920 mm, för att begränsa drivlinans rotationshastighet .

Rekordkörning, Operation TGV 150

Mellan den 15 januari 2007 och den 15 april 2007 färdades V150 -tåget med 500 km/h och högre för ett kumulativt avstånd på 728 km. För varje höghastighetskörning utförde en annan TGV en svepning av spåret innan V150-tåget klarades att starta. Denna svepning utfördes med ihållande 380 km/h, förresten topphastigheten nåddes i rekordet 1981, med TGV POS tågsats 4404 i en standard 8-bils konfiguration. Accelerationen av V150 -tåget skedde över en sträcka av 70 km. Under vissa körningar, inklusive den officiella rekordkörningen, jagades V150 -tåget av ett Aérospatiale Corvette -flygplan för att tillhandahålla datarelä och upplänk av live -tv -bilder .

Se även

Referenser

Denna artikel baserades ursprungligen på material från TGVweb, som är licensierat enligt GFDL .

externa länkar