Vlaky na magnetické vankúšiky - je transportom budúcnosti? Ako funguje magnetický vankúš vlaku?

Prešlo viac ako dvesto rokov od okamihu, keď ľudstvo vynašiel prvé lokomotívy. Doteraz však železničná pozemná doprava s cestujúcimi a ťažkými nákladmi s pomocou elektriny a motorovej nafty je veľmi bežná.

Stojí za zmienku, že v priebehu týchto rokov inžinieri - vynálezcovia aktívne pracovali na tvorbe alternatívnych metód vysídľovania. Výsledkom ich práce boli vlaky na magnetických vankúšoch.

História vzhľadu

Samotná myšlienka vytvárania vlakov na magnetických vankúšoch sa aktívne rozvíjala na začiatku dvadsiateho storočia. V tomto čase však nebolo možné realizovať tento projekt z mnohých dôvodov. Výroba takéhoto vlaku začala až v roku 1969. Potom sa na území Nemecka začalo ukladať magnetické trate, ktorá mala prejsť novým vozidlom, ktoré sa neskôr nazývalo vlak-maglev. Bol spustený v roku 1971. Prvý magnetický vlak, nazývaný "Transrapid-02", prešiel magnetickou dráhou.

Je zaujímavé, že nemeckí inžinieri vyrobili alternatívne vozidlo na základe tých záznamov, ktoré nechal vedec Hermann Kemper, ktorý v roku 1934 dostal patent, ktorý potvrdil vynález magnetoplanu.

"Transrapid-02" sa sotva dá nazvať veľmi rýchlo. Mohol cestovať maximálnou rýchlosťou 90 kilometrov za hodinu. Nízka bola a jej kapacita - len štyria ľudia.

V roku 1979 vytvorili modernejší model maglev. Tento vlak, nazývaný "Transrapid-05", by mohol mať už šesťdesiat osem cestujúcich. Cestoval po linke v meste Hamburg, ktorého dĺžka bola 908 metrov. Maximálna rýchlosť, ktorú vyvinula tento vlak, sa rovnala sedemdesiatpäť kilometrov za hodinu.

V tom istom roku 1979 bol v Japonsku vydaný ďalší model maglev. Bol nazývaný ML-500. Japonský vlak na magnetickom vankúši vyvinul rýchlosť na päťsto sedemnásť kilometrov za hodinu.

konkurencieschopnosť

Rýchlosť, ktorú môžu vlaky vyvíjať na magnetických vankúšoch, sa dá porovnať s rýchlosťou lietadla. V tomto ohľade sa tento typ dopravy môže stať vážnym konkurentom tých dýchacích ciest, ktoré pôsobia vo vzdialenosti do tisíc kilometrov. Rozsiahle používanie maglevov brzdí skutočnosť, že nemôžu prejsť tradičnými železnicami. Vlaky na magnetických vankúšoch potrebujú vybudovať špeciálne diaľnice. A to si vyžaduje veľké investície kapitálu. Tiež sa verí, že magnetické pole vytvorené pre maglev môže nepriaznivo ovplyvniť ľudské telo, čo nepriaznivo ovplyvní zdravie vodiča a obyvateľov regiónov, ktoré sa nachádzajú v blízkosti takejto cesty.

Princíp činnosti

Vlaky na magnetických vankúšoch sú špeciálnym druhom dopravy. Pri pohybe maglev akoby sa vznášal nad železnicou bez toho, aby sa ho dotkol. Je to spôsobené tým, že vozidlo je riadené silou umelo vytvoreného magnetického poľa. Pri pohybe maglev nie je žiadne trenie. Brzdná sila je v tomto prípade aerodynamický odpor.

Ako to funguje? Vieme o základných vlastnostiach magnetov z každej lekcie fyziky šiestej triedy. Ak sú dva magnety navzájom prepravené severnými pólmi, odpudzujú. Vytvorí sa takzvaný magnetický vankúš. Pri pripájaní rôznych pólov sa navzájom priťahujú magnety. Tento pomerne jednoduchý princíp je základom pohybu maglevového vlaku, ktorý doslova prechádza vzduchom v malej vzdialenosti od koľajníc.

V súčasnosti už boli vyvinuté dve technológie, pomocou ktorých je aktivovaný magnetický vankúš alebo zavesenie. Tretí je experimentálny a existuje len na papieri.

Elektromagnetické zavesenie

Táto technológia sa nazýva EMS. Je založená na sile elektromagnetického poľa, ktorá sa mení v čase. Spôsobuje levitation (zdvíhanie vo vzduchu) maglev. Pre pohyb vlaku v tomto prípade je potrebné mať koľajnice tvaru T, ktoré sú vyrobené z vodiča (zvyčajne z kovu). Táto prevádzka systému je podobná bežnej železnici. Vo vlaku sa namiesto súprav kolies nainštalujú podporné a vodiace magnety. Sú umiestnené rovnobežne s feromagnetickými statormi umiestnenými pozdĺž okraja tkanivového tvaru T.

Hlavnou nevýhodou technológie EMS je potreba riadiť vzdialenosť medzi statorom a magnetmi. A to aj napriek tomu, že závisí od mnohých faktorov vrátane nestabilnej povahy elektromagnetických interakcií. Aby sa zabránilo náhlemu zastaveniu vlaku, sú na ňom inštalované špeciálne batérie. Sú schopní dobiť lineárne generátory zabudované do referenčných magnetov a tak dostatočne dlho na to, aby podporili proces levitácie.

Brzdenie vlakov vytvorených na základe technológie EMS sa vykonáva synchronným nízkorýchlostným lineárnym motorom. Je znázornená podpernými magnetmi, ako aj cestnou plošinou, nad ktorou maglev stúpa. Rýchlosť a prievan zloženia je možné regulovať zmenou frekvencie a sily vytvoreného striedavého prúdu. Na spomalenie priebehu stačí zmeniť smer magnetických vĺn.

Elektrodynamická suspenzia

Existuje technológia, v ktorej sa pohyb maglev vyskytuje, keď sa vzájomne pôsobia dve polia. Jeden z nich je vytvorený na plátne diaľnice a druhý - vo vlaku. Táto technológia sa nazýva EDS. Je založená na japonskom vlaku na magnetickom podložke JR-Maglev.

Tento systém má niektoré rozdiely od EMS, kde sa používajú konvenčné magnety, do ktorých sú cievky napájané elektrickým prúdom iba pri napájaní.

Technológia EDS znamená konštantnú dodávku elektrickej energie. K tomu dochádza aj vtedy, keď je odpojený zdroj napájania. V cievkach takého systému je inštalované kryogénne chladenie, ktoré šetrí značné množstvo elektrickej energie.

Výhody a nevýhody technológie EDS

Pozitívnou stránkou systému, ktorý pracuje na elektrodynamickom zavesení, je jeho stabilita. Dokonca aj mierne zníženie alebo zväčšenie vzdialenosti medzi magnetmi a tkanivom je riadené sílami odpudzovania a priťahovania. To umožňuje, aby systém zostal nezmenený. S touto technológiou nie je potrebné inštalovať elektroniku na monitorovanie. Na nastavenie vzdialenosti medzi tkaninou a magnetmi nie sú potrebné žiadne zariadenia.

Technológia EDS má niektoré nevýhody. Takto sila dostatočná pre levitáciu konvoja môže nastať len pri vysokej rýchlosti. Z tohto dôvodu sú magnély vybavené kolesami. Zabezpečujú ich pohyb rýchlosťou až 100 kilometrov za hodinu. Ďalšou nevýhodou tejto technológie je trecia sila vznikajúca na zadnej a prednej strane odpudzujúcich magnetov pri nízkej rýchlosti.

Vzhľadom na silné magnetické pole v úseku určenom pre cestujúcich je potrebná špeciálna ochrana. V opačnom prípade je zakázané cestovať osobou s elektronickým stimulátorom srdca. Ochrana je potrebná aj pre magnetické médiá (kreditné karty a HDD).

Vyvinuté technológie

Tretí systém, ktorý v súčasnosti existuje iba na papieri, je použitie permanentných magnetov vo verzii EDS, ktoré nie je potrebné aktivovať na aktiváciu. Až donedávna sa predpokladalo, že to nie je možné. Výskumníci verili, že permanentné magnety nemajú takú silu, ktorá by mohla spôsobiť levitáciu vlaku. Tento problém sa však vyhol. Na jeho vyriešenie boli magnety umiestnené do "poľa Halbach". Toto usporiadanie vedie k vytvoreniu magnetického poľa, nie pod masívom, ale nad ním. To pomáha udržiavať levitáciu zostavy aj pri rýchlosti približne päť kilometrov za hodinu.

Projekt ešte neprijal praktickú realizáciu. Je to spôsobené vysokými nákladmi na matice vyrobené z permanentných magnetov.

Výhody muklov

Najatraktívnejším aspektom vlakov s magnetickým pilierom je vyhliadka na dosiahnutie vysokých rýchlostí, čo umožní Maglevům v budúcnosti súťažiť aj s prúdovými lietadlami. Tento druh dopravy je z hľadiska spotrebovanej elektriny pomerne ekonomický. Nízke náklady na jeho prevádzku. To je možné kvôli nedostatku trenia. Potešenie a nízky hluk maglevov, čo bude mať pozitívny vplyv na ekologickú situáciu.

nedostatky

Negatívna stránka Maglevov je príliš veľa peňazí na ich vytvorenie. Vysoké náklady a údržba trate. Navyše pre tento druh dopravy je potrebný komplexný systém ciest a veľmi presných nástrojov, ktoré riadia vzdialenosť medzi látkou a magnetmi.

Realizácia projektu v Berlíne

V nemeckom hlavnom meste v roku 1980 sa konalo otvorenie prvého systému mudlovského typu M-Bahn. Dĺžka plátna bola 1,6 km. Vankúš s magnetickým polstrovaním prechádzal cez víkendy medzi tromi stanicami metra. Cestovanie pre cestujúcich bolo bezplatné. Po páde Berlínskeho múru sa populácia mesta takmer zdvojnásobila. Bolo potrebné vytvoriť dopravné siete, ktoré by mohli zabezpečiť vysokú osobnú dopravu. To je dôvod, prečo bolo v roku 1991 demontované magnetické plátno a na jeho mieste začala výstavba metra.

birmingham

V tomto nemeckom meste bol nízkorýchlostný maglev spojený od roku 1984 do roku 1995. Letisko a železničná stanica. Dĺžka magnetickej dráhy bola len 600 m.

Cesta pracovala desať rokov a bola uzavretá kvôli početným sťažnostiam cestujúcich o existujúcich nepríjemnostiach. Následne prepravu jednokolejky nahradil maglev na tomto mieste.

Shanghai

Prvá magnetická cesta v Berlíne postavila nemecká spoločnosť Transrapid. Zlyhanie projektu nevystrašilo vývojárov. Pokračovali vo svojom štúdiu a dostali príkaz od čínskej vlády, ktorá sa rozhodla vybudovať maglevskú trasu v krajine. Šanghaj a Pudong Airport spojili túto vysokorýchlostnú cestu (až 450 km / h).
V roku 2002 bola otvorená cesta o dĺžke 30 km. V budúcich plánoch - jej rozšírenie na 175 km.

Japonsko

V roku 2005 sa v tejto krajine konala výstava Expo-2005. K jeho otvoreniu bol uvedený do prevádzky 9 km dlhý magnetický okruh. Na linke je deväť staníc. Maglev slúži územiu, ktoré susedí s miestom konania výstavy.

Maglevovia sa považujú za prepravu budúcnosti. Už v roku 2025 sa plánuje otvorenie novej super-vysokorýchlostnej trasy v krajine ako Japonsko. Magnetický vankúš vlaku bude prepravovať cestujúcich z Tokia do jednej z oblastí strednej časti ostrova. Jeho rýchlosť bude 500 km / h. Na realizáciu projektu bude potrebných asi štyridsaťpäť miliárd dolárov.

Ruská federácia

Vytvorenie vysokorýchlostného vlaku je plánované a RZD. Do roku 2030 maglev v Rusku spojí Moskvu a Vladivostok. Trasa na 9300 km cestujúcich prekoná za 20 hodín. Rýchlosť vlaku na magnetickom vankúši bude až päťsto kilometrov za hodinu.