Trenurile pe perne magnetice - este transportul viitorului? Cum funcționează un tren cu pernă magnetică?

Au trecut mai mult de două sute de ani de la momentul în care omenirea a inventat primele locomotive. Cu toate acestea, până în prezent, transportul feroviar de călători care transportă pasageri și încărcături grele cu ajutorul electricității și motorinei este foarte comun.

Merită menționat faptul că toți acești ani, inginerii inventatori au lucrat activ la crearea unor metode alternative de deplasare. Rezultatul muncii lor era trenurile pe perne magnetice.

Istoria apariției

Ideea de a crea trenuri pe perne magnetice a fost dezvoltată activ la începutul secolului al XX-lea. Cu toate acestea, pentru a pune în aplicare acest proiect la acel moment din mai multe motive și nu a reușit. Pentru a fabrica un astfel de tren a început abia în 1969. A fost apoi teritoriul Republicii Federale Germania, a început să se stabilească pista magnetică pe care ar lua un vehicul nou, care mai târziu a fost numit ca: tren, maglev. A fost lansat în 1971. Primul tren maglev, numit "Transrapid-02", a trecut pe pistă magnetică.

Un fapt interesant este faptul că inginerii germani au produs un vehicul alternativ pe baza acelor înregistrări care au părăsit savantul Hermann Kemper, în 1934 a primit un brevet de invenție care să confirme magnitoplana.

"Transrapid-02" este greu de apelat foarte repede. Putea călători cu o viteză maximă de 90 de kilometri pe oră. Nivelul scăzut a fost și capacitatea sa - doar patru persoane.

În 1979, au creat un model mai avansat al maglevului. Acest tren, numit "Transrapid-05", putea să transporte deja șaizeci și opt pasageri. A călătorit de-a lungul unei linii în orașul Hamburg, a cărui lungime era de 908 de metri. Viteza maximă, care a fost dezvoltată de acest tren, a fost egală cu șaptezeci și cinci de kilometri pe oră.

În același 1979, un alt model al maglevului a fost lansat în Japonia. A fost numit ML-500. Trenul japonez pe o pernă magnetică a dezvoltat o viteză de cinci sute șaptesprezece kilometri pe oră.

competitivitate

Viteza pe care trenurile se pot dezvolta pe perne magnetice poate fi comparată cu viteza aeronavelor. În acest sens, acest tip de transport poate deveni un concurent serios pentru căile aeriene care operează la o distanță de până la mii de kilometri. Utilizarea pe scară largă a maglevilor este împiedicată de faptul că nu pot naviga pe căile ferate tradiționale. Trenurile pe perne magnetice trebuie să construiască autostrăzi speciale. Și asta necesită investiții mari de capital. Se crede, de asemenea, că ceea ce se creează pentru mugole câmp magnetic poate afecta negativ corpul uman, ceea ce va afecta negativ starea de sănătate a șoferului și a locuitorilor regiunilor situate în apropierea unei astfel de căi.

Principiul de funcționare

Trenurile pe perne magnetice sunt un tip special de transport. În timpul mișcării, maglevul se plimba deasupra căii ferate, fără să-l atingă. Acest lucru se datorează faptului că vehiculul este controlat de puterea câmpului magnetic creat artificial. În timpul mișcării maglevului nu există frecare. Forța de frânare în acest caz este tragerea aerodinamică.

Cum funcționează? Știm despre proprietățile de bază ale magneților din fiecare lecție de fizică a clasei a șasea. Dacă doi magneți sunt adusi unii pe alții de polii nordici, atunci ei vor respinge. Se creează o așa numită pernă magnetică. La conectarea poliilor diferiți, magneții vor fi atrase unul de celălalt. Acest principiu destul de simplu stă la baza mișcării trenului maglev, care în mod literal alunecă prin aer la o mică distanță de șine.

În prezent, au fost deja dezvoltate două tehnologii, cu ajutorul cărora este activată o pernă sau o suspensie magnetică. Al treilea este experimental și există doar pe hârtie.

Suspensie electromagnetică

Această tehnologie se numește EMS. Se bazează pe forța câmpului electromagnetic, schimbându-se în timp. Aceasta provoacă levitarea (ridicarea în aer) a maglevului. Pentru mișcarea trenului în acest caz, este necesar să avem șine T, care sunt realizate dintr-un conductor (de obicei metalic). Această operație a sistemului este similară unei căi ferate obișnuite. Cu toate acestea, în tren, în loc de seturi de roți, sunt instalate suporturi și magneți de ghidare. Acestea sunt plasate paralel cu statorii feromagnetice situate de-a lungul marginii pânzei în formă de T.

Principalul dezavantaj al tehnologiei EMS este necesitatea de a controla distanța dintre stator și magneți. Și acest lucru, în ciuda faptului că depinde de mulți factori, inclusiv natura neconstantă a interacțiunii electromagnetice. Pentru a evita stoparea bruscă a trenului, sunt instalate baterii speciale. Ei sunt capabili să reîncarce generatoarele liniare încorporate în magneții de referință și astfel suficient de lungi pentru a susține procesul de levitație.

Frânarea trenurilor create pe baza tehnologiei EMS realizează un motor liniar sincron cu accelerație redusă. Este reprezentat de magneți de susținere, precum și de o șosea pe care maglev se ridică. Viteza și curgerea compoziției pot fi controlate prin schimbarea frecvenței și a puterii curentului alternativ generat. Pentru a încetini cursul, este suficient să schimbați direcția undelor magnetice.

Suspensie electrodinamică

Există o tehnologie în care mișcarea unui maglev apare atunci când două câmpuri interacționează. Una dintre ele este creată în căptușeala autostrăzii, iar a doua - la bordul trenului. Această tehnologie este numită EDS. A construit pe baza sa trenul japonez pe o pernă magnetică JR-Maglev.

Acest sistem are unele diferențe față de EMS, unde se utilizează magneți convenționali, la care bobinele sunt alimentate cu curent electric numai atunci când se aplică energie.

Tehnologia EDS înseamnă o furnizare constantă de energie electrică. Aceasta se întâmplă chiar dacă sursa de alimentare este deconectată. În bobinele unui astfel de sistem, este instalată o răcire criogenică, care economisește cantități considerabile de energie electrică.

Avantajele și dezavantajele tehnologiei EDS

Partea pozitivă a sistemului care lucrează la o suspensie electrodynamică este stabilitatea sa. Chiar și o ușoară reducere sau creștere a distanței dintre magneți și țesătură este controlată de forțele de repulsie și de atracție. Acest lucru permite sistemului să rămână într-o stare neschimbată. Cu această tehnologie nu este nevoie să instalați electronice pentru monitorizare. Nu sunt necesare dispozitive pentru reglarea distanței dintre cârpă și magneți.

Tehnologia EDS are unele dezavantaje. Deci, forța, suficientă pentru levitația compoziției, poate apărea numai la viteză mare. De aceea maglevii sunt echipați cu roți. Ele asigură mișcarea lor cu o viteză de până la 100 de kilometri pe oră. Un alt dezavantaj al acestei tehnologii este forța de frecare care are loc în partea din spate și din față a magneților respingători la o viteză redusă.

Datorită câmpului magnetic puternic din secțiunea destinată pasagerilor, este necesară o protecție specială. În caz contrar, este interzisă călătoria unei persoane care are un stimulent electronic al inimii. Protecția este, de asemenea, necesară pentru mediile magnetice (cărți de credit și HDD).

Tehnologie dezvoltată

Al treilea sistem, care există în prezent doar pe hârtie, este utilizarea de magneți permanenți în varianta EDS, care nu necesită energie pentru activare. Până de curând sa crezut că era imposibil. Cercetătorii au crezut că magneții permanenți nu au acea putere care poate provoca levitația unui tren. Cu toate acestea, această problemă a fost evitată. Pentru ao rezolva, magneții au fost plasați în "matricea Halbach". Acest aranjament conduce la crearea unui câmp magnetic, nu sub masiv, ci deasupra acestuia. Acest lucru ajută la menținerea levitației compoziției, chiar și la o viteză de aproximativ cinci kilometri pe oră.

Proiectul nu a primit încă nicio implementare practică. Acest lucru se datorează costului ridicat al rețelelor realizate din magneți permanenți.

Avantajele mugglelor

Partea cea mai atractivă a trenurilor cu pilon magnetic este perspectiva de a atinge viteze mari, ceea ce va permite Maglevului să concureze în viitor chiar și cu avioane cu reacție. Acest tip de transport este destul de economic din punct de vedere al consumului de energie electrică. Costuri reduse și funcționarea acestora. Acest lucru devine posibil din cauza lipsei de frecare. Plăcerea și zgomotul mic al maglevilor, care vor afecta pozitiv situația ecologică.

deficiențe

Partea negativă a Maglevilor este prea mult pentru a crea. Costuri ridicate și întreținerea liniei. În plus, pentru acest tip de transport necesită un sistem complex de căi și instrumente ultra-precise care controlează distanța dintre cârpă și magneți.

Implementarea proiectului în Berlin

În capitala germană, în 1980, a avut loc deschiderea primului sistem de tip Muggle numit M-Bahn. Lungimea pânzei a fost de 1,6 km. Un tren cu amortizare magnetică a pornit între cele trei stații de metrou la sfârșit de săptămână. Trecerea pasagerilor era liberă. după căderea Zidului Berlinului populația orașului aproape sa dublat. A fost necesar să se creeze rețele de transport cu capacitatea de a asigura un trafic de călători ridicat. De aceea, în 1991 panza magnetică a fost dezmembrată, iar în locul ei a început construirea metroului.

Birmingham

În acest oraș german, maglevul cu viteză mică a fost conectat între 1984 și 1995. aeroport și gară. Lungimea căii magnetice a fost de numai 600 m.

Drumul a funcționat timp de zece ani și a fost închis din cauza numeroaselor plângeri ale pasagerilor pentru inconvenientele existente. Ulterior, transportul monorailului a înlocuit maglevul de pe acest site.

Shanghai

Primul drum magnetic din Berlin a fost construit de compania germană Transrapid. Eșecul proiectului nu a speriat dezvoltatorii. Ei și-au continuat cercetarea și au primit un ordin din partea guvernului chinez, care a decis să construiască un traseu de maglev în țară. Aeroportul Shanghai și Pudong au legat această mare viteză (până la 450 km / h).
Lungimea drumului de 30 km a fost deschisă în 2002. În planurile pentru viitor - extinderea sa la 175 km.

Japonia

În 2005, expoziția Expo-2005 a avut loc în această țară. La deschiderea sa a fost comandat un circuit magnetic de 9 km lungime. Există nouă posturi pe linie. Maglev servește teritoriul care se învecinează cu locul expoziției.

Maglevurile sunt considerate transportul viitorului. Deja în 2025, se planifică deschiderea unui nou traseu de mare viteză într-o țară precum Japonia. Trenul cu pernă magnetică va transporta călătorii din Tokyo într-unul din districtele din partea centrală a insulei. Viteza sa va fi de 500 km / h. Pentru a implementa proiectul vor fi necesare aproximativ patruzeci și cinci de miliarde de dolari.

Federația Rusă

Crearea unui tren de mare viteză este planificată și RZD. Până în 2030 maglevul din Rusia va lega Moscova și Vladivostok. Traseul către 9300 km de pasageri va depăși în 20 de ore. Viteza trenului pe perna magnetică va fi de până la cinci sute de kilometri pe oră.