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第15章 交通运输(2)

这也是最初类似马车型的汽车,发动机的功率仅有1~2马力,只容乘坐2~3人。汽车没有门窗、车棚,造型基本上沿用了马车造型。

箱型汽车造型:马车型汽车一般都是敞篷或活动布篷的,难以抵挡风雨侵袭。为改善乘坐条件,1915年,福特公司生产出一种新型T型车。该车的车室方正,并装有门、窗,所以称之为“箱型汽车”。

箱型汽车确立了后来汽车的基本造型。早期的箱型汽车以福特新T型最为著名。

甲虫型汽车:1934年,美国的雷依教授采用风洞和模型汽车测量了空气阻力系数,不久,又有更多的航空流体力学学者从事于汽车车身空气阻力的研究。后来,他们的研究成果被用在汽车设计和生产上,终于出现了甲虫型汽车。

船型汽车:船型汽车是美国福特汽车公司在1949年推出的一种新型汽车,名为“福特V8型汽车”。该种车型设计首先将人体工程学应用于汽车设计,并从理论上解释了两轮之间的乘坐位置的颠簸最小,以及车室后部空间过大会影响驾驶员视野等问题。因此,将乘员舱置于前后轮之间,前面是发动机室,后面为行李舱,车型和船型相似,故称为“船型汽车”。

鱼型汽车:由船型汽车发展而成,基本上保留了船型汽车车室宽大、视野开阔、侧面形状阻力小、舒适性好、行李舱容积增大等优点。同时,它又克服了船型汽车车尾过分向后伸出、形成阶梯状的背部,在高速时会产生较强空气涡流的缺点,逐渐将后窗倾斜,倾斜极限类似鱼脊的快背式,故称为“鱼型汽车”。

鱼型汽车背部与地面角度较小,尾部较长,围绕车身的气流较平顺,涡流阻力较小。

最早问世的鱼型汽车是美国通用公司的别克牌小客车。

楔型汽车:楔型汽车的散热器罩被做成了横宽型,上下很窄,发动机罩倾斜于前,行李舱高度增加,尾部是割尾的快背式或半背式,车底平坦,侧面看,如同楔子一样。

小知识

智能汽车

如果你不小心将自己锁在了车外,汽车可以根据你的声音传递一个信息给车内电脑,车门就会自动打开。汽车不仅是交通工具,还会成为出色的管家、保姆、秘书,无论是订餐还是订票,都可以得到满足。

这种最新潮的汽车内装有声音识别软件,内置电话与客户服务中心24小时保持联系,能对主人的环境、思想等做出反应。它已经被装备在了通用汽车54种车型中的36种上,有200万付费用户。其他的汽车公司,如本田、丰田、宝马在内,也不甘落后,都在积极开发具有类似功能的汽车。

智能汽车是一种自动导航的无人驾驶新型汽车,已在美国佛罗里达州投入运行。车内安装有导航显示屏,可以在驾驶员键入目的地地名后显示出行车路线。当遇到交通阻塞时,导航系统将引领驾驶员绕道而行,并能随机应变,依据不同道路状况和速度变换自动启动、加速或刹车。

火车的出现

火车是人类历史上最重要的机械交通工具,早期称为蒸汽机车,也叫列车,有独立的轨道行驶。铁路列车按载荷物,可分为运货的货车和载客的客车;亦有两者一起的客货车。

17世纪,人们用木轨代替石轨,为弥补木轨容易磨损的缺陷,又发明了铁轨。如果没有铁轨及后来出现的钢轨,那么沉重的蒸汽机车的行驶就成为问题。

19世纪初,蒸汽机与“轨道上的马车”结合在一起。最早的蒸汽机车通常机身过大,推力太小,要爬陡坡时需要几台机车推动,因为这些机车所用的蒸汽机是利用蒸汽冷凝后产生的真空来推动活塞的。

史蒂芬逊在1814年设计制造了实用蒸汽机车,之后几经改进。到1825年9月27日,史蒂芬逊成功地驾驶载着600名乘客和大批货物的“动力”机车第一次行驶在全长19千米的轨道上。3小时后,“动力”号顺利到达目的地。这标志着一个新时代开始的全新的交通工具诞生了。从此,陆地运输进入以铁路运输为主的时代。

列车的飞速变化

蒸汽机车从欧洲传入北美大陆,铁路像蛛网一样布满美洲大陆。一种“美式机车”在其前端,装有像推土机铲子一样的排障器,用以排除横在铁路上的以往在美洲大陆常见的野牛之类的动物。

20世纪初,蒸汽机车逐渐完成其历史使命,铁路运输进入电力机车和内燃机车的新时代。

1903年,德国人用西门子公司和美国通用电气公司联合制造的三相交流电动机,在23千米长的电气化铁路上创造了时速200千米的记录。电力机车只需发电厂将约30%的热能转化为电能,且电能传输只需沿铁路架设导线即可。

电力机车的地上设施花费太高,如果某条铁路线不够繁忙,用电力机车明显不够经济。这正好可由内燃机车来弥补。1892年,德国人狄塞尔于发明柴油机。1894年,德国人首先造出世界上第一台内燃机车。

柴油机车具有先天优越性,既节能又可将功率做到很大。携带柴油机比携带同等重量的煤方便,且行驶距离要长很多。同时,烧柴油比烧煤的工作环境干净。

磁悬浮列车

一种无轮的陆上无接触式有轨交通工具,时速可达500千米。它利用常导或超导电磁铁与感应磁场之间产生相互吸引或排斥力,使列车“悬浮”在轨道后或轨道下,做无摩擦运行,克服了传统列车车轨粘着限制、机械噪声和磨损等问题,具有启动、停车快和爬坡能力强等优点。

磁悬浮列车的工作原理是:在位于轨道两侧的线圈里流动的交流电能将线圈变成电磁体,由于它与列车上的电磁体的相互作用,促使使列车开动。列车头部的电磁体N极被安装在靠前一点的轨道上的电磁体S极吸引,同时又被安装在轨道上稍后一点的电磁体N极排斥。列车前进时,线圈里流动的电流方向就反过来,也就是原来的S极变成N极,N极变成S极。如此循环交替,列车于是向前奔驰。

地铁的出现

地铁,通常指地下铁路,亦简称为地下铁。狭义上专指在地下运行为主的城市铁路系统或捷运系统;但广义上,由于许多此类的系统为了配合修筑的环境,可能也会有地面化的路段存在,因此通常涵盖了都会地区各种地下与地面上的高密度交通运输系统。

世界上首条地下铁路系统是在1863年开通的伦敦大都会铁路(MetropolitanRailway),是为了解决当时伦敦的交通堵塞问题而建。当时电力尚未普及,所以即使是地下铁路也只能用蒸汽机车。由于机车释放出的废气对人体有害,所以当时的隧道每隔一段距离便要有和地面打通的通风槽。

到了1870年,伦敦开办了第一条客运的钻挖式地铁,在伦敦塔附近越过泰晤士河。但这条铁路并不算成功,在数月后便关闭。现存最早的钻挖式地下铁路则在1890年开通,亦位于伦敦,连接市中心与南部地区。最初铁路的建造者计划使用类似缆车的推动方法,但最后用了电力机车,使其成为第一条电动地下铁。早期在伦敦市内开通的地下铁亦于1906年全数电气化。

1896年,当时奥匈帝国的城市布达佩斯开通了欧洲大陆的第一条地铁,共有5000米,11站,至今仍在使用。

法国巴黎的巴黎地铁在1900年开通,最初的法文名字“ChemindeFerMétropolitain”(法文直译意指“大都会铁路”)是从“MetropolitanRailway”直接译过去的,所以现在很多城市轨道系统都称metro。俄罗斯的地铁也顺理成章,只是改用了西里尔字母,称为Метро。

最初的城市轨道系统车厢是木制的,后来改为钢制以减少一旦发生火灾造成的危险。自1953年开通的多伦多的地下铁路,车厢开始再改良为铝制,有效减少维修成本和重量。

很多地下铁路行走的隧道,都比在主要干线上的为小,所以通常地下铁路的列车体积一般比较小。有时,隧道甚至能影响列车的形状设计,例如伦敦地铁的部份列车便是。

大部分的城市轨道系统都是使用动力分布式(即动车组),而不使用动力集中式。如果使用动力集中式,经常会用推拉运作。

另外,部分较为先进的系统已开始引入列车自动操作系统。伦敦、巴黎、台湾、新加坡和香港等地的车长都无需控制列车,更先进的轨道交通系统能够做到无人操控。例如,世界上最长的自动化LRT(lightrapidtransitsystem)系统--温哥华Skytrain,整个LRT所有的车站及列车均为“无人管理”。上海轨道交通10号线也将试行无人驾驶,介时司机将仅仅进行监控。

小知识

未来列车

自奥托·哈恩发现核裂变,核能的利用已广为人知。将原子能用于列车牵引,是科学家们对未来列车的设想。核能的利用,通常指利用重元素的裂变释放出来的能量,常用的是重元素如铀235等。一克铀235裂变释放的能量,等同于2.5吨优质煤完全燃烧产生的能量。

原子能机车的动力部分除原子反应堆外,还应有蒸汽锅炉、汽轮机、发电机、配电设备和电动机,结构复杂,如同带着一个小核电厂在运行。其原理就是将核裂变的热能经蒸汽锅炉、汽轮机、发电机变成电能供电动机来牵引机车。这种车预计时速可达30千米以上。

水路运输

水路运输是以船舶为主要运输工具、以港口或港站为运输基地、以水域(海洋、河、湖等)为运输活动范围的一种客货运输。在蒸汽机发明及其用于交通动力前即已出现,是目前各主要运输方式中兴起最早、历史最长的运输方式。

帆船:人类要越江河、过湖海,促使人类发明了木筏、独木舟等水上交通工具,并借助帆来利用风力资源。仅靠风驱动是不够的。于是人们发明了桨。如果把帆、桨装在独木舟上,就成为最原始的帆船。早期的桨也起到帆的作用。这种原始的帆船很难经得起大风大浪。对靠海生活的人们来说,就需要造出更大、更结实的帆船。并且船上帆、桨、舵要完备,使用起来要安全有效。

蒸汽机轮船:1802年,英国人赛明顿在制造出世界上第一艘蒸汽明轮船,其蒸汽机是瓦特式。

1803年,美国人富尔顿把锅炉、蒸汽机和明轮装到了内河航行的船舶上。1807年8月17日在哈德逊河上试航,时速8000米。富尔顿是第一个使轮船进入实用,用以运输旅客和货物的人。

早期的蒸汽明轮船蒸汽机动力往往只起辅助作用,是现代轮船的开始。

螺旋桨船:用螺旋桨推进的船,最初由瑞典工程师埃尔逊设计成功。到1838年,英国人史密斯把螺旋桨装在船上。

由于螺旋桨推进器经济性能好,结构简单、坚固耐用,使用它可提高航速并节省燃烧,而且就算在风浪中也能继续发挥作用,所以一出现就迅速得到广泛运用。到19世纪40年代,机动船舶普遍采用螺旋桨作为推进器。

铁制螺旋桨推进器、蒸汽轮机、钢制船壳,这些新技术的出现使船舶发展进入了一个新的时代。内燃机及其他新动力装置的出现打破蒸汽轮机独领风骚的气象,使船从一个时代进入另一个新时代。

现代船只:燃油被用作船舶燃料后,现代船只几乎都以燃油来产生能量推动船舶前进。一般大型船只上多以燃烧重油的涡轮机作为动力装置,小型船只几乎都以柴油机为动力装置。

世界上最早的原子能船,是前苏联的原子能破冰船“列宁”号。随后,美国、前西德、日本等国也相继建造了自己的原子能船。

轮船的速度提高较少,原因是人们主要追求船的大货运量,同时,船在行进时遇到的阻力不同于陆地、天空的交通工具。

提高轮船速度,或尽可能减小兴波阻力,即尽量减小船头掀起的波浪。现在,人们通常会在船头下部加置一个球状物。这个球状物如加得合适,可使以同样速度行驶的船的发动机功率节约20%以上。提高轮船速度,或尽可能减小船的水下部分。这方面的尝试导致了水翼船和气垫船的诞生和发展。

水翼船:水翼船就是带水翼的船,其水翼安装在船底的突出的柱子上。当船以极慢的速度行驶时,与普通船一样。随着速度的加快,就如同机翼能产生升力使飞机飞升一样,水翼产生升力使船浮起,最终使船体浮出水面,这样,船受到的阻力就仅仅是小小的水翼受到的阻力,于是,航速就大为提高了。

气垫船:1953年,英国人科克雷匀提出了气垫理论。经过大量试验后,1959年制成世界上第一艘气垫船。该船长9米,宽7米,重4吨。同年,该船以2小时零3分成功横渡38千米宽的英吉利海峡。

这艘气垫船是全浮式的,压缩空气从船底喷出,船底四周有柔性衬裙限制空气,使之在船底形成气垫,将船身垫起,船依靠空气螺旋桨推进,靠空气舵操纵。其最大的特点,就是具有两栖性和快速性,装载能力一般为船重的30%。

驳船:一种自身没有动力的船,叫驳船。要用拖船或顶推船来带动,用拖船拖动的驳船在内河出现较多。由顶推船推动的顶推驳船的阻力较拖船带动的要小,技术、经济效果较好。

一艘顶推船可带几艘甚至几十艘驳船,而且速度较快,运费比普通货船便宜30%~50%,因此也成为很多国家内河运输的主力。这种船也可用于海上,但连接部分在海浪的冲击下容易受损。20世纪50年代,由于连接装置得到改进,这种船有了明显的发展。

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