DIY μαγνητικό τρένο. Τρένα Maglev

Ανίπταμαι διαγωνίως-παρουσίαση:http://zoom.pspu.ru/presentations/145

1. Ραντεβού

τρένο Maglevή maglev(από το αγγλικό magnetic levitation, δηλ. "maglev" - magnetoplane) είναι ένα τρένο σε μαγνητική ανάρτηση, που κινείται και ελέγχεται από μαγνητικές δυνάμεις, σχεδιασμένο να μεταφέρει ανθρώπους (Εικ. 1). Αφορά την τεχνολογία μεταφοράς επιβατών. Σε αντίθεση με τα παραδοσιακά τρένα, δεν αγγίζει την επιφάνεια της σιδηροτροχιάς ενώ τρέχει.

2. Κύρια μέρη (συσκευή) και ο σκοπός τους

Υπάρχουν διαφορετικές τεχνολογικές λύσεις για την ανάπτυξη αυτού του σχεδιασμού (βλ. παράγραφο 6). Εξετάστε την αρχή της λειτουργίας του μαγνητικού μαξιλαριού του τρένου "Transrapid" σε ηλεκτρομαγνήτες ( ηλεκτρομαγνητική ανάρτηση, EMS) (Εικ. 2).

Ηλεκτρονικά ελεγχόμενοι ηλεκτρομαγνήτες (1) είναι προσαρτημένοι στη μεταλλική «φούστα» κάθε αυτοκινήτου. Αλληλεπιδρούν με τους μαγνήτες στην κάτω πλευρά της ειδικής ράγας (2), με αποτέλεσμα το τρένο να αιωρείται πάνω από τη ράγα. Άλλοι μαγνήτες παρέχουν πλευρική ευθυγράμμιση. Μια περιέλιξη (3) τοποθετείται κατά μήκος της τροχιάς, η οποία δημιουργεί ένα μαγνητικό πεδίο που θέτει το τρένο σε κίνηση (γραμμικός κινητήρας).

3. Αρχή λειτουργίας

Η αρχή της λειτουργίας ενός τρένου σε μαγνητική ανάρτηση βασίζεται στα ακόλουθα φυσικά φαινόμενα και νόμους:

φαινόμενο και νόμος της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής από τον M. Faraday

Ο κανόνας του Lenz

Νόμος Biot-Savart-Laplace

Το 1831, ο Άγγλος φυσικός Michael Faraday ανακάλυψε νόμος της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής, Όπου μια αλλαγή στη μαγνητική ροή μέσα σε ένα αγώγιμο κύκλωμα διεγείρει ένα ηλεκτρικό ρεύμα σε αυτό το κύκλωμα ακόμα κι αν δεν υπάρχει πηγή ισχύος στο κύκλωμα. Το ζήτημα της κατεύθυνσης του ρεύματος επαγωγής, που άφησε ανοιχτό ο Faraday, λύθηκε σύντομα από τον Ρώσο φυσικό Emil Khristianovich Lenz.

Θεωρήστε ένα κλειστό κυκλικό κύκλωμα μεταφοράς ρεύματος χωρίς συνδεδεμένη μπαταρία ή άλλη πηγή ενέργειας, στο οποίο εισάγεται ένας μαγνήτης με τον βόρειο πόλο. Αυτό θα αυξήσει τη μαγνητική ροή που διέρχεται από το κύκλωμα και, σύμφωνα με το νόμο του Faraday, θα εμφανιστεί ένα επαγόμενο ρεύμα στο κύκλωμα. Αυτό το ρεύμα, με τη σειρά του, σύμφωνα με το νόμο Biot-Savart, θα δημιουργήσει ένα μαγνητικό πεδίο, οι ιδιότητες του οποίου δεν διαφέρουν από τις ιδιότητες του πεδίου ενός συνηθισμένου μαγνήτη με βόρειο και νότιο πόλο. Ο Lenz μόλις κατάφερε να ανακαλύψει ότι το επαγόμενο ρεύμα θα κατευθυνθεί με τέτοιο τρόπο ώστε ο βόρειος πόλος του μαγνητικού πεδίου που δημιουργείται από το ρεύμα να προσανατολίζεται προς τον βόρειο πόλο του εισαγόμενου μαγνήτη. Δεδομένου ότι υπάρχουν δυνάμεις αμοιβαίας απώθησης μεταξύ των δύο βόρειων πόλων των μαγνητών, το επαγωγικό ρεύμα που προκαλείται στο κύκλωμα θα ρέει προς αυτή την κατεύθυνση, το οποίο θα εξουδετερώσει την εισαγωγή του μαγνήτη στο κύκλωμα. Και αυτή είναι μόνο μια ειδική περίπτωση, και σε μια γενικευμένη διατύπωση, ο κανόνας του Lenz λέει ότι το ρεύμα επαγωγής κατευθύνεται πάντα με τέτοιο τρόπο ώστε να εξουδετερώνει τη βασική αιτία που το προκάλεσε.

Ο κανόνας του Lenz σήμερα χρησιμοποιείται απλώς στο τρένο σε ένα μαγνητικό μαξιλάρι. Κάτω από το κάτω μέρος του αυτοκινήτου ενός τέτοιου τρένου, τοποθετούνται ισχυροί μαγνήτες, που βρίσκονται λίγα εκατοστά από το φύλλο χάλυβα (Εικ. 3). Όταν το τρένο κινείται, η μαγνητική ροή που διέρχεται από το περίγραμμα του καμβά αλλάζει συνεχώς και προκύπτουν ισχυρά επαγωγικά ρεύματα, δημιουργώντας ένα ισχυρό μαγνητικό πεδίο που απωθεί τη μαγνητική ανάρτηση του τρένου (παρόμοια με το πώς δημιουργούνται απωστικές δυνάμεις μεταξύ του κυκλώματος και ο μαγνήτης στο παραπάνω πείραμα). Αυτή η δύναμη είναι τόσο μεγάλη που, έχοντας αποκτήσει κάποια ταχύτητα, το τρένο κυριολεκτικά ξεφεύγει από τον καμβά κατά αρκετά εκατοστά και, στην πραγματικότητα, πετάει στον αέρα.

Η σύνθεση αιωρείται λόγω της απώθησης των ίδιων πόλων των μαγνητών και, αντίθετα, της έλξης διαφορετικών πόλων. Οι δημιουργοί του τρένου "Transrapid" (Εικ. 1) εφάρμοσαν ένα απροσδόκητο σχέδιο μαγνητικής ανάρτησης. Δεν χρησιμοποίησαν την απώθηση των όμοιων πόλων, αλλά την έλξη των αντίθετων πόλων. Το να κρεμάσετε ένα φορτίο πάνω από έναν μαγνήτη δεν είναι δύσκολο (αυτό το σύστημα είναι σταθερό), αλλά κάτω από έναν μαγνήτη είναι σχεδόν αδύνατο. Αλλά αν πάρουμε έναν ελεγχόμενο ηλεκτρομαγνήτη, η κατάσταση αλλάζει. Το σύστημα ελέγχου διατηρεί το κενό μεταξύ των μαγνητών σταθερό σε μερικά χιλιοστά (Εικ. 3). Με την αύξηση του κενού, το σύστημα αυξάνει την ισχύ του ρεύματος στους μαγνήτες του φορέα και έτσι «σηκώνει» το αυτοκίνητο. όταν μειώνεται, μειώνει την ισχύ του ρεύματος και το κενό αυξάνεται. Το σύστημα έχει δύο σημαντικά πλεονεκτήματα. Τα μαγνητικά στοιχεία τροχιάς προστατεύονται από τις καιρικές επιρροές και το πεδίο τους είναι πολύ πιο αδύναμο λόγω του μικρού κενού μεταξύ της γραμμής και του τρένου. απαιτεί πολύ μικρότερα ρεύματα. Κατά συνέπεια, ένα τρένο αυτού του σχεδιασμού αποδεικνύεται πολύ πιο οικονομικό.

Το τρένο προχωρά γραμμικός κινητήρας. Ένας τέτοιος κινητήρας έχει έναν ρότορα και έναν στάτορα τεντωμένα σε λωρίδες (σε έναν συμβατικό ηλεκτροκινητήρα διπλώνονται σε δακτυλίους). Οι περιελίξεις του στάτορα ενεργοποιούνται μία προς μία, δημιουργώντας ένα κινούμενο μαγνητικό πεδίο. Ο στάτορας, τοποθετημένος στην ατμομηχανή, σύρεται σε αυτό το πεδίο και μετακινεί ολόκληρο το τρένο (Εικ. 4, 5). . Το βασικό στοιχείο της τεχνολογίας είναι η αλλαγή των πόλων στους ηλεκτρομαγνήτες με εναλλασσόμενη παροχή και αφαίρεση ρεύματος σε συχνότητα 4000 φορές το δευτερόλεπτο. Το κενό μεταξύ του στάτορα και του ρότορα για να επιτευχθεί αξιόπιστη λειτουργία δεν πρέπει να υπερβαίνει τα πέντε χιλιοστά. Αυτό είναι δύσκολο να επιτευχθεί λόγω της ταλάντευσης των αυτοκινήτων κατά την κίνηση, που είναι χαρακτηριστικό όλων των τύπων μονοραγών, εκτός από δρόμους με πλευρική ανάρτηση, ειδικά στις στροφές. Ως εκ τούτου, απαιτείται μια ιδανική υποδομή τροχιάς.

Η σταθερότητα του συστήματος διασφαλίζεται από την αυτόματη ρύθμιση του ρεύματος στις περιελίξεις μαγνήτισης: οι αισθητήρες μετρούν συνεχώς την απόσταση από το τρένο μέχρι την τροχιά και, κατά συνέπεια, αλλάζει η τάση στους ηλεκτρομαγνήτες (Εικ. 3). Τα εξαιρετικά γρήγορα συστήματα ελέγχου ελέγχουν το κενό μεταξύ του δρόμου και του τρένου.

ένα

Ρύζι. 4. Η αρχή της κίνησης του τρένου σε μαγνητική ανάρτηση (τεχνολογία EMS)

Η μόνη δύναμη πέδησης είναι η αεροδυναμική δύναμη οπισθέλκουσας.

Έτσι, το σχέδιο της κίνησης ενός τρένου σε μια μαγνητική ανάρτηση: τοποθετούνται ηλεκτρομαγνήτες μεταφοράς κάτω από το αυτοκίνητο και πηνία ενός γραμμικού ηλεκτροκινητήρα τοποθετούνται στη ράγα. Όταν αλληλεπιδρούν, εμφανίζεται μια δύναμη που σηκώνει το αυτοκίνητο πάνω από το δρόμο και το τραβά προς τα εμπρός. Η κατεύθυνση του ρεύματος στις περιελίξεις αλλάζει συνεχώς, αλλάζοντας τα μαγνητικά πεδία καθώς κινείται το τρένο.

Οι μαγνήτες μεταφοράς τροφοδοτούνται από ενσωματωμένες μπαταρίες (Εικ. 4), οι οποίες επαναφορτίζονται σε κάθε σταθμό. Το ρεύμα στον γραμμικό ηλεκτροκινητήρα, ο οποίος επιταχύνει το τρένο στις ταχύτητες του αεροπλάνου, παρέχεται μόνο στο τμήμα κατά μήκος του οποίου κινείται το τρένο (Εικ. 6 α). Ένα αρκετά ισχυρό μαγνητικό πεδίο της σύνθεσης θα προκαλέσει ρεύμα στις περιελίξεις της τροχιάς και αυτές, με τη σειρά τους, θα δημιουργήσουν ένα μαγνητικό πεδίο.

Ρύζι. 6. α Η αρχή της κίνησης ενός τρένου σε μαγνητικό μαξιλάρι

Όπου το τρένο επιταχύνει ή ανηφορίζει, η ενέργεια παρέχεται με περισσότερη ισχύ. Εάν πρέπει να επιβραδύνετε ή να οδηγήσετε προς την αντίθετη κατεύθυνση, το μαγνητικό πεδίο αλλάζει το διάνυσμα.

Δείτε τα βίντεο" Νόμος της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής», « Ηλεκτρομαγνητική επαγωγή» « Τα πειράματα του Faraday».

Ρύζι. 6. β Καρέ από τα βιντεοκλίπ «Νόμος της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής», «Ηλεκτρομαγνητική επαγωγή», «Πειράματα του Φαραντέι».

Είναι τα τρένα maglev η μεταφορά του μέλλοντος; Πώς λειτουργεί ένα τρένο Maglev;

Έχουν περάσει περισσότερα από διακόσια χρόνια από τη στιγμή που η ανθρωπότητα εφηύρε τις πρώτες ατμομηχανές. Ωστόσο, μέχρι τώρα, οι σιδηροδρομικές χερσαίες μεταφορές, η μεταφορά επιβατών και βαρέων φορτίων με τη χρήση ηλεκτρικής ενέργειας και καυσίμου ντίζελ, είναι αρκετά συνηθισμένες.

Αξίζει να πούμε ότι όλα αυτά τα χρόνια, μηχανικοί και εφευρέτες εργάζονται ενεργά για τη δημιουργία εναλλακτικών τρόπων μετακίνησης. Το αποτέλεσμα της δουλειάς τους ήταν τρένα σε μαγνητικά μαξιλάρια.

Ιστορία εμφάνισης

Η ίδια η ιδέα της δημιουργίας τρένων σε μαγνητικά μαξιλάρια αναπτύχθηκε ενεργά στις αρχές του εικοστού αιώνα. Ωστόσο, δεν ήταν δυνατό να πραγματοποιηθεί αυτό το έργο εκείνη την εποχή για διάφορους λόγους. Η παραγωγή ενός τέτοιου τρένου ξεκίνησε μόλις το 1969. Τότε ήταν που τοποθετήθηκε μια μαγνητική τροχιά στο έδαφος της Ομοσπονδιακής Δημοκρατίας της Γερμανίας, κατά μήκος της οποίας επρόκειτο να περάσει ένα νέο όχημα, το οποίο αργότερα ονομάστηκε τρένο maglev. Κυκλοφόρησε το 1971. Το πρώτο τρένο Maglev, το οποίο ονομαζόταν "Transrapid-02", πέρασε κατά μήκος της μαγνητικής τροχιάς.

Ένα ενδιαφέρον γεγονός είναι ότι Γερμανοί μηχανικοί έφτιαξαν ένα εναλλακτικό όχημα με βάση τα αρχεία που άφησε ο επιστήμονας Hermann Kemper, ο οποίος έλαβε δίπλωμα ευρεσιτεχνίας το 1934, επιβεβαιώνοντας την εφεύρεση του μαγνητικού επιπέδου.

Το "Transrapid-02" δύσκολα μπορεί να ονομαστεί πολύ γρήγορο. Μπορούσε να κινηθεί με μέγιστη ταχύτητα 90 χιλιομέτρων την ώρα. Η χωρητικότητά του ήταν επίσης χαμηλή - μόνο τέσσερα άτομα.

Το 1979, δημιουργήθηκε ένα πιο προηγμένο μοντέλο maglev. Αυτό το τρένο, που ονομάζεται «Transrapid-05», μπορούσε ήδη να μεταφέρει εξήντα οκτώ επιβάτες. Κινήθηκε κατά μήκος της γραμμής που βρίσκεται στην πόλη του Αμβούργου, το μήκος της οποίας ήταν 908 μέτρα. Η μέγιστη ταχύτητα που ανέπτυξε αυτό το τρένο ήταν ίση με εβδομήντα πέντε χιλιόμετρα την ώρα.

Το ίδιο 1979, ένα άλλο μοντέλο maglev κυκλοφόρησε στην Ιαπωνία. Την έλεγαν "ML-500". Το ιαπωνικό τρένο πάνω σε ένα μαγνητικό μαξιλάρι ανέπτυξε ταχύτητα έως και πεντακόσια δεκαεπτά χιλιόμετρα την ώρα.

Ανταγωνισμός

Η ταχύτητα που μπορούν να αναπτύξουν τα τρένα σε μαγνητικά μαξιλάρια μπορεί να συγκριθεί με την ταχύτητα των αεροπλάνων. Από αυτή την άποψη, αυτό το είδος μεταφοράς μπορεί να γίνει σοβαρός ανταγωνιστής εκείνων των αεροπορικών δρομολογίων που λειτουργούν σε απόσταση έως και χιλίων χιλιομέτρων. Η ευρεία χρήση των maglev εμποδίζεται από το γεγονός ότι δεν μπορούν να κινηθούν σε παραδοσιακές σιδηροδρομικές επιφάνειες. Τα τρένα σε μαγνητικά μαξιλάρια πρέπει να κατασκευάσουν ειδικούς αυτοκινητόδρομους. Και αυτό απαιτεί μεγάλη επένδυση κεφαλαίου. Πιστεύεται επίσης ότι το μαγνητικό πεδίο που δημιουργείται για τα maglev μπορεί να επηρεάσει αρνητικά το ανθρώπινο σώμα, γεγονός που θα επηρεάσει αρνητικά την υγεία του οδηγού και των κατοίκων των περιοχών που βρίσκονται κοντά σε μια τέτοια διαδρομή.

Αρχή λειτουργίας

Τα τρένα σε μαγνητικά μαξιλάρια είναι ένα ιδιαίτερο είδος μεταφοράς. Κατά τη διάρκεια της κίνησης, το maglev φαίνεται να αιωρείται πάνω από τις γραμμές του σιδηροδρόμου χωρίς να το αγγίζει. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι το όχημα ελέγχεται από τη δύναμη ενός τεχνητά δημιουργημένου μαγνητικού πεδίου. Κατά την κίνηση του maglev, δεν υπάρχει τριβή. Η δύναμη πέδησης είναι αεροδυναμική οπισθέλκουσα.

Πώς λειτουργεί; Καθένας από εμάς γνωρίζει για τις βασικές ιδιότητες των μαγνητών από τα μαθήματα φυσικής της έκτης τάξης. Εάν δύο μαγνήτες έρθουν μαζί με τους βόρειους πόλους τους, θα απωθούν ο ένας τον άλλον. Δημιουργείται ένα λεγόμενο μαγνητικό μαξιλάρι. Όταν συνδέετε διαφορετικούς πόλους, οι μαγνήτες θα έλκονται μεταξύ τους. Αυτή η μάλλον απλή αρχή βασίζεται στην κίνηση ενός τρένου maglev, το οποίο κυριολεκτικά γλιστρά στον αέρα σε ασήμαντη απόσταση από τις ράγες.

Επί του παρόντος, έχουν ήδη αναπτυχθεί δύο τεχνολογίες, με τη βοήθεια των οποίων ενεργοποιείται ένα μαγνητικό μαξιλάρι ή ανάρτηση. Το τρίτο είναι πειραματικό και υπάρχει μόνο στα χαρτιά.

Ηλεκτρομαγνητική ανάρτηση

Αυτή η τεχνολογία ονομάζεται EMS. Βασίζεται στην ισχύ του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου, το οποίο αλλάζει με την πάροδο του χρόνου. Προκαλεί αιώρηση (άνοδος στον αέρα) του maglev. Για την κίνηση της αμαξοστοιχίας σε αυτή την περίπτωση απαιτούνται ράγες σε σχήμα Τ, οι οποίες είναι κατασκευασμένες από αγωγό (συνήθως μέταλλο). Με αυτόν τον τρόπο, η λειτουργία του συστήματος είναι παρόμοια με έναν συμβατικό σιδηρόδρομο. Ωστόσο, στο τρένο, αντί για ζεύγη τροχών, τοποθετούνται μαγνήτες στήριξης και οδηγοί. Τοποθετούνται παράλληλα με τους σιδηρομαγνητικούς στάτορες που βρίσκονται κατά μήκος της άκρης του ιστού σχήματος Τ.

Το κύριο μειονέκτημα της τεχνολογίας EMS είναι η ανάγκη ελέγχου της απόστασης μεταξύ του στάτορα και των μαγνητών. Και αυτό παρά το γεγονός ότι εξαρτάται από πολλούς παράγοντες, συμπεριλαμβανομένης της ασταθούς φύσης της ηλεκτρομαγνητικής αλληλεπίδρασης. Για να αποφευχθεί η ξαφνική διακοπή του τρένου, τοποθετούνται ειδικές μπαταρίες σε αυτό. Είναι σε θέση να επαναφορτίσουν τις γραμμικές γεννήτριες που είναι ενσωματωμένες στους μαγνήτες αναφοράς και έτσι να διατηρήσουν τη διαδικασία αιώρησης για μεγάλο χρονικό διάστημα.

Η πέδηση των αμαξοστοιχιών με βάση την τεχνολογία EMS πραγματοποιείται από σύγχρονο γραμμικό κινητήρα χαμηλής επιτάχυνσης. Αντιπροσωπεύεται από μαγνήτες στήριξης, καθώς και από το οδόστρωμα, πάνω από το οποίο αιωρείται το maglev. Η ταχύτητα και η ώθηση της σύνθεσης μπορούν να ελεγχθούν αλλάζοντας τη συχνότητα και την ισχύ του παραγόμενου εναλλασσόμενου ρεύματος. Για να επιβραδύνετε, αρκεί να αλλάξετε την κατεύθυνση των μαγνητικών κυμάτων.

Ηλεκτροδυναμική ανάρτηση

Υπάρχει μια τεχνολογία στην οποία η κίνηση του maglev συμβαίνει όταν δύο πεδία αλληλεπιδρούν. Ένα από αυτά δημιουργείται στον καμβά του αυτοκινητόδρομου και το δεύτερο δημιουργείται στο τρένο. Αυτή η τεχνολογία ονομάζεται EDS. Στη βάση του, κατασκευάστηκε ένα ιαπωνικό τρένο σε ένα μαγνητικό μαξιλάρι JR-Maglev.

Ένα τέτοιο σύστημα έχει κάποιες διαφορές από το EMS, το οποίο χρησιμοποιεί συνηθισμένους μαγνήτες, στους οποίους τροφοδοτείται ηλεκτρικό ρεύμα από τα πηνία μόνο όταν εφαρμόζεται ισχύς.

Η τεχνολογία EDS συνεπάγεται συνεχή παροχή ηλεκτρικής ενέργειας. Αυτό συμβαίνει ακόμα και αν η παροχή ρεύματος είναι απενεργοποιημένη. Στα πηνία ενός τέτοιου συστήματος εγκαθίσταται κρυογονική ψύξη, η οποία εξοικονομεί σημαντικά ποσά ηλεκτρικής ενέργειας.

Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα της τεχνολογίας EDS

Η θετική πλευρά ενός συστήματος που λειτουργεί σε ηλεκτροδυναμική ανάρτηση είναι η σταθερότητά του. Ακόμη και μια ελαφρά μείωση ή αύξηση της απόστασης μεταξύ των μαγνητών και του καμβά ρυθμίζεται από τις δυνάμεις της απώθησης και της έλξης. Αυτό επιτρέπει στο σύστημα να βρίσκεται σε αμετάβλητη κατάσταση. Με αυτήν την τεχνολογία, δεν υπάρχει ανάγκη εγκατάστασης ηλεκτρονικών ελέγχου. Δεν χρειάζονται ούτε συσκευές για τη ρύθμιση της απόστασης μεταξύ του καμβά και των μαγνητών.

Η τεχνολογία EDS έχει ορισμένα μειονεκτήματα. Έτσι, η δύναμη που είναι επαρκής για να ανυψωθεί η σύνθεση μπορεί να προκύψει μόνο σε υψηλή ταχύτητα. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο τα maglev είναι εξοπλισμένα με τροχούς. Παρέχουν την κίνησή τους με ταχύτητες έως και εκατό χιλιόμετρα την ώρα. Ένα άλλο μειονέκτημα αυτής της τεχνολογίας είναι η δύναμη τριβής που εμφανίζεται στο πίσω και στο μπροστινό μέρος των απωστικών μαγνητών σε χαμηλή ταχύτητα.

Λόγω του ισχυρού μαγνητικού πεδίου στο τμήμα που προορίζεται για επιβάτες, είναι απαραίτητη η εγκατάσταση ειδικής προστασίας. Διαφορετικά, άτομο με βηματοδότη δεν επιτρέπεται να ταξιδέψει. Απαιτείται επίσης προστασία για μαγνητικά μέσα αποθήκευσης (πιστωτικές κάρτες και HDD).

Τεχνολογία υπό ανάπτυξη

Το τρίτο σύστημα, το οποίο προς το παρόν υπάρχει μόνο στα χαρτιά, είναι η χρήση μόνιμων μαγνητών στην έκδοση EDS, οι οποίοι δεν απαιτούν παροχή ενέργειας για να ενεργοποιηθούν. Μέχρι πρόσφατα, πίστευαν ότι αυτό ήταν αδύνατο. Οι ερευνητές πίστευαν ότι οι μόνιμοι μαγνήτες δεν είχαν τέτοια δύναμη που θα μπορούσε να προκαλέσει την αιώρηση του τρένου. Ωστόσο, αυτό το πρόβλημα αποφεύχθηκε. Για την επίλυσή του, οι μαγνήτες τοποθετήθηκαν στη διάταξη Halbach. Μια τέτοια διάταξη οδηγεί στη δημιουργία ενός μαγνητικού πεδίου όχι κάτω από τη συστοιχία, αλλά πάνω από αυτήν. Αυτό βοηθά στη διατήρηση της αιώρησης της σύνθεσης ακόμη και με ταχύτητα περίπου πέντε χιλιομέτρων την ώρα.

Αυτό το έργο δεν έχει ακόμη υλοποιηθεί στην πράξη. Αυτό οφείλεται στο υψηλό κόστος των συστοιχιών από μόνιμους μαγνήτες.

Πλεονεκτήματα των maglevs

Η πιο ελκυστική πλευρά των τρένων maglev είναι η προοπτική επίτευξης υψηλών ταχυτήτων που θα επιτρέψουν στα maglev να ανταγωνιστούν ακόμη και με αεριωθούμενα αεροσκάφη στο μέλλον. Αυτό το είδος μεταφοράς είναι αρκετά οικονομικό όσον αφορά την κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας. Το κόστος λειτουργίας του είναι επίσης χαμηλό. Αυτό γίνεται δυνατό λόγω της απουσίας τριβής. Ο χαμηλός θόρυβος των maglevs είναι επίσης ευχάριστος, ο οποίος θα επηρεάσει θετικά την περιβαλλοντική κατάσταση.

μειονεκτήματα

Η αρνητική πλευρά των maglev είναι η πολύ μεγάλη ποσότητα που απαιτείται για τη δημιουργία τους. Υψηλά είναι και τα έξοδα για τη συντήρηση της πίστας. Επιπλέον, ο εξεταζόμενος τρόπος μεταφοράς απαιτεί ένα πολύπλοκο σύστημα τροχιών και εξαιρετικά ακριβών οργάνων που ελέγχουν την απόσταση μεταξύ της τροχιάς και των μαγνητών.

Υλοποίηση έργου στο Βερολίνο

Ιστορία εμφάνισης

Η ίδια η ιδέα της δημιουργίας τρένων σε μαγνητικά μαξιλάρια αναπτύχθηκε ενεργά στις αρχές του εικοστού αιώνα. Ωστόσο, δεν ήταν δυνατό να πραγματοποιηθεί αυτό το έργο εκείνη την εποχή για διάφορους λόγους. Η παραγωγή ενός τέτοιου τρένου ξεκίνησε μόλις το 1969. Τότε ήταν που τοποθετήθηκε μια μαγνητική τροχιά στο έδαφος της Ομοσπονδιακής Δημοκρατίας της Γερμανίας, κατά μήκος της οποίας επρόκειτο να περάσει ένα νέο όχημα, το οποίο αργότερα ονομάστηκε τρένο maglev. Εκτοξεύτηκε το 1971. Το πρώτο τρένο Maglev, το οποίο ονομαζόταν Transrapid-02, πέρασε κατά μήκος της μαγνητικής τροχιάς.

Ανταγωνισμός

Η ταχύτητα που μπορούν να αναπτύξουν τα τρένα σε μαγνητικά μαξιλάρια μπορεί να συγκριθεί με την ταχύτητα των αεροπλάνων. Από αυτή την άποψη, αυτό το είδος μεταφοράς μπορεί να γίνει σοβαρός ανταγωνιστής εκείνων των αεροπορικών δρομολογίων που λειτουργούν σε απόσταση έως και χιλίων χιλιομέτρων. Η ευρεία χρήση των maglev εμποδίζεται από το γεγονός ότι δεν μπορούν να κινηθούν σε παραδοσιακές σιδηροδρομικές επιφάνειες. Τα τρένα σε μαγνητικά μαξιλάρια πρέπει να κατασκευάσουν ειδικούς αυτοκινητόδρομους. Και αυτό απαιτεί μεγάλη επένδυση κεφαλαίου. Πιστεύεται επίσης ότι το μαγνητικό πεδίο που δημιουργείται για τα maglev μπορεί να επηρεάσει αρνητικά το ανθρώπινο σώμα, γεγονός που θα επηρεάσει αρνητικά την υγεία του οδηγού και των κατοίκων των περιοχών που βρίσκονται κοντά σε μια τέτοια διαδρομή.

Αρχή λειτουργίας

Ηλεκτρομαγνητική ανάρτηση

Ηλεκτροδυναμική ανάρτηση

Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα της τεχνολογίας EDS

Τεχνολογία υπό ανάπτυξη

Πλεονεκτήματα των maglevs

μειονεκτήματα

Υλοποίηση έργου στο Βερολίνο

Στην πρωτεύουσα της Γερμανίας το 1980 έγιναν τα εγκαίνια του πρώτου συστήματος τύπου maglev που ονομάζεται M-Bahn. Το μήκος του καμβά ήταν 1,6 χλμ. Ένα τρένο Maglev περνούσε ανάμεσα σε τρεις σταθμούς του μετρό τα Σαββατοκύριακα. Το ταξίδι για τους επιβάτες ήταν δωρεάν. Μετά την πτώση του Τείχους του Βερολίνου, ο πληθυσμός της πόλης σχεδόν διπλασιάστηκε. Απαιτούσε τη δημιουργία δικτύων μεταφορών με δυνατότητα παροχής υψηλής επιβατικής κίνησης. Γι' αυτό το 1991 διαλύθηκε ο μαγνητικός καμβάς και στη θέση του ξεκίνησε η κατασκευή του μετρό.

Μπέρμιγχαμ

Σε αυτή τη γερμανική πόλη, ένα maglev χαμηλής ταχύτητας συνδέθηκε από το 1984 έως το 1995. αεροδρόμιο και σιδηροδρομικός σταθμός. Το μήκος της μαγνητικής διαδρομής ήταν μόλις 600 μέτρα.

Ο δρόμος λειτούργησε για δέκα χρόνια και έκλεισε λόγω πολυάριθμων καταγγελιών επιβατών για την υπάρχουσα ταλαιπωρία. Στη συνέχεια, οι μονοσιδηροδρομικές μεταφορές αντικατέστησαν το maglev σε αυτό το τμήμα.

Σαγκάη

Ο πρώτος μαγνητικός δρόμος στο Βερολίνο κατασκευάστηκε από τη γερμανική εταιρεία Transrapid. Η αποτυχία του έργου δεν πτόησε τους προγραμματιστές. Συνέχισαν την έρευνά τους και έλαβαν εντολή από την κινεζική κυβέρνηση, η οποία αποφάσισε να κατασκευάσει μια πίστα maglev στη χώρα. Η Σαγκάη και το αεροδρόμιο Pudong συνδέθηκαν με αυτή τη διαδρομή υψηλής ταχύτητας (έως 450 km/h).

Ο δρόμος μήκους 30 km άνοιξε το 2002. Τα μελλοντικά σχέδια περιλαμβάνουν την επέκτασή του στα 175 km.

Ιαπωνία

Στη χώρα αυτή το 2005 πραγματοποιήθηκε η έκθεση Expo-2005. Με το άνοιγμα του τέθηκε σε λειτουργία μαγνητική τροχιά μήκους 9 χλμ. Υπάρχουν εννέα σταθμοί στη γραμμή. Το Maglev εξυπηρετεί την περιοχή δίπλα στον εκθεσιακό χώρο.

Τα Maglev θεωρούνται η μεταφορά του μέλλοντος. Ήδη το 2025, σχεδιάζεται να ανοίξει ένας νέος αυτοκινητόδρομος σε μια χώρα όπως η Ιαπωνία. Το τρένο Maglev θα μεταφέρει επιβάτες από το Τόκιο σε μια από τις συνοικίες του κεντρικού τμήματος του νησιού. Η ταχύτητά του θα είναι 500 km/h. Για την υλοποίηση του έργου θα χρειαστούν περίπου σαράντα πέντε δισεκατομμύρια δολάρια.

Av. Lyudmila Frolova 19 Ιανουαρίου 2015 http://fb.ru/article/165360/po...

Το ιαπωνικό τρένο Magnetoplane έσπασε ξανά ρεκόρ ταχύτητας

Το τρένο θα διανύσει μια απόσταση 280 χιλιομέτρων σε μόλις 40 λεπτά

Ένα ιαπωνικό τρένο maglev έσπασε το δικό του ρεκόρ ταχύτητας χτυπώντας τα 603 km/h σε μια δοκιμή κοντά στη Fujiyama.

Το προηγούμενο ρεκόρ - 590 km / h - σημείωσε ο ίδιος την περασμένη εβδομάδα.

Η JR Central, στην οποία ανήκουν αυτά τα τρένα, σκοπεύει να τα δρομολογήσει στη γραμμή Τόκιο-Ναγκόγια έως το 2027.

Το τρένο θα διανύσει μια απόσταση 280 χιλιομέτρων σε μόλις 40 λεπτά.

Παράλληλα, σύμφωνα με τη διοίκηση της εταιρείας, δεν θα μεταφέρουν επιβάτες με τη μέγιστη ταχύτητα: θα επιταχύνει «μόνο» στα 505 χλμ./ώρα. Αλλά ακόμη και αυτή είναι αισθητά υψηλότερη από την ταχύτητα του ταχύτερου τρένου Shinkansen της Ιαπωνίας μέχρι σήμερα, καλύπτοντας μια απόσταση 320 km σε μια ώρα.

Στους επιβάτες δεν θα εμφανίζονται ρεκόρ ταχύτητας, αλλά περισσότερα από 500 km/h θα είναι αρκετά για αυτούς

Το κόστος κατασκευής του δρόμου ταχείας κυκλοφορίας προς τη Ναγκόγια θα είναι σχεδόν 100 δισεκατομμύρια δολάρια, λόγω του γεγονότος ότι περισσότερο από το 80% της διαδρομής θα διατρέχει σήραγγες.

Τα τρένα Maglev αναμένεται να καλύψουν την απόσταση από το Τόκιο στην Οσάκα σε μόλις μία ώρα έως το 2045, μειώνοντας το χρόνο ταξιδιού στο μισό.

Περίπου 200 ενθουσιώδεις συγκεντρώθηκαν για να παρακολουθήσουν τις δοκιμές του τρένου bullet.

«Με πιάνει η χήνα, θέλω πραγματικά να οδηγήσω αυτό το τρένο το συντομότερο δυνατό», είπε ένας θεατής στο NHK. «Είναι σαν να έχει ανοίξει μια νέα σελίδα στην ιστορία για μένα».

«Όσο πιο γρήγορα κινείται το τρένο, τόσο πιο σταθερό είναι, επομένως η ποιότητα κύλισης έχει βελτιωθεί κατά τη γνώμη μου», δήλωσε ο Yasukazu Endo, επικεφαλής της έρευνας στο JR Central.

Νέα τρένα θα δρομολογηθούν στη γραμμή Τόκιο-Ναγκόγια έως το 2027

Η Ιαπωνία είχε από καιρό ένα δίκτυο δρόμων υψηλής ταχύτητας σε σιδηροτροχιές από χάλυβα που ονομάζονταν Shinkansen. Ωστόσο, επενδύοντας σε νέα τεχνολογία τρένων maglev, οι Ιάπωνες ελπίζουν να μπορέσουν να το εξάγουν στο εξωτερικό.

Κατά την επίσκεψή του στις ΗΠΑ, ο Ιάπωνας πρωθυπουργός Σίνζο Άμπε αναμένεται να προσφέρει βοήθεια στην κατασκευή ενός αυτοκινητόδρομου υψηλής ταχύτητας μεταξύ Νέας Υόρκης και Ουάσινγκτον.

Για άλλες αναρτήσεις στις σειρές "Perspective High-Speed Transport" και "Perspective Local Transport", δείτε:

Υπερηχητικό «τρένο» κενού - Hyperloop. Από τη σειρά "Προοπτική μεταφορά υψηλής ταχύτητας."

Σειρά "Προοπτική τοπική μεταφορά". Νέο ηλεκτρικό τρένο EP2D

Μπόνους βίντεο

Το Maglev ή Maglev (από το αγγλικό magnetic levitation) είναι ένα τρένο σε μαγνητική ανάρτηση, που κινείται και ελέγχεται από μαγνητικές δυνάμεις. Ένα τέτοιο τρένο, σε αντίθεση με τα παραδοσιακά τρένα, δεν αγγίζει την επιφάνεια της σιδηροτροχιάς κατά τη διάρκεια της κίνησης. Δεδομένου ότι υπάρχει ένα κενό μεταξύ του τρένου και της επιφάνειας κίνησης, η τριβή εξαλείφεται και η μόνη δύναμη πέδησης είναι η δύναμη έλξης.

Η ταχύτητα που επιτυγχάνεται από ένα maglev είναι συγκρίσιμη με την ταχύτητα ενός αεροσκάφους και καθιστά δυνατό τον ανταγωνισμό με τις αεροπορικές επικοινωνίες σε μικρές (για την αεροπορία) αποστάσεις (έως 1000 km). Αν και η ίδια η ιδέα μιας τέτοιας μεταφοράς δεν είναι νέα, οι οικονομικοί και τεχνικοί περιορισμοί δεν της επέτρεψαν να αναπτυχθεί πλήρως: η τεχνολογία εφαρμόστηκε για δημόσια χρήση μόνο λίγες φορές. Επί του παρόντος, η Maglev δεν μπορεί να χρησιμοποιήσει την υπάρχουσα υποδομή μεταφορών, αν και υπάρχουν έργα με την τοποθέτηση μαγνητικών οδικών στοιχείων μεταξύ των σιδηροτροχιών ενός συμβατικού σιδηροδρόμου ή κάτω από το οδόστρωμα.

Αυτή τη στιγμή, υπάρχουν 3 κύριες τεχνολογίες για τη μαγνητική ανάρτηση των τρένων:

1. Σε υπεραγώγιμους μαγνήτες (ηλεκτροδυναμική ανάρτηση, EDS).

Ο «σιδηρόδρομος του μέλλοντος» που δημιουργήθηκε στη Γερμανία έχει προκαλέσει διαμαρτυρίες από τους κατοίκους της Σαγκάης στο παρελθόν. Όμως αυτή τη φορά οι αρχές, φοβισμένες από τις διαδηλώσεις που απειλούσαν να μετατραπούν σε μεγάλες αναταραχές, υποσχέθηκαν να αντιμετωπίσουν τα τρένα. Για να σταματήσουν έγκαιρα οι διαδηλώσεις, οι αξιωματούχοι ανάρτησαν ακόμη και βιντεοκάμερες σε μέρη όπου γίνονται συχνότερα μαζικές διαδηλώσεις. Το κινεζικό πλήθος είναι πολύ οργανωμένο και κινητικό, μπορεί να συγκεντρωθεί μέσα σε λίγα δευτερόλεπτα και να μετατραπεί σε διαδήλωση με συνθήματα.

Είναι η μεγαλύτερη δημόσια διαδήλωση στη Σαγκάη από τις αντι-ιαπωνικές πορείες το 2005. Αυτή δεν είναι η πρώτη διαμαρτυρία που προκαλείται από τις κινεζικές ανησυχίες για την επιδείνωση του περιβάλλοντος. Το περασμένο καλοκαίρι, πλήθη χιλιάδων διαδηλωτών ανάγκασαν την κυβέρνηση να αναβάλει την κατασκευή ενός συγκροτήματος χημικών.

Τα τρένα Maglev είναι η ταχύτερη μορφή δημόσιας συγκοινωνίας επιφανείας. Και παρόλο που έχουν τεθεί σε λειτουργία μόνο τρεις μικρές γραμμές μέχρι στιγμής, έρευνες και δοκιμές πρωτοτύπων μαγνητικών τρένων πραγματοποιούνται σε διάφορες χώρες. Πώς έχει αναπτυχθεί η τεχνολογία μαγνητικής αιώρησης και τι την περιμένει στο εγγύς μέλλον, θα μάθετε από αυτό το άρθρο.

Οι πρώτες σελίδες της ιστορίας του maglev ήταν γεμάτες με σειρές διπλωμάτων ευρεσιτεχνίας που ελήφθησαν στις αρχές του 20ου αιώνα σε διάφορες χώρες. Ήδη από το 1902, ο Γερμανός εφευρέτης Alfred Seiden έλαβε δίπλωμα ευρεσιτεχνίας για το σχεδιασμό ενός τρένου εξοπλισμένου με γραμμικό κινητήρα. Και τέσσερα χρόνια αργότερα, ο Franklin Scott Smith ανέπτυξε ένα άλλο πρώιμο πρωτότυπο ενός ηλεκτρομαγνητικά αναρτημένου τρένου. Λίγο αργότερα, την περίοδο από το 1937 έως το 1941, ο Γερμανός μηχανικός Hermann Kemper έλαβε αρκετές ακόμη πατέντες σχετικά με τρένα εξοπλισμένα με γραμμικούς ηλεκτρικούς κινητήρες. Παρεμπιπτόντως, το τροχαίο υλικό του συστήματος μονόδρομων μεταφορών της Μόσχας, που κατασκευάστηκε το 2004, χρησιμοποιεί ασύγχρονους γραμμικούς κινητήρες για κίνηση - αυτός είναι ο πρώτος μονόδρομος στον κόσμο με γραμμικό κινητήρα.

Τρένο του μονοσιδηροδρομικού συστήματος της Μόσχας κοντά στο σταθμό Telecenter

Στα τέλη της δεκαετίας του 1940, οι ερευνητές πέρασαν από τα λόγια στις πράξεις. Ο Βρετανός μηχανικός Eric Lazethwaite, γνωστός σε πολλούς ως ο «Πατέρας του Maglev», κατάφερε να αναπτύξει το πρώτο λειτουργικό πρωτότυπο πλήρους μεγέθους γραμμικού κινητήρα επαγωγής. Αργότερα, στη δεκαετία του 1960, εντάχθηκε στην ανάπτυξη του τρένου υψηλής ταχύτητας Tracked Hovercraft. Δυστυχώς, το 1973 το έργο έκλεισε λόγω έλλειψης κονδυλίων.

Το 1979, εμφανίστηκε το πρώτο πρωτότυπο τρένο maglev στον κόσμο, με άδεια για την παροχή υπηρεσιών μεταφοράς επιβατών, το Transrapid 05. Μια δοκιμαστική πίστα μήκους 908 μέτρων κατασκευάστηκε στο Αμβούργο και παρουσιάστηκε στην έκθεση IVA 79. Το ενδιαφέρον για το έργο ήταν τόσο μεγάλο ότι το Transrapid 05 κατάφερε να λειτουργήσει με επιτυχία για άλλους τρεις μήνες μετά το τέλος της έκθεσης και να μεταφέρει συνολικά περίπου 50 χιλιάδες επιβάτες. Η μέγιστη ταχύτητα αυτού του τρένου ήταν 75 km/h.

Και το πρώτο εμπορικό μαγνητοπλάνο εμφανίστηκε το 1984 στο Μπέρμιγχαμ της Αγγλίας. Μια γραμμή maglev συνέδεε τον τερματικό σταθμό του διεθνούς αεροδρομίου του Μπέρμιγχαμ και έναν κοντινό σιδηροδρομικό σταθμό. Εργάστηκε με επιτυχία από το 1984 έως το 1995. Το μήκος της γραμμής ήταν μόνο 600 μέτρα και το ύψος στο οποίο ανέβηκε το τρένο με γραμμικό ασύγχρονο κινητήρα πάνω από το κρεβάτι ήταν 15 χιλιοστά. Το 2003, στη θέση του κατασκευάστηκε το σύστημα μεταφοράς επιβατών AirRail Link βασισμένο στην τεχνολογία Cable Liner.

Τη δεκαετία του 1980 ξεκίνησε η ανάπτυξη και υλοποίηση έργων για τη δημιουργία τρένων μαγνητικής αιώρησης υψηλής ταχύτητας όχι μόνο στην Αγγλία και τη Γερμανία, αλλά και στην Ιαπωνία, την Κορέα, την Κίνα και τις ΗΠΑ.

Πως δουλεύει

Γνωρίζουμε για τις βασικές ιδιότητες των μαγνητών από τα μαθήματα φυσικής της Στ΄ τάξης. Εάν φέρετε τον βόρειο πόλο ενός μόνιμου μαγνήτη κοντά στον βόρειο πόλο ενός άλλου μαγνήτη, θα απωθήσουν ο ένας τον άλλον. Εάν ένας από τους μαγνήτες αναποδογυριστεί, συνδέοντας διαφορετικούς πόλους, έλκει. Αυτή η απλή αρχή βρίσκεται στα τρένα maglev, τα οποία περνούν στον αέρα πάνω από τη σιδηροτροχιά για μικρή απόσταση.

Η τεχνολογία μαγνητικής ανάρτησης βασίζεται σε τρία κύρια υποσυστήματα: αιώρηση, σταθεροποίηση και επιτάχυνση. Ταυτόχρονα, αυτή τη στιγμή υπάρχουν δύο κύριες τεχνολογίες μαγνητικής ανάρτησης και μία πειραματική, αποδεδειγμένη μόνο στα χαρτιά.

Τα τρένα που βασίζονται στην τεχνολογία Ηλεκτρομαγνητικής Ανάρτησης (EMS) χρησιμοποιούν ένα ηλεκτρομαγνητικό πεδίο για να αιωρούνται, η ισχύς του οποίου ποικίλλει με την πάροδο του χρόνου. Ταυτόχρονα, η πρακτική εφαρμογή αυτού του συστήματος μοιάζει πολύ με τη λειτουργία των συμβατικών σιδηροδρομικών μεταφορών. Εδώ, χρησιμοποιείται ένα κρεβάτι σιδηροτροχιάς σε σχήμα Τ, κατασκευασμένο από αγωγό (κυρίως μέταλλο), αλλά το τρένο χρησιμοποιεί ένα σύστημα ηλεκτρομαγνητών - υποστήριξη και οδηγούς - αντί για τροχούς. Οι μαγνήτες στήριξης και οδηγοί βρίσκονται παράλληλα με τους σιδηρομαγνητικούς στάτορες που βρίσκονται στα άκρα της διαδρομής σχήματος Τ. Το κύριο μειονέκτημα της τεχνολογίας EMS είναι η απόσταση μεταξύ του μαγνήτη αναφοράς και του στάτορα, η οποία είναι 15 χιλιοστά και πρέπει να ελέγχεται και να διορθώνεται από ειδικά αυτοματοποιημένα συστήματα ανάλογα με πολλούς παράγοντες, συμπεριλαμβανομένης της ασταθούς φύσης της ηλεκτρομαγνητικής αλληλεπίδρασης. Παρεμπιπτόντως, το σύστημα αιώρησης λειτουργεί χάρη στις μπαταρίες που είναι εγκατεστημένες στο τρένο, οι οποίες επαναφορτίζονται από γραμμικές γεννήτριες ενσωματωμένες στους μαγνήτες αναφοράς. Έτσι, σε περίπτωση στάσης, το τρένο θα μπορεί να αιωρείται για μεγάλο χρονικό διάστημα με μπαταρίες. Με βάση την τεχνολογία EMS, κατασκευάστηκαν τρένα Transrapid και, ειδικότερα, το maglev της Σαγκάης.

Τα τρένα που βασίζονται στην τεχνολογία EMS οδηγούνται και φρενάρονται από έναν σύγχρονο γραμμικό κινητήρα χαμηλής επιτάχυνσης, που αντιπροσωπεύεται από μαγνήτες στήριξης και έναν καμβά, πάνω από τον οποίο αιωρείται ένα μαγνητικό επίπεδο. Σε γενικές γραμμές, το σύστημα πρόωσης που είναι ενσωματωμένο στον ιστό είναι ένας συμβατικός στάτορας (το ακίνητο τμήμα ενός γραμμικού ηλεκτρικού κινητήρα) που αναπτύσσεται κατά μήκος του πυθμένα του ιστού και οι ηλεκτρομαγνήτες αναφοράς, με τη σειρά τους, λειτουργούν ως οπλισμός του ηλεκτροκινητήρα. Έτσι, αντί να παράγει ροπή, το εναλλασσόμενο ρεύμα στα πηνία δημιουργεί ένα μαγνητικό πεδίο διεγερμένων κυμάτων που κινεί το τρένο χωρίς επαφή. Η αλλαγή της ισχύος και της συχνότητας του εναλλασσόμενου ρεύματος σάς επιτρέπει να προσαρμόσετε την έλξη και την ταχύτητα της σύνθεσης. Ταυτόχρονα, για να επιβραδύνετε, απλά πρέπει να αλλάξετε την κατεύθυνση του μαγνητικού πεδίου.

Στην περίπτωση χρήσης της τεχνολογίας της ηλεκτροδυναμικής ανάρτησης (EDS), η αιώρηση πραγματοποιείται από την αλληλεπίδραση του μαγνητικού πεδίου στον ιστό και του πεδίου που δημιουργείται από υπεραγώγιμους μαγνήτες στο τρένο. Τα ιαπωνικά τρένα JR-Maglev κατασκευάστηκαν με βάση την τεχνολογία EDS. Σε αντίθεση με την τεχνολογία EMS, η οποία χρησιμοποιεί συμβατικούς ηλεκτρομαγνήτες και πηνία για να μεταφέρει ηλεκτρισμό μόνο όταν εφαρμόζεται ρεύμα, οι υπεραγώγιμοι ηλεκτρομαγνήτες μπορούν να μεταφέρουν ηλεκτρισμό ακόμη και μετά την αποσύνδεση της πηγής ρεύματος, όπως σε περίπτωση διακοπής ρεύματος. Η ψύξη των πηνίων στο σύστημα EDS μπορεί να εξοικονομήσει πολύ ενέργεια. Ωστόσο, το κρυογονικό σύστημα ψύξης που χρησιμοποιείται για να διατηρεί τα πηνία πιο δροσερά μπορεί να είναι αρκετά ακριβό.

Το κύριο πλεονέκτημα του συστήματος EDS είναι η υψηλή σταθερότητα - με μια ελαφρά μείωση της απόστασης μεταξύ του ιστού και των μαγνητών, προκύπτει μια απωστική δύναμη, η οποία επαναφέρει τους μαγνήτες στην αρχική τους θέση, ενώ η αύξηση της απόστασης μειώνει την απωστική δύναμη και αυξάνει την ελκυστική δύναμη, η οποία οδηγεί και πάλι σε σταθεροποίηση του συστήματος. Σε αυτήν την περίπτωση, δεν απαιτούνται ηλεκτρονικά στοιχεία για τον έλεγχο και τη διόρθωση της απόστασης μεταξύ αμαξοστοιχίας και τροχιάς.

Είναι αλήθεια ότι δεν θα μπορούσε επίσης χωρίς μειονεκτήματα - μια δύναμη επαρκής για την αιώρηση του τρένου εμφανίζεται μόνο σε υψηλές ταχύτητες. Για το λόγο αυτό, ένα τρένο EDS πρέπει να είναι εξοπλισμένο με τροχούς που μπορούν να κινούνται με χαμηλές ταχύτητες (έως 100 km/h). Αντίστοιχες αλλαγές πρέπει να γίνουν και σε όλο το μήκος της γραμμής, αφού το τρένο μπορεί να σταματήσει οπουδήποτε λόγω τεχνικών δυσλειτουργιών.

Ένα άλλο μειονέκτημα του EDS είναι ότι σε χαμηλές ταχύτητες, δημιουργείται μια δύναμη τριβής στο μπροστινό και πίσω μέρος των απωθητικών μαγνητών στον ιστό, η οποία δρα εναντίον τους. Αυτός είναι ένας από τους λόγους για τους οποίους ο JR-Maglev εγκατέλειψε το πλήρως απωθητικό σύστημα και κοίταξε προς το πλευρικό σύστημα αιώρησης.

Αξίζει επίσης να σημειωθεί ότι τα ισχυρά μαγνητικά πεδία στο τμήμα επιβατών απαιτούν την εγκατάσταση μαγνητικής προστασίας. Χωρίς θωράκιση, το ταξίδι με τέτοιο αυτοκίνητο για επιβάτες με ηλεκτρονικό βηματοδότη ή μαγνητικά μέσα αποθήκευσης (HDD και πιστωτικές κάρτες) αντενδείκνυται.

Το υποσύστημα επιτάχυνσης σε τρένα που βασίζονται στην τεχνολογία EDS λειτουργεί ακριβώς όπως σε τρένα που βασίζονται στην τεχνολογία EMS, με τη διαφορά ότι μετά από μια αλλαγή στην πολικότητα, οι στάτορες εδώ σταματούν για μια στιγμή.

Η τρίτη, πλησιέστερη στην τεχνολογία υλοποίησης, που υπάρχει μόνο σε χαρτί μέχρι στιγμής, είναι η παραλλαγή EDS με μόνιμους μαγνήτες Inductrack, οι οποίοι δεν απαιτούν ενέργεια για να ενεργοποιηθούν. Μέχρι πρόσφατα, οι ερευνητές πίστευαν ότι οι μόνιμοι μαγνήτες δεν είχαν αρκετή δύναμη για να ανυψώσουν ένα τρένο. Ωστόσο, αυτό το πρόβλημα λύθηκε με την τοποθέτηση μαγνητών στη λεγόμενη «συστοιχία Halbach». Ταυτόχρονα, οι μαγνήτες βρίσκονται με τέτοιο τρόπο ώστε το μαγνητικό πεδίο να προκύπτει πάνω από τη συστοιχία και όχι κάτω από αυτήν, και είναι σε θέση να διατηρήσουν την αιώρηση του τρένου σε πολύ χαμηλές ταχύτητες - περίπου 5 km / h. Είναι αλήθεια ότι το κόστος τέτοιων συστοιχιών μόνιμων μαγνητών είναι πολύ υψηλό, επομένως δεν υπάρχει ακόμη ένα εμπορικό έργο αυτού του είδους.

Βιβλίο Ρεκόρ Γκίνες

Αυτή τη στιγμή, η πρώτη γραμμή στη λίστα με τα ταχύτερα τρένα maglev καταλαμβάνεται από την ιαπωνική λύση JR-Maglev MLX01, η οποία στις 2 Δεκεμβρίου 2003 στη δοκιμαστική πίστα στο Yamanashi κατάφερε να φτάσει σε ταχύτητα ρεκόρ 581 km / h. Αξίζει να σημειωθεί ότι το JR-Maglev MLX01 κατέχει αρκετά ακόμη ρεκόρ που σημειώθηκαν την περίοδο από το 1997 έως το 1999 - 531, 550, 552 km/h.

Αν κοιτάξετε τους πλησιέστερους ανταγωνιστές, τότε μεταξύ αυτών αξίζει να σημειωθεί το Shanghai Transrapid SMT maglev, κατασκευασμένο στη Γερμανία, το οποίο κατάφερε να αναπτύξει ταχύτητα 501 km / h κατά τη διάρκεια δοκιμών το 2003 και τον πρόγονό του - Transrapid 07, που ξεπέρασε το ορόσημο 436 km/h το 1988.

Πρακτική εφαρμογή

Το τρένο Linimo maglev, το οποίο τέθηκε σε λειτουργία τον Μάρτιο του 2005, αναπτύχθηκε από την Chubu HSST και εξακολουθεί να χρησιμοποιείται στην Ιαπωνία σήμερα. Εκτείνεται μεταξύ δύο πόλεων του νομού Aichi. Το μήκος του καμβά, πάνω από τον οποίο ανεβαίνει το maglev, είναι περίπου 9 km (9 σταθμοί). Η μέγιστη ταχύτητα του Linimo είναι 100 km/h. Αυτό δεν τον εμπόδισε να μεταφέρει περισσότερους από 10 εκατομμύρια επιβάτες μόνο κατά τους πρώτους τρεις μήνες από την εκτόξευση.

Πιο διάσημο είναι το Shanghai Maglev, που δημιουργήθηκε από τη γερμανική εταιρεία Transrapid και τέθηκε σε λειτουργία την 1η Ιανουαρίου 2004. Αυτή η γραμμή maglev συνδέει το σταθμό Longyang Lu του μετρό της Σαγκάης με το Διεθνές Αεροδρόμιο Pudong. Η συνολική απόσταση είναι 30 km, το τρένο την ξεπερνά σε περίπου 7,5 λεπτά, επιταχύνοντας σε ταχύτητα 431 km/h.

Μια άλλη γραμμή maglev λειτουργεί με επιτυχία στο Daejeon της Νότιας Κορέας. Το UTM-02 έγινε διαθέσιμο στους επιβάτες στις 21 Απριλίου 2008 και χρειάστηκαν 14 χρόνια για να αναπτυχθεί και να κατασκευαστεί. Μια σιδηροδρομική γραμμή Maglev συνδέει το Εθνικό Μουσείο Επιστημών και το Εκθεσιακό Πάρκο, τα οποία απέχουν μόλις 1χλμ.

Μεταξύ των τρένων maglev που πρόκειται να τεθούν σε λειτουργία στο εγγύς μέλλον είναι το Maglev L0 στην Ιαπωνία, το οποίο πρόσφατα ξεκίνησε ξανά τις δοκιμές. Αναμένεται ότι μέχρι το 2027 θα εκτελείται στη γραμμή Τόκιο-Ναγκόγια.

πολύ ακριβό παιχνίδι

Όχι πολύ καιρό πριν, δημοφιλή περιοδικά αποκαλούσαν τα τρένα maglev επαναστατικές μεταφορές και τόσο οι ιδιωτικές εταιρείες όσο και οι αρχές από όλο τον κόσμο ανέφεραν την έναρξη νέων έργων τέτοιων συστημάτων με αξιοζήλευτη κανονικότητα. Ωστόσο, τα περισσότερα από αυτά τα μεγαλεπήβολα έργα έκλεισαν στα αρχικά στάδια και ορισμένες σιδηροδρομικές γραμμές maglev, αν και κατάφεραν να εξυπηρετήσουν το όφελος του πληθυσμού για σύντομο χρονικό διάστημα, αργότερα διαλύθηκαν.

Ο κύριος λόγος για τις αποτυχίες είναι ότι τα τρένα maglev είναι εξαιρετικά ακριβά. Απαιτούν ειδικά κατασκευασμένη υποδομή για αυτούς από την αρχή, η οποία, κατά κανόνα, είναι το πιο ακριβό στοιχείο στον προϋπολογισμό του έργου. Για παράδειγμα, το maglev της Σαγκάης κόστισε στην Κίνα 1,3 δισεκατομμύρια δολάρια ή 43,6 εκατομμύρια δολάρια ανά 1 χιλιόμετρο τροχιάς διπλής όψης (συμπεριλαμβανομένου του κόστους δημιουργίας τρένων και κατασκευής σταθμών). Τα τρένα με μαγνητική αιώρηση μπορούν να ανταγωνιστούν τις αεροπορικές εταιρείες μόνο σε μεγαλύτερες διαδρομές. Αλλά και πάλι, υπάρχουν λίγα μέρη στον κόσμο με την υψηλή επιβατική κίνηση που απαιτείται για να αποδώσει μια γραμμή maglev.

Τι έπεται?

Αυτή τη στιγμή, το μέλλον των τρένων maglev φαίνεται σε μεγαλύτερο βαθμό ασαφές λόγω του απαγορευτικού υψηλού κόστους τέτοιων έργων και της μεγάλης περιόδου απόσβεσης. Ταυτόχρονα, πολλές χώρες συνεχίζουν να επενδύουν μεγάλες επενδύσεις σε έργα σιδηροδρόμων υψηλής ταχύτητας (HSR). Όχι πολύ καιρό πριν, οι δοκιμές υψηλής ταχύτητας του τρένου Maglev L0, maglev ξεκίνησαν ξανά στην Ιαπωνία.

Η ιαπωνική κυβέρνηση ελπίζει επίσης να κάνει τις ΗΠΑ να ενδιαφέρονται για τα δικά της τρένα maglev. Πρόσφατα, το The Northeast Maglev, το οποίο σχεδιάζει να συνδέσει την Ουάσιγκτον και τη Νέα Υόρκη με μια γραμμή maglev, πραγματοποίησε επίσημη επίσκεψη στην Ιαπωνία. Ίσως τα τρένα maglev θα γίνουν πιο κοινά σε χώρες με λιγότερο αποτελεσματικό δίκτυο HSR. Για παράδειγμα, στις ΗΠΑ και το Ηνωμένο Βασίλειο, αλλά το κόστος τους θα παραμείνει υψηλό.

Υπάρχει ένα άλλο σενάριο για την εξέλιξη των γεγονότων. Όπως είναι γνωστό, ένας από τους τρόπους αύξησης της απόδοσης των τρένων maglev είναι η χρήση υπεραγωγών, οι οποίοι, όταν ψύχονται σε θερμοκρασίες κοντά στο απόλυτο μηδέν, χάνουν εντελώς την ηλεκτρική τους αντίσταση. Ωστόσο, είναι πολύ ακριβό να διατηρείς τεράστιους μαγνήτες σε δεξαμενές εξαιρετικά κρύων υγρών, αφού χρειάζονται τεράστια «ψυγεία» για να διατηρηθεί η σωστή θερμοκρασία, γεγονός που αυξάνει ακόμη περισσότερο το κόστος.

Κανείς όμως δεν αποκλείει το ενδεχόμενο στο εγγύς μέλλον τα φωτιστικά της φυσικής να είναι σε θέση να δημιουργήσουν μια φθηνή ουσία που διατηρεί υπεραγώγιμες ιδιότητες ακόμη και σε θερμοκρασία δωματίου. Όταν επιτυγχάνεται υπεραγωγιμότητα σε υψηλές θερμοκρασίες, τα ισχυρά μαγνητικά πεδία ικανά να υποστηρίζουν αυτοκίνητα και τρένα θα γίνουν τόσο προσιτά που ακόμη και τα «ιπτάμενα αυτοκίνητα» θα είναι οικονομικά βιώσιμα. Αναμένουμε λοιπόν νέα από τα εργαστήρια.