مونوریل برنان؛ این قطار چالشی با قوانین فیزیک! (+فیلم و عکس)

مونوریل برنان که توسط لوئی برنان، مهندس ایرلندی، در سال 1910 معرفی شد، یک طرح مفهومی ابتکاری و بلندپروازانه در زمینه حمل و نقل ریلی بود. این وسیله نقلیه برای غلبه بر مشکلات پایداری و حفظ تعادل که به طور معمول با سامانه های تک ریلی مرتبط هستند، طراحی شده بود.

مزایای یک قطار ژیروسکوپ مونوریل

ایده این بود که استفاده از یک ریل به جای دو ریل، قطار را سریع تر و ساخت راه آهن را ارزان تر می کند. مونوریل برنان می توانست بدون خارج شدن از ریل با سرعت بیشتری پیچ ها را طی کند و راه آهن فقط به نیمی از مواد برای ایجاد مسیر نیاز داشت. برخلاف مونوریل هایی که امروزه با آن ها آشنا هستیم و مسیرهایشان بیشتر در هوا قرار دارد، مونوریل برنان می توانست روی مسیرهای ریلی موجود نیز حرکت کند.

اگرچه کمی خام و عجیب به نظر می رسید، اما مونوریل برنان از نظر طراحی بسیار پایدار بود. در قلب قطار ژیروسکوپی وجود داشت که پیش از آنکه مسافران متوجه شوند، کج شدن قطار را اصلاح می کرد. برای سال 1910، این یک قطعه مهندسی شگفت انگیز محسوب می شد.

اصول اولیه ژیروسکوپ

یک ژیروسکوپ همواره تلاش می کند راه خود را به سمت تعادل بیابد. برنان این را به عنوان عامل کلیدی حفظ تعادل قطار خود می دانست. وی این شرایط را با قرار دادن یک چرخ لنگر در یک قطار مدل و اتصال آن به یک موتور الکتریکی آزمایش کرد. این آزمایش موفقیت آمیز بود و هر زمان که قطار شروع به از دست دادن تعادل می کرد، دیسک وارد عمل شده و آن را صاف نگه می داشت. اما این طراحی یک نقص عمده داشت.

وقتی قطار به پیچ می رسید، بلافاصله از ریل خارج می شد. مشکل این بود که وقتی قطار می پیچید، ژیروسکوپ با آن نمی چرخید، زیرا تلاش می کرد موقعیت خود را در فضا حفظ کند.

برای حل این مشکل، برنان ژیروسکوپ دوم را در قطار قرار داد و آن را به گونه ای تنظیم کرد تا در جهت مخالف بچرخد. هر دو ژیروسکوپ توسط یک چرخ دنده به هم متصل شده بودند و از این رو، در جهات مخالف هم حرکت می کردند. زمانی که قطار به پیچ می رسید، چرخ دنده از چرخش دو ژیروسکوپ در یک جهت جلوگیری می کرد. از آنجایی که هر دو ژیروسکوپ مجبور بودند با قطار بچرخند، حرکت تقدیمی ناخواسته از بین می رفت. این اقدامی نبوغ آمیز بود، زیرا به این معنی بود که فقط کج شدن قطار می توانست روی ژیروسکوپ تاثیر بگذارد.

نمونه اولیه در اندازه کامل

پس از حل مشکل در قطار مدل، برنان کار روی ساخت یک نمونه اولیه اندازه کامل را آغاز کرد. این قطار امکان آزمایش با مسافران واقعی را فراهم می کرد. نمونه اولیه مونوریل برنان 12 متر طول و 22 تن وزن داشت و به دو ژیروسکوپ عظیم مجهز بود که با سرعت 3500 دور بر دقیقه می چرخیدند. اما بزرگ شدن اندازه نمونه یک مشکل بزرگ دیگر را آشکار کرد.

با توجه به وزن زیاد، ژیروسکوپ ها نه تنها در برابر چرخش خود مبارزه می کردند، بلکه باید با نیروی گرانش که قطار را پایین می کشید، مقابله می کردند. برای حل این مشکل ژیروسکوپ ها باید بسیار قوی تر می شدند. حرکت تقدیمی ژیروسکوپ ها به اندازه کافی قوی و سریع نبود تا قطار را متعادل نگه دارد و از این رو، برنان راه حل جدیدی ارائه کرد.

وی دریافت که کلید تمام این مشکلات کنترل حرکت تقدیمی ژیروسکوپ است. برنان ژیروسکوپ ها را به یک پیشرانه بنزینی وصل کرد و برای کاهش اصطکاک آنها را در محفظه های خلا مهر موم شده محصور کرد. حتی اگر نیرو تمام می شد، ژیروسکوپ ها تا 30 دقیقه پیش از این که قطار تعادلش را از دست دهد، به چرخش خود ادامه می دادند.

برنان ژیروسکوپ ها را به شاسی قطار ثابت کرد، از این رو، آنها با قطار می چرخیدند. زمانی که قطار کج می شد، ژیروسکوپ ها کار معمول خود را انجام می دادند و به طور طبیعی شروع به حرکت می کردند. مونوریل برنان به اندازه ای قوی بود که حتی ایستادن تمام مسافران در یک سمت قطار موجب بر هم خوردن تعادل آن نمی شد. نمونه اولیه قطار وی یک موفقیت عظیم بود و در آن زمان محصولی از آینده به نظر می رسید.

اگرچه طرح مونوریل برنان از پتانسیل متحول کردن حمل و نقل شهری برخوردار بود، اما در نهایت به دلیل هزینه های بالا و چالش های مهنسی پیچیده در پیاده سازی آن، با استقبال گسترده ای از سوی سرمایه گذاران مواجه نشد. قطارهای دو ریل جای خود را باز کرده بودند و این واقعیت که هر واگن مونوریل برنان به ژیروسکوپ خاص خود نیاز داشت، پروژه را به پایان راه خود رساند.