В 1940 году в планах уже значились три экспериментальных проекта: два дуплекса, пассажирский и грузовой, которые, несмотря на необычность конструкции, все же были паровозами в привычном для нас контексте. Третий же стоял особняком от всего ранее построенного.

При всей нашей любви к паровозам, за ними за всеми числятся кое-какие недостатки: тьма дыма, например, многие тонны сожженного угля, постоянная грязь и копоть. Это первое и явное.

Другой главный недостаток, известный механикам, скрывается в способе передачи энергии пара на колеса.

Постоянное в напоре возвратно-поступательное движение поршня, переходя во вращательное, теряет свое постоянство в передаче тяги. За один оборот колеса сила тяги на нем меняется по синусоиде. И это еще отягощено весом всего механизма. Требуется тончайшая балансировка. Но, и она никогда не поможет на все 100%. Так как, компенсация горизонтальных сил в механизме невозможна без роста вертикальных. В итоге паровоз разбивает путь, а его механизм не дает пару стопроцентно «выложится».

Этот же локомотив был лишен такого недостатка.

На нем пар заставили сразу вращать колеса. Это был паротурбовоз.

Идея такого локомотива впервые зародилась и воплотилась в Европе. Наиболее успешным был английский Turbomotive 4-6-2 LMS (London, Midland and Scottish Railway).

Turbomotive 4-6-2 LMS. Примерно 1936 г. Англия.

Похоже, на PRR посчитали, что, для повышения эффективности паровозов, надо отойти от классической или сочлененной конструкции.

Первой попыткой в этом направлении стали дуплексы, которые Pennsy проектировала и использовала. Эффективности в деньгах от них не было, скорее наоборот. Но в скоростях и тяге… Это был самый быстрый тип паровозов.

Второй попыткой существенного повышения механического и экономического КПД стал проект локомотива, использующий паровую турбину прямого действия.

Как и в случае с дуплексами, инициатива принадлежала Baldwin, который вместе с Westinghouse Electric and Manufacturing Company обдумывали такой локомотив еще с 1937 года.

21 апреля 1941 года руководство Pennsy выделило 375000$, и работа над проектом пассажирского паротурбовоза началась.

S2 6-8-6 PRR. У ворот завода. Baldwin. 1944 г. Заводское фото.

Первоначальный вариант локомотива планировался как класс R2 с колесной формулой 4-8-4, которая отлично зарекомендовала себя у «Cеверных».

Проект был еще не закончен, когда Вторая мировая заставила железные дороги позабыть о легких сплавах и сталях, R2 стал непомерно тяжел и перерос в S2 6-8-6. Так появилась еще одна уникальная колесная формула.

Как отправную точку, Westinghouse предложил корабельную турбину собственной разработки. На ее основе было построены обе турбины локомотива. К слову сказать, Westinghouse являлся основным поставщиком турбин для американских военных кораблей и грузового флота, что являлось лучшей рекомендацией.

Работа над проектом шла долго. Три с лишним года. И это несмотря на то, что для минимизации сроков работ в качестве «поставщика пара» разрабатывался стандартный паровозный котел. И это решение впоследствии оказалось одним из «могильщиков» проекта.

Строительство локомотива проходило на заводе Baldwin в Eddystone. Принципиально новый локомотив был передан PRR только 28 ноября 1944 года. Ему был назначен № 6200 и отделение Филадельфия. Здесь прошли первые испытательные рейсы.

В кабине S2. Фото: Baldwin

Теперь об облике и конструкции этого необычного локомотива.

Его внешний вид повторял привычные формы паровоза. Почти все так же, кроме пары вещей: отсутствовали цилиндры и весь, связанный с ними механизм.

Очень странное со стороны зрелище представлял паровоз, который не пыхтел. Вместо до боли привычного «чух-чух», паротурбовоз издавал громкий свист, за что и получил прозвище «Big Swoosh».

Что касается размеров и массы, то они были очень внушительны.

Со стороны машиниста стояла основная турбина, работавшая на движение вперед, со стороны кочегара – турбина меньшего размера для движения назад.

Главная турбина импульсного типа состояла из двух модулей: модуль Curtis и пятидисковый модуль Rateau.

В бюллетене, изданном Baldwin для ознакомления с новым типом локомотива отдельно отмечалось, что масса и размеры «сердца» - турбины, были очень малы, по сравнению с самим паротурбовозом. Масса – менее одного процента от общего веса, а размер – не больше обычного кресла.

Сжатый пар со скоростью около 2000 миль с час «впрыскивался» на лопатки турбины через множество сопел. Более тысячи лопаток турбины передавали энергию пара в трансмиссию.

Реверсная турбина типа Curtis имела мощность 1500 л.с. и позволяла разгоняться только до 22 миль в час. Эта турбина имела сцепление и подключалась к трансмиссии только во время обратного хода.

Турбины были оснащены системами защиты от превышения максимальных оборотов и от «случайного» включения реверсной турбины.

Общая схема турбин и трансмиссии S2 6-8-6

На выходе из турбин пар имел остаточное давление в 15 фунтов.

Крутящий момент обоих турбин через редуктор передавался на две центральные оси ведущих колес. Дышла, как и на паровозе, соединяли все ведущие и сцепные колеса.

Зубчатые колеса на ведущих осях выполняли еще и роль огромных маховиков.

Отсутствие возвратно-поступательного механизма «убило двух зайцев» - позволило свести к минимуму вибрацию, кардинально снизив нагрузку на полотно и поднять максимальную скорость.

При своих небольших, для пассажирского локомотива, 68-ми дюймовых колесах, паротурбовоз легко шел с 1000-тонным экспрессом 115 миль в час. И мог бы и больше.

Ведущие колеса S2 с главной шестерней-маховиком. Фото: Baldwin

Работа турбин требовала огромной производительности котла. Его максимальная мощность в 6900 л.с. немного уступала мощности первого дуплекса. Давление пара было самым высоким среди паровых локомотивов PRR - 310 psi. Для паровозных котлов это было почти предельное давление.

Конечно, топка была типа Belpare, и имела очень большую камеру догорания и длинный коронный лист. Так же котел S2 сразу комплектовался шестиконтурным циркулятором, который помимо своей основной задачи по повышению паропроизводительности, служил элементом усиления свода топки.

К такому котлу полагался одноконтурный нагреватель воды Worthington Е-типа повышенной производительности.

Механическая часть во всех узлах вращения имела роликовые подшипники с автоматической системой смазки. Резервуаром для смазки служил поддон картера трансмиссии, где «купались» в масле шестерни-маховики главной передачи. Отсюда масло посредством двух паровых насосов гналось через фильтры в систему охлаждения, расположенную на фронте дымовой коробки, где отдавало свое тепло в нагреватель питательной воды, после чего расходилось по точкам смазки.

КПД механической части составлял 97%.

Трансмиссия S2 6-8-6. Фото: Baldwin

После S1 6-4-4-6 Pennsy на всех своих экспериментальных и серийных локомотивах использовала тендеры 180 класса. На S2 использовался 180-P-85.

По данным отчетов об испытаниях, паротурбовоз показал себя очень тяговитым и очень быстрым локомотивом с высокой динамикой. Паровая турбина, на самом деле дала серьезный прирост КПД. К сожалению, очень однобоко - только на скоростях выше 40 миль в час.

Здесь паротурбовоз показывал экономичность, недостижимую для паровозов. Тяговое усилие, уходящее в колеса постоянно, а не по синусоиде, по спецификациям составляло 70500 фунтов, но, имевшие с паротурбовозом дело специалисты считали, что реально оно выше, так как при эксплуатации было замечено, что он значительно превосходил в тяге локомотивы равные ему по весу и размеру.

Более того, дизельная сцепка из 5 единиц F7 EMD, общей мощностью 6000 л.с. на таких скоростях проигрывала S2 в тяге, скорости, и что самое главное – в экономичности.

Но, до 40 миль в час надо еще тронуться и разогнаться. И вот тут «вылезли» все ошибки конструкции.

Во-первых, на низкой скорости турбина безудержно «жрала» пар. Стартуя с места под большой нагрузкой и разгоняясь она могла опустошить котел до бесполезных 85 psi. Конструктивно стандартной топке приходилось работать на экстремальных режимах, сжигая массу угля, чтобы быстро поднять давление.

Во-вторых. Склонность к скольжению. Низкая адгезия – 3,69 и характеристика самой турбины способствовали пробуксовке на низких скоростях.

В-третьих. Применение стандартного паровозного котла поставило ограничение на максимальные рабочее давление и температуру пара. Турбина более эффективно работала на более высоких давлении и температуре пара. Так же отсутствовала система конденсации пара, но на тот момент удачных конструкций подобных систем применительно к ЖД-локомотивам не существовало, что в некоторой степени извиняет разработчиков.

В-четвертых. Система выхлопа отработанного пара мало подходила для работы турбины. При «стандартном» выхлопе паровоза, который был импульсным, продукты горения постоянно перемешивались, более полно сгорали и не засоряли трубы котла, из-за постоянной смены тяги в сифоне. Выхлоп турбины был ровным и постоянным, с невысоким остаточным давлением, из-за этого несгоревшие частицы, вытягиваемые из топки создавали «горячие» точки в трубах, приводившие к утечкам пара.

Гораздо позднее, в 1993 году на конференции посвященной разбору «неудач» американских турбовозов 40-50-х годов отмечалось, что данный дефект мог быть исправлен. Но в свое время этого не сделали.

На 6-8-6 не напрасно использовались четыре трубы, ибо дымил он очень сильно. Весь дым стелился по котлу (из-за вышеназванной причины), быстро пачкал локомотив и постоянно мешал машинисту. Некоторые источники указывают, что на высокой скорости S2 «коптился» намного сильнее, чем любой грузовой паровоз на 30-40 милях под полной нагрузкой.

Для борьбы с этим сделали маленькие дефлекторы. Но они были низкими и находились слишком близко к котлу. Эффекта от них было мало.

В декабре 1946 паротурбовоз снова посетил Altoona Works, где на него установили огромные «слоновьи уши», подобные S1b 4-8-4 Niagara NYC или FEF-3 4-8-4 UP. До этого локомотива, на PRR дефлекторы устанавливались только на трех экземплярах K4s и то, только в порядке эксперимента, проходившего с 1939 по 1941 годы. Так что, паротурбовоз был единственным локомотивом Pennsy, имевшим «уши».

Чтобы с максимумом пользы использовать качества S2, было решено перевести его на один из самых скоростных участков системы PRR, И с 26 марта 1945 года 6-8-6 «переехал» в Crestline и, как когда-то S1, встал на обслуживание отделения Fort Wayne на участке Чикаго-Crestline.

Его привычными клиентами стали тяжелые экспрессы Trail Blazer (в восточном направлении) и The Admiral (в западном), почтово-багажные и, иногда, грузовые экспрессы.

Время от времени паротурбовозу доводилось водить и Broadway Limited.

S2 с маленькими дефлекторами тянет Broadway Limited.

Грязь и копоть, присущие паровым локомотивам, имели и другой минус. Из-за них турбина требовала частого и очень дорогостоящего обслуживания, что окончательно подписало проекту «смертный» приговор. №6200 так и остался единственным в мире 6-8-6.

Тем горше для Pennsy было то, что, возлагая много надежд на этот локомотив, она очень широко его разрекламировала сразу после выхода на рельсы.

В брошюре, выпущенной к открытию выставки «Современные угольные локомотивы» в декабре 1944 года, S2 представлен самым первым, как лидер и будущее пассажирского обслуживания и быстрого фрахта.

S2 в конце карьеры. Crestline.

Как и всем экспериментальным локомотивам, S2 тоже довелось покрасоваться перед общественностью. 20 июля 1948 года начала работу объединенная выставка Восточных железных дорог. Среди экспонатов, представленных Pennsy, присутствовал и S2 6-8-6. Это было последнее крупное мероприятие, где участвовало множество паровых локомотивов.

После возвращения с выставки, паротурбовоз трудился до 11 июня 1949 года. В этот день он был снят с эксплуатации и поставлен на хранение в Crestline, где находился до 18 января 1952 года, после чего, вместе с другим «неудачником» - Q1 4-6-4-4 №6130, был списан с реестра и отправлен на переплавку в Conway.

29 мая 1952 года единственный в Америке и самый большой, самый мощный и самый быстрый паротурбовоз с прямым приводом в мире прекратил свое существование.

Конструкция этого локомотива стала последней попыткой «чистого» пара противостоять дизелю. Есть мнение, что у паротурбовоза был большой потенциал для развития и, если бы не появление дизелей, то это было бы обязательно сделано.

Немного цифр: