履帯式ホバークラフト

トラックド・ホバークラフトは、1960年代にイギリスで開発された実験的な高速列車である。ホバークラフトとリニア誘導モーターという2つのイギリスの発明を組み合わせ、他の高速ソリューションに比べて資本コストを抑えながら、時速250マイル（400キロメートル）の都市間サービスを提供する列車システムを生み出すことを目指した。1960年代のフランスのエアロトレインやその他のホバートレインシステムと実質的に同じトラックド・ホバークラフトは、1973年に大幅な予算削減の一環として中止され、他のプロジェクトと同様の運命をたどった。

ホバークラフトの開発初期から、乗り物を持ち上げるのに必要なエネルギーは、乗り物が移動する表面の滑らかさに直接関係していることがわかっていました。これはまったく意外なことではありませんでした。ホバークラフトの下に閉じ込められた空気は、揚力面が地面に接する部分を除いて、そこに留まります。この接触面が滑らかであれば、漏れる空気の量は少なくなります。^{[1]これが、ほとんどのホバークラフトに見られる}スカートの目的です。スカートにより、胴体を地面からある程度離しながら、空気の隙間をできるだけ小さく保つことができます。

驚くべき発見は、ホバー技術を使用した特定の車両を動かすのに必要なエネルギーの量は、少なくとも高速では、同じ車両を鋼鉄の車輪で動かす場合よりも少ない可能性があるということでした。時速140マイル（230km/h）を超えると、従来の列車はハンチング振動と呼ばれる問題に悩まされました。これは、車輪の側面のフランジがレールにぶつかる頻度が増加し、転がり抵抗が劇的に増加することです。^[2]ホバークラフトを動かし続けるために必要なエネルギーも速度とともに増加しましたが、^[1]この増加はハンチングによる突然の（そして時には壊滅的な）増加よりも緩やかでした。これは、ある臨界速度を超えると、同じルートを走る車輪付き車両よりもホバークラフトの方が効率的である可能性があることを意味していました。

さらに良いことに、この乗り物はホバークラフトの長所もすべて保持します。路面の小さな凹凸は乗り心地に影響を与えず、サスペンション システムの複雑さを大幅に軽減できます。さらに、荷重がリフティング パッドの表面に分散されるため、走行面の圧力が大幅に軽減されます。列車の車輪の圧力の約1 / 10,000 、道路上のゴムタイヤの圧力の約 1/20 です。[ 3 ]^これらの 2 つの特性により、走行面は、車輪の付いた同じ乗り物を支えるために必要な表面よりも大幅に簡素化できます。ホバートレインは、2 本のレールで重量を支えるために必要なはるかに複雑で高価なレール床ではなく、既存の軽量道路に似た表面で支えることができます。これにより、インフラストラクチャの資本コストを大幅に削減できます。^[4]

1960年、ハンプシャー州ハイスにあるクリストファー・コッカレルのホバークラフト開発株式会社の数人のエンジニアが、ホバートレインのコンセプトの初期研究を開始しました。当時の大きな問題は、適切な動力源の選択でした。ホバークラフトは走行面と強く接触しないため、推進力は通常、航空機のような手段、典型的には大型のプロペラによって提供されていました。^[5]これにより、システムの加速と効率が制限され、同じルートで航空機と競合する設計コンセプトにとって大きな制限となりました。

同時期に、エリック・レイスウェイトはマンチェスター大学でリニア誘導モーター（LIM）の開発に取り組んでいた。1961年までに、彼は長さ20フィート（6.1メートル）のLIM反応プレートと、上部に座席を備えた4輪カートで構成される小型のデモシステムを構築した。1962年、彼は高速列車にLIMを使用するというアイデアについて英国鉄道（BR）と協議を始めた。1961年11月のポピュラーサイエンスの記事には、LIMを使用した彼のホバートレインのコンセプトが示されており、添付の図には、従来のレールの上を走るフォードのレバパッドのコンセプトのような小型リフトパッドが示されている。^{[6] 1964年に}インペリアルカレッジロンドンに移った後、レイスウェイトはこの研究により多くの時間を費やすことができ、輸送システムに適した大型LIMの最初の実用的な例を完成させた。^{[7] [8]}

LIM は、車両に発生する磁場と固定された外部導体との相互作用によって牽引力を発揮します。外部導体は通常、価格の割に導電性が高いことからアルミニウム板で作られています。モーターのアクティブ部分は、車両の下に張られた従来の電気モーター巻線で構成されています。モーター巻線に通電すると、近くの反応プレートに反対の磁場が誘導され、2 つが反発します。巻線に沿って磁場を移動させることで、モーターはプレートに沿って、従来のモーターで回転を生み出すのに通常使用されるのと同じ力で押し上げます。^{[6] [3]} LIM では、トラックとの強い物理的接触が不要になり、代わりに強力な反応プレートが必要になります。可動部品がないため、従来の牽引に比べて大きな利点があります。^[4]

レイスウェイトのオリジナル設計は両面サンドイッチモーターと呼ばれ、数センチ離れた位置に2組の巻線が使われていた。巻線は、アルミニウムのステータプレートが巻線間の隙間に収まり、挟み込まれるように配置されていた。このレイアウトの利点は、1組の巻線をプレートに引っ張る力が、もう1組の巻線に働く反対の力とバランスが取れることである。2組の巻線を共通のフレームに取り付けることで、すべての力が内部化される。^[7]

ホバークラフト開発チームもすぐに LIM のコンセプトを取り入れた。彼らの最初の解決策は、逆 T 字型のトラックで、垂直部分は中央のコンクリート部​​分と両側に固定されたアルミニウムのステータープレートから構成されていた。最初の設計コンセプトは、2 つのデッキを持つ旅客機の胴体のような形で、ステーター ビームの上にあり、LIM は機体の中央に配置されていた。4 つのパッドが揚力を生み出し、前後の両側に 2 つずつ配置され、ガイドウェイの水平面に乗っていた。さらに 4 つのパッドが揚力パッドの上にあり、垂直に回転して中央のビームに押し付けられ、機体を中央に保った。このレイアウトのテスト リグがハイスに構築され、 1963 年にBritish Pathéによって稼働中の映像が撮影され、提案されたフルサイズ バージョンのモデルも公開された。^[9]

HDLでテストベッド設計の開発が進むにつれ、ガイドウェイにかかる高速荷重の問題が明らかになった。従来の列車セットに比べて軽量であるにもかかわらず、トラックド・ホバークラフトは非常に高速で走行するため、通過するとガイドウェイに振動モードが発生し、減衰させる必要があった。ガイドウェイ設計に携わっていた土木技術者にとっては、これは比較的新しい分野だった。彼らの分野は一般的に静的荷重に関係していたからである。^[10]列車のレイアウトは、箱型の主桁、LIM用に上部に取り付けられた反力プレート、センタリング用にガイドウェイの垂直側面を使用して再設計された。翼のような延長部が列車の車体から下方に伸び、センタリングパッドを覆った。このレイアウトのバージョンがハイスでスケールモデルとして製作され、1966年にパテの別の映画で取り上げられた。^[11]このバージョンはホバーショー'66で上映された。

さらなる改造により、垂直部分はT字型の上部とほぼ同じ幅の台形の桁であるにもかかわらず、T字型のように見えるガイドウェイが作られた。LIMの反応プレートは、片側のT字型の水平部分の下側に移動され、垂直に下方に伸び、もう片側には電力を供給する導電体が含まれていた。^[12]このような配置では、雨、雪、破片は単にプレートから落ちる。新しいガイドウェイの設計は、アトラスコンピュータ研究所でシミュレーションされた。^{[10]この作業には、}ストロンバーグカールソンSC4020マイクロフィルムレコーダーを使用して、車両の動作を示すフィルムの生成が含まれていた。

ホバートレインの開発中、BRはダービーに新設した英国鉄道研究部門で、高速車輪列車に関する大規模な研究プロジェクトを実施していた。この研究グループは、ハンチング振動を詳細に特徴づけた最初のグループだった。彼らの研究は、サスペンションシステムを慎重に設計することで問題を排除できることを明確に示唆していた。これにより、従来の鋼鉄車輪技術を使用して高速列車を製造できるようになる。^[13]

高速移動には高価な新線路の敷設が必要だが、そのような列車は既存の鉄道インフラを低速で利用できる。これにより、列車は既存の駅に低速で接近することができ、都市へのサービス導入にかかる資本コストを大幅に削減できる。都市間区間は、インフラコストが一般的に低いため、より高速にするために敷設し直すこともできる。BRはまた、ホバートレインのコンセプトの資本コスト上の利点は、車両コストの高さによって相殺されることを示した。履帯式ホバークラフトのコンセプトは、資本コストが線路に集中する車両数が少ない場合や路線が長い場合に意味をなすが、これらはいずれもBRの事業の特徴ではない。^[13]

一方、小型模型を使った研究能力を使い果たしたホバークラフト開発チームは、親組織である国立研究開発公社（NRDC）に、実物大のテストトラックを建設するための追加資金を請願していた。^[14] NDRCは政府から新たな資金を調達することができず、業界からの追加資金の調達を期待して、事前に割り当てられた裁量予算から100万ポンドを投入してトラックの建設を開始することを決定した。^[15]

1967年4月1日、ホバークラフト開発は正式に国立物理学研究所に移管された。^[16]投資を保護するため、また外部からの資金がほとんど見つからなかったことから、NRDCはホバートレイングループをトラックド・ホバークラフト社（THL）として分社化することを決定した。また、試作車両1台と試験用トラックの一部に100万ポンドの助成金を支給することから始め、4年間かけて資金を投じることも決定した。この資金はトラックの最初の段階にしか足りなかったが、NRDCは、このコンセプトの低速都市内バージョンの試験には非常に役立つだろうと示唆した。^[15]

レイスウェイトは、BRが彼のホバートレイン研究に興味を示さず、資金も不足していることに不満を抱き、1967年にBRとの関係を断ち切り、コンサルタントとしてトラックド・ホバークラフトに加わった。この頃、フランス政府はジャン・ベルタンのエアロトレイン計画に多額の資金提供を開始していた。この計画はトラックド・ホバークラフトとコンセプトがかなり似ていた。常に説得力があると評されるレイスウェイトは、政府がこの急成長中の高速輸送分野で負けそうになっていることを説得し、^[15]最終的に200万ポンドの追加資金を獲得した。^[8]

1970 年に建設開始の準備が整う頃には、新たな問題が浮上していた。建設前、ほとんどの LIM は低速で​​動作するテスト システムであったが、速度が上昇するにつれて、ステーター プレート上の LIM 巻線の機械的力が重大な安全上の問題を引き起こすことがわかった。磁力は距離の 3 乗で変化するため、モーターとステーター プレート間の距離が変化すると、ステーター プレートはより強く近い側に引っ張られる。高速では、関与する力が非常​​に大きいため、ステーター プレートがプレートの垂直接合部に沿って割れる可能性があり、その時点でモーターに衝突するか、亀裂点の後ろにある車両の一部に衝突する可能性がある。^[19]完全に故障しなくても、通過する列車の力によるプレートの機械的動きが、ステーターに波を誘発し、それが一緒に移動する可能性がある。車両が減速すると、これらの波が車両に追いつく可能性がある。さらに、列車の通過によりプレートが加熱され、機械的に弱くなる可能性がある。レイスウェイトは、両面LIMは使用するには「あまりにも危険すぎる」と結論付けた。^[20]

LIM を使用するシステムのほとんどは (この時点で数十あった)、レールの間に平らに置かれたステータ プレートの上に片面 LIM を使用するように線路を再設計しました。これにより、ホバートレイン ガイドウェイは、LIM ステータがボックスの上部に平らに取り付けられ、その下の両側に電気ピックアップが付いた正方形のボックス ガーダーとして再設計されました。電力ピックアップは、車両の両側にある垂直の翼のような表面の後ろから伸びており、動作中に放出される火花はテスト走行で簡単に確認できます。^[21]

1970年代から、ケンブリッジシャー州エアリス湿原でテスト線路の建設が始まり、ケンブリッジ市のディットンウォークにあるトラックド・ホバークラフト社が支援した。線路は地面から約6フィート (1.8 m) の高さにあり、オールド・ベッドフォード川とそのすぐ北にあるカウンター・ドレインの間の土塁に沿って、エアリスとデンバー・スルースの間にあった。計画されていた20マイル (32 km) の線路のうち、最初の4マイル (6.4 km) の区間はサットン・イン・ザ・アイルまで敷設された。全長20マイル (32 km) の線路では、列車は時速300マイル (480 km/h) に達すると予想された。^[12]

1973年2月7日、最初の試験列車である研究試験車両31号、別名RTV 31は、短い線路と時速20マイル（32キロ）の向かい風にもかかわらず、1マイル（1.6キロ）の区間で時速104マイル（167キロ）に達した。この試験は大々的に宣伝され、BBCのニュースで一日中放映された。関心の多くは、このプロジェクトが差し迫った中止に直面しているという噂から生じたものであった。航空宇宙大臣のマイケル・ヘーゼルティンは、マイケル・マクネア・ウィルソンを試験の視察に派遣した。ヘーゼルティンはインタビューで、このプロジェクトが中止されることはないと信じていると述べた。^[21]

トラックド・ホバークラフトの試験線路の建設が始まるころには、英国鉄道は鋼鉄車輪の先進旅客列車(APT) の計画をかなり進めていた。政府は、競合システムの問題点をすぐに指摘した 2 つの異なる高速鉄道システムに資金を提供する立場にあった。政府は、状況を明確にするため、省庁間の作業部会を結成し、ロンドン - マンチェスター間およびロンドン - グラスゴー間の都市間輸送ソリューションの可能性をいくつか検討した。選択肢には、バス、先進旅客列車、トラックド・ホバークラフト、およびVTOLおよびSTOL航空機が含まれていた。1971 年 12 月の報告書では、APT が強く支持された。^[a]

議論は最終的に、新しい線路を建設する必要があるということで決着した。APT は 1973 年に試験に入り、1970 年代末までに有料サービスに入る予定だった。これに対して、トラックド ホバークラフトは 1970 年代後半まで実際の試験には間に合わず、完全に新しいガイドウェイが建設されるまではサービスを開始できなかった。TH を支持する議論には、既存の線路に APT を配置すると、その混雑が増すだけであること、また、その最高速度 155 mph (249 km/h) は、250 mph (402 km/h) の TH とは異なり、ジェット機と直接競合するには低すぎることなどが含まれていた。新しい線路を敷設する場合、TH のコストは 1 マイルあたり約 25 万ポンドであるのに対し、ドイツ連邦鉄道は、同じ時期に既存の鉄道の性能を 100 mph (161 km/h) にまで引き上げるために費やした 50 万ポンドに比べて大幅に安い。^[4]これらすべては、イギリス国鉄の「より自己満足的な要素」の多くが、いかなる形態の高速鉄道の必要性も否定していた間にも起こっていた。^[4]

もう一つの深刻な懸念は、競合する磁気浮上コンセプトの急速な発展と明らかな優位性であった。THLの調査によると、標準的な40トンの100人乗りホバークラフトが時速400km (250 mph)で時速70km (43 mph)の横風を受けると空気抵抗が2,800kW (3,800馬力) を吸収する。これは特に大きなパワーではない。同サイズの通勤用STOL機は巡航時におそらく2～3倍のパワーを必要とする。ヴィッカース・バイカウントは75人の乗客を乗せ、離陸時には合計6,000kW (8,000馬力) のパワーを装備し、巡航時には約4,000～5,000kW (5,400～6,700馬力) で運航した。^[22]

より大きな懸念は、ホバーパッド用の空気を取り込み、パッドに送り込む前に周囲の速度から車両速度まで加速する必要があることでした。THLが運動量抵抗と呼んでいたこの負荷は、さらに2,100kW（2,800馬力）を占めました。合計4,900kW（6,600馬力）は前代未聞のものではありません。同様の出力の既存の貨物機関車がすでに使用されていました。しかし、これらの重量は80トンで、その多くは電圧制御および変換装置であり、軽量のTHには重すぎます。THLの解決策は、電源を線路脇に移動し、車両が通過するときに線路の個々のセクションに電力を供給することでしたが、これにはそのような装置を線路に沿って分散させるという大きな費用がかかりました。^[23]

一般的に言えば、磁気浮上式ホバークラフトはホバーパッドを電磁石に置き換えただけである。モーターとファンを取り除き、パッドを磁石に置き換えることで、車両重量が約 15% 軽減された。この変更により、ホバークラフトの比較的低い積載量が大幅に増加し、2 倍になった。しかし、それよりも重要なのは、空気を吸い込んで加速してパッドに送り込む必要がなくなったことである。これにより、2,100 kW (2,800 hp) が削減され、磁石を作動させるのに必要な電力で置き換えられた。推定では、わずか 40 kW (54 hp) である。^[23]つまり、トラックド ホバークラフトは、スチール ホイール APT のゼロ エネルギー リフト システムと磁気浮上式の低エネルギー リフト システムの間に挟まれ、どちらかのシステムの方が適しているという役割がなくなった。^{[24] [25]}

1973年2月のレースでのマクネア＝ウィルソンのコメントからわずか1週間後、トラックド・ホバークラフト・プロジェクトへの資金提供は中止された。^[26]ヘセルティンはコンセプトに問題があると指摘し、1985年より前にシステムが設置される見込みはなく、その時点から世紀末までの可能性は非常に限られていると述べた。彼は、この時点ですでに500万ポンドに達していたさらなる資金提供は^[27] 、当時は意味をなさないと述べた。しかし、LIMの作業には引き続き資金が提供され、貿易産業省はホーカー・シドレー社と50万ポンドの契約を結び、LIMの開発を継続した。^[28]

ヘーゼルティンは、政府がホバートレインへの財政支援をまだ検討中であると述べたことで下院を誤解させたと、エアリー・ニーブらから非難されたが、その発言は、すでに閣議で中止の決定が下されていたはずだった。^{[28]彼はこの問題を調査するために}科学技術特別委員会を招集したが、閣議報告書を入手しようとする委員会の努力は常に挫折していた。表面化した事実の一つは、ホーカー・シドレーとトラックド・ホバークラフトがオンタリオ州トロントでGO-アーバン・システムに入札中だったということだった。これはLIM技術のためであり、ホーカー・シドレーはこれをゴムタイヤのホーカー・シドレー・ミニトラム・システムと組み合わせることを提案していた。^[26] GO-アーバンの競争は最終的に低速磁気浮上式のクラウス・マッファイ・トランスアーバンに勝利したが、その選択は委員会が会合している間に行われた。^{[27] [29]}

レイスウェイトは、BR の以前の LIM 研究の取り組みと同様に、政府による中止に対しても公然と批判的だった。しかし、この頃には彼はホバークラフトの配置から距離を置き、磁気浮上の方がより良い解決策であると結論付けていた。レイスウェイトは、LIM を注意深く配置することで、1 つのモーターが揚力と牽引の両方のシステムとして機能することを発見し、このシステムを「トラバース フラックス」または「磁気の川」と呼んだ。^[20]ダービーでずっと研究を続けていたレイスウェイトは、トラックド ホバークラフトが本当に死んでしまったことが明らかになると、テスト トラックを彼の磁気浮上設計のテストベッドに改造するよう働きかけ始めた。^[30]その時点で、米国のRohr, Inc. は、すでにROMAG 個人高速輸送システムでこの種の独自の LIM 配置を実験しており、ドイツでもいくつかの磁気浮上プロジェクトが進行中だった。最終的に、TH テスト トラックは放棄された。レイスウェイトの研究は、最終的に最初の実用化された磁気浮上システムであるバーミンガム・マグレブの基礎として利用されました。 ^[31]

RTV 31は最終的にクランフィールド大学に行き着き、20年以上も屋外に放置された。1996年にレールワールドに寄贈され、後に修復されて建物前のメイン展示場として設置された。^[32]試験線路は撤去されたが、カウンタードレイン横の小さな池から地上レベルでコンクリートの基礎がいくつか突き出ている。^[33]線路自体は航空写真で見ることができ、未舗装道路として再利用されている。川岸沿いにさらに進むと、エアリスにエンジニアリング小屋が残っている。ケンブリッジのディットンウォークにあった事務所の唯一の現存する証拠は、「ホバークラフト」と名付けられた変電所で、^[34]高出力電気研究作業をサポートするために設置された。

イギリスのハンプシャーにあるホバークラフト博物館の図書館には、トラックドホバークラフトプロジェクトのオリジナル文書が多数保管されており、その中には技術文書、ビデオ映像リール、プレスブック、設計図などがある。博物館にはRTV 31の縮尺モデル、実用的なミニチュアLIM、写真、ビデオ映像、アーカイブ文書が保管されている。^{[35] [36]} RTV 31の別の縮尺モデルは、レールワールドワイルドライフヘブンの博物館に保管されている。

• ハイパーループ
• 地面効果列車
• 磁気浮上式鉄道（輸送）
• エアロトレイン

ウィキメディア・コモンズには、トラック式ホバークラフトに関連するメディアがあります。

• 「交通：レールワールドで伝説の列車が展示」
• 英国ケンブリッジシャーのトラックドホバークラフト試験トラックの残骸の最近の写真
• ホバートレインの設計、インペリアル・カレッジ・ロンドン、1972 年。レイスウェイトがリニア モーターの背後にある概念を説明し、他のエンジニアがテスト列車の構造を説明しています。

北緯52°23′23″ 東経0°04′57″ / 北緯52.38964° 東経0.082397° / 52.38964; 0.082397