Модель маглева: четверть века на скамейке запасных

четверть века на скамейке запасных

Первый поезд на магнитной подушке перевез группу пассажиров в рамках проходившей в Германии Международной транспортной выставки IVA 1979 года. Но мало кто знает, что в том же году свои первые метры по испытательной трассе проехал другой маглев – советский, модель ТП-01. Особо удивительно, что советские маглевы сохранились до наших дней, – они пылятся на задворках истории более 30 лет.

Опыты с транспортом, работающим по принципу магнитной левитации, начались еще до войны. В разные годы и в разных странах появлялись действующие прототипы левитирующих поездов. В 1979-м немцы представили систему, которая за три месяца работы перевезла более 50 000 пассажиров, а в 1984-м в международном аэропорту города Бирмингем (Великобритания) появилась первая в истории постоянная линия для поездов на магнитной подушке. Изначальная длина трассы составляла 600 м, а высота левитации не превышала 15 мм. Система вполне успешно эксплуатировалась на протяжении 11 лет, но затем участились технические отказы из-за состарившегося оборудования.

А поскольку система была уникальной, практически любую запчасть приходилось изготовлять по индивидуальному заказу, и было принято решение закрыть линию, приносившую сплошные убытки.

Помимо британцев, серийные магнитные поезда вполне успешно запустили все в той же Германии — компания Transrapid эксплуатировала подобную систему длиной 31,5 км в районе Эмсланд между городами Дерпен и Латен. История эмсландского маглева, правда, закончилась трагически: в 2006 году по вине техников произошла серьезная авария, в которой погибло 23 человека, и линию законсервировали.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

В Японии сегодня эксплуатируется две системы магнитной левитации. Первая (для городских перевозок) использует систему электромагнитного подвеса для скоростей до 100 км/ч. Вторая, более известная, SCMaglev, предназначена для скоростей более 400 км/ч и основана на сверхпроводящих магнитах. В рамках этой программы построено несколько линий и установлен мировой рекорд скорости для железнодорожного транспортного средства, 581 км/ч.

Буквально два года назад было представлено новое поколение японских поездов на магнитном подвесе — L0 Series Shinkansen. Кроме того, система, аналогичная немецкому «Трансрапиду», работает в Китае, в Шанхае; в ней также используются сверхпроводящие магниты.

А в 1975 году началась разработка первого советского маглева. Сегодня о нем практически забыли, но это очень важная страница технической истории нашей страны.

Поезд будущего

Он стоит перед нами — большой, футуристического дизайна, похожий скорее на космический корабль из научно-фантастического фильма, нежели на транспортное средство. Обтекаемый алюминиевый кузов, сдвижная дверь, стилизованная надпись «ТП-05» на борту. Экспериментальный вагон на магнитном подвесе стоит на полигоне неподалеку от Раменского уже 25 лет, целлофан покрыт густым слоем пыли, под ним — удивительная машина, которую чудом не разрезали на металл по доброй русской традиции. Но нет, он сохранился, и сохранился ТП-04, его предшественник, предназначенный для испытаний отдельных узлов.

Разработка маглева уходит корнями в 1975 год, когда при Миннефтегазстрое СССР появилось производственное объединение «Союзтранспрогресс». Несколькими годами позже стартовала государственная программа «Высокоскоростной экологически чистый транспорт», в рамках которой и началась работа над поездом на магнитной подушке. С финансированием было очень неплохо, под проект построили специальный цех и полигон института ВНИИПИтранспрогресс с 120-метровым участком дороги в подмосковном Раменском. А в 1979 году первый вагон на магнитной подушке ТП-01 успешно прошел испытательную дистанцию своим ходом — правда, еще на временном 36-метровом участке завода «Газстроймашина», элементы которого позже «переехали» в Раменское. Обратите внимание — одновременно с немцами и раньше многих других разработчиков! В принципе, СССР имел шансы стать одной из первых стран, развивающих магнитный транспорт, — работой занимались настоящие энтузиасты своего дела во главе с академиком Юрием Соколовым.

Экспедицию «TechInsider» возглавил не кто иной, как Андрей Александрович Галенко, генеральный директор ОАО инженерно-научного центра «ТЭМП». «ТЭМП» — это та самая организация, экс-ВНИИПИтранспрогресс, отделение канувшего в Лету «Союзтранспрогресса», а Андрей Александрович работал над системой с самого начала, и вряд ли кто мог бы рассказать о ней лучше него. ТП-05 стоит под целлофаном, и первым делом фотограф говорит: нет, нет, мы не сможем это сфотографировать, тут же ничего не видно. Но затем мы стягиваем целлофан — и советский маглев впервые за долгие годы предстает перед нами, не инженерами и не сотрудниками полигона, во всей красе.

Зачем нужен маглев

Разработку транспортных систем, работающих на принципе магнитной левитации, можно разделить на три направления. Первое — это машины с расчетной скоростью до 100 км/ч; в таком случае наиболее оптимальной является схема с левитационными электромагнитами. Второе — это пригородный транспорт со скоростями 100−400 км/ч; здесь целесообразнее всего использовать полноценный электромагнитный подвес с системами боковой стабилизации. И наконец, самая «модная», если так можно выразиться, тенденция — поезда дальнего сообщения, способные разгоняться до 500 км/ч и выше. В этом случае подвеска должна быть электродинамической, на сверхпроводящих магнитах.

ТП-01 относился к первому направлению и испытывался на полигоне вплоть до середины 1980 года. Масса его составляла 12 т, длина — 9 м, а вмещал он 20 человек; зазор подвеса при этом был минимален — всего 10 мм. За ТП-01 последовали новые градации испытательных машин — ТП-02 и ТП-03, путь удлинили до 850 м, потом появился вагон-лаборатория ТП-04, предназначенный для исследования работы линейного тягового электропривода. Будущее советских маглевов казалось безоблачным, тем более что в мире, помимо Раменского, существовало всего два подобных полигона — в Германии и Японии.

Принцип работы левитирующего поезда относительно прост. Состав не касается рельса, находясь в состоянии парения, — работает взаимное притяжение или отталкивание магнитов. Проще говоря, вагоны висят над плоскостью пути благодаря вертикально направленным силам магнитной левитации, а от боковых кренов удерживаются с помощью аналогичных сил, направленных горизонтально. При отсутствии трения о рельс единственной «преградой» для движения становится аэродинамическое сопротивление — многотонный вагон теоретически может сдвинуть с места даже ребенок. В движение поезд приводится линейным асинхронным двигателем, аналогичным тому, что работает, например, на московском монорельсе (к слову, этот двигатель разработан как раз ОАО ИНЦ «ТЭМП»). Подобный двигатель имеет две части — первичная (индуктор) установлена под вагоном, вторичная (реактивная шина) — на путях. Электромагнитное поле, создаваемое индуктором, взаимодействует с шиной, двигая поезд вперед.

К преимуществам маглева в первую очередь относится отсутствие иного сопротивления, кроме аэродинамического.

Кроме того, минимален износ оборудования из-за незначительного количества подвижных элементов системы в сравнении с классическими поездами. К недостаткам — сложность и дороговизна путей. Например, одной из проблем является безопасность: маглев нужно «поднимать» на эстакаду, а если есть эстакада, значит, необходимо продумать возможность эвакуации пассажиров в случае экстренной ситуации. Впрочем, вагон ТП-05 планировался к эксплуатации на скоростях до 100 км/ч и имел относительно недорогую и технологичную путевую структуру.

Все с нуля

Разрабатывая серию ТП, инженеры всё, по сути, делали «с нуля». Выбирали параметры взаимодействия магнитов вагона и пути, затем взялись за электромагнитную подвеску — работали над оптимизацией магнитных потоков, динамикой движения и т. д. Основным достижением разработчиков можно назвать созданные ими так называемые магнитные лыжи, способные компенсировать неровности пути и обеспечить комфортную динамику движения вагона с пассажирами.

Адаптация к неровностям реализовывалась с помощью небольших по размеру электромагнитов, связанных шарнирами в нечто подобное цепям. Схема была сложной, но значительно более надежной и работоспособной, чем при жестко закрепленных магнитах. Контроль за системой осуществлялся благодаря датчикам зазора, которые отслеживали неровности пути и давали команды силовому преобразователю, уменьшавшему или увеличивающему ток в конкретном электромагните, а значит, и подъемную силу.

Именно эта схема и была опробована на ТП-05 — единственном построенном в рамках программы вагоне «второго направления», с электромагнитным подвесом. Работу над вагоном вели очень быстро — его алюминиевый корпус, например, сделали буквально за три месяца. Первые испытания ТП-05 прошли в 1986 году. Он весил 18 т, вмещал 18 человек, остальная часть вагона была занята испытательным оборудованием. Предполагалось, что первая дорога с использованием таких вагонов на практике будет построена в Армении (из Еревана в Абовян, 16 км).

Скорость должны были довести до 180 км/ч, вместимость — до 64 человек на вагон. Но вторая половина 1980-х внесла свои коррективы в радужное будущее советского маглева. В Британии к тому времени уже запустили первую постоянную систему на магнитной подушке, мы могли бы догнать англичан, если бы не политические перипетии. Другой причиной свертывания проекта стало землетрясение в Армении, приведшее к резкому сокращению финансирования.

Предок «Аэроэкспресса»

Все работы по серии ТП были свернуты в конце 1980-х, а с 1990 года ТП-05, успевший к тому времени сняться в научно-фантастической короткометражке «С роботами не шутят», был поставлен на вечный прикол под целлофаном в том самом цеху, где его построили. Мы стали первыми журналистами за четверть века, кто увидел эту машину «вживую». Внутри сохранилось практически все — от пульта управления до обивки кресел. Реставрация ТП-05 не так сложна, как могла бы быть — он стоял под крышей, в хороших условиях и заслуживает место в музее транспорта.

В начале 1990-х ИНЦ «ТЭМП» продолжил тему маглева, теперь уже по заказу правительства Москвы. Это была идея «Аэроэкспресса», скоростного поезда на магнитной подушке для доставки жителей столицы прямо в аэропорт Шереметьево. Проект получил название В250. Опытный сегмент поезда показали на выставке в Милане, после чего в проекте появились иностранные инвесторы и инженеры; советские специалисты ездили в Германию для изучения заграничных наработок. Но в 1993-м из-за финансового кризиса проект был свернут. 64-местные вагоны для Шереметьево остались только на бумаге. Впрочем, некоторые элементы системы были созданы в натурных образцах — узлы подвески и ходовой части, приборы бортовой системы электроснабжения, начались даже испытания отдельных блоков.

Самое интересное, что наработки для маглевов в России есть. ОАО ИНЦ «ТЭМП» работает, реализуются различные проекты для мирной и оборонной отраслей, есть испытательный участок, есть опыт работы с подобными системами. Несколько лет назад благодаря инициативе ОАО «РЖД» разговоры о маглеве снова перешли в стадию проектных разработок — правда, продолжение работ поручено уже другим организациям. К чему это приведет, покажет время.

За помощь в подготовке материала редакция выражает благодарность генеральному директору ИТЦ «Транспорт электромагнитный пассажирский» А.А. Галенко.

Поезда на электромагнитной подушке

Главная » Темы » Железнодорожный транспорт

Рубрика: Железнодорожный транспорт

Невзирая на то, что с момента создания первых паровозов прошло уже более двухсот лет, человечество до сих пор не готово полностью отказаться от использования дизельного топлива, силы пара и электричества в качестве движущей мощи, способной перемещать тяжеловесные грузы и пассажиров.
Однако, как вы сами понимаете, все это время инженеры-изобретатели не пребывали в полном бездействии, и результатом работы их мысли стал выход в свет альтернативных способов транспортировки по железнодорожному полотну.

История возникновения поездов на электромагнитной подушке

Сама идея изготовления поезда, передвигающегося на магнитной подушке не так уж нова. Впервые о создании подобного подвижного состава изобретатели стали задумываться еще в самом начале XX столетия, однако по ряду причин воплощение данного проекта осуществить не удавалось на протяжении довольно длительного времени.
Только к 1969 году на территории тогдашнего ФРГ приступили к изготовлению подобного поезда, впоследствии нареченного маглевом, и укладыванию магнитной трассы. Запуск первого маглева под названием «Трансрапид-02» был произведен уже спустя два года.
Интересным является тот факт, что при изготовлении маглева немецкие инженеры основывались на записях, произведенных ученым Германом Кемпером, получившим патент на создание магнитоплана еще в 1934 году. Первый маглев «Транрапид-02» высокоскоростным не назовешь, так как скорость он развивал всего лишь до 90 км/ч. Вместимость его также была очень низкой: всего четыре человека.
Последующая модель маглева, созданная в 1979 году, «Трансрапид-05» вмещала уже до 68 пассажиров и двигалась по пассажирской линии города Гамбурга, имеющей протяженность в 908 м, со скоростью 75 км/ч.

Трансрапид-05

Параллельно на другом конце континента, в Японии, в том же 1979 году был запущен маглев модели «МЛ-500», способный развить скорость аж до 517 км/ч.

Что такое маглев и каков принцип его работы?

Маглев (или попросту поезд на магнитной подушке) – это разновидность транспорта, управляемого и приводимого в движение посредством силы магнитного поля. При этом маглев не касается железнодорожного полотна, а «левитирует» над ним, удерживаемый искусственно созданным магнитным полем. При этом исключается трение, тормозящей силой выступает только аэродинамическое сопротивление.
На ближнемагистральных направлениях в будущем маглев может составить серьезную конкуренцию воздушному транспорту ввиду своей возможности развивать очень высокую скорость передвижения. На сегодняшний день повсеместному внедрению маглевов в большой мере препятствует то, что они не могут быть применены на традиционном магистральном железнодорожном покрытии. Маглев может передвигаться лишь на специально построенной магнитной магистрали, что требует очень крупных капиталовложений.
Также считается, что магнитный транспорт способен негативно воздействовать на организм машинистов и жителей приближенных к магнитным трассам регионов.

Преимущества маглевов

К достоинствам маглевов относится обширная перспектива достижения высоких скоростей, способных конкурировать даже с реактивной авиацией. Кроме того, маглев является довольно экономичным, в плане потребления электроэнергии, транспортом. К тому же практически отсутствует трение деталей, что позволяет существенно снизить уровень эксплуатационных расходов.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:

Построить поезд на магнитной подвеске (Маглев)

Научные проекты

991 отзыв

Аннотация

Как сделать поезд без колес? С помощью магнитов! В этом проекте вы будете строить поезд на магнитной подушке (сокращенно «маглев»), который парит над магнитной дорожкой. Какой вес вы можете добавить к поезду, прежде чем он упадет и коснется пути?

Резюме

Физика

 

Очень короткий (≤ 1 дня)

Для этого проекта необходимо внимание к деталям и терпение. После сборки вам нужно будет внести коррективы, чтобы он работал идеально. Поезд хорошо парит над путями, если все тщательно выстроить.

Требуются специальные предметы. Подробнее см. в списке материалов.

В среднем (50–100 долларов США)

Держите магниты подальше от маленьких детей и домашних животных, которые могут их проглотить.

Бен Финио, доктор философии, друзья по науке

Задача

Измерьте, как изменяется расстояние между левитирующим поездом и путями, когда вы увеличиваете вес поезда.

Введение

Поезд без колес звучит безумно? Как поезд может двигаться по рельсам без колес? Поезда, парящие прямо над путями, на самом деле возможны благодаря магнитной левитации или сокращенно maglev . В этих поездах используются мощные магниты , чтобы оставаться в воздухе. Магниты генерируют магнитное поле . Это магнитное поле может толкать или притягивать другие близлежащие магниты или генерировать силу . Толкают или тянут магниты, зависит от направления, в котором обращены магнитные полюса (см. Учебное пособие по электричеству, магнетизму и электромагнетизму, чтобы узнать больше).

В случае с поездом на магнитной подвеске эта магнитная сила используется для отталкивания веса поезда . Вес — это сила, которая притягивает объект к земле из-за гравитации . Если магнитная сила достаточно сильна, она может преодолеть вес поезда и подтолкнуть его в воздух! На рис. 1 показана диаграмма сил, действующих на поезд на магнитной подвеске, который вы будете строить в рамках этого проекта.

В этом проекте вы добавите грузы к поезду и измерите расстояние между днищем поезда и путями. Что происходит, когда вы добавляете вес в поезд? Он все еще будет левитировать? Попробуйте этот проект, чтобы узнать!

Термины и понятия

• Магнитная левитация
• Маглев
• Магниты
• Магнитное поле
• Сила
• Магнитные столбы
• Вес
• Гравитация
• Масса
• грамм

Вопросы

• Что такое магнит?
• Какие существуют виды магнитов?
• Что определяет, толкает ли магнит другой магнит или притягивает его?
• Как магнитная сила меняется с расстоянием?

Библиография

• Финио, Б. и Де Брабандере, С. (2015, 14 марта). Учебник по электричеству, магнетизму и электромагнетизму. Проверено 4 марта 2016 г.
.
• Рейдер, А. (nd). Электричество и магнетизм: магниты. Physics4kids.com. Проверено 4 марта 2016 г.
.
• Боснор, К. (nd). Как работают поезда на маглеве. Как это работает. Проверено 4 марта 2016 г.
.

Чтобы получить помощь в построении графиков, посетите этот веб-сайт:

• Национальный центр статистики образования (без даты). Создать график . Проверено 25 июня 2020 г.
.

Материалы и оборудование

Примечание: указанные здесь размеры соответствуют материалам, указанным в Процедуре. Вы можете использовать детали разных размеров, но вам потребуется соответствующим образом отрегулировать некоторые интервалы для вашего поезда (см. рис. 3 и 4 в процедуре). Материалы для этого проекта доступны в Интернете или в строительном магазине.

• Магнитная лента шириной 1/2 дюйма, разрезанная на две части по 24 дюйма и две части по 5 дюймов. Примечание: Для этого проекта вам понадобится монополярная магнитная лента , что означает, что каждая сторона ленты имеет только одну полярность (N или S). Многие магнитные ленты, которые вы можете купить в Интернете, являются биполярными или многополярными , что означает, что они состоят из множества полос чередующихся полюсов N и S. Если вы покупаете биполярную или мультиполярную ленту, вы можете переполяризовать ее, чтобы она работала в этом проекте. Следуйте инструкциям в шаге 7 раздела часто задаваемых вопросов, чтобы переполяризовать магнитную ленту до вы начинаете с этого проекта.
• Пластиковые уголки 90° (2), длиной 24 дюйма и шириной 3/4 дюйма
• Деревянный блок, 5″×3/4″×1-1/2″ (примечание: кусок дерева, указанный как 1″×2″ в хозяйственном магазине, имеет фактические размеры 3/4″×1-1/2). “)
• Плоский кусок дерева или гофрированного картона длиной не менее 24 дюймов и шириной не менее 3 дюймов
• Прозрачная двусторонняя лента
• Ножницы
• Карандаш
• Бумажный или пластиковый стаканчик
• Монеты
• Линейка
• Кухонные весы
• Лабораторный блокнот

Отказ от ответственности: Science Buddies участвует в партнерских программах с Домашние Научные Инструменты, Amazon. com, Каролина Биологический и Джамеко Электроникс. Доходы от партнерских программ помогают поддерживать Science Buddies, общественной благотворительной организации 501(c)(3), и пусть наши ресурсы будут бесплатными для всех. Нашим главным приоритетом является обучение студентов. Если у вас есть какие-либо комментарии (положительные или отрицательные), связанные с покупками, которые вы сделали для научных проектов из рекомендаций на нашем сайте, сообщите нам об этом. Напишите нам на [email protected].

Экспериментальная процедура

Сборка вашего поезда

Следующие письменные инструкции покажут вам, как собрать ваш поезд. Для этого проекта требуется внимание к деталям и терпение. После сборки вам нужно будет внести коррективы, чтобы он работал идеально. Поезд хорошо парит над путями, если все тщательно выстроить. См. FAQ, если у вас возникли проблемы с запуском поезда.

1. Прежде чем приступить к сборке поезда, убедитесь, что у вас есть подходящая магнитная лента. Если у вас монополярная магнитная лента, полоски ленты должны отталкивают друг друга. Вы можете использовать монополярную ленту как есть. Если полоски вашей магнитной ленты притягиваются друг к другу, лента может быть биполярной или многополярной . В этом случае вам придется сначала переполяризовать ленту. Следуйте инструкциям в шаге 7 раздела часто задаваемых вопросов для этого проекта, чтобы переполяризовать магнитную ленту. Когда вы закончите, ваши магнитные полоски должны отталкиваться друг от друга.
2. Снимите бумагу с двух коротких магнитных полосок и прикрепите их к одной стороне деревянного бруска, как показано на рис. 2. Края полосок должны совпадать с краями бруска. Этот блок будет вашим вагоном. Примечание: если магнитные полоски недостаточно липкие, чтобы самостоятельно приклеиться к дереву, используйте прозрачный двусторонний скотч.

2. Отрежьте кусок дерева или картона, чтобы использовать его в качестве основы для железнодорожных путей, длиной не менее 24 дюймов и шириной 3 дюйма.
3. Используя один из длинных пластиковых уголков в качестве линейки, нарисуйте пять продольных линий на основании, как показано на рис. 3.
   1. Проведите центральную линию посередине основания.
   2. Нарисуйте по одной линии на расстоянии 5 мм в каждую сторону от центральной линии.
   3. Нарисуйте по одной линии на расстоянии 20 мм с каждой стороны от центральной линии.

4. Прикрепите длинные магнитные полосы и пластиковые уголки к основанию, как показано на рисунках 4 и 5. Обратите особое внимание на расстояние, это важно для правильной работы вашего поезда.
   1. Снимите бумагу с длинных магнитных полосок. Аккуратно поместите их на основание так, чтобы их края внутри совпали с линиями на расстоянии 5 мм от центральной линии, так что полоски находятся на расстоянии 10 мм друг от друга. Примечание: если магнитные полоски недостаточно липкие, чтобы самостоятельно приклеиться к основанию, используйте прозрачный двусторонний скотч. Убедитесь, что вы сильно надавили, чтобы они зафиксировались на месте.
   2. С помощью двустороннего скотча прикрепите пластиковые уголки к основанию так, чтобы их края внутри совпадали с линиями на расстоянии 20 мм от центральной линии, то есть на расстоянии 40 мм друг от друга.

5. Поставьте поезд на рельсы магнитными полосами вниз. Он должен парить параллельно гусеницам, как показано на рис. 6, и вы должны иметь возможность двигать его вперед и назад, не застревая. Если ваш поезд не зависает, как показано на рис. 6, см. FAQ для получения информации по устранению неполадок.

Сбор ваших данных

1. Создайте таблицу данных в лабораторной тетради, например, Таблицу 1.
   1. Примечание : Большинство кухонных весов отображают результаты в унциях или граммах. В метрической системе ученые используют граммов (г) , которые технически являются единицей массы , а не веса. Убедитесь, что вы ссылаетесь на «массу» и измеряете в граммах, когда выполняете научный проект. Неправильно говорить «вес в граммах».

2. С помощью линейки измерьте расстояние между поездом и рельсом (между верхними магнитными полосами на рельсах и нижними нижними магнитными полосками на поезде), как показано на рисунке 7. Запишите это значение. в вашей таблице данных и напишите «0» в столбце массы, так как вы еще не добавляли веса к поезду.

3. Теперь поместите бумажный или пластиковый стаканчик на верх поезда и добавьте в него несколько монет, как показано на рис. 8. Убедитесь, что стакан расположен по центру поезда, чтобы он оставался параллельным рельсам и не наклонялся. , как показано на рис. 9..

4. Измерьте новое расстояние между поездом и путями. Запишите это расстояние в свою таблицу данных.
5. С помощью кухонных весов измерьте массу монет, включая чашку. Запишите эту массу рядом с новым расстоянием в вашей таблице данных.
6. Добавьте больше монет в чашку. Повторяйте шаги 3–5, пока поезд не коснется путей (расстояние равно нулю). Не забывайте измерять и записывать расстояние каждый раз, когда добавляете монеты.
7. Повторите весь эксперимент еще два раза, всего три попытки. Для каждого испытания создавайте новую таблицу данных, опорожняйте чашку и начинайте заново, не добавляя вес к поезду.
8. Постройте диаграмму рассеивания ваших данных с добавленной массой по горизонтальной оси (x) и расстоянием по вертикальной оси (y).
9. Проанализируйте свои результаты.
   1. Как изменяется расстояние между поездом и путями, когда вы увеличиваете вес поезда?
   2. Как ваши результаты соотносятся с вашим прогнозом?
   3. Как вы можете связать свои результаты с реальными поездами на магнитной подвеске? Например, будет ли ограничение на количество пассажиров, которое может перевозить реальный поезд?

Устранение неполадок

Советы по устранению неполадок см. в разделе часто задаваемых вопросов: Сборка плавучего поезда на магнитной подвеске.

Задать вопрос эксперту

У вас есть конкретные вопросы по вашему научному проекту? Наша команда ученых-добровольцев может помочь. Наши эксперты не сделают всю работу за вас, но они сделают предложения, дадут рекомендации и помогут устранить неполадки.

Задать вопрос

Варианты

• Изменятся ли ваши результаты, если вы распределите вес монет равномерно по верху поезда, а не сложите их все в одну центральную чашку?
• Используйте что-то более легкое, чем деревянный брусок, в качестве «поезда», например, плоский кусок картона. На сколько выше взлетит поезд? Обратите внимание, что для сравнения результатов с использованием деревянного бруска вам потребуется измерить абсолютный вес поезда (включая корпус поезда и магниты), а не только добавленный вес.

Часто задаваемые вопросы (FAQ)

В: Один край моего вагона касается путей. Что не так?

A: Если ваш поезд наклонен, как показано на рисунке 10, так что один край касается рельсов, возможно, ваши пластиковые уголки слишком далеко друг от друга. Важно, чтобы пластиковые уголки располагались на расстоянии всего едва дальше друг от друга, чем ширина деревянного бруска (около 40 мм). Это позволит блоку скользить вперед и назад, не застревая, а также поможет удерживать его в вертикальном положении. Если лишнего места слишком много, блок может опрокинуться. Если это произойдет, переместите пластиковые уголки ближе друг к другу.

В: Похоже, мой поезд притянул к рельсам, а не оттолкнул. Что не так?

A: Если вагон вашего поезда стоит на рельсах (магнитные полосы соприкасаются друг с другом), есть несколько вариантов. Проработайте эти шаги, чтобы узнать, что делать.

1. Во-первых, убедитесь, что у вас есть подходящая магнитная лента. Магнитная лента для этого научного проекта должна быть монополярной , что означает, что каждая сторона магнитной ленты имеет только одну полярность (N или S). Многие магнитные ленты, которые вы можете купить в Интернете, имеют номер , биполярный или , многополярный . Это означает, что они состоят из множества магнитных полос с чередующейся полярностью, как показано на рис. 11. Эти магнитные ленты будут притягиваться друг к другу. Если вы используете биполярную или мультиполярную магнитную ленту, вы можете переполяризовать ее. Следуйте инструкциям в шаге 7 (ниже), чтобы сделать это.
   
   
2. Магнитные полоски на вашей дорожке могут быть расположены слишком близко друг к другу, как показано на Рисунке 12. Как показано на Рисунке 4 процедуры, полоски должны располагаться на расстоянии 10 мм друг от друга. Если они расположены слишком близко друг к другу, то они не будут совмещены с магнитными полосами вагона поезда, и это может привести к тому, что вагон будет притягиваться к рельсам, а не отталкиваться. В этом случае раздвиньте магнитные полосы на треке дальше друг от друга.

3. Ваши пластиковые уголки могут быть слишком далеко друг от друга, как на рис. 13. Это дает вагону слишком много места для смещения из стороны в сторону, и его можно притянуть к рельсам, а не оттолкнуть. Как показано на Рисунке 4 процедуры, внутренние края пластиковых уголков должны находиться на расстоянии 40 мм друг от друга. Это дает деревянному блоку достаточно места, чтобы скользить вперед и назад, не застревая, но предотвращает его перемещение из стороны в сторону. В этом случае переместите пластиковые уголки на гусенице ближе друг к другу.

4. Окончательная и наименее вероятная возможность состоит в том, что поляризация (направление северного и южного полюсов) одного набора ваших магнитных полос поменялась на противоположную, что означает, что неклейкие стороны полосок притягиваются друг к другу. вместо отталкивания. Если магнитные полоски соприкасаются друг с другом, а их края выровнены, как показано на рис. 14, вам потребуется повторно поляризовать две полоски, как описано в следующих шагах. Только сделайте это после того, как вы попытаетесь выполнить шаги 1 и 2, чтобы убедиться, что ваш интервал правильный.

5. Вы можете использовать компас, чтобы проверить полярность магнитных полос. Поднесите компас к одной из магнитных полос в вагоне поезда, как показано на рисунке 15. Обратите особое внимание на то, указывает ли красный кончик стрелки компаса на или в сторону от на магнитной полосе.

6. Сделайте то же самое для одной из магнитных полос на железнодорожных путях.
   1. Если результаты одинаковы для обеих полосок (красный кончик иглы указывает на обе полоски, или точек от обеих), то ваши полоски правильно поляризованы и должны отталкиваться друг от друга. Вернитесь к шагам 1 и 2, чтобы проверить выравнивание вашего трека.
   2. Если ваши результаты отличаются для обеих полосок (красный кончик иглы указывает на одну из полосок, но в сторону от другой), то вам необходимо повторно поляризовать один набор полосок. Перейдите к шагу 7.
7. Вы можете использовать небольшой неодимовый магнит, чтобы переполяризовать магнитные полоски, потирая их, как показано на рис. 16. Для этого:
   1. Еще раз проверьте, притягивают или отталкивают магнитные полосы в вагоне красный кончик стрелки компаса.
   2. Найдите конец неодимового магнита, который притягивает тот же конец стрелки компаса , что и магнитная полоса на вагоне поезда.
   3. Медленно проведите этим концом магнита по всей магнитной полосе, двигаясь вперед и назад несколько раз по всей ее ширине.
   4. Сделайте это для обеих магнитных полос в вагоне поезда.
   5. Поместите свой вагон на рельсы и посмотрите, парит ли он, а не касается рельсов. Если нет, возможно, вам придется продолжать тереть тем же концом неодимового магнита вдоль полос автомобиля, чтобы увеличить их силу (не проверяйте полоски компасом каждый раз, иначе вы будете продолжать менять их поляризацию).

Вакансии

Если вам нравится этот проект, вы можете изучить следующие родственные профессии:

• Руководство по проекту научной ярмарки
• Другие подобные идеи
• Идеи проекта по физике
• Мои Избранные

Лента новостей по этой теме

 

, ,

Процитировать эту страницу

Общая информация о цитировании представлена ​​здесь. Обязательно проверьте форматирование, включая заглавные буквы, для используемого метода и при необходимости обновите цитату.

MLA Style

Финио, Бен. «Построить плавучий поезд на маглеве». Научные друзья , 4 фев. 2023 г., https://www.sciencebuddies.org/science-fair-projects/project-ideas/Phys_p093/physics/maglev-train-weight. По состоянию на 15 марта 2023 г.

APA Style

Финио, Б. (2023, 4 февраля). Построить плавучий поезд на магнитной подвеске. Извлекаются из https://www.sciencebuddies.org/science-fair-projects/project-ideas/Phys_p093/physics/maglev-train-weight

Дата последнего редактирования: 04.02.2023

Ознакомьтесь с нашими научными видео

Создание ионного ветродвигателя

Эксперимент с ходячей водой

Создание самозапускающегося сифона

Линейный лайнер Takara Tomy на магнитной подвеске — самый быстрый игрушечный поезд на Востоке (и Западе)

Японская компания по производству игрушек Takara Tomy предлагает рабочий масштабная копия рекордного 603 км / ч (375 миль / ч) поезда SC Maglev (сверхпроводящая магнитная левитация). Однако все не то, чем кажется, поскольку это больше, чем просто факсимиле реальной вещи в масштабе 1/90. Линейный лайнер использует оригинальную магнитную двигательную установку и имеет за собой интригующую историю создания.

Первоначальная движущая сила линейного лайнера и любого вида транспорта на магнитной подушке – это мечта об устранении большей части или всего трения привода, необходимого для движения. Это достигается плаванием за счет сил отталкивания между двумя полярными одинаковыми магнитами. Первоначальное исследование Такары Томи, проведенное весной 2013 года, показало, что воспроизведение электрифицированной гусеницы (известной как умная гусеница) для миниатюрного SC Maglev приведет к созданию игрушки, намного превышающей ценовой диапазон большинства покупателей. Поэтому компания выбрала более дешевый и простой неэлектрифицированный путь (глухой путь), что означало, что поезд стал сложной единицей.

Плавающий раствор

Вдохновением для создания системы магнитной левитации послужила магнитная доска, которую инженеры использовали для работы над дизайном

Takara Tomy

Решение сделать более простую неэлектрифицированную трассу буквально пришло из магнитной доски, которую инженеры использовали для объяснения своих идей. Они поняли и физически доказали, что длинная магнитная полоса все же сохраняет полярность север/юг с противоположных сторон по всей своей длине, даже при толщине около миллиметра. И при этих толщинах можно было согнуть магнит в кривую, если одеть его в резину.

Для левитации поезда была сделана копия такого же расположения магнитов по длине днища каждого из вагонов для достижения необходимой силы отталкивания. Было решено сделать одну уступку колесам для повышения поперечной устойчивости, добавив небольшие направляющие ролики, установленные горизонтально с каждой стороны каждой машины. Эти направляющие ролики центрируют Linear Liner и поддерживают высоту магнитной левитации 2 мм. Чтобы сохранить иллюзию и мечту о чистом магнитном транспорте, эти ролики движутся по прозрачной боковой стенке, которая буквально удерживает поезд на пути.

Катание на лодке

Расположение электромагнитов на автомобилях и обычных пассивных магнитов на трассе. Обратите внимание на расстояние, так как это важная часть системы мотивов Linear Liner

Takara Tomy

.

К концу 2013 года, спустя почти год после начала проекта, дизайнеры игрушек из Takara Tomy создали что-то, что левитировало, но не двигалось, если его не толкнуть. Но они были уверены, что эта толкающая сила исходит не от воздуха и тем более от приводных колес.

Просветление пришло в ванну, когда один из инженеров понял, что, время от времени толкая руками дно ванны, он двигается взад и вперед в ванне, когда плавает. Поскольку импульс сохранялся из-за низкого трения при плавании, ему нужно было только время от времени прикладывать силу, чтобы двигаться – техника, подобная речному искусству катания на плоскодонке. Что было необходимо, так это переключаемый высокоскоростной электромагнит, который время от времени придавал поезду отталкивание (толкающую силу), но только сзади назад. Чтобы правильно синхронизировать эту силу отталкивания включения/выключения с обычными встроенными магнитами в середине железнодорожных путей, им понадобился датчик.

Изначально, в начале 2014 года, тайминги были подобраны неправильно, и Linear Liner мучительно тормозил. Метод проб и ошибок постепенно улучшал производительность, и было обнаружено, что критическими факторами являются угол наклона магнитного датчика, длина провода и расстояние между магнитами на расстоянии 4 см (1,6 дюйма).

Дебют прототипа

Стиль прототипа двойного автомобиля в то время не был похож на серию SC Maglev LO и больше походил на 19.79 ML500 оригинальный Maglev

Стивен Клеменгер / Gizmag.com

Усовершенствованный прототип был представлен на Токийской выставке игрушек в июне 2014 года, и Gizmag получил разрешение сфотографировать его. Нам даже посчастливилось взять у главного конструктора небольшое интервью, где мы вкратце рассказали об истории и планах производства Linear Liner.

Одним из интересных моментов было то, что Takara Tomy Linear Linear достиг скорости 600 км/ч (373 мили в час) в июне 2014 года, за добрых шесть месяцев до того, как настоящий SC Maglev достиг подвига в феврале 2015 года.

Окончательная рабочая форма

Это еще одна неудачная попытка сфотографировать Linear Liner. Моя камера была на максимальной скорости

Stephen Clemenger / Gizmag.com

Год спустя, в июне этого года на выставке игрушек в Токио в 2015 году, опытная модель была представлена ​​как прессе, так и широкой публике. Его скорость была такова, что сфотографировать его оказалось довольно сложно, и многим фотографам приходилось прибегать к старому искусству панорамирования, чтобы сделать снимок.

Так как же это работает?

1) В передней части поезда бортовой магнитный датчик определяет входящий рельсовый магнит (B) и дает команду бортовому электромагниту включиться

Takara Tomy

1) Датчик бортового магнита, расположенный в передней части поезда, определяет входящий рельсовый магнит (B) и дает команду бортовому электромагниту включиться.

2) Этот тайминг правильно соответствует положению извлечения бортового электромагнита, чтобы оказывать (северное) отталкивающее усилие сзади на магнит предыдущего выходящего пути (C) и, таким образом, толкать поезд вперед.

Такара Томи

2) Этот тайминг точно соответствует точному положению бортового электромагнита, который оказывает (северную) силу отталкивания сзади на предыдущий магнит исходящего пути (C), толкая поезд вперед.

3) Затем бортовой датчик определяет, что он достиг входного магнита дорожки (B), и таким образом отключает бортовой электромагнит.

Takara Tomy

3) Бортовой датчик определяет, что он достиг входного магнита дорожки (B), и отключает бортовой электромагнит.

4) Это позволяет поезду скользить по магниту входящего пути (B), не получая от него силы отталкивания (тормозящей силы)

Takara Tomy

4) Это позволяет поезду скользить по магниту входящего пути (B), не получая от него силы отталкивания (тормозящей силы).

5) Затем датчик улавливает другой входящий магнит дорожки (A) и, таким образом, включает бортовой электромагнит, таким образом получая силу отталкивания от последнего (скользящего) магнита дорожки (B)

Такара Томи

5) Затем датчик улавливает другой входящий магнит дорожки (A) и, таким образом, включает бортовой электромагнит, получая силу отталкивания от последнего (скользящего) магнита дорожки (B).