récord mundial de velocidad del TGV

La Operación TGV 100, que hacía referencia a una velocidad objetivo de 100 metros por segundo (360  km/h, 224  mph), tuvo lugar el 26 de febrero de 1981, poco antes de la inauguración del LGV Sud-Est , y finalizó con un récord de velocidad de 380 km/h (236 mph ) establecido por el tren número 16 del TGV Sud-Est .  

Las operaciones TGV 117 y TGV 140, que hacen referencia a velocidades objetivo en metros por segundo , fueron llevadas a cabo por SNCF desde noviembre de 1989 hasta mayo de 1990. La culminación de estos programas de pruebas fue un nuevo récord mundial de velocidad de 515,3  km/h (143,1  m/s o 320,3  mph), establecido el 18 de mayo de 1990.

En las primeras etapas, cuando aún se estaba definiendo el funcionamiento del TGV 117, se establecieron varios criterios para enfocar la preparación del tren de pruebas. Estos criterios fueron la aerodinámica , los sistemas de tracción y eléctricos , el contacto con los rieles y la catenaria, el frenado y la comodidad.

El objetivo principal del programa de pruebas era llevar al límite el sistema TGV y caracterizar su comportamiento a velocidades muy altas. Por ello, lo más lógico era partir de un tren TGV estándar y modificarlo lo menos posible. El tren TGV Atlantique número 325 (el 25 de los 105 de la serie Atlantique), completamente nuevo, fue elegido arbitrariamente como punto de partida para las modificaciones. Este tren no tenía nada de especial y, tras el programa de pruebas, se devolvió a su estado original para entrar en servicio comercial. Hoy en día, la única característica distintiva del 325, en comparación con otros trenes Atlantique, es una cinta azul pintada en la parte delantera y placas de bronce atornilladas a los laterales de las dos locomotoras para conmemorar el evento.

Las pruebas de récord se realizaron en dos campañas distintas, separadas por un período de modificaciones en el tren 325. Cada día de pruebas, el tren 325 fue remolcado hasta el lugar de las pruebas por el tren TGV Atlantique 308, ya que se le  habían retirado sus sistemas de corriente continua de 1500 V, lo que impedía su operación cerca de París. El tren 308 también realizó un recorrido por la vía de prueba a 350  km/h antes de cada prueba de alta velocidad.

Las pruebas se realizaron en un tramo del ramal Atlantique de la red TGV, unos meses antes de que la línea entrara en servicio comercial. Estrictamente hablando, no se realizaron modificaciones significativas en la vía ni en la catenaria para las pruebas. Sin embargo, algunos tramos del trazado de la línea se habían planificado desde 1982 (poco después del récord mundial de velocidad del TGV Sud-Est en febrero de 1981) para permitir la circulación a muy alta velocidad.

La construcción de las vías exclusivas del LGV Atlantique se decidió oficialmente el 25 de mayo de 1984. La primera piedra se colocó el 15 de febrero de 1985. La nueva línea se extendería desde las afueras de la estación de Montparnasse en París hasta Le Mans , con un segundo ramal hacia Tours . El ramal de Le Mans se inauguró para el servicio comercial a 300  km/h (186 mph) el 20 de septiembre de 1989, y el ramal de Tours abrió un año después. Los dos ramales se separan en Courtalain , a 130 km al oeste de París, donde unas agujas móviles , aptas para alcanzar los 220 km/h (137 mph), dirigen los trenes hacia Le Mans o Tours.    

El tramo de prueba comienza en la vía común, en el kilómetro 114, en el apartadero de Dangeau . Pasa por Courtalain y continúa hacia el ramal de Tours. Entre el kilómetro 135 y el 170, la línea se diseñó con curvas cada vez más amplias, alcanzando un radio mínimo de 15 km (9,3 millas) después del kilómetro 150. Estas curvas se construyeron con un peralte mayor del estrictamente necesario para circular a 300 km/h (186 mph). En el kilómetro 160, la línea pasa por la estación Vendôme TGV . En el kilómetro 166, hay un largo tramo de descenso del 2,5 % hacia el valle del Loir (el Loir es un afluente del río Loira, más conocido ) y la línea cruza el Loir por un puente de 175 m (575 pies) . Esta es la zona donde se esperaban las velocidades más altas, y allí se concentró la mayor parte de la actividad.      

El ramal de Tours de la línea fue probado con un equipo especial computarizado de mantenimiento de vías fabricado por GEISMAR, del departamento de investigación de vías de SNCF. Al igual que en todas las líneas TGV, los rieles se alinearon con tolerancias de 1 mm (0,039 pulg .) y el balasto fue dinamitado para eliminar la grava pequeña y suelta . En pruebas posteriores con los trenes 308 y 325, la vía no se vio afectada significativamente y solo requirió una realineación mínima. Esto contrastaba con el récord mundial de velocidad de 1955 de 331 km/h (206 mph) , también establecido en Francia, donde la vía sufrió graves daños después de las carreras a alta velocidad. Grandes secciones de la vía se deformaron y se deformaron, y el pantógrafo del tren se fundió. ^{[ 1 ]} Se colocaron galgas extensométricas en varios lugares, especialmente en la junta de expansión al final del puente del Loir.    

Para prepararse para la primera ronda de pruebas, se comenzaron a realizar modificaciones, reduciendo el tren de sus habituales 10 vagones a solo 4, lo que resultó en un aumento significativo de su relación potencia-peso . El tren resultante estaba compuesto por: la locomotora TGV24049, el vagón R1 TGVR241325, el vagón R4 TGVR244325, el vagón R6 TGVR246325, el vagón R10 TGVR240325 y la locomotora TGV24050. La longitud del tren se redujo de 237 m (777 pies ) a 125  m (381 pies ) y el peso se redujo de 490 t a 300 t.   

La aerodinámica de un TGV Atlantique ya es bastante buena, y las mejoras fueron pocas. Se decidió que el 325 tendría una parte delantera y una trasera para los trayectos de alta velocidad, para simplificar las modificaciones. Normalmente, un tren TGV es simétrico y reversible, pero los dos vagones motrices del 325 , 24049 y 24050, se definieron como unidades delantera y trasera, respectivamente. En el techo de la unidad delantera 24049, se retiraron los pantógrafos y se extendió el carenado del techo sobre la abertura; lo mismo se hizo con el  pantógrafo de 1500 V CC de la unidad trasera 24050. Solo se usaría un pantógrafo a alta velocidad: la unidad GPU Faiveley estándar que permaneció en la unidad 24050. Como en la circulación normal del TGV, la unidad delantera recibiría energía de la unidad trasera a través de la línea del techo que recorre toda la longitud del tren. Se consideraron otras mejoras, como membranas de goma que cubrieran los huecos entre los remolques y un alerón trasero en la unidad de arrastre, pero se descartaron.

Los motores de tracción de CA síncronos de las locomotoras 24049 y 24050 no podían girar demasiado rápido debido a las limitaciones en la frecuencia de conmutación de la electrónica de alimentación . Los técnicos habían decidido que 4000 rpm a 420 km/h (261 mph) era la relación óptima , después de probar el tren 325 a altas velocidades con el equipo de tracción estándar. La nueva relación de tracción se logró cambiando el engranaje de la transmisión y aumentando el diámetro de las ruedas . Al igual que en la campaña de pruebas de 1981 en el TGV PSE número 16, las ruedas de 1050 mm (41 pulgadas) reemplazaron las ruedas estándar de 920 mm (36 pulgadas) en las locomotoras 24049 y 24050.       

Para prevenir problemas eléctricos, se seleccionaron componentes semiconductores (especialmente tiristores ) con especial atención a la calidad. Los transformadores principales de ambos vagones de potencia se sustituyeron por modelos de mayor capacidad, cada uno capaz de soportar 6400 kW (8500 hp ), el doble de la carga habitual, de forma prácticamente continua. Se realizaron pruebas exhaustivas en los sistemas eléctricos para determinar su capacidad máxima. Los resultados obtenidos garantizaron que los niveles de calor aceptables nunca se superarían durante las pruebas.  

A continuación, se revisó la interfaz rueda-riel . Los cojinetes del eje eran piezas sin modificar, rodadas durante 10 000 km en servicio comercial en el LGV Sud-Est . Los amortiguadores de guiñada se reforzaron y se duplicaron en cada lado, para un total de cuatro amortiguadores de guiñada en cada bogie, como medida de redundancia en caso de fallo a alta velocidad. Como resultado de pruebas previas y simulaciones por ordenador, se reforzaron los amortiguadores transversales en los bogies motrices. 

La campaña de pruebas de 1981 proporcionó datos valiosos y modelos informáticos sobre la interacción del pantógrafo con el hilo de contacto de la catenaria, y arrojó luz sobre la delicada dinámica del sistema. En las pruebas de 1981 se observaron grandes desplazamientos verticales del hilo (superiores a 30  cm, o 1  pie), que se atribuyeron a que el pantógrafo alcanzaba la onda viajera que generaba en el hilo de contacto. Por este motivo, no solo fue necesario modificar la catenaria para aumentar la velocidad de la onda viajera, sino también ajustar con precisión el propio pantógrafo.

El pantógrafo utilizado en el 325 era el Faiveley GPU de serie. El conjunto de limpiaparabrisas de este pantógrafo pesa menos de 8 kg (18 lb ) y está montado sobre un amortiguador vertical con un recorrido de 150 mm (6 pulg). La estructura principal del pantógrafo está construida con tubos cilíndricos , lo que (según Faiveley) reduce su sensibilidad a las variaciones aleatorias de los factores ambientales. Las únicas modificaciones al pantógrafo GPU fueron un aumento en la rigidez de los amortiguadores neumáticos y una reducción de la sustentación aerodinámica total de la estructura.    

La suspensión de los remolques se elevó 20  mm (1  pulgada) inflando en exceso las cámaras de aire de la suspensión secundaria e insertando calzas , para proporcionar un mayor recorrido de la suspensión y compensar el mayor tamaño de las ruedas de los vagones motrices.

Los frenos de los remolques se ajustaron para permitir una disipación de calor de 24 MJ por disco en lugar de los 18 MJ habituales, con un total de 20 discos.  

Muchas de las modificaciones mencionadas anteriormente, incluidos los motores de tracción síncronos, se probaron a velocidades superiores a 400  km/h en el tren TGV Sud-Est número 88. En una prueba de alta velocidad, los técnicos intentaron provocar una oscilación inestable en un bogie reduciendo drásticamente la amortiguación de guiñada, pero no lo consiguieron.

Finalmente, se eliminó la mayor parte de los asientos del remolque R1 y el espacio se transformó en un laboratorio para procesar y registrar datos de pruebas sobre la dinámica del vehículo, el contacto y la dinámica por encima de la cabeza, el esfuerzo de tracción, la aerodinámica, la comodidad interior y el ruido, y muchos otros parámetros.

El 30 de noviembre de 1989, el tren número 325 salió de los talleres de Châtillon y se dirigió a las vías de prueba para su primer recorrido. Los técnicos de Châtillon dedicaron 4500  horas de trabajo a las modificaciones, lo cual fue impresionante si se tiene en cuenta que su prioridad principal era el mantenimiento rutinario de los trenes TGV Atlantique en servicio comercial.

La primera campaña, también conocida como operación TGV 117, tuvo lugar entre el 30 de noviembre de 1989 y el 1 de febrero de 1990. Tras varias pruebas, problemas con el contacto del pantógrafo obligaron a realizar ajustes manuales, primero desconectando la catenaria y luego enviando técnicos al techo. Después de una serie de pruebas cada vez más rápidas, el primer récord oficial de velocidad de 482,4  km/h (299,8  mph) se estableció en el kilómetro 166 el 5 de diciembre de 1989, con el ingeniero Michel Boiteau a los mandos. Al final de esta prueba, el tren 325 había acumulado 337 km (209 mi) a velocidades superiores a 400 km/h (249 mph). Tras este récord, se realizaron más pruebas de alta velocidad para investigar efectos como el cruce de dos trenes con una velocidad de aproximación de 777,7 km/h (483 mph). Tras obtener resultados favorables que indicaban que las velocidades más altas eran seguras, se decidió modificar aún más el tren número 325 para alcanzar velocidades cercanas a los 500 km/h (311 mph).        

El 1 de febrero de 1990 a las 15:30, el vehículo número 325 regresó a los talleres de Châtillon para su mantenimiento a largo plazo. En ese momento, el 325 había establecido un récord mundial con una velocidad de 482,4  km/h (299,8  mph). Los técnicos tenían hasta el 1 de marzo para realizar modificaciones adicionales que permitieran recopilar más datos y llevar a cabo una demostración publicitaria  a 500 km/h (313  mph) . Esta segunda ronda de modificaciones tenía como objetivo aprovechar directamente la experiencia adquirida en la primera.

Los ejes de las locomotoras 24049 y 24050 fueron retirados y, el 2 de febrero, enviados a los talleres de Bischheim, en el este de Francia, para la instalación de ruedas aún más grandes de 1090  mm (43  pulgadas). El eje delantero de la locomotora 24049 fue equipado con galgas extensométricas y regresó a Châtillon 8  días después que los demás ejes, el 22 de febrero. Inicialmente, también se había previsto equipar el segundo eje de la locomotora 24049 con galgas extensométricas, pero la fecha límite del 1 de marzo no dio tiempo suficiente. Para acomodar las ruedas más grandes, fue necesario fabricar pastillas de freno especiales para las zapatas de freno de las locomotoras 24049 y 24050. Con un grosor de 15  mm (5/8  de pulgada), solo se garantizaban dos frenadas de emergencia.

El 6 de febrero, los remolques fueron elevados y el remolque R6 fue retirado. Esto redujo el número de vagones 325 a la mínima posible, ya que el remolque de barra R4 funciona como la "piedra angular" del diseño articulado del TGV. El 325 ahora pesaba 250 t y medía 106  m (348  pies) de punta a cola. Del 7 al 14 de febrero, los tres remolques restantes fueron sometidos a modificaciones adicionales. La  línea de suministro de techo de 25 kV para alimentar la unidad principal fue reemplazada por un solo cable; esto permitió retirar los aisladores que sostenían la línea sobre el espacio entre los remolques, que sobresalían en la corriente de aire. Se instalaron membranas de goma para cubrir los huecos entre los remolques, y los bogies Y237B fueron elevados 40  mm (1,5  pulgadas).

En el espacio entre los vagones motrices y los remolques, se instalaron grandes deflectores de aire. Estos «escudos para la nieve», montados debajo de los acoplamientos, se diseñaron para evitar la formación de una zona de baja presión entre los vehículos, que había provocado una resistencia aerodinámica significativa en las pruebas anteriores. En los vagones motrices, se añadieron protectores de chapa metálica sobre los bogies, y el deflector de aire delantero se extendió hacia abajo 10  cm (4  pulgadas) para compensar el mayor tamaño de las ruedas. Finalmente, se instaló un alerón desmontable en la parte delantera de la unidad de remolque 24050.

Se suponía que las mejoras aerodinámicas reducirían la resistencia al aire en un 10 % . En la ronda de pruebas anterior, la fuerza de resistencia atmosférica alcanzó los 88  kN a una velocidad de 460  km/h (286  mph). En la nueva versión del 325, no se esperaba esta magnitud de resistencia antes de los 500  km/h (311  mph).

El 27 de febrero de 1990, tras el acoplamiento del tren, la locomotora 325 salió de los talleres de Châtillon por segunda vez, dos  días antes de lo previsto. En esta ocasión, se requirieron 2000  horas de trabajo en los talleres para realizar las modificaciones. La segunda campaña de pruebas, que culminó con el récord mundial de velocidad de 515,3  km/h (320,3  mph), se resume en la cronología de las pruebas de récord.

La segunda campaña, también conocida como operación TGV 140, tuvo lugar entre el 5 de marzo de 1990 y el 18 de mayo de 1990, una vez finalizadas las modificaciones del tren. En el primer recorrido a alta velocidad, un fallo eléctrico destruyó el transformador principal del vagón de potencia trasero y dañó numerosos circuitos de baja tensión. Se determinó que los daños requerían casi un mes de reparaciones, principalmente porque era necesario preparar un nuevo transformador capaz de soportar las altas cargas de potencia. El 325 volvió a las pruebas el 4 de mayo de 1990 y superó el récord del 5 de diciembre en su primer recorrido del día. La marca de 500  km/h (311  mph) se rompió extraoficialmente el 9 de mayo de 1990, con recorridos a 506,5  km/h (315  mph) y 510,6  km/h (317,3  mph). Los cambios de vía en la estación de Vendôme se superaron a 502  km/h (312  mph). La inestabilidad de la dinámica de contacto entre el pantógrafo y la catenaria causó problemas durante los días siguientes, aunque en algunos recorridos se alcanzaron velocidades superiores a 500  km/h. Tras la resolución de este problema, el 18 de mayo de 1990 tuvo lugar el último intento de récord, con dignatarios y periodistas que se unieron al equipo habitual de técnicos a bordo del tren. El tren 325 inició su recorrido a las 9:51 desde Dangeau y aceleró durante 15  minutos, alcanzando una velocidad máxima de 515,3  km/h (320,3  mph) al pie de la colina, en el kilómetro 166,8. Al concluir la campaña de pruebas, el tren había alcanzado velocidades máximas superiores a 500  km/h en nueve ocasiones distintas, incluyendo el récord mundial de velocidad.

La Operación V150 , donde 150 se refiere nuevamente a una velocidad objetivo en metros por segundo , fue una serie de pruebas de alta velocidad realizadas en el LGV Est antes de su inauguración en junio de 2007. Las pruebas fueron realizadas conjuntamente por SNCF , el constructor del TGV Alstom y el propietario del LGV Est Réseau Ferré de France entre el 15 de enero de 2007 y el 15 de abril de 2007. Después de una serie de recorridos a velocidades cada vez más altas, el intento oficial de récord de velocidad tuvo lugar el 3 de abril de 2007. ^{[ 2 ] [ 3 ]} La velocidad máxima de 574,8  km/h (159,7  m/s, 357,2  mph) se alcanzó en el punto kilométrico 193 cerca del pueblo de Le Chemin, entre las estaciones TGV Meuse y Champagne-Ardenne , donde existe el perfil más favorable. Alcanzó la velocidad máxima 12 minutos 40 segundos y 71  km después de salir de Prény desde parado. ^{[ 4 ]}

El  récord de velocidad de 515,3 km/h establecido en 1990 fue batido extraoficialmente varias veces durante la campaña de pruebas que precedió y siguió al intento de récord certificado, la primera vez el 13 de febrero de 2007 con una velocidad de 554,3  km/h, y la última vez el 15 de abril de 2007 con una velocidad de 542,9  km/h.

Las pruebas de récord se realizaron en un  tramo de 140 km de la vía 1 del LGV Est , generalmente en dirección oeste, entre los postes kilométricos 264 (pueblo de Prény ) y 120 (cerca de la estación Champagne-Ardenne TGV). Este tramo del LGV se eligió por su perfil vertical y curvas suaves, con segmentos de bajada favorables que permitieron alcanzar las velocidades más altas entre los postes kilométricos 195 y 191, cerca del límite entre los departamentos de Meuse y Marne . El peralte de la vía se incrementó para soportar velocidades más altas. La tensión de la catenaria se aumentó de 25 kV a 31  kV  . La tensión mecánica en el cable se incrementó de 25 kN a 40  kN  . De este modo, la velocidad de la onda transversal inducida en el cable aéreo por el pantógrafo del tren se incrementó a 610  km/h, lo que proporcionó un margen de seguridad más allá de la velocidad máxima del tren. Se instalaron varias estaciones de medición a lo largo de las vías de prueba para monitorear las tensiones en la vía y el balasto , el ruido, los efectos aerodinámicos y la dinámica de la catenaria. Entre los kilómetros 223 y 167, donde las velocidades superaron los 500  km/h, la vía estuvo bajo estrecha vigilancia.

El tren utilizado para el récord de velocidad, con nombre en clave V150, estaba compuesto por tres vagones Duplex modificados, equipados con dos bogies motorizados similares al prototipo AGV , situados entre dos vagones motrices TGV del tren POS 4402. El tren tenía cuatro ejes motrices más que el tren 325 utilizado en el récord de velocidad de 1990, y una potencia máxima de 19,6 MW (26.800 hp ) en lugar de los 9,3 MW de un TGV POS estándar. Esta composición inusual se utilizó para obtener datos de pruebas de alta velocidad sobre diversos elementos técnicos, incluidos los nuevos motores de tracción asíncronos de los vagones motrices POS, los ligeros motores de tracción síncronos de imanes permanentes de los bogies AGV, el pantógrafo de control activo y la configuración de dos niveles Duplex, que nunca se había utilizado en pruebas de muy alta velocidad.   

Las mejoras aerodinámicas, similares a las del tren récord de 1990, se perfeccionaron en un túnel de viento y proporcionaron una reducción del 15 % en la resistencia aerodinámica con respecto a la configuración estándar. Estas mejoras incluyeron un deflector de aire frontal, carenados en el techo sobre las aberturas del pantógrafo, membranas para cubrir el espacio entre los vagones y un parabrisas empotrado. Se instalaron más de 600 sensores en diversas partes tanto de las locomotoras como de los vagones. El tren circulaba con ruedas más grandes, con un diámetro de 1092  mm en lugar de 920  mm, para limitar la velocidad de rotación del tren motriz . ^{[ 5 ] [ 6 ]}

Entre el 15 de enero de 2007 y el 15 de abril de 2007, el tren V150 viajó a 500  km/h o más durante una distancia acumulada de 728  km. Para cada recorrido a alta velocidad, otro TGV realizaba un barrido de la vía antes de que el tren V150 recibiera autorización para comenzar. Este barrido se realizaba a una velocidad sostenida de 380  km/h, que casualmente era la velocidad máxima alcanzada en el récord de 1981, con el tren TGV POS 4404 en una configuración estándar de 8 vagones. La aceleración del tren V150 se producía en una distancia de 70  km. Durante algunos recorridos, incluido el recorrido del récord oficial, el tren V150 era seguido por un avión Aérospatiale Corvette para proporcionar retransmisión de datos y enlace ascendente de imágenes de televisión en directo .