Универсальный внешний накопитель для всех iOS-устройств, совместим с PC/Mac, Android
Header Banner
8 800 100 5771 | +7 495 540 4266
c 9:00 до 24:00 пн-пт | c 10:00 до 18:00 сб
0 Comments

Содержание

Как работает маглев - Hi-News.ru

Идея создания поезда на магнитных подушках появилась в начале двадцатого века, а первый прототип — «Transrapid 02» — был создан лишь в 1971 году на территории ФРГ. Спустя 8 лет была создана усовершенствованная модель маглева – «Transrapid 05», первой получившая лицензию на перевозку пассажиров. Испытательный трек длиной 908 метров построили в Гамбурге для выставки IVA 79. Максимальная скорость этого поезда составляла 75 км/ч. А первый коммерческий маглев появился в 84 году в английском Бирмингеме. 600-метровая линия соединяла терминал аэропорта и железнодорожную станцию. Одновременно работы по созданию маглева начали вести в Японии, Южной Корее и Китае. Как же работает маглев – об этом в сегодняшнем выпуске!




Маглев, или поезд на магнитной подушке, — это состав, который удерживается над дорожным полотном и движется силой электромагнитного поля. В основу маглева положено базовое свойство магнитов: одинаковые полюса отталкиваются, а разные – притягиваются. В настоящий момент существует две основные технологии магнитного подвеса: электромагнитная EMS и электродинамическая EDS.


В поездах первого типа под днищем вагона крепятся мощные магниты в сантиметрах от Т-образного стального полотна. При движении поезда магнитный поток, проходящий через контур полотна, постоянно меняется, и в нем возникают сильные индукционные токи. Они создают мощное магнитное поле, которое отталкивает магнитную подвеску поезда. Состав левитирует за счёт отталкивания одинаковых полюсов и притягивания разных полюсов магнитов. А специальная система сохраняет величину зазора между магнитами в 15 миллиметров постоянной. При увеличении зазора система повышает силу тока в несущих магнитах и приближает вагон, при уменьшении — понижает силу тока, и зазор увеличивается. Также на электромагнитные маглевы устанавливают специальные батареи, позволяющие поезду левитировать при остановке.

Движение поезда осуществляется линейным двигателем – поочерёдно включаются обмотки статора, создавая бегущее магнитное поле. Статор поезда втягивается в это поле и движет весь состав. При этом с частотой 4000 раз в секунду происходит смена полюсов на магнитах путем попеременной подачи тока. Изменение силы и частоты тока позволяет регулировать скорость состава.


Существует также электродинамическая EDS-технология, при которой движение маглева осуществляется за счет взаимодействия двух полей. Одно из них создается в дорожном полотне, а второе – на корпусе поезда. В отличие от EMS с обычными магнитами, EDS использует сверхпроводящие электромагниты, которые могут проводить электричество даже после отключения источника питания.

Кроме того, EDS не нуждается в специальных системах корректировки расстояния между поездом и полотном. При его сокращении возникает сила отталкивания, которая возвращает магниты в первоначальное положение. А при увеличении расстояния увеличивается сила притяжения, что также ведет к стабилизации системы.

Еще одно отличие поездов, созданных по технологии EDS, — необходимость в дополнительных колёсах при движении на малых скоростях (до 150 км/ч). При достижении высокой скорости колёса отделяются от земли и поезд летит на расстоянии нескольких сантиметров от поверхности. Также стоит отметить, что из-за сильных магнитных полей на корпусе поезда необходима магнитная защита – экранирование.

Маглев — это самый быстрый общественный наземный транспорт. Рекорд скорости был установлен японским поездом Синкансэн L0 в апреле 2015 года — он разогнался до 603 км/ч.

Поезда на магнитной подушке – транспорт, способный изменить мир

Поезда на магнитной подушке, маглевы – самый быстрый вид наземного общественного транспорта. И хотя в эксплуатацию пока введено всего три небольших трека, исследования и испытания прототипов магнитных поездов проходят в разных странах. Как развивалась технология магнитной левитации и что ждет ее в ближайшем будущем вы узнаете из этой статьи.

История становления

Первые страницы истории маглев были заполнены рядами патентов, полученных в начале XX века в разных странах. Еще в 1902 году патентом на конструкцию поезда, оснащенного линейным двигателем, отметился немецкий изобретатель Альфреда Зейден. А уже спустя четыре года Франклин Скотт Смит разработал еще один ранний прототип поезда на электромагнитном подвесе. Немного позже, в период с 1937 года по 1941 год, еще нескольких патентов относящихся к поездам, оснащенным линейными электродвигателями, получил немецкий инженер Герман Кемпер. К слову, подвижные составы Московской монорельсовой транспортной системы, построенной в 2004 г., используют для движения асинхронные линейные двигатели – это первый в мире монорельс с линейным двигателем.

Поезд Московской монорельсовой системы возле станции Телецентр

В конце 1940-х годов исследователи перешли от слова к делу. Британскому инженеру Эрику Лэйзвейту, которого многие называют «отцом маглевов», удалось разработать первый рабочий полноразмерный прототип линейного асинхронного двигателя. Позже, в 1960-х годах, он присоединился к разработке скоростного поезда Tracked Hovercraft. К сожалению, в 1973 году проект закрыли из-за нехватки средств.

Прототип поезда с линейным двигателем RTV 31 (проект Tracked Hovercraft)

В 1979 году появился первый в мире прототип поезда на магнитной подушке, лицензированный для предоставления услуг по перевозке пассажиров – Transrapid 05. Испытательный трек длиной 908 м был построен в Гамбурге и представлен в ходе выставки IVA 79. Интерес к проекту оказался настолько велик, что Transrapid 05 удалось успешно проработать еще три месяца после окончания выставки и перевезти в общей сложности около 50 тыс. пассажиров. Максимальная скорость этого поезда составляла 75 км/ч.

Система Transrapid 05 на выставке IVA 79

А первый коммерческий магнитоплан появился в 1984 году в Бирмингеме, Англия. Железнодорожная линия на магнитном подвесе соединяла терминал международного аэропорта Бирмингема и расположенную рядом железнодорожную станцию. Она успешно проработала с 1984 по 1995 год. Протяженность линии составляла всего 600 м, а высота, на которую состав с линейным асинхронным двигателем поднимался над полотном дороги – 15 миллиметров. В 2003 году на ее месте была построена система пассажирских перевозок AirRail Link на базе технологии Cable Liner.

В 1980-х годах к разработке и реализации проектов по созданию высокоскоростных поездов на магнитной подушке приступили не только в Англии и Германии, но и в Японии, Корее, Китае и США.

Как это работает

О базовых свойствах магнитов мы знаем еще с уроков физики за 6 класс. Если поднести северный полюс постоянного магнита к северному полюсу другого магнита они будут отталкиваться. Если один из магнитов перевернуть, соединив разные полюса – притягиваться. Это простой принцип заложен в поездах-маглевах, которые скользят по воздуху над рельсом на незначительном расстоянии.

В основе технологии магнитного подвеса лежат три основных подсистемы: левитации, стабилизации и ускорения. В то же время на данный момент существует две основных технологии магнитного подвеса и одна экспериментальная, доказанная лишь на бумаге.

Поезда, построенные на базе технологии электромагнитного подвеса (EMS) для левитации используют электромагнитное поле, сила которого изменяется по времени. При этом практическая реализация данной системы очень похожа на работу обычного железнодорожного транспорта. Здесь применяется Т-образное рельсовое полотно, выполненное из проводника (в основном металла), но поезд вместо колесных пар использует систему электромагнитов – опорных и направляющих. Опорные и направляющие магниты при этом расположены параллельно к ферромагнитным статорам, размещенным на краях Т-образного пути. Главный недостаток технологии EMS – расстояние между опорным магнитом и статором, которое составляет 15 миллиметров и должно контролироваться и корректироваться специальными автоматизированными системами в зависимости от множества факторов, включая непостоянную природу электромагнитного взаимодействия. К слову, работает система левитации благодаря батареям, установленным на борту поезда, которые подзаряжаются линейными генераторами, встроенными в опорные магниты. Таким образом, в случае остановки поезд сможет достаточно долго левитировать на батареях. На базе технологии EMS построены поезда Transrapid и, в частности, шанхайский маглев.

Поезда на базе технологии EMS приводятся в движение и осуществляют торможение с помощью синхронного линейного двигателя низкого ускорения, представленного опорными магнитами и полотном, над которым парит магнитоплан. По большому счету, двигательная система, встроенная в полотно, представляет собой обычный статор (неподвижная часть линейного электродвигателя), развернутый вдоль нижней части полотна, а опорные электромагниты, в свою очередь, работают в качестве якоря электродвигателя. Таким образом, вместо получения крутящего момента, переменный ток в катушках генерирует магнитное поле возбуждающихся волн, которое перемещает состав бесконтактно. Изменение силы и частоты переменного тока позволяет регулировать тягу и скорость состава. При этом чтобы замедлить ход, нужно всего лишь изменить направление магнитного поля.

В случае применения технологии электродинамического подвеса (EDS) левитация осуществляется при взаимодействии магнитного поля в полотне и поля, создаваемого сверхпроводящими магнитами на борту состава. На базе технологии EDS построены японские поезда JR–Maglev. В отличие от технологии EMS, в которой применены обычные электромагниты и катушки проводят электричество только в тот момент, когда подается питание, сверхпроводящие электромагниты могут проводить электричество даже после того, как источник питания был отключен, например, в случае отключения электроэнергии. Охлаждая катушки в системе EDS можно сэкономить достаточно много энергии. Тем не менее, криогенная система охлаждения, используемая для поддержания более низких температур в катушках, может оказаться достаточно дорогой.

Главным преимуществом системы EDS является высокая стабильность – при незначительном сокращении расстоянии между полотном и магнитами возникает сила отталкивания, которая возвращает магниты в первоначальное положение, в то же время увеличение расстояния снижает силу отталкивания и повышает силу притяжения, что опять же ведет к стабилизации системы. В этом случае никакой электроники для контроля и корректировки расстояния между поездом и полотном не требуется.

Правда, без недостатков здесь также не обошлось – достаточная для левитации состава сила возникает только на больших скоростях. По этой причине поезд на системе EDS должен быть оснащен колесами, которые смогут обеспечивать движение при низких скоростях (до 100 км/ч). Соответственные изменения также должны быть внесены по всей длине полотна, так как поезд может остановиться в любом месте в связи с техническими неисправностями.

Еще одним недостатком EDS является то, что при низких скоростях в передней и задней частях отталкивающих магнитов в полотне возникает сила трения, которая действует против них. Это одна из причин, по которой в JR–Maglev отказались от полностью отталкивающей системы и посмотрели в сторону системы боковой левитации.

Стоит также отметить, что сильные магнитные поля в секции для пассажиров порождают необходимость установки магнитной защиты. Без экранирования путешествие в таком вагоне для пассажиров с электронным стимулятором сердца или магнитными носителями информации (HDD и кредитные карточки), противопоказано.

Подсистема ускорения в поездах на базе технологии EDS работает точно также, как и в составах на базе технологии EMS за исключением того, что после изменения полярности статоры здесь на мгновение останавливаются.

Третьей, наиболее близкой к реализации технологией, существующей пока только на бумаге, является вариант EDS с постоянными магнитами Inductrack, для активации которых не требуется энергия. До недавнего времени исследователи считали, что постоянные магниты не обладают достаточной для левитации поезда силой. Однако эту проблему удалось решить путем размещения магнитов в так называемый «массив Хальбаха». Магниты при этом расположены таким образом, что магнитное поле возникает над массивом, а не под ним, и способны поддерживать левитацию поезда на очень низких скоростях – около 5 км/ч. Правда, стоимость таких массивов из постоянных магнитов очень высока, поэтому пока и не существует ни одного коммерческого проекта данного рода.

Книга рекордов Гиннесса

На данный момент первою строчку в списке самых быстрых поездов на магнитной подушке занимает японское решение JR-Maglev MLX01, которому 2 декабря 2003 года на испытательной трассе в Яманаси удалось развить рекордную скорость – 581 км/ч. Стоит отметить, что JR-Maglev MLX01 принадлежит еще несколько рекордов, установленных в период с 1997 по 1999 год – 531, 550, 552 км/ч.

Если взглянуть на ближайших конкурентов, то среди них стоит отметить шанхайский маглев Transrapid SMT, построенный в Германии, которому удалось в ходе испытаний в 2003 году развить скорость 501 км/ч и его прародителя – Transrapid 07, преодолевшего рубеж в 436 км/ч еще в 1988 году.

Практическая реализация

Поезд на магнитной подушке Linimo, эксплуатация которого началась в марте 2005 года, был разработан компанией Chubu HSST и до сих пор используется в Японии. Он курсирует между двумя городами префектуры Айти. Протяженность полотна, над которым парит маглев составляет около 9 км (9 станций). При этом максимальная скорость Linimo равна 100 км/ч. Это не помешало ему только в течение первых трех месяцев с момента запуска перевезти более 10 млн пассажиров.

Более известным является шанхайский маглев, созданый немецкой компанией Transrapid и введенный в эксплуатацию 1 января 2004 года. Эта железнодорожная линия на магнитном подвесе соединяет станцию шанхайского метро Лунъян Лу с международным аэропортом Пудун. Общее расстояние составляет 30 км, поезд преодолевает его приблизительно за 7,5 мин, разгоняясь до скорости 431 км/ч.

Еще одна железнодорожная линия на магнитном подвесе успешно эксплуатируется в городе Тэджон, Южная Корея. UTM-02 стал доступен пассажирам 21 апреля 2008 года, а на его разработку и создание ушло 14 лет. Железнодорожная линия на магнитном подвесе соединяет Национальный музей науки и выставочный парк, расстояние между которыми всего лишь 1 км.

Среди поездов на магнитной подушке, эксплуатация которых начнется в ближайшем будущем, стоит отметить Maglev L0 в Японии, его испытания были возобновлены совсем недавно. Ожидается, что к 2027 году он будет курсировать по маршруту Токио – Нагоя.

Очень дорогая игрушка

Не так давно популярные журналы называли поезда на магнитной подушке революционным транспортом, а о запуске новых проектов подобных систем с завидной регулярностью сообщали как частные компании, так и органы власти из разных стран мира. Однако большинство из этих грандиозных проектов были закрыты еще на начальных стадиях, а некоторые железнодорожные линии на магнитном подвесе хоть и сумели недолго послужить на благо населения, позже были демонтированы.

Главная причина неудач в том, что поезда на магнитной подвеске чрезвычайно дороги. Они требуют специально построенной под них с нуля инфраструктуры, которая, как правило, и является самой расходной статьей в бюджете проекта. К примеру, шанхайский маглев обошелся Китаю в $1,3 млрд или $43,6 млн за 1 км двустороннего полотна (включая затраты на создание поездов и постройку станций). Конкурировать с авиакомпаниями поезда на магнитной подушке могут лишь на более длинных маршрутах. Но опять же, в мире достаточно мало мест с большим пассажиропотоком, необходимым для того чтобы железнодорожная линия на магнитном подвесе окупилась.

Что дальше?

На данный момент будущее поездов на магнитной подвеске выглядит туманно в большей степени из-за запредельной дороговизны подобных проектов и длительного периода окупаемости. В то же время множество стран продолжают инвестировать огромные средства в проекты по созданию высокоскоростных железнодорожных магистралей (ВСМ). Не так давно в Японии были возобновлены скоростные испытания поезда на магнитной подушке Maglev L0, который войдет в эксплуатацию к 2027 году.

Японское правительство также надеется заинтересовать собственными поездами на магнитной подушке США. Недавно представители компании The Northeast Maglev, которые планируют соединить с помощью железнодорожной линии на магнитном подвесе Вашингтон и Нью-Йорк, совершили официальный визит в Японию. Возможно поезда на магнитной подвеске получат большее распространение в странах с менее эффективной сетью ВСМ. К примеру, в США и Великобритании, но их стоимость по-прежнему останется высока.

Есть еще один сценарий развития событий. Как известно, одним из путей к увеличению эффективности поездов на магнитной подушке является применение сверхпроводников, которые при охлаждении до близких к абсолютному нулю температур полностью теряют электрическое сопротивление. Однако держать огромные магниты в баках с чрезвычайно холодными жидкостями очень дорого, так как чтобы удерживать нужную температуру, нужны громадные «холодильники», что еще больше повышает стоимость.

Но никто не исключает вероятности, что в ближайшем будущем светилам физики удастся создать недорогое вещество, сохраняющие сверхпроводящие свойства даже при комнатной температуре. При достижении сверхпроводимости при высоких температурах мощные магнитные поля, способные удерживать на весу машины и поезда, станут настолько доступными, что даже «летающие автомобили» окажутся экономически выгодными. Так что ждем новостей из лабораторий.

поезда на магнитной подушке: как они работают?

Что такое поезда маглев? Маглев – это сокращённая форма словосочетания «магнитная левитация». Именно принцип левитации положен в основу движения высокоскоростных поездов. Раскроем секрет поезда на магнитной подушке.

Описание технологии

Что такое магнитная подушка? Главными причинами увеличения скорости движения транспортных средств являются сила трения о дорогу и сопротивление воздуха.

В начале 20 века российский учёный Вайнберг и американец Башлэ независимо и почти одновременно нашли метод исключения трения о дорогу. Они предложили удерживать вагон над дорогой магнитными силами. Движение по дороге осуществить за счёт магнитного импульса, подобно втягиванию сердечника в электромагнитную катушку.

Впоследствии явление преодоления действия гравитационных сил при помощи магнитов назвали магнитная левитация.

Маглев — поезда на магнитной подушке

Если магниты установить на дороге и вагоне, повернуть их одноимённые полюса друг к другу, то вагон поднимется. Нужно только рассчитать силу магнитов. При этом исключаются силы трения о дорогу и для движения вагона надо приложить меньшее усилие.

Движение обеспечивается тоже магнитными силами, только действуют они по горизонтали – это называется линейный электродвигатель. Такой поезд не нуждается в механизме рулевого управления наподобие используемого в автотранспорте https://steering.com.ua/catalog/rulevoe-upravlenie-1.

Перспектива

Поезда на монорельсовом пути с магнитной подушкой считаются самым перспективным наземным транспортом на расстояния до 1000 км. Они конкурируют с самолётом по скорости, надёжности, комфортности и эффективности использования энергии. По сравнению с маглевом самолёт тратит в 5 раз больше энергии.

Важной особенностью таких поездов является необходимость строительства специального Т-образного пути на мощном бетонном основании. Активные работы по внедрению в жизнь такого транспорта ведутся в Японии, Китае, Южной Корее и Германии.

Достоинства

Какие достоинства у поездов маглев?

  1. Высокая скорость делает такие поезда лидерами наземного транспорта.
  2. Эффективное использование электроэнергии по сравнению с действующими поездами на электрической тяге и электромобилями.
  3. Низкие затраты в эксплуатации из-за отсутствия трущихся деталей, таких как колёса, тормозные накладки, рельсы.
  4. Возможности увеличения скорости до нескольких тысяч км/час при движении поезда в вакуумной трубе. Эксперименты по такому виду передвижения проводились ещё первооткрывателями, но практическое применение требует новых технологий и огромных капиталовложений.
  5. Отсутствие шума обычного поезда: стук колёс на стыках рельс, звуки от трения колёс о рельсы.

Недостатки

Какими недостатками обладают маглевы?

  1. Цена километра дороги превышает стоимость строительства подземной части метро. Затраты на строительство поезда в разы выше стоимости традиционного состава.
  2. Путь маглева подходит только ему, другие поезда «пустить» нельзя. По рельсам могут двигаться поезда с разной скоростью.
  3. Влияние магнитного поля на человека, окружающую среду и приборы не изучено. Поезда на магнитной подушке – высокотехнологичный, перспективный транспорт, который в ближайшем будущем обеспечит безопасную, быструю и комфортную доставку пассажиров на значительные расстояния.

Реализация технологии производится в Германии, Великобритании, Китае, Южной Корее.

Поделиться ссылкой:

Статьи для Вас:

Поезда на магнитной подушке: почему «транспорт будущего» не прижился

В 1980-е годы считалось, что поезда с магнитной левитацией (маглевы) это транспорт будущего, который уничтожит внутренние авиарейсы. Эти поезда могут перевозить пассажиров со скоростью 800 км/ч и не наносят практически никакого вреда окружающей среде.

Маглевы способны ездить в любую погоду и не могут сойти со своего единственного рельса — чем дальше поезд отклоняется от путей, тем сильнее его толкает обратно магнитная левитация. Все маглевы двигаются с одинаковой частотой, поэтому не будет никаких неполадок с сигналами. Представьте себе, какой эффект оказали бы такие поезда на экономику и транспорт, если бы расстояние между отдаленными крупными городами преодолевалось за полчаса.

Но почему вы до сих пор не можете ездить по утрам на работу со сверхзвуковой скоростью? Концепт маглевов существует уже более века, еще с начала 1900-х было оформлено множество патентов, использующих эту технологию. Однако до наших дней дожило лишь три рабочие системы поездов на магнитной подушке, причем все они есть только в Азии.

Японский маглев. Фото: Yuriko Nakao/Reuters

До этого первый рабочий маглев появился в Великобритании: в период с 1984 по 1995 из аэропорта Бирмингема ходил шаттл AirLink. Маглев был популярным и дешевым транспортом, но его обслуживание обходилось очень дорого, поскольку некоторые запчасти были единичного производства и их было тяжело найти.

В конце 1980-х Германия тоже обратилась к этой идее: ее беспилотный поезд M-Bahn ездил между тремя станциями западного Берлина. Однако технологию левитирующих поездов решили отложить на потом, и линию закрыли. Ее производитель TransRapid проводил испытания маглевов до тех пор, пока в 2006 году на тренировочном полигоне в Латене не произошел несчастный случай, в котором погибло 23 человека.

Это происшествие могло поставить крест на немецких маглевах, если бы компания TransRapid не подписала до этого договор на строительство в 2001 году маглева для Шанхайского аэропорта. Сейчас этот маглев является самым быстрым электропоездом в мире, который ездит со скоростью 431 км/ч. С его помощью расстояние от аэропорта до бизнес-квартала Шанхая можно преодолеть всего за восемь минут. На обычном транспорте для этого понадобился бы целый час. В Китае есть еще один среднескоростной маглев (его скорость составляет около 159 км/ч), который работает в столице провинции Хунань, Чанша. Китайцы настолько полюбили эту технологию, что к 2020 году планируют запустить еще несколько маглевов в 12 городах.

Канцлер Германии Ангела Меркель первой проехала на маглеве TransRapid до Шанхайского аэропорта. Фото: Rolf Vennenbernd/EPA

В Азии сейчас ведется работа и над другими проектами поездов на магнитной подушке. Один из самых известных — это беспилотный шаттл EcoBee, который ездит от южнокорейского аэропорта Инчхон с 2012 года. На его самой короткой линии расположено семь станций, между которыми маглев проносится со скоростью 109 км/ч. А еще поездки на нем абсолютно бесплатны.

Система Linimo рядом с Нагоей представляет собой городской маглев, который движется с относительно медленной скоростью. Японцы используют технологию магнитной левитации с 1969 года. Сейчас их самый амбициозный проект — это линия маглевов Chuo Shinkanse, по которой можно будет ездить из Токио до Нагойи со скоростью в 498 км/ч (в основном путь будет проходить под землей).

Почему такая технология не прижилась в других странах?

Все упирается в деньги. Строительство маглевов нужно начинать с нуля. Правительства большинства стран просто не готовы к таким затратам, особенно если у них уже развита традиционная железнодорожная инфраструктура. На постройку небольшого маглева в Шанхае потребовалось более $1 миллиарда, а на строительство японского еще больше.

Японский маглев. Фото: Kyodo/Reuters

Кроме того, маглевы не гарантируют какую-либо прибыль. Даже самые успешные азиатские проекты принесли плоды лишь через несколько десятков лет и ценой огромных усилий. Например, шанхайский маглев приносит ежегодные убытки в размере $93 миллионов.

Если китайское правительство способно смириться с такими расходами, то власти большинства стран считают, что будет дешевле обновить существующие железные дороги. Повлиять на ситуацию могут только частные инвестиции, однако даже группа частных сообществ «Японские железные дороги» во многом контролируется государством и до сих пор получает от него значительные субсидии.

Есть ли преимущества у такой инфраструктуры будущего?

Несмотря на огромную стоимость линии маглевов от аэропорта Инчхон, его создатели утверждают, что она на две трети ниже цены обычной железной дороги. По их словам, «хоть расходы на электричество для работы маглева на 30% выше, чем у стандартного поезда, эксплуатация поезда обходится на 60-70% дешевле».

Аналогично для строительства одного километра японского маглева потребовалось $93 миллиона, однако расходы на техобслуживание довольно небольшие, а сам маглев гораздо надежнее и тише, чем традиционные транспортные системы. Кроме того, эти поезда идеальны для городов, поскольку не вредят атмосфере.

Поэтому другим странам все же стоит следить за тем, что происходит в азиатском регионе. Потому что воплотить идею маглевов вполне реально.


Источник.


Материалы по теме:

Идея вакуумных поездов Hyperloop зародилась еще задолго до Илона Маска

Сингапур отказался от беспилотных поездов в метро из-за постоянных перебоев

Каким будет скоростной поезд Hyperloop в Саудовской Аравии

Власти Дубая анонсировали запуск летающего такси без водителя

30 км за восемь минут – и это не самолет, это китайский маглев

  • Ларри Блайберг
  • BBC Travel

Автор фото, Getty Images

Поезд на магнитной подушке, соединяющий шанхайский международный аэропорт Пудун с городским метрополитеном, способен развить скорость до 430 км/ч. В этом на собственном опыте убедился обозреватель BBC Travel.

С посадочным талоном в руках я отошел от стойки регистрации. Мой рейс должен был вылетать из Шанхая чуть больше чем через два часа, но я направился не к зонам на посадку, а в совсем противоположную сторону.

Если я рассчитал все правильно, то до отъезда из Китая у меня остается время на еще одно приключение - поездку на одном из самых быстрых пассажирских поездов в мире.

Поезд на магнитной подушке (он же маглев), соединяющий шанхайский международный аэропорт Пудун с городским метрополитеном, развивает скорость до 430 км/ч.

Это технологическое чудо - один из того ограниченного пока количества поездов, использующих принцип магнитной левитации (подобный поезд в Японии развивает еще более ошеломляющую скорость, около 600 км в час. - Ред.) . Подобное ожидаешь увидеть скорее в парке развлечений, чем на схеме общественного транспорта.

Поезда отправляются из центральной части аэропорта. Путь к платформе указывают надписи на китайском и английском, а также симпатичные изображения поезда, парящего над путями.

И это не фантазия художника. Маглевы (от английского magnetic levitation - "магнитная левитация". -Прим. переводчика) не опираются на колеса, а скользят над путями, что позволяет избежать сопротивления трения.

Автор фото, Larry Bleiberg

Подпись к фото,

Поезда отправляются из центральной части международного аэропорта Пудун

Научное обоснование этого принципа удивительно простое: всякий, кто когда-нибудь играл с магнитами, знает, что положительный и отрицательный полюса притягиваются друг к другу, а два положительных (или два отрицательных) отталкиваются.

При магнитной левитации используется именно эта сила отталкивания, которой управляют с помощью быстрого включения и выключения электромагнитов, что позволяет разгонять вагоны до невероятных скоростей.

Я не зациклен на поездах, но путешествовать очень люблю. Мог ли я пройти мимо такого шанса?

За несколько минут я дошел до станции, нашел автомат по продаже билетов и изучил список предлагаемых вариантов.

Билет туда и обратно стоил 80 юаней - меньше, чем в шанхайский Диснейленд, что стало еще одним доводом в пользу поездки.

Был в поезде и первый класс, но от него я отказался, рассудив, что в самом современном поезде мира эконом-класс вряд ли окажется совсем уж убогим.

Автор фото, Getty Images

Подпись к фото,

Поезд на магнитной подушке соединяет аэропорт Шанхая с метрополитеном

Потом я взглянул на карту и заколебался, осознав, в какую авантюру собрался пуститься.

Если меня не обманывают, то через восемь минут я окажусь в 30 километрах от аэропорта - на станции метро Лунъян-Лу. Там я планировал выйти и немедленно сесть на обратный поезд.

Если все пройдет как задумано, то я проеду 60 километров меньше чем за 20 минут.

Если же нет, то мне предстоит увлекательный разговор с представителем авиакомпании, которому я должен буду объяснить, почему опоздал на свой рейс.

У меня оставался последний шанс отказаться от поездки. Глубоко вздохнув, я сунул в автомат купюру в 100 юаней и через мгновение уже входил в сверкающий вестибюль с золотистыми колоннами.

Цифровые часы отмеряли секунды до отправления ближайшего поезда. Пока я мучился сомнениями у билетного автомата, предыдущий поезд ушел; до следующего оставалось примерно восемь минут.

Не успели часы отсчитать минуту, как на станцию с гулом прибыл изящный поезд белого цвета, состоящий из четырех вагонов.

Миновав раздвижные двери, я оказался в современном и чистом салоне с креслами, обтянутыми синим вельветом. Симпатично, но ничего примечательного, кроме цифровых часов и спидометра в конце каждого вагона.

Как только обратный отсчет на часах дошел до нуля, двери закрылись, и мы плавно отъехали от станции.

Автор фото, China Photos/Getty

Подпись к фото,

60-километровая поездка туда и обратно занимает всего 20 минут

Поезд сразу же начал разгоняться. Словно сверхмощный спорткар в гонках на ускорение, он набирал и набирал скорость: почти сразу же на спидометре появилось число 100, затем 200...

С каждым пройденным километром пассажиры оживлялись все больше. Я думал, что мои попутчики равнодушно уткнутся в свои смартфоны, не обращая внимания на удивительную поездку, но они сходили с ума, словно школьники.

Когда поезд разогнался до 300 км/ч, они начали вылезать в проход и фотографироваться на фоне спидометра. Пейзаж за окном слился в сплошное размазанное пятно.

В вагоне ровное гудение стало громче. "Я словно лечу!" - завопил калифорнийский турист Тин Нгуен.

В следующее мгновение на спидометре появилась цифра 431 и так и оставалась там ровно столько, чтобы мы успели насладиться ощущением чуда.

Потом поезд начал замедляться: 300, 250... На 100 км/ч мне показалось, что мы еле ползем.

Я схватил сумку и приготовился к быстрому забегу до обратного поезда. Как только двери открылись, я кинулся к выходу, но повернул не налево в город, а направо.

Сунув билет в турникет, я торопливо выскочил на платформу... и с удивлением обнаружил себя в том же вагоне, из которого только что вышел. Судя по всему, можно было остаться внутри и сэкономить на обратном билете, но я впервые оказался в маглеве и этого не знал.

Автор фото, Larry Bleiberg

Подпись к фото,

Поезд может разгоняться до 430 км/ч

На обратном пути я начал обращать внимание на различные подробности этой поездки - например, автомобили, которые едва ползли по автостраде вдоль железной дороги и превращались в размытые пятна, когда мы набирали скорость.

Примерно через четыре минуты после отправления несколько пассажиров бросились к окнам по одну сторону вагона.

Я оторвал взгляд от спидометра и заметил, как снаружи мелькнуло какое-то пятнышко. Это был второй маглев, следовавший в противоположном направлении.

Поезд замедлил ход, и вскоре я уже возвращался знакомой дорогой в терминал. На этот раз я послушно встал в очередь на досмотр и паспортный контроль, и эта очередь показалась мне невыносимо медлительной.

Я подошел к выходу на посадку, когда примерно половина пассажиров уже поднялась на борт. Вклинившись в очередь за супружеской парой, я узнал пассажиров, вместе с которыми проходил регистрацию на рейс.

У них был утомленный и довольно хмурый вид, а руки оттягивали пакеты из дьюти-фри.

Я не мог разглядеть их покупки, но не сомневался, что увожу с собой куда более ценный сувенир.

Автор фото, Getty Images

Подпись к фото,

После поездки со скоростью 430 км в час мир кажется медленным

Высокоскоростные поезда – Газета Коммерсантъ № 178 (1136) от 19.10.1996

&nbspВысокоскоростные поезда

Дуэль на магнитной подушке
       Концерны Японии и Германии соревнуются в разработке новых высокоскоростных поездов на магнитной подушке.
       
300 километров за сорок минут
       Германская модель нового поезда называется Transrapid. Предполагается, что в 2005 году будет принята в эксплуатацию первая очередь строящейся сейчас железной дороги между Берлином и Гамбургом (расстояние между ними составляет 300 км), по которой поезда будут двигаться со скоростью около 430 км в час. Ориентировочная стоимость проекта составляет DM12,2 млрд. Экспериментальная модель Transrapid 07 уже "накатала" 300 тыс. километров на открывшейся в 1983 году 30-километровой трассе и перевезла 100 тысяч пассажиров.
       
Так функционирует Transrapid 07 (ФРГ)
       Все функции "нормальных" железнодорожных колес и рельс выполняют электромагниты. При этом непосредственного контакта между элементами системы не происходит. Магниты несут и направляют поезд, ускоряют и тормозят его.
       "Руки" поезда на магнитной подушке Transrapid как бы охватывают T-образный "носитель" поезда. Расположенные под железнодорожным полотном электрические статоры производят магнитное поле. Это притягивает несущие магниты в "руках" локомотива, что поднимает поезд над трассой. Когда магнитное поле в статорах изменяется, поезд ускоряется. По бокам в нижней части локомотива расположены тормозные и направляющие магниты, которые обеспечивают безопасное удаление от полотна, а также (при необходимости) экстренное торможение. Блоки электронного оборудования регулируют мощность магнитов в поезде.
       
Так функционирует Maglev
       Предполагается, что до 2000 года японское государство и приватизируемый сейчас железнодорожный концерн страны инвестируют в проект высокоскоростного поезда на магнитной подушке Maglev DM6,5 млрд в пересчете на немецкие марки. Чтобы опробовать уже построенную модель MLX 01, японцы строят сейчас в провинции Яманаси экспериментальную трассу длиной 42,8 км. В случае удачных результатов в 2000 году будет принято решение о строительстве ультрасовременной железной дороги длиной 515 км между Осакой и Токио. Сейчас по этой магистрали ежегодно перевозятся около 133 млн пассажиров.
       Технически принцип работы выглядит так. Статоры из сверхпроводников изготовлены из сплава ниобия и титана и охлаждены жидким гелием до температуры - 269° C. При подаче напряжения они производят очень сильное магнитное поле. Тяговые магниты в стенах магистрали первоначально ускоряют поезд на колесах. Только затем сверхпроводники в боковых несущих статорах начинают производить отталкивающий эффект, с помощью которого поезд поднимается над полотном. Направляющие системы обеспечивают курс поезда.
       
       Основные данные по системам Transrapid 07 и Maglev
       



Максимальная 450 550 км/ч
скорость км/час
Период 19 лет 35 лет
разработки
Длина 54 м 77,6 м
Ширина 3,70 м 2,90 м
Высота 4,06 м 3,28 м
Вес 110 тонн 88 тонн
(максимальный)
       
       
       Источник : Focus (ФРГ)
       
       ИВАН Ъ-ЛЕНСКИЙ
       

Магнитная подушка.

Эта удивительная подушка

Магнитная подушка

Как ни перспективна воздушная подушка для создания летающих поездов, у нее есть серьезный конкурент. Поезд может лететь над рельсами и без воздушной подушки, место которой способна занять ее своеобразная дальняя родственница — тоже подушка, но… магнитная.

Явление магнетизма, магнетическая сила известны людям с древних нор. Наука и теперь далеко не до конца выяснила природу магнетизма, его роль в жизни, однако сумела во множестве случаев использовать эту могучую природную силу на службе людям. Вполне реально и будущее магнитной подушки для рельсолетов.

Самый простой путь для этого — использование силы отталкивания одноименных полюсов магнита или, наоборот, притягивания разноименных полюсов. Но обычные магниты слишком слабы для этого, а применение мощных электромагнитов, образующих сильное магнитное поле с помощью электрического тока, связано со многими трудностями.

Наиболее эффективный путь решения задачи был впервые продемонстрирован в лаборатории одного из московских физических институтов полвека назад. Изумленные наблюдатели видели магнит, недвижно повисший в стеклянном сосуде над небольшой свинцовой тарелочкой.

Значение опыта столь велико, что о нем стоит рассказать подробнее. Прежде всего, для чего нужна была свинцовая тарелочка? Не на случай ли возможного падения магнита?

Ее роль была куда более важной. В сосуде под тарелочкой находился жидкий гелий, температура которого всего на четыре градуса выше абсолютного нуля. При столь низкой температуре свинец приобретает удивительное свойство сверхпроводимости. Если в сверхпроводящем веществе возник электрический ток, то он никогда не прекратится: сопротивление току равно нулю.

Вот что происходило в опыте, ставшем историческим. Когда магнит, небольшой брусок квадратного сечения, бросили в сосуд, то он упал на тарелочку, но не остался лежать на ней, как можно было ждать. Поведение магнита казалось необъяснимым — он подпрыгнул, еще раз и… завис над тарелочкой.

Когда магнит падал на свинцовую тарелочку, то вызвал в ней электрический кольцевой ток. Общеизвестно, что перемещение проводника в магнитном поле наводит (индуцирует) в нем ток. Сила наведенного в тарелочке тока была небольшой, при обычных условиях из-за сопротивления свинца ток почти сразу прекратился бы. Но свинец был сверхпроводящим, и ток, раз возникнув, продолжал существовать. Но раз появился ток, то появилось и связанное с ним магнитное поле, которое мешало магнитному стержню приблизиться к тарелочке.

Невидимая глазу борьба магнитных сил привела в конце концов к тому, что магнитный брусок недвижно завис в воздухе над тарелочкой. Вместо воздушной подушки «призраком» стала на этот раз подушка магнитная, сотканная из незримых силовых линий магнитного поля.

Исследования показали, что создание летающего поезда на магнитной подушке не только технически возможно, но и вполне оправдано. Он обладает некоторыми преимуществами перед рельсолетом на воздушной подушке — расходует меньше энергии, бесшумен, не поднимает туч пыли, не загрязняет атмосферу шлейфом выхлопных газов. Теперь, когда защита окружающей природы становится одним из главных требований к создаваемой технике, это важные достоинства.

Есть у магнитного поезда и недостатки. Главное — нужно достичь сверхпроводимости, а для этого обеспечить охлаждение чуть ли не до абсолютного нуля. Успехи физики и техники сверхнизких температур столь велики, что широкое использование явления сверхпроводимости в технике не за горами. И все же пока это сложно и дорого.

Исследование и проектирование рельсолетов на магнитной подушке ведется и у нас в стране, и за рубежом. Первые рельсолеты для регулярных рейсов будут, наверное, все же воздушными, и лишь потом в ряд с ними станут рельсолеты магнитные.

Собственно, магнитная подушка появилась на свет даже раньше воздушной. Первую модель вагона на магнитной подушке сделал бельгиец монтер Башле в 1910 году. Она тогда нашумела на весь мир, вызвала настоящую сенсацию. Еще бы, модель вагона весом пятьдесят килограммов не только поднималась магнитным полем и парила в воздухе над рельсами, но и мчалась с совершенно фантастической по тем временам скоростью — пятьсот километров в час!

Прошло четверть века, и другую модель построил немецкий инженер Кемпер Он оказался более практичным и взял патент на изобретение «Дороги с бесколесными вагонами, которые могут двигаться вдоль железных рельсов, будучи приподнятыми магнитным полем».

В обоих случаях для магнитной подвески служили электромагниты. Изобретатели применили немало интересных технических новшеств, но их проекты, намного опережавшие время, не смогли быть реализованы.

Новые перспективы открыло использование сверхпроводимости. Как будут выглядеть магнитные летающие поезда, если судить по известным проектам?

Магнитная подушка создается в них силой отталкивания между сверхпроводящими магнитными катушками под днищем вагона и расположенными вдоль полотна пути алюминиевыми обмотками-контурами. Место контуров может занять и обычный токопроводящий рельс, например алюминиевая полоса. Создающий отталкивающее магнитное поле ток в контурах или рельсе наводится магнитами проносящегося поезда. Помимо контуров, создающих подушку, вдоль пути должны быть расположены и другие контуры, уже не горизонтальные, а вертикальные — они служат для направления поезда, чтобы он не сошел со своих магнитных рельсов.

Подобным же образом могут быть устроены и высокоскоростные автомагистрали, по которым будут мчаться автолеты со сверхпроводящими магнитами под днищем. В бетон или асфальт шоссе должны быть заделаны отталкивающие контуры. Хочешь — можешь лететь на автолете, нет — ехать по нему на обычном автомобиле.

Первая модель вагона на магнитной подушке испытана в Японии лет десять назад. Позднее вагончик длиной семь метров промчался метров двести со скоростью почти пятьсот километров в час над полотном пути на высоте шесть сантиметров — его удерживала магнитная подушка со сверхпроводящим магнитом, а для движения служил линейный электрический двигатель.

Экспериментальный вагон на магнитной подушке построен в США. Сверхпроводящие катушки под днищем вагона изготовлены из ниобиевой проволоки, проложенной внутри тщательно изолированного кабеля с жидким гелием. Предполагается, что поезд на сто пассажиров будет обладать скоростью более четырехсот пятидесяти километров в час.

В ФРГ в 1971 году начаты испытания двух экспериментальных магнитных вагонов: один весом пять, другой — одиннадцать тонн.

В Англии имеются проекты создания летающего поезда с использованием и воздушной и магнитной подушек. Предполагается, что воздушная подушка будет несущей, а магнитная — направляющей.

У нас в стране работы по магнитным рельсолетам ведутся в Москве, Ленинграде, Киеве, Ростове-на-Дону. В Ростовском институте инженеров железнодорожного транспорта первая модель локомотива на магнитной подушке была создана студентами и участвовала в 1970 году во Всесоюзной выставке студенческих работ, получив там премию. Она парила на высоте четырех-пяти миллиметров над магнитами. В 1973 году в институте велись испытания модели локомотива «Молниеносный» на магнитной подушке с линейным электрическим двигателем. Предполагается создать магнитолет с четырьмя пассажирами. Уже не раз выпускники института свои дипломные проекты посвящали магнитным рельсолетам, работают над ними и ученые института.

Как работает Маглев | Министерство энергетики

Что, если бы вы могли добраться из Нью-Йорка в Лос-Анджелес менее чем за семь часов, не садясь в самолет? Это могло быть возможно на поезде Маглев.

Маглев - сокращение от магнитной левитации - поезда могут проследить свои корни до технологии, впервые разработанной в Брукхейвенской национальной лаборатории. Джеймс Пауэлл и Гордон Дэнби ​​из Брукхейвена получили первый патент на конструкцию поезда с магнитной левитацией в конце 1960-х годов. Идея пришла к Пауэллу, когда он сидел в пробке и думал, что должен быть лучший способ передвижения по суше, чем автомобили или традиционные поезда.Он придумал идею использовать сверхпроводящие магниты для левитации вагона. Сверхпроводящие магниты - это электромагниты, которые во время использования охлаждаются до экстремальных температур, что резко увеличивает мощность магнитного поля.

Первый коммерчески эксплуатируемый высокоскоростной сверхпроводящий поезд на маглеве открылся в Шанхае в 2004 году, другие уже эксплуатируются в Японии и Южной Корее. В Соединенных Штатах изучается ряд маршрутов для соединения таких городов, как Балтимор и Вашингтон, округ Колумбия. C.

В Маглеве сверхпроводящие магниты подвешивают вагон поезда над бетонной направляющей U-образной формы. Как и обычные магниты, эти магниты отталкиваются друг от друга, когда совпадающие полюса обращены друг к другу.

«Вагон поезда на маглеве - это просто коробка с магнитами на четырех углах», - говорит Джесси Пауэлл, сын изобретателя Маглева, который сейчас работает со своим отцом. Это немного сложнее, но концепция проста. Используемые магниты являются сверхпроводящими, а это означает, что при их охлаждении до температуры менее 450 градусов по Фаренгейту ниже нуля они могут генерировать магнитные поля в 10 раз сильнее, чем обычные электромагниты, достаточные для приостановки и движения поезда.

Эти магнитные поля взаимодействуют с простыми металлическими петлями, встроенными в бетонные стены направляющей Маглев. Петли сделаны из проводящих материалов, таких как алюминий, и когда магнитное поле движется мимо, он создает электрический ток, который генерирует другое магнитное поле.

Три типа петель устанавливаются на направляющих с определенными интервалами для выполнения трех важных задач: одна создает поле, которое заставляет поезд парить примерно на 5 дюймов над направляющей; вторая удерживает поезд в горизонтальном положении.Обе петли используют магнитное отталкивание, чтобы удерживать вагон поезда в оптимальном положении; чем дальше он удаляется от центра направляющей или чем ближе к основанию, тем большее магнитное сопротивление толкает его обратно на путь.

Третий набор контуров - это силовая установка, работающая от переменного тока. Здесь и магнитное притяжение, и отталкивание используются для перемещения вагона по рельсовым путям. Представьте себе коробку с четырьмя магнитами - по одному на каждом углу. Передние углы имеют магниты с северными полюсами наружу, а задние углы имеют магниты с южными полюсами наружу.Электрификация контуров движения генерирует магнитные поля, которые тянут поезд вперед спереди и толкают его сзади.

Эта конструкция с плавающим магнитом обеспечивает плавное срабатывание. Несмотря на то, что поезд может двигаться со скоростью до 375 миль в час, водитель испытывает меньшую турбулентность, чем на традиционных поездах со стальными колесами, потому что единственным источником трения является воздух.

Еще одно большое преимущество - безопасность. Поезда на маглеве «двигаются» механизированной направляющей. Любые два поезда, идущие по одному и тому же маршруту, не могут догнать и врезаться друг в друга, потому что все они работают с одинаковой скоростью.Точно так же традиционные сходы поездов с рельсов, которые происходят из-за слишком быстрого поворота, не могут произойти с Maglev. Чем дальше поезд на магнитной подвеске удаляется от своего нормального положения между стенками рельсов, тем сильнее становится магнитная сила, толкающая его обратно на место.

Джесси Пауэлл больше всего увлекался этой основной особенностью. «С Маглевом нет водителя. Транспортные средства должны двигаться туда, куда их отправляет сеть. Это основная физика. Итак, теперь, когда у нас есть компьютерные алгоритмы для очень эффективной маршрутизации, мы можем изменять планирование всей сети на лету.В будущем это приведет к гораздо более гибкой транспортной системе », - сказал он.

Хотя эта захватывающая технология не используется сегодня в Соединенных Штатах, если Пауэлл и его команда добьются своего, когда-нибудь вы сможете плыть к следующему пункту назначения.

Примечание редактора: этот пост написал научный автор из Брукхейвенской национальной лаборатории, одной из 17 национальных лабораторий Министерства энергетики.

Как работают поезда на магнитной подвеске | HowStuffWorks

В то время как транспорт на магнитной подвеске был впервые предложен более века назад, первый коммерческий поезд на магнитной подвеске стал реальностью только в 1984 году, когда между международным железнодорожным вокзалом Бирмингема в Соединенном Королевстве и терминалом аэропорта начал работать низкоскоростной шаттл на магнитной подвеске. международного аэропорта Бирмингема.С тех пор различные проекты на магнитной подвеске начались, застопорились или были полностью заброшены. Однако в настоящее время существует шесть коммерческих линий магнитной подвески, и все они расположены в Южной Корее, Японии и Китае.

Тот факт, что системы магнитной подвески быстрые, плавные и эффективные, не меняет одного критического факта - эти системы невероятно дороги в строительстве. В городах США от Лос-Анджелеса до Питтсбурга и Сан-Диего в разработке были планы создания линии на магнитной подвеске, но стоимость строительства транспортной системы на магнитной подвеске (примерно от 50 до 200 миллионов долларов за милю) была непомерно высокой и в конечном итоге свела на нет большинство предложенных проектов.Некоторые критики считают, что проекты на магнитной подвеске стоят, возможно, в пять раз дороже, чем традиционные железнодорожные линии. Но сторонники этих поездов отмечают, что стоимость эксплуатации этих поездов в некоторых случаях до 70 процентов меньше, чем при использовании старых железнодорожных технологий [источники: Холл, Хидеказу и Нобуо].

Не помогает то, что некоторые громкие проекты провалились. Администрация Университета Олд-Доминион в Вирджинии надеялась, что в осеннем семестре 2002 года у студентов появится супер-шаттл, курсирующий между студентами по кампусу, но поезд сделал несколько пробных запусков и так и не приблизился к скорости 40 миль в час (64 км / ч). скорости обещали.В 2010 году вокзалы были окончательно разобраны, но части эстакады все еще стоят, что свидетельствует об отказе в размере 16 миллионов долларов [источник: Кидд].

Но другие проекты продолжаются. Одна амбициозная группа хочет построить 40-мильный (64-километровый) участок от Вашингтона до Балтимора, и у этой идеи есть много сторонников, но ожидается, что проект будет стоить до 15 миллиардов долларов. Непомерная цена этой концепции может показаться смехотворной практически в любом другом месте в мире, но душераздирающий тупик этого региона и ограниченное пространство означают, что городским планировщикам и инженерам требуется инновационное решение, а сверхбыстрая система магнитолевой подвески может быть лучшим вариантом. Ключевой момент продажи - расширение этого проекта могло бы соединить Вашингтон с Нью-Йорком и сократить время в пути до 60 минут, быстрые поездки, которые могут изменить торговлю и путешествия на Северо-Востоке [источники: Лазо, Северо-Восточный Маглев].

В Азии, однако, бум на магнитных подвесках, по сути, уже начался. Япония лихорадочно работает над маршрутом Токио-Осака, который может открыться к 2037 году. Когда он будет завершен, поезд сократит почти трехчасовую поездку до 67 минут [источник: Reuters].

Китай серьезно рассматривает десятки потенциальных маршрутов на магнитной подвеске, все они проходят через густонаселенные районы, требующие высокопроизводительного общественного транспорта. Это не будут скоростные поезда. Вместо этого они будут перемещать множество людей на более короткие расстояния с меньшей скоростью. Тем не менее, Китай производит все свои собственные технологии магнитных левов и собирается представить коммерческую линию магнитных левов третьего поколения с максимальной скоростью около 125 миль в час (201 км / ч) и, в отличие от предыдущих версий, полностью автономную, полагаясь вместо этого на компьютерные датчики для ускорение и торможение (в стране уже есть несколько поездов на магнитной подвеске, но им нужен водитель. ) [источник: Вонг].

Невозможно точно знать, какое место в будущем будут иметь магнитные подвески для транспортировки людей. Достижения в области беспилотных автомобилей и авиаперелетов могут усложнить развертывание линий магнитной подвески. Если индустрии гипертерлей удастся набрать обороты, это может разрушить все виды транспортных систем. И некоторые инженеры подозревают, что даже летающие автомобили, хотя и невероятно дорогие, могут превзойти железнодорожные системы в будущем, потому что им не нужны масштабные инфраструктурные проекты, чтобы начать работу.

Возможно, всего через десятилетие или два страны всего мира вынесут вердикт по поездам на магнитной подвеске. Может быть, они станут стержнем высокоскоростных путешествий или просто любимыми проектами, которые обслуживают лишь отдельные группы населения в густонаселенных городских районах. Или, возможно, они просто исчезнут в истории, почти волшебная форма технологии левитации, которая так и не стала популярной.

Maglev: магнитно-левитирующие поезда | Справочник по проектированию электротехники и вычислительной техники

Поезда на магнитной подвеске

используют магнетизм, чтобы парить над путями, по которым они движутся. Они быстрее, эффективнее и экологичнее современных колесных поездов. Возможно, в скором времени технология магнитных левов станет обычным явлением во всем мире. В этой статье рассказывается об истории этих поездов, о том, как они работают, а также об их преимуществах и недостатках. В нем также обсуждается важность электротехники в разработке магнитолевой подвески и то, как инженеры-электрики могут сделать эту технологию следующей транспортной революцией.

Представьте себе поезд без колес.Вместо того, чтобы катиться по рельсам, он тихо парит над головой и плавно скользит от места отправления к месту назначения, даже не касаясь рельсов. Это может звучать как научная фантастика, но примеры этой технологии уже существуют во многих местах мира. Они известны как поезда maglev (происходит от термина mag netic lev itation). Эти футуристические локомотивы предлагают много новых захватывающих возможностей для путешествий. Они могут стать более быстрыми, безопасными и более энергоэффективными, чем обычные транспортные системы.Хотя таких поездов пока немного, они являются рассадником исследований в сообществе электротехники. В результате маглев может стать обычным явлением раньше, чем вы думаете.

История Maglev

Фундаментальные идеи, лежащие в основе технологии магнитной подвески, восходят к началу 20 века. Была проделана большая работа по созданию основы для этих поездов, включая разработку электродвигателей и исследования в области магнетизма. Несколько ученых, а именно Роберт Годдард и Эмиль Бачелет, даже осмелились предложить транспортное средство, которое будет плавать с помощью магнитов (Yadav, 2013).В 1934 году немец по имени Герман Кемпер получил патент на первую концепцию магнитного левитирующего поезда (Yadav, 2013). Идея начала проявляться только в 1960-х годах. В это время Германия и Япония начали исследовать потенциал маглев. В течение 70-х и 80-х годов обе страны добились больших успехов в разработке этих поездов. Германия построила и испытала ряд прототипов систем магнитной подвески и назвала их конструкцию TransRapid (рис. 1). Поезда достигли скорости более 250 миль / ч (402 км / ч) на испытательном треке (Luu, 2005).Япония также испытала две серии собственных разработок, названных ML-500 и позже MLU. Их поезда могли развивать скорость более 300 миль в час (483 км / ч) (Луу, 2005).

Рисунок 1

Transrapid в испытательном центре в Германии недалеко от Бремена. Источник: © Stahlkocher / CC BY-SA 3.0

Япония продолжала развивать свою технологию магнитолевой подвески до 90-х годов и позже. Они протестировали новую серию под названием MLX, которая разогналась до 350 миль в час (563 км / ч) в 2003 году (Yadav, 2013). В стране не создано коммерческих линий, но исследования все еще проводятся.В Германии коммерческая линия TransRapid, соединяющая Берлин и Гамбург, была предложена в 1992 году. Однако в 2000 году правительство закрыло проект (Luu, 2005). Однако не все было потеряно, поскольку китайцы обратили внимание и поручили немцам построить поезд TransRapid в Шанхае. Шанхайский маглев (рис. 2), созданный в результате этого предприятия, в настоящее время является единственным высокоскоростным поездом на магнитной подвеске, который используется в коммерческих целях. Он перевозит пассажиров на расстояние 19 миль (30 км) за 8 минут, достигая максимальной скорости более 250 миль в час (431 км / ч) (Coates, 2004).Таким образом, Китай быстро стал крупным игроком на мировом рынке маглев. Страна планирует продолжить развитие своей инфраструктуры на магнитной подвеске.

Рисунок 2

Shanghai Maglev выходит из международного аэропорта Пудун, с железнодорожной картой Shanghai Transit Map, показывающей маршрут до Longyang Road. Источники коллажей: © Alex Needham / Public Domain and Metropedia

Как это работает?

Поезда на маглеве не имеют колес и рельсов. Как показано на рисунке 3, у них есть направляющие, и они плавают по ним, даже не касаясь их.

Рисунок 3

Сравнение колесных рельсов и направляющих. Источник: Автор, взято из работы Ли (2006).

Есть три основных элемента для достижения функциональности маглев: левитация, движение и наведение (как показано ниже).

Рисунок 4

Левитация, движение и наведение на маглеве. Источник: Автор, взято из работы Ли (2006).

Левитация

Левитация - это способность поезда оставаться подвешенным над рельсами. Есть два важных типа техники левитации:

  • Электромагнитная подвеска (EMS): EMS (рис. 5) использует силу притяжения электромагнитов, размещенных на направляющих и на поезде, для достижения левитации.Преимущества этого метода заключаются в том, что его проще реализовать, чем электродинамическая подвеска (обсуждается ниже), и что он поддерживает левитацию при нулевой скорости. Недостатки в том, что система нестабильна по своей природе. На высоких скоростях становится трудно поддерживать правильное расстояние между поездом и рельсовым полотном. Если это расстояние не может быть сохранено, поезд не сможет подняться в воздух и остановится. Чтобы учесть это, EMS требует сложных систем управления с обратной связью, чтобы поезд всегда оставался стабильным (Lee, 2006).

Рисунок 5

Электромагнитная подвеска (EMS). Использует притягивающие магнитные силы. Источник: Автор, взято из работы Ли (2006).

  • Электродинамическая подвеска (EDS): EDS (Рисунок 6) использует силу отталкивания (сверхпроводящих) магнитов, размещенных на направляющих и на поезде, для достижения левитации. Магниты движутся мимо друг друга во время движения поезда и создают силу отталкивания. Преимущества этого метода в том, что он невероятно стабилен на высоких скоростях.Поддержание правильного расстояния между поездом и рельсовым полотном не является проблемой (Lee, 2006). Недостатки состоят в том, что необходимо набрать достаточную скорость, чтобы поезд вообще мог левитировать. Кроме того, эта система намного сложнее и дороже в реализации.

Рисунок 6

Электродинамическая подвеска (EDS). Использует отталкивающие магнитные силы. Источник: Автор, взято из работы Ли (2006).

Силовая установка

Тяга - это сила, которая движет поезд вперед.Maglev использует электрический линейный двигатель для достижения тяги. Обычный электрический роторный двигатель использует магнетизм для создания крутящего момента и вращения оси. Он имеет неподвижный элемент, статор, который окружает вращающийся элемент, ротор. Статор используется для создания вращающегося магнитного поля. Это поле создает на роторе вращающую силу, которая заставляет его вращаться. Линейный двигатель - это просто развернутая версия этого (см. Рисунок 7). Статор уложен ровно, а ротор лежит над ним. Вместо вращающегося магнитного поля статор генерирует поле, которое распространяется по всей его длине.Точно так же вместо вращающей силы на ротор действует линейная сила, которая тянет его вниз по статору. Таким образом, линейный электродвигатель производит прямолинейное движение. Однако этот двигатель может создавать силу только тогда, когда ротор находится над статором. Когда ротор доходит до конца, он перестает двигаться.

Рисунок 7

Роторный двигатель против линейного двигателя. Источник: Автор, взято из работы Ли (2006).

Стандартно при описании линейного двигателя используется термин «первичный» вместо «статор» и «вторичный» вместо «ротор».В поездах на магнитной подвеске вторичная обмотка прикреплена к днищу вагонов, а первичная - к направляющей. Таким образом, по направляющей посылается магнитное поле, которое тянет за собой поезд. Таким образом, вся длина пути на магнитной подвеске может считаться частью двигателя поезда. Система, которая была описана до сих пор, представляет собой линейный асинхронный двигатель (LIM). Это так называется, потому что магнитное поле в первичной обмотке индуцирует магнитное поле во вторичной обмотке. Это взаимодействие между исходным полем и индуцированным полем, которое заставляет вторичное поле тянуться.Однако в этой конфигурации вторичный всегда немного отстает от движущегося поля в первичном. Это отставание является источником энергии и потери скорости. В линейном синхронном двигателе (LSM) задержка устраняется путем присоединения постоянных магнитов к вторичной обмотке. Поскольку вторичная обмотка теперь производит собственное постоянное магнитное поле, она движется вниз по первичной обмотке синхронно с движущимся полем - отсюда и название этого варианта двигателя (Gieras, 2011). Поскольку LSM быстрее и эффективнее, они являются предпочтительным двигателем в высокоскоростных поездах на магнитной подвеске (Lee, 2006).

Руководство

Наведение - это то, что удерживает поезд по центру пути. В высокоскоростном магнитоле для этого используются магнитные силы отталкивания (рис. 8). В TransRapid есть две электромагнитные рельсы, расположенные на поезде по обе стороны от направляющей. Эти рельсы удерживают поезд от слишком большого отклонения от курса (Lee, 2006). В MLX наведение сочетается с системой левитации. Рельсы левитации по обе стороны поезда соединены друг с другом. Благодаря этому соединению, когда поезд приближается к одной стороне, возникает возвращающая сила, которая толкает его назад к центру. Таким образом, MLX одновременно левитирует и управляется (Lee, 2006).

Рисунок 8

Система наведения Transrapid и MLX. Оба используют отталкивающие магниты. Источник: Автор, взято из работы Ли (2006).

Преимущества Maglev

Самая очевидная привлекательность поездов на магнитной подвеске заключается в том, что они могут двигаться быстрее, чем традиционные поезда.Единственный коммерческий высокоскоростной магнитопровод, Shanghai Maglev, в настоящее время является самым быстрым из существующих поездов. Он движется со скоростью более 50 миль в час (80 км / ч) быстрее, чем самый быстрый высокоскоростной колесный рельс ( 320 км / ч Hayabusa , 2013 г.). И это только первое. Отсутствие трения между поездом и направляющей снимает многие ограничения, которые связывают традиционные поезда. Маглев будет только быстрее (Луу, 2005). Есть и другие, более тонкие качества, которые также делают маглев привлекательным:

  • Долговечность: Обычные колеса и рельсы со временем подвергаются большим нагрузкам.Их необходимо периодически заменять и ремонтировать, чтобы они оставались работоспособными. В магнитоле нет контакта между поездом и рельсом, поэтому износ значительно меньше. Из-за этого срок службы частей магнитолевой системы значительно больше (Powell, 2003). С экономической точки зрения это хороший стимул, так как ремонт и обслуживание - это дорогостоящие и трудоемкие мероприятия.
  • Безопасность: Может показаться нелогичным, что эти поезда более безопасны, поскольку они движутся намного быстрее, чем их колесные аналоги.Тем не менее, это правда. Поезда на маглеве практически невозможно сходить с рельсов (Луу, 2005). Чтобы оторвать поезд от рельсов, нужно что-то вроде полного обрушения рельсового пути. К тому же погода - не проблема. Поскольку движение поездов не зависит от трения, снег, лед и дождь практически не оказывают никакого влияния (Луу, 2005). Наконец, можно легко поднять направляющие. Если поезда движутся по рельсам на высоте десяти футов над землей, вероятность столкновения с объектом на его пути меньше (Луу, 2005).
  • Энергоэффективность: Еще одним преимуществом левитации является то, что эти поезда не теряют энергию на трение. Это дает им преимущество в эффективности (Wang 2010). Потребление энергии имеет важное значение для успеха транспортной системы. Большая часть эксплуатационных расходов идет на оплату электроэнергии. Поэтому это преимущество в эффективности очень важно. Однако, хотя поезда на магнитной подвеске более эффективны, в настоящее время они не намного эффективнее современных высокоскоростных поездов.Тем не менее, у них есть потенциал стать намного лучше в этой категории.
  • Воздействие на окружающую среду: Поезда на магнитной подвеске Maglev могут делать более крутые повороты, чем высокоскоростные рельсы. Это позволяет строить направляющие, которые могут намного лучше перемещаться по местности (Wang 2010). Пути могут быть спроектированы так, чтобы оказывать минимальное влияние на окружающую среду. Направляющие также занимают меньше площади, чем рельсы (Wang 2010). Это еще больше снижает воздействие на окружающую среду. И, как отмечалось ранее, направляющие легко поднимаются над землей (Луу, 2005).И растения, и животные в большей безопасности, если поезд движется над ними, а не проезжает мимо них.
  • Шумовое загрязнение: При рассмотрении транспортного проекта шум (в разумных пределах) не так важен, как экономия или безопасность. Однако снижение шума все же считается положительным моментом. Поезда на маглеве тише современных поездов, так что это еще один аргумент в их пользу (Wang, 2010).

Недостатки Maglev

Хотя есть много плюсов, все же есть причины, по которым поезда на магнитной подвеске строятся не повсеместно.Возможно, самая главная причина в том, что направляющие на магнитной подвеске несовместимы с существующей железнодорожной инфраструктурой. Любая организация, пытающаяся внедрить систему магнитной подвески, должна начать с нуля и построить совершенно новый набор путей. Это требует очень больших начальных вложений (Coates, 2004). Несмотря на то, что рельсы со временем стоят меньше, чем рельсы (Powell, 2003), трудно оправдать такие большие предварительные затраты. Другая проблема заключается в том, что поезда на магнитной подвеске движутся быстро, но они могут двигаться недостаточно быстро.Страны, в которых уже установлены высокоскоростные рельсы, не хотят тратить миллиарды долларов на внедрение системы, которая лишь незначительно лучше существующего решения. Просто на данный момент рынок этих поездов невелик. Трудно спорить, что эти поезда превосходят стандартные. Тем не менее, необходимо проделать дополнительную работу, прежде чем их станет целесообразно внедрять во всем мире.

Электротехника на Маглеве

Со времен парового двигателя поезда традиционно принадлежали инженерам-механикам.Все они были двигателями и осями, колесами и двигателями. Однако внедрение технологии магнитолевой подвески нарушило эту традицию. Разработка этих поездов потребовала участия ряда различных областей, помимо машиностроения, включая физику и химию. Но что наиболее важно, это привлекло инженеров-электриков за стол переговоров. С самого начала инженеры-электрики внесли большой вклад в разработку технологии магнитолевой подвески. Эрик Лэйтуэйт, инженер-электрик, разработал первый линейный асинхронный двигатель, важный и необходимый предшественник поездов на магнитной подвеске.Герман Кемпер, которого многие считают отцом маглева, также был инженером-электриком. Немецкие и японские инженеры-электрики работали над созданием программ магнитолевой подвески в своих странах. И сегодня инженеры-электрики делают эту технологию все лучше и лучше, чтобы она могла понравиться странам всего мира. У поездов на маглеве на удивление мало движущихся частей. Все они связаны с электрическим током, магнитами и проволочными петлями. Некоторые важные темы в этой области - электромагнитные поля и волны, теория цепей, системы управления с обратной связью и энергетика. Все это входит в компетенцию инженеров-электриков. Поэтому для решения самых больших проблем, с которыми сталкивается эта технология, нужны инженеры-электрики. Поезда необходимо сделать более быстрыми и энергоэффективными. Все это время их нужно держать в пределах безопасности. Направляющие необходимо сделать дешевле, проще в установке и, возможно, лучше совместить с существующими рельсами. Системы управления должны быть безупречными. Все эти и многие другие проблемы требуют, чтобы инженер-электрик смог найти ответы на свои вопросы.

Маглев будущего

Технология

Maglev открывает большие перспективы на будущее. У него есть потенциал стать более дешевым, быстрым, безопасным и экологически чистым видом транспорта, чем у нас сегодня. И с помощью некоторых инженеров-электриков он станет всем этим. Эта технология может применяться везде, от междугороднего общественного транспорта до поездок по стране. Есть даже предложения построить длинные подземные трубы, отсасывать из них воздух и размещать внутри них поезда на магнитной подвеске. В этой обстановке практически не было бы сопротивления ветра, поэтому поезд мог легко развивать скорость, превышающую скорость звука (Thornton, 2007). Хотя может пройти много времени, прежде чем эта технология станет широко распространенной, трудно отрицать, что в какой-то момент она станет преобладающей. Преимущества слишком сложно игнорировать. На данный момент используется только один коммерческий поезд на магнитной подвеске, и он уже затмил все, что было до него. Как эта технология будет развиваться и улучшаться по мере нашего продвижения в будущее? Время покажет.Но весьма вероятно, что сейчас мы стоим на пороге транспортной революции. Я, например, с нетерпением жду возможности скользить по сельской местности на скорости 300 миль в час в левитирующей коробке магнитов.

  • Хаябуса, скорость 320 км / ч, соответствует мировому рекорду скорости. (2013, 17 марта). Джапан Таймс . Получено с http://www.japantimes.co.jp/news/2013/03/17/national/320-kph-hayabusa-matches-world-speed-record
  • .
  • Коутс, К., Антлауф, В., и Бернардо, Ф. (2004). Fast Track .Североамериканский институт транспорта на маглеве. Получено с http://namti.org/published-articles/articles/civil-engineering/fast-track/
  • .
  • Гиерас, Дж., Пих, З., и Томчук, Б. (2011). Линейное синхронное движение (2-е издание). Бока-Ратон, Флорида: CRC Press. Постоянная ссылка OCLC WorldCat: http://www.worldcat.org/oclc/526111254
  • Ли В., Ким К. и Ли Дж. (2006). Обзор технологий поездов на маглеве. IEEE Transactions on Magnetics, 42 (7), 1917-1925.DOI: 10.1109 / TMAG.2006.875842
  • Луу, Т., и Нгуен, Д. (2005). Маглев: Поезд будущего . Школа инженерии Университета Питтсбурга Суонсон. Получено с http://www.teslasociety.com/ttrain.doc
  • .
  • Пауэлл, Дж. И Дэнби, Г. (2003). Новый вид транспорта в 21 веке. 21St Century Science & Technology Magazine (лето 2003 г.), 43-57. Получено с http://www.21stcenturysciencetech.com/articles/Summer03/maglev2. html
  • .
  • Торнтон, Р.(2007). Маглев будущего . Доклад представлен на Международной конференции по электрическим машинам и системам, Сеул, Южная Корея. Пискатауэй, Нью-Джерси: IEEE. Получено с http://ieeexplore.ieee.org/xpls/icp.jsp?arnumber=4412045
  • Ван, К., и Цзун, Г. (2010). Сравнительное исследование устойчивого развития маглев и высокоскоростных колесных рельсов . Документ, представленный на ICCTP 2010: Интегрированные транспортные системы, Пекин, Китай. DOI: 10.1061 / 41127 (382) 20
  • Ядав, М., Мехта, Н., Гупта, А., Чаудхари, А., и Махиндру, Д. В. (2013). Обзор магнитной левитации (МАГЛЕВ): технология для приведения в движение транспортных средств с помощью магнитов. Global Journal of Research in Engineering: Mechanical & Mechanics Engineering, 13 (7), 29-42. Получено с http://engineeringresearch.org/index.php/GJRE/article/view/858

Маглев |

Maglev (от слова «магнитная левитация») - это транспортная система, которая подвешивает, направляет и приводит в движение транспортные средства, в основном поезда, с использованием магнитной левитации от очень большого количества магнитов для подъема и движения. Этот метод может быть быстрее, тише и плавнее, чем системы общественного транспорта на колесах. Мощность, необходимая для левитации, обычно не составляет особенно большого процента от общего потребления; большая часть используемой мощности необходима для преодоления сопротивления воздуха, как и в случае с любым другим высокоскоростным поездом.

Самая высокая зарегистрированная скорость поезда на магнитной подвеске составляет 581 километр в час (361 миль в час), достигнутая в Японии в 2003 году, что на 6 километров в час (3,7 мили в час) быстрее, чем традиционный рекорд скорости TGV.


Принцип Маглев

Maglev - это система, в которой транспортное средство движется левитирующим от рельсов (соответствующих рельсовым путям обычных железных дорог) за счет использования электромагнитных сил между сверхпроводящими магнитами на борту транспортного средства и катушками на земле. Ниже приводится общее объяснение принципа Маглева.

Принцип магнитной левитации
Катушки левитации в форме восьмерки установлены на боковых стенках направляющей. Когда встроенные сверхпроводящие магниты проходят с высокой скоростью примерно на несколько сантиметров ниже центра этих катушек, внутри катушек индуцируется электрический ток, который затем временно действует как электромагнит. В результате есть силы, толкающие сверхпроводящий магнит вверх, и силы, которые одновременно тянут их вверх, тем самым левитируя транспортное средство на магнитной подвеске.

Принцип бокового направления
Катушки левитации, обращенные друг к другу, соединены под направляющей, образуя петлю.Когда движущееся транспортное средство на магнитной подушке, то есть сверхпроводящий магнит, смещается в сторону, в петле индуцируется электрический ток, в результате чего на катушки левитации стороны, находящейся рядом с автомобилем, действует сила отталкивания, а на катушки левитации двигателя действует сила притяжения. сторону дальше от машины. Таким образом, движущаяся машина всегда находится в центре направляющей.

Принцип движения
Сила отталкивания и сила притяжения, индуцированные между магнитами, используются для приведения в движение транспортного средства (сверхпроводящий магнит). Катушки силовой установки, расположенные на боковых стенках по обеим сторонам направляющей, питаются трехфазным переменным током от подстанции, создавая смещающееся магнитное поле на направляющей. Бортовые сверхпроводящие магниты притягиваются и толкаются смещающимся полем, приводя в движение транспортное средство Маглев.


Операционные системы, обслуживающие население

Линимо (линия Тобу Кюрио, Япония)
Коммерческая автоматизированная система «Городской маглев» начала работу в марте 2005 года в Айти, Япония.Это линия Тобу-кюрё длиной 8,9 км, состоящая из девяти станций, также известная как Линимо. Линия имеет минимальный рабочий радиус 75 м и максимальный уклон 6%. Поезд с линейным двигателем на магнитной подвеске развивает максимальную скорость 100 километров в час (62 мили в час). Линия обслуживает местное сообщество, а также место проведения выставки Expo 2005. Поезда были спроектированы компанией Chubu HSST Development Corporation, которая также управляет испытательным треком в Нагое.

Шанхайский поезд на магнитной подвеске
Компания Transrapid в Германии построила первую в мире высокоскоростную обычную железную дорогу на магнитной подвеске - Шанхайский поезд на магнитной подвеске, идущий из центра Шанхая (шанхайское метро) в международный аэропорт Пудун.Он был открыт в 2002 году. Наивысшая скорость, достигнутая на трассе в Шанхае, составила 501 км / ч (311 миль в час) на трассе длиной 30 км. Несмотря на скорость, маглев подвергался критике за то, что у него мало остановок и сомнительный коммерческий успех. Строительство пристройки к Ханчжоу планировалось завершить в 2010 году, но было отложено в пользу строительства традиционной высокоскоростной железной дороги со скоростью 350 км / ч. Муниципальное правительство Шанхая рассматривало возможность строительства под землей продолжения линии магнитной подвески, чтобы развеять опасения общественности по поводу электромагнитного загрязнения; в этом же отчете говорится, что окончательное решение должно быть одобрено Национальной комиссией по развитию и реформам.

Тэджон, Южная Корея
Первым открытым для публики магнитопроводом с электромагнитной подвеской был HML-03, изготовленный Hyundai Heavy Industries для Daejeon Expo в 1993 году после пяти лет исследований и изготовления двух прототипов; HML-01 и HML-02. Исследование городского маглева с использованием электромагнитной подвески началось правительством в 1994 году. Первым городским маглевом, открытым для публики, был UTM-02 в Тэджоне 21 апреля 2008 года после 14 лет разработки и создания одного прототипа; УТМ-01.Городской маглев проходит по трассе протяженностью 1 км между Экспо-парком и Национальным музеем науки. Между тем UTM-02 отметила нововведение, проведя первое в мире моделирование на магнитной подвеске. Однако UTM-02 все еще является вторым прототипом окончательной модели. Дебют последней модели UTM городского маглева Rotem, UTM-03, запланирован на конец 2012 года на острове Йонгджонг в Инчхоне, где расположен международный аэропорт Инчхон.


Значительные происшествия

Произошло два пожара.Японский испытательный поезд MLU002 в Миядзаки полностью сгорел в результате пожара в 1991 г. В результате пожара политическая оппозиция в Японии заявила, что маглев был пустой тратой государственных денег. 11 августа 2006 г., вскоре после выхода с терминала в Лунъян, на шанхайском коммерческом транспортном средстве Transrapid произошел пожар; никто не пострадал. Предполагается, что причиной является неисправность электрической системы Маглева, предположительно, это был блок бортовой аккумуляторной батареи.

22 сентября 2006 г. поезд Transrapid столкнулся с транспортным средством во время пробного / рекламного пробега в Латене (Нижняя Саксония / северо-запад Германии).Двадцать три человека погибли и десять получили ранения; это были первые жертвы со смертельным исходом в результате аварии на системе Маглев. Авария была вызвана человеческой ошибкой; После годичного расследования обвинения были предъявлены трем сотрудникам Transrapid.


Видео;

Источник: wikipedia.com

Самые важные приложения на магнитной подвеске

Название maglev происходит от слова «магнитная левитация». Магнитная левитация - это высокоразвитая технология.Он имеет различное применение. Общей чертой всех применений является отсутствие контакта и, следовательно, отсутствие износа и трения. Это увеличивает эффективность, снижает затраты на обслуживание и увеличивает срок службы системы. Технология магнитной левитации может использоваться как эффективная технология в различных отраслях промышленности. Системы магнитной подвески привлекают уже многие страны. Многие системы были предложены в разных частях света. В этой статье делается попытка изучить наиболее важные области применения технологии магнитной левитации.Результаты ясно показывают, что магнитопровод можно удобно рассматривать как решение для будущих инженерных нужд мира.

1. Введение

В «Путешествиях Гулливера» (1726 г.) Джонатан Свифт описал остров Лапута на магнитной подвеске, который мог подниматься на высоту в несколько километров. В комиксах Дика Трейси и Человека-паука магнитная левитация также достигла значительных высот.

В 1842 году Сэмюэл Эрншоу, английский священник и ученый, доказал еще одно важное ограничение магнитной левитации.Он показал, что устойчивая бесконтактная левитация силами одних только статических магнитов невозможна; Левитирующая часть будет неустойчивой к смещениям хотя бы в одном направлении.

В марте 1912 года инженер и изобретатель Эмиль Бачелет только что узнал, что он получил в США патент на его «Левитирующий передающий аппарат», и устроил публичную демонстрацию в Нью-Йорке модели поезда на магнитной подвеске, надеясь на то, что инвесторам обещают высокоскоростной наземный транспорт.

Одним из первых основных применений магнитной левитации было поддержание моделей самолетов в аэродинамических трубах. Исследователи обнаружили, что механические опорные конструкции иногда настолько мешают воздушному потоку, что создают большее сопротивление, чем сила сопротивления модели. Решением, разработанным Джином Ковертом и его коллегами из Массачусетского технологического института в 1950-х годах, была магнитная левитация (хотя они называли это «магнитной подвеской и системой баланса»).

Другим средством использования движущегося магнита для обхода правила Ирншоу и достижения полной левитации является перемещение магнита в присутствии электрического проводника, вызывая тем самым вихревые токи в проводнике и связанные с ними силы отталкивания на магните.Это основа электродинамического подхода к поездам на магнитной подвеске, предложенного Джеймсом Пауэллом и Гордоном Дэнби ​​в 1960-х годах и наиболее широко разработанного Японской национальной железной дорогой. Сильные сверхпроводящие электромагниты на автомобилях индуцируют вихревые токи в проводящей дорожке, которые вызывают левитацию, когда автомобили достигают достаточной скорости. Левитация с помощью индукции и вихретокового отталкивания также может быть достигнута с помощью полей переменного тока. Это было основой поезда на магнитной подвеске, предложенного в 1912 году Бачелет. Одним из важных промышленных применений левитации посредством индукционных полей и полей переменного тока является левитационное плавление, которое позволяет плавить и смешивать очень химически активные металлы без необходимости в тигле.

В 1983 году Рой Харриган получил патент на «левитационное устройство», которое состояло из небольшого вращающегося магнита, плавающего над большим базовым магнитом, и Билл Хоунс из Fascinations, Inc. позже развил идею Харригана в успешный коммерческий продукт, названный Левитрон. Как и в случае с ротором электросчетчика, вращающийся магнит левитрона толкался вверх силами отталкивания между одноименными полюсами. Но он плавал полностью бесконтактно, обходя правило Ирншоу, потому что он не был статическим магнитом - он вращался.На первый взгляд кажется, что вращающийся магнит не опрокидывается благодаря простому гироскопическому действию, но подробный математический анализ, проведенный несколькими выдающимися учеными, вскоре показал, что устойчивость левитрона несколько сложнее.

В 1930-х годах немецкие ученые продемонстрировали левитацию высокодиамагнитного графита и висмута, а после разработки сверхпроводящих электромагнитов с сильным полем была достигнута левитация даже гораздо более слабых диамагнетиков, таких как вода, дерево и пластик.Это было мало замечено до 1997 года, когда Андре Гейм и его коллеги использовали сверхпроводящий магнит мощностью 16 тесла, чтобы поднять небольшую живую лягушку с помощью магнитного поля, и их «летающая лягушка» наконец привлекла внимание всего мира к чуду диамагнитной левитации. (Гейм, лауреат Нобелевской премии по физике 2010 года за исследования графена, десятью годами ранее был удостоен Шнобелевской премии за левитацию лягушки - награду, которую он и его соучредитель сэр Майкл Берри приняли с призывом «больше науки с улыбкой». )

Сверхпроводники намного более диамагнитны, чем лягушки, и даже намного более диамагнитны, чем графит и висмут.Это супердиамагнетики. Левитация постоянного магнита над сверхпроводником была впервые продемонстрирована В. Аркадьевым в 1945 году, а левитация магнитов над сверхпроводниками стала намного проще и более распространенной после открытия в 1987 году высокотемпературных сверхпроводников, материалов, сверхпроводящих при температуре жидкого азота. Магнитные подшипники, основанные на силах отталкивания между постоянными магнитами и высокотемпературными сверхпроводниками, были разработаны для ряда потенциальных применений, включая маховики для накопления энергии и модели поездов на магнитной подвеске (перевозка сверхпроводников с азотным охлаждением на автомобилях, плавающих над путями с постоянными магнитами).

Джейн Филбрик, приглашенная художница в Массачусетском технологическом институте, спроектировала и построила свою «Плавающую скульптуру», впечатляющее множество из двенадцати больших левитирующих шаров, которые стали важной частью ее персональной выставки в Шведском художественном музее в 2009 году и демонстрировались в Нью-Йорке. Йорк, весна 2011 года.

Технология, наиболее часто ассоциируемая с термином «маглев» в сознании широкой публики, - это высокоскоростные поезда на магнитной подвеске, впервые предложенные столетие назад Бачелет. Примерно двадцать лет спустя Вернер Кемпер из Германии предложил поезд, который магнитно левитирует с помощью силы притяжения с обратной связью, и после многих десятилетий разработки его идея в конечном итоге превратилась в систему Transrapid, использованную в шанхайском поезде на магнитной подвеске в 2003 году.

Японская национальная железная дорога по-прежнему привержена строительству высокоскоростной линии на магнитной подвеске протяженностью около 300 км между Токио и Нагоей примерно к 2025 году. Базовая конструкция, аналогичная подходу Кемпер-Трансрапид, использовалась для строительства низкоскоростного «городского маглева» на Нагоя, которая успешно работает с 2005 года, и Китай в настоящее время строят аналогичную городскую линию в Пекине. Преимущество низкоскоростного городского маглева - плавная, тихая, безопасная, надежная и экономичная (низкие затраты на техническое обслуживание и эксплуатационные расходы).Таким образом, сбываются мечты Бачелет 1912 года о «вагонах пассажиров, несущихся на невидимых волнах электромагнетизма в космосе со скоростью от 300 до 1000 миль в час».

Магнитная левитация, использование восходящих магнитных сил для уравновешивания распространяющейся нисходящей силы тяжести, уже нашла много других важных применений в науке и технике. Сегодня Maglev помогает циркулировать кровь в груди человека, производит интегральные схемы с многомиллионными системами фотолитографии, измеряет мелкие размеры с субатомным разрешением, улучшает исследования в аэродинамической трубе и плазме, плавит и смешивает химически активные высокотемпературные металлы, имитирует осязание в тактильных ощущениях. системы, охлаждает наши портативные компьютеры, обогащает уран и другие изотопы в центрифугах, накапливает энергию во вращающихся маховиках и удерживает вращающиеся роторы с низким коэффициентом трения в бесчисленных вращающихся машинах по всему миру.Будущее маглева остается очень светлым. Противодействие силам гравитации и трения - одна из вещей, с которыми магниты справляются лучше всего [1].

2. Технология магнитной левитации

Магнитная левитация - это метод, с помощью которого объект подвешивается в воздухе без поддержки, кроме магнитных полей. Поля используются для реверсирования или противодействия гравитационному притяжению и любым другим противодействующим ускорениям. Maglev может создавать эффективные, эффективные и звучащие далеко за пределами трения технологии. Принцип магнитной левитации известен более 100 лет, когда американские ученые Роберт Годдард и Эмиль Бачелет впервые придумали поезда без трения.Но хотя поезда с магнитной левитацией были в центре внимания большей части мирового интереса к маглеву, технология не ограничивается поездками на поезде [2]. Использование маглева с точки зрения инженерной науки можно разделить на следующие категории и обобщить: (i) транспортная инженерия (поезда с магнитной левитацией, летающие автомобили или личный скоростной транспорт (PRT) и т. Д.), (Ii) экологическая инженерия (маленькая и огромная). ветряные турбины: дома, в офисе, в промышленности и т. д.), (iii) аэрокосмическая техника (космические аппараты, ракеты и т. д.).), (iv) военная техника (ракета, пушка и т. д.), (v) ядерная техника (центрифуга ядерного реактора), (vi) гражданское строительство, включая строительные объекты и системы кондиционирования воздуха (магнитный подшипник, лифт, лифт, вентилятор, компрессор, чиллер, насос, газовый насос, геотермальные тепловые насосы и т. д.), (vii) биомедицинская инженерия (сердечный насос и т. д.), (viii) химическая инженерия (анализ продуктов питания и напитков и т. д.), (ix) электротехника (магнит и т. д.), (x) архитектурная инженерия и проектирование интерьера, включая бытовую и административную технику (лампа, стул, диван, кровать, стиральная машина, комната, игрушки (поезд, парящие космонавты над космическим кораблем и т. д.)), канцелярские товары (ручка) и т. д.), (xi) автомобильная техника (автомобиль и т. д.), (xii) рекламная техника (можно выбрать левитацию всего, что рассматривается внутри или над различными рамками).

2.1. Электромагнитная подвеска (EMS)

Испытательный стенд можно использовать в качестве платформы для теории управления и работы на магнитной подвеске. Завершение проекта демонстрирует возможность использования магнитной левитации для любого количества разнообразных приложений. Испытательный стенд способен поднимать в воздух небольшой стальной шарик в некотором стабильном стационарном положении.Левитация осуществляется электромагнитом, создающим силы, поддерживающие вес мяча. Датчик положения указывает вертикальное положение шара и передает его на плату контроллера на базе ПК. Система управления использует эту информацию для регулирования электромагнитной силы, действующей на мяч. Система состоит в основном из испытательного стенда платформы и ПК с платой контроллера DSP. Испытательный стенд содержит исполнительный механизм электромагнита, оптический датчик положения, усилитель мощности электромагнитного ШИМ и 2 источника питания постоянного тока (рисунок 1).


Система разделяется на две основные подсистемы. Подсистема силового воздействия состоит из катушки электромагнита с сердечником из порошкового металла, усилителя мощности ШИМ и источника питания 24 В постоянного тока. Усилитель питается от источника постоянного тока и на основе входного управляющего сигнала передает через катушку ток определенного диапазона. Подсистема определения положения состоит из датчика на основе фотоэлемента, источника света накаливания и источника питания 15 В постоянного тока. Эта система работает, измеряя интенсивность света, поскольку левитирующий шар экранирует источник света напротив датчика (рис. 2).Для улучшения характеристик датчика вокруг фотоэлемента помещается световой экран с вертикальной прорезью.


Эти подсистемы монтируются вместе на опорной плите и образуют испытательный стенд. Такая конфигурация обеспечивает портативность системы и жесткое, но регулируемое расположение компонентов. Испытательный стенд сопрягает входные / выходные сигналы датчиков с платой контроллера dSPACE DS1104 на ПК. На рисунке 3 показана базовая настройка системы с физическими интерфейсами подсистем.


Чтобы спроектировать подходящий контроллер для магнитолевой системы, компоненты подсистемы должны быть смоделированы или охарактеризованы.

Подсистема сенсора моделируется путем измерения выходного напряжения, когда световой экран, соответствующий размеру мяча, перемещается вертикально в пределах диапазона сенсора. Из-за небольшого размера фотоэлемента (~ 10 мм в диаметре) и характера подсистемы датчиков выходные сигналы датчика остаются линейными примерно на 3 мм. В большем диапазоне показания датчика становятся очень нелинейными.Подсистема силового воздействия моделируется экспериментально путем измерения сил, приложенных к шару, в зависимости от тока катушки и вертикального положения шара. Эта сила измеряется с помощью тензодатчика с S-образной балкой. В пределах небольшого диапазона перемещения, допускаемого датчиком, магнитная сила как функция тока приблизительно линейна. Модель установки для магнитолевой системы - это просто масса шара под действием внешних сил.

На рисунке 4 показана базовая настройка системы управления системой магнитной левитации.Его магнитное поле создает направленную вверх силу притяжения на любой магнитный объект, расположенный ниже. Датчик положения определяет вертикальное положение объекта и передает эту информацию контроллеру. Затем контроллер регулирует ток, подаваемый на привод электромагнита, в зависимости от положения объекта, чтобы создать устойчивую левитацию.


Используя модели силы, объекта и датчика, рассмотренные ранее, можно спроектировать систему управления с обратной связью (рис. 5). Контроллер опережения-запаздывания выбран для стабилизации системы.Используя анализ корневого локуса и частотной области, контроллер спроектирован таким образом, что время установления составляет ≤1,0 с, а процент превышения ≤50%. Этот линеаризованный контроллер может удерживать стальной шар в устойчивой левитации (рис. 6) [3–6].



2.2. Электродинамическая подвеска (EDS)

Сверхпроводники создают сверхток, который создает идеальное зеркало полюсов постоянных магнитов. Это зеркало обеспечивает магниту стабильное отталкивание, которое заставляет магнит левитировать, что называется эффектом Мейснера.Чтобы сверхпроводник имел нулевое электрическое сопротивление, его необходимо охлаждать в жидком азоте. Без сопротивления сверхпроводник может почти мгновенно отражать постоянный магнит. Это позволяет магниту вращаться, раскачиваться или отскакивать, при этом магнит не отлетает и не ударяется о землю.

Подача напряжения на провод приводит к возникновению электрического тока в проводе. Этот электрический ток имеет аналогию с диском, скользящим по доске, состоящей из организованных колышков (рис. 7), ставшей известной в популярной игре «Плинко», показанной на игровом шоу The Price-is-Right.Движущийся диск аналогичен движению электрона через решетку ионов (штырей). Гравитационное воздействие на диск при наклоне доски (которое приводит к провалу диска через массив штифтов) аналогично приложению разности напряжений для перемещения электронов через материал. Когда диск проваливается через массив, диск разбегается от штифтов и замедляется по аналогии с тем, как электроны рассеиваются на ионах в материале. События рассеяния электронов приводят к сопротивлению - внутреннему свойству материала, связанному с частотой этих событий рассеяния, которые сопротивляются потоку электронов.Теперь, если мы удалим все колышки, диск беспрепятственно упадет. Этот беспрепятственный поток в точности аналогичен тому, что происходит, когда материал становится сверхпроводящим - электроны больше не рассеиваются. Некоторые материалы становятся сверхпроводящими при температурах ниже критической, которая различна для каждого материала. Материал, который становится сверхпроводящим ниже определенной температуры, имеет удельное сопротивление ниже нуля, и электроны текут беспрепятственно.


Нулевое сопротивление ниже является отличительной чертой сверхпроводимости, которая была впервые обнаружена в 1911 году Камерлинг-Оннесом для элемента ртути ниже 4.2 К (рисунок 8). Неудивительно, что это открытие произошло через три года после того, как Оннес впервые сжижил гелий в 1908 году. Большинство обычных сверхпроводников имеют критические температуры перехода ниже 10 К, и, следовательно, до сжижения гелия (температура кипения 4,2 К) не было способа охладить материалы для достаточно низких температур, чтобы наблюдать явление сверхпроводимости.


Вторая важная особенность сверхпроводимости связана с магнитным поведением, известным как эффект Мейснера.Когда магнитное поле применяется к сверхпроводнику при температурах выше, силовые линии магнитного поля проникают непосредственно через материал так же, как магнитные поля проникают через любой стандартный материал, такой как бумага или медь. Однако, когда материал охлаждается и переходит в сверхпроводящее состояние, силовые линии магнитного поля вытесняются из сверхпроводящего материала (при условии, что напряженность магнитного поля достаточно мала) (Рисунок 9). Это то, что известно как эффект Мейснера. Хотя первоначальные резистивные свойства сверхпроводников были обнаружены в 1911 году, эффект Мейснера был открыт лишь несколько лет спустя, в 1933 году, Мейснером и Ошенфельдом.

Форма маглев, называемая диамагнитной левитацией, может использоваться для левитации легких материалов, капель воды и даже живых животных. Его использовали для успешного левитации лягушки в 2000 году. Необходимые для этого магнитные поля очень сильные, обычно в диапазоне 16 тесла.

Эффект Мейснера соответствует идеальному диамагнетизму для достаточно малых магнитных полей. Диамагнетизм - свойство многих материалов; когда к диамагнитному материалу прикладывают внешнее магнитное поле, диамагнитный материал создает собственное внутреннее магнитное поле, чтобы частично нейтрализовать внешнее приложенное поле.Диамагнитные свойства воды были продемонстрированы на впечатляющих демонстрациях, где клубника и лягушки левитировали в воздухе над сильными магнитами.

Макроскопические свойства сверхпроводников привели к ряду приложений - некоторые из них используются в настоящее время, а некоторые разрабатываются для использования в будущем. Парящие клубника и лягушки впечатляют, но не особенно полезны. Однако сверхпроводники используются при разработке поездов на магнитной левитации, например, на испытательной линии Яманаси на маглеве в Японии.Ожидается, что поезда смогут развивать более высокие скорости и потреблять меньше энергии, если поезда будут двигаться без трения, что обеспечит экономию времени в пути и энергопотребления. Использование сверхпроводящих проводов без сопротивления позволяет создавать «свободные» электромагниты. Эти магниты не требуют затрат на подачу электроэнергии к магниту, которая теперь требуется для всех больших магнитов из резистивной проволоки. В самом деле, если взять петлю из сверхпроводящего провода и установить ток, протекающий по этому проводу, он будет продолжать течь практически вечно.Исследование, проведенное в 1962 году, показало, что время рассеяния превышало 100 000 лет. Это означает, что, в отличие от медного провода, не нужно постоянно подключать батарею к проводу для поддержания протекания тока. Комбинируя несколько таких петель из сверхпроводящих проводов друг над другом, можно создать электромагнит. Сегодня сверхпроводящий провод используется в электромагнитах медицинских аппаратов МРТ (магнитно-резонансной томографии). Используя свойство сверхпроводников, которое мы еще не упомянули и не будем касаться в остальной части этого тезиса, сверхпроводники также могут быть использованы для создания очень чувствительных магнитометров с возможностью измерения очень малых магнитных полей (порядка 10–15 тесла).Чтобы проиллюстрировать впечатляющий характер этого измерения, эти небольшие поля в 20 миллиардов раз меньше магнитного поля Земли. Эти магнитометры использовались в магнитоэнцефалографии (МЭГ), которая изучает магнитные поля, создаваемые человеческим мозгом. Наконец, сверхпроводники можно использовать для эффективного хранения энергии. Спрос на электростанции значительно меняется в течение дня с наименьшим спросом в поздние вечерние и ранние утренние часы. Если в периоды наименьшего спроса электростанции могут генерировать, а затем хранить энергию без какого-либо рассеивания, это приведет к повышению эффективности и значительной экономии.General Electric и другие компании в настоящее время изучают и разрабатывают небольшие версии этого накопителя энергии, известного как распределенный сверхпроводящий накопитель магнитной энергии (D-SMES). Некоторые из этих систем используются в настоящее время, поскольку технология продолжает развиваться. Похоже, что потребуется дальнейший прогресс, потому что охлаждение существующих сверхпроводящих систем по-прежнему связано с высокими затратами. В конечном итоге есть надежда на создание более совершенных сверхпроводников, которые не нужно охлаждать до очень низких температур.Тогда сверхпроводящие технологии станут широко применимыми.

До сих пор мы упоминали основные макроскопические особенности сверхпроводимости (нулевое сопротивление и эффект Мейснера), а также то, как эти особенности могут быть использованы в технологических приложениях. И феноменологическая, и микроскопическая теории позволили понять сверхпроводимость. В 1957 году Бардин, Купер и Шриффер сформулировали микроскопическую теорию сверхпроводимости (теперь известную как теория БКШ), которая могла выводить макроскопические свойства сверхпроводников, исходя из спаривания электронов ниже.Благодаря успехам этой теории, научное сообщество в целом рассматривало сверхпроводимость как хорошо изученное явление. Однако в 1986 году все изменилось в связи с новым открытием. Теория БКШ предсказывала общее ограничение на максимально возможную критическую температуру, Макс ~ 28 К. Однако в 1986 году Беднорц и Мюллер обнаружили материал (LaBaCuO), который переходит в сверхпроводящее состояние ниже К, температуры выше ограниченного БКШ максимума. . Это был первый сверхпроводник нового класса, известный как «высокотемпературный».Критическая температура выше максимума, установленного теорией BCS, указывает на то, что на микроскопическом уровне происходит нечто иное. На сегодняшний день микроскопический механизм существования этих сверхпроводников неизвестен. Целью данной диссертации является получение дополнительных сведений об этих высокотемпературных сверхпроводниках на микроскопическом уровне с конечной целью, что это исследование приведет к микроскопической теории высокотемпературных сверхпроводников. Понимание высокотемпературных сверхпроводников имеет важные технологические последствия как из-за более высоких температур перехода, так и из-за способности пропускать большие токи, чем провода сопоставимого размера, сделанные из меди.Более высокие температуры перехода означают, что эти сверхпроводники легче охладить ниже их температур перехода, чем обычные сверхпроводники. Жидкий гелий - это стандартный способ охлаждения обычных сверхпроводников ниже. Жидкий гелий дорог и малодоступен. Более современные высокотемпературные сверхпроводники имеют температуру кипения жидкого азота выше 77 К, которая широко доступна (например, в нашем пригодном для дыхания воздухе) и является недорогой. Способность проталкивать большие токи через высокотемпературные сверхпроводники также имеет преимущество с точки зрения создания проводов меньшего размера, а также более мощных магнитов.

Сканирующая туннельная микроскопия (СТМ) - мощный метод, изобретенный в 1981 году Биннигом и Рорером. Поскольку СТМ может исследовать материалы на атомном уровне, этот метод, естественно, поддается поиску того, как высокотемпературные сверхпроводники работают на микроскопическом уровне. Эта диссертация полностью посвящена применению СТМ к высокотемпературным сверхпроводникам и его пониманию. Этот раздел предназначен для того, чтобы дать нефизикам представление о том, как работает STM, и о той информации, которую он может предоставить.

В СТМ мы переносим атомно-острый наконечник на несколько ангстрем от атомно-плоской поверхности. Ангстрем () равен 10 −10 метр, что примерно соответствует диаметру атома. Приложение напряжения между зондом и образцом приводит к протеканию туннельного тока между ними (рис. 10). Этот ток очень чувствителен к расстоянию между зондом и образцом. Чем больше расстояние между иглой и образцом, тем меньше ток. Изменение расстояния между зондом и образцом примерно на 1 приводит к изменению тока почти на порядок, а это означает, что СТМ очень чувствителен к очень небольшим изменениям контуров поверхности.Следовательно, когда мы сканируем наконечник по поверхности, подъемы и падения в топографии поверхности (подъемы и падения, когда мы движемся по атомам) легко улавливаются.


Исследователи заинтересованы в изучении этой щели в плотности состояний высокотемпературных сверхпроводников как функции положения, так и температуры. Поскольку СТМ имеет атомное разрешение, они могут изучить, как этот зазор изменяется от одного атома к другому. СТМ обладает способностью изменять температуру, и, следовательно, они могут изучать, как плотность состояний изменяется с температурой как ниже, так и ниже.Благодаря информации, полученной в этих исследованиях, они получают представление о сверхпроводящем состоянии высокотемпературных сверхпроводников (см. Рисунки 11 и 12) [7].



3. Поезда с магнитной левитацией

Среди полезных применений технологий магнитной левитации наиболее важным является использование поездов с магнитной левитацией. Поезда на магнитной подвеске, несомненно, являются наиболее совершенными транспортными средствами, доступными в настоящее время для железнодорожной отрасли. Маглев - первая фундаментальная инновация в области железнодорожных технологий с момента изобретения железной дороги.Магнитоподвижный поезд - это очень современное транспортное средство. В транспортных средствах на магнитной подвеске используются бесконтактные системы магнитной левитации, наведения и движения, и у них нет колес, осей и трансмиссии. В отличие от традиционных железнодорожных транспортных средств, между транспортным средством на магнитной подвеске и его направляющей нет прямого физического контакта. Эти транспортные средства движутся по магнитным полям, которые возникают между транспортным средством и его направляющей. Условия отсутствия механического контакта и трения, обеспечиваемые такой технологией, делают возможным достижение более высоких скоростей движения, присущих таким поездам.Пилотируемые машины на магнитной подвеске достигли скорости 581 км / час. Замена механических компонентов на неизнашиваемую электронику преодолевает технические ограничения технологии колеса на рельсе. Применение поездов с магнитной левитацией привлекло внимание многих транспортных предприятий по всему миру. Магнитно-левитирующие поезда - последнее достижение в области железнодорожного машиностроения, особенно в транспортной отрасли. Поезда на маглеве можно удобно рассматривать как решение для транспортных потребностей настоящего времени, а также будущих потребностей мира.Существует множество конструкций магнитолевых систем, и инженеры постоянно открывают новые идеи о таких системах. Многие системы были предложены в разных частях мира, и был выбран и исследован ряд коридоров [8].

Быстрое увеличение объема перевозок в транспортных системах плюс необходимость повышения комфорта пассажиров выдвинули на первый план необходимость разработки новых транспортных систем. Требуемое в последнее время увеличение объема движения в транспортных системах, а также необходимость повышения комфорта пассажиров и необходимое сокращение затрат на жизненный цикл путей стали причиной разработки новой транспортной системы.Одной из важных систем, привлекающих промышленность, является транспортная система на магнитной подвеске. В этом отношении транспортная система на магнитной подвеске оказывается правильным выбором для транспортных предприятий по всему миру. Системы Maglev были недавно разработаны в ответ на потребность в системах скоростного транспорта. Система магнитной подвески явно лучше и превосходит высокоскоростные железные дороги (ВСМ) почти в большинстве областей. К ним относятся загрязнение, шум, уровень вибрации, экологические проблемы, занятость на земле, загрузка, скорость, ускорение и замедление, торможение, затраты на техническое обслуживание, комфорт пассажиров, безопасность и время в пути.Направляющие на магнитной подвеске также позволяют достичь минимальных радиусов горизонтальных и вертикальных кривых. Автомобиль на магнитной подвеске также может перемещаться по более крутым уклонам по сравнению с системами HSR. Это значительно сокращает общую длину пути для маршрутов на магнитной подвеске по сравнению с системами HSR. Возможность путешествовать с более высокими углами уклона также сокращает количество туннелей, необходимых для проезда через горные районы. Это также может сократить общую длину маршрута на магнитной подвеске.Таким образом, строительство маршрутов на магнитной подвеске в холмистой местности, в дополнение ко многим другим преимуществам этих систем, можно рассматривать как привлекательный выбор для транспортных предприятий. Более низкое энергопотребление транспортных средств на магнитной подвеске по сравнению с системами HSR также является одной из основных характеристик поездов на магнитной подвеске. Это может быть легко связано с отсутствием колес и возникающей в результате ситуацией отсутствия физического контакта между транспортным средством на магнитной подвеске и его направляющей.Следовательно, потери энергии из-за нежелательного трения не входят в уравнения. Кроме того, масса автомобиля меньше из-за отсутствия колес, осей и двигателя. С другой стороны, сокращение времени в пути значительно снижает потребление энергии. Ограниченные энергетические ресурсы, которые в настоящее время доступны нации, подчеркнули тот факт, что каждый человек должен быть сознательным в отношении энергии. Правительству пришлось предпринять шаги, и оно началось с установления превентивных правил и ограничения доступа к дешевым энергоресурсам.Очевидно, что широкое применение поездов на магнитной подвеске в общественном транспорте на короткие и длинные расстояния может обеспечить стране огромную экономию энергии. Это факт, который нельзя игнорировать и игнорировать [9, 10].

Системы подвески Maglev делятся на две группы: Электромагнитная подвеска (EMS) и Электродинамическая подвеска (EDS). Существуют разновидности автомобилей, которые производятся на основе этих двух типов систем.Маршруты транспортных средств в системах EMS и EDS называются направляющими и путями соответственно. По сути, в системе магнитной подвески есть два основных элемента, включая его транспортное средство и направляющую. Три основных функции в технологии магнитолевой подвески - это левитация, движение и наведение. Магнитные силы выполняют все это. Магниты используются для создания таких магнитных сил. В системах EMS эти магниты расположены внутри транспортного средства, в то время как в системах EDS магниты расположены на рельсах. Работа системы EMS основана на магнитных силах притяжения, а система EDS - на магнитных силах отталкивания.В системе EDS транспортное средство левитирует на расстояние от 1 до 10 см над рельсовым путем, используя силы отталкивания, как показано на рисунке 13. В системе EMS транспортное средство левитирует примерно на 1-2 см над направляющей с помощью сил притяжения, как показано на рисунке 14. В системе EMS электромагниты на транспортном средстве взаимодействуют с левитационными рельсами на направляющей и притягиваются к ним. Электромагниты, прикрепленные к транспортному средству, направлены вверх к направляющей, которая поднимает транспортное средство над направляющей и удерживает транспортное средство в левитации.Контроль допустимых воздушных зазоров между направляющей и транспортным средством достигается за счет использования передовых систем управления. На рисунках 13 и 14 показаны компоненты направляющей и пути, включая луч, левитацию и системы наведения в вышеупомянутых системах магнитной подвески [11].



Maglev - это система, в которой транспортное средство движется левитирующим от рельсов (соответствующих рельсовым путям обычных железных дорог) за счет использования электромагнитных сил между сверхпроводящими магнитами на борту транспортного средства и катушками на земле.Катушки левитации установлены на боковых стенках направляющей. Когда встроенные сверхпроводящие магниты проходят с высокой скоростью примерно на несколько сантиметров ниже центра этих катушек, внутри катушек индуцируется электрический ток, который затем временно действует как электромагнит. В результате возникают силы, толкающие сверхпроводящий магнит вверх, и силы, которые одновременно тянут их вверх, тем самым левитируя транспортное средство на магнитной подвеске. Катушки левитации, обращенные друг к другу, соединены под направляющей, образуя петлю.Когда движущееся транспортное средство на магнитной подвеске, то есть сверхпроводящий магнит, смещается в сторону, в петле индуцируется электрический ток, в результате чего возникает сила отталкивания, действующая на катушки левитации стороны рядом с автомобилем, и сила притяжения, действующая на катушки левитации сторону дальше от машины. Таким образом, движущаяся машина всегда находится в центре направляющей. Сила отталкивания и сила притяжения, индуцируемые между магнитами, используются для приведения в движение транспортного средства (сверхпроводящий магнит).Катушки силовой установки, расположенные на боковых стенках по обеим сторонам направляющей, питаются трехфазным переменным током от подстанции, создавая смещающееся магнитное поле на направляющей. Бортовые сверхпроводящие магниты притягиваются и толкаются смещающимся полем, приводя в движение транспортное средство на магнитной подвеске.

Направляющая - это конструкция, по которой движутся машины на магнитной подвеске, которые она поддерживает и направляет. Его основные функции - направлять движение транспортного средства, поддерживать его груз и передавать его на землю.Функция конструкции направляющих - выдерживать нагрузки от транспортного средства и передавать их на фундамент. Это основной элемент магнитолевой системы, на который приходится большая часть затрат на систему. Это очень важно для поездов на магнитной подвеске [12]. Поезд на маглеве парит над одно- или двухколейной направляющей. Направляющая может монтироваться как на уровне земли, так и на возвышении на колоннах и состоит из отдельных стальных или бетонных балок. Надземные направляющие занимают наименьшее количество земли на земле. Более того, с такими системами есть гарантия отсутствия препятствий на пути следования.Чтобы гарантировать безопасность поездов на магнитной подвеске, необходима гарантия отсутствия пересечения между путепроводом и другими видами транспортных маршрутов. Для достижения этой цели общее предложение состоит в том, чтобы иметь поднятые направляющие.

Направляющая обеспечивает направление движения транспортного средства, поддерживает нагрузку транспортного средства и передает нагрузку на землю. В направляющих на магнитной подвеске, в отличие от традиционных железнодорожных путей, нет необходимости в балласте, шпале, рельсовой подушке и рельсовых креплениях для стабилизации ширины колеи.Направляющая состоит из надстроек и подконструкций. Направляющая состоит из балки (балки) и двух левитационных (направляющих) рельсов. Направляющие могут быть построены на уровне земли или на возвышении, включая колонны с бетонными, стальными или гибридными балками. Подъемные направляющие на магнитной подвеске минимизируют занимаемость земли и предотвращают столкновения с другими видами транспорта на перекрестках, расположенных на одном уровне. Направляющие проектируются и изготавливаются как одинарные или двойные (Рисунок 15). Направляющие могут быть U-образными, I-образными, T-образными, коробчатыми, ферменными и т. Д.Большинство поперечных сечений балок направляющих также имеют П-образную форму. Ширина колеи (колеи) и пролётов обычно составляет 2,8 м и 24,8 м соответственно [13].


Наиболее важной частью при анализе и проектировании направляющих является структурная нагрузка. Загрузка автомобиля на магнитной подвеске - важный параметр в практическом применении. Это связано с магнитными силами. Направляющая должна нести статическую нагрузку из-за собственного веса, а также временные нагрузки, включая нагрузки транспортного средства.Чтобы учесть динамическое взаимодействие между направляющей и транспортным средством, временная нагрузка умножается на коэффициент динамического усиления. Также может потребоваться учитывать боковые и продольные нагрузки, включая ветровые и землетрясения. Нагрузки на направляющие моделируются как динамические и равномерно распределенные магнитные силы для учета динамической связи между транспортным средством и направляющей. По мере увеличения скорости транспортного средства на магнитной подвеске до 300–500 км / ч динамическое взаимодействие между транспортным средством и направляющей становится важной проблемой и будет играть доминирующую роль в установлении требований к подвеске транспортного средства.Магнитные силы, создаваемые транспортным средством на магнитной подвеске, вызывают структурную нагрузку, которая передается на направляющие. Это может происходить как в неподвижном, так и в движении такого транспортного средства.

Направляющие проектируются и изготавливаются с бетонными или стальными балками. Бетонные направляющие фермы могут быть армированными или предварительно напряженными. Балка направляющих оценивается для различных случаев нагрузки. Например, направляющая балка Shanghai была оценена с учетом 14 000 случаев нагружения с учетом прогиба, динамической прочности и теплового расширения.Направляющая балка для программы Urban Maglev в Корее также была оценена для пяти случаев нагружения, которые представляют собой комбинацию статической нагрузки, динамической нагрузки и усилий предварительного напряжения на сухожилие [14, 15].

Несмотря на высокую скорость, пассажиры в автомобилях на магнитной подвеске безопаснее, чем в других транспортных системах. Транспортное средство с электромагнитной подвеской обернуто вокруг направляющих, и поэтому его практически невозможно свернуть с рельсов. Поднятые направляющие гарантируют, что на пути не будет никаких препятствий. Чтобы предотвратить контакт между транспортным средством и направляющей и поддерживать требуемый зазор между ними, система постоянно находится под командой Operation Control System (OCS).Система управления эксплуатацией (OCS) включает в себя все технические средства для планирования, мониторинга и защиты эксплуатации транспортных средств [16].

4. Запуск ракет

В Центре космических полетов им. Маршалла НАСА в Хантсвилле, штат Алабама, США, запущена и работает трасса магнитной левитации. Экспериментальный трек установлен внутри многоэтажного комплекса в Центре Маршалла. Усовершенствованная программа космических перевозок Маршалла разрабатывает технологии магнитной левитации или маглев, которые могут дать космической ракете-носителю "разбег", чтобы вырваться из-под земного притяжения.Система запуска Maglev будет использовать магнитные поля для левитации и ускорения транспортного средства по рельсам со скоростью до 600 миль в час. Для вывода на орбиту аппарат будет переведен на ракетные двигатели. Системы Maglev могут значительно снизить стоимость полета в космос, поскольку они питаются от электричества, недорогого источника энергии, который остается на земле, в отличие от ракетного топлива, которое увеличивает вес и стоимость ракеты-носителя.

Экспериментальный трек Фостера-Миллера разгоняет носитель до 57 миль в час на максимальной скорости 22 фута за 1/4 секунды, что эквивалентно 10-кратному ускорению свободного падения.Длина настольной гусеницы составляет 44 фута, с 22 футами мощного ускорения и 22 фута пассивного торможения. 10-фунтовый носитель с постоянными магнитами по бокам быстро скользит по медным катушкам, создавая силу левитации. В гусенице используется линейный синхронный двигатель, что означает, что гусеница синхронизирована для включения катушек непосредственно перед тем, как носитель соприкоснется с ними, и выключения после прохождения носителя. Датчики расположены сбоку от рельсового пути, чтобы определить положение носителя, чтобы можно было запитать соответствующие катушки привода.Инженеры проводят испытания на внутреннем треке и 50-футовом открытом треке Maglev, установленном в Маршалле в сентябре прошлого года НАСА и отраслевым партнером PRT Advanced Maglev Systems Inc. из Парк-Форест, штат Иллинойс. Ожидается, что испытания помогут инженерам лучше понять динамику автомобиля Maglev. , интерфейс между носителем и его ракетой-носителем, и как отделить транспортное средство от носителя для запуска. Дальнейшую работу над большими системами возглавит Космический центр Кеннеди НАСА, Флорида, США. Ракеты будущего могут быть запущены с использованием пускового трека на магнитной подушке (Маглев), аналогичного испытательному треку, недавно построенному в Центре космических полетов НАСА им. Маршалла в Хантсвилле, штат Алабама, США (см. Рисунок 16).


Система Maglev использует магнитные поля для левитации и ускорения транспортного средства по рельсам. Подобные системы используются сегодня в качестве высокоскоростных поездов и некоторых из более новых, радикальных американских горок. В системах Maglev используются высокопрочные электромагниты, которые поднимают транспортное средство на несколько дюймов над гусеницей, а затем продвигают его вперед с большим ускорением. При использовании Maglev для запуска космический корабль будет разгоняться до скорости 600 миль в час (965 км / ч) без использования бортового топлива.Когда космический корабль приближается к концу пути, он может взлететь как самолет, а затем переключиться на более обычные ракетные двигатели, чтобы продолжить движение по орбите. Вес ракетного топлива - главная причина высокой стоимости запусков обычных ракет. Но поскольку Maglev использует внешнюю электроэнергию для помощи при запуске, вес транспортного средства при взлете примерно на 20% меньше, чем у обычной ракеты. Это делает доступ в космос менее дорогим.

Испытательный трек в Маршалле, длина 50 футов (15 метров) и около 2 футов (0.6 метров в ширину и около 1,5 футов (0,5 метра) в высоту, установлен на бетонных постаментах. Он состоит из 10 одинаковых сегментов длиной 5 футов (1,5 метра) и весом около 500 фунтов каждый. Большая часть веса - это железо, используемое в двигателе. Гусеница покрыта немагнитной нержавеющей сталью. Когда-нибудь в будущем в Маршалле установят более крупную гусеницу длиной 400 футов (122 метра).

Компания космического туризма Galactic Suite уже забронировала 38 бронирований туристов, которые, по заявлению компании, в 2012 году отправятся на борту космического корабля с магнитной подвеской в ​​находящийся на орбите роскошный отель с плавучим спа-салоном.Поездка, которая стоит 3 миллиона евро, предусматривает четыре дня нахождения на орбите на высоте 450 километров над землей и включает 18 недель тренировок на Карибском острове для туристов, чтобы подготовиться к космическому полету. На острове строится космодром Galactic Suite, в котором установлена ​​первая ракета на магнитной подвеске, на которой космический корабль разгонится до скорости до 1000 км / ч (620 миль в час) за 10 секунд и взлетит с вертикальной взлетно-посадочной полосы.

Достигнув примерно скорости звука, космический корабль отсоединится от своего магнитоносителя и ускорителя и поднимется на орбиту с помощью ракетных или воздушно-реактивных двигателей.Затем ускоритель на магнитной подвеске остановится и вернется в исходную точку для следующего запуска. Длина стартовой площадки составит около 3 километров. Технология помощи при запуске Maglev позволит космическим туристам путешествовать на наши космические курорты на орбите на коммерческой основе. Самая дорогая часть любого космического полета на низкую околоземную орбиту - это первые несколько секунд - отрыв от земли. Эта технология конкурентоспособна по стоимости с другими видами космического транспорта, экологически безопасна и по своей сути безопасна.Пребывание в отеле будет предлагать смешанную программу размышлений и упражнений, позволяющих понять уникальные физические условия, встречающиеся в космосе. Одним из самых инновационных впечатлений, которые могут испытать туристы, является ванная в невесомости. Galactic Suite разработала космический спа-центр. Внутри спа туристы могут плавать с 20 литрами пузырьков воды. Согласно материалам Galactic Suite, турист, уже обученный избегать воздействия воды в состоянии невесомости, может играть с пузырем, разделяющим его на тысячи пузырей, в бесконечной игре.Кроме того, прозрачной сферой можно поделиться с другими гостями. Galactic Suite - частная компания космического туризма, основанная в Барселоне в 2006 году. Компания надеется сделать космический туризм доступным для широкой публики и объединит интенсивную программу обучения космонавтов отдыху с программой мероприятий на тропическом острове в качестве процесса. подготовка к космическому путешествию.

Пусковое кольцо состоит из магнитолевой системы, в которой левитирующее транспортное средство ускоряется в вакуумированном кольцевом туннеле до достижения желаемой скорости, а затем выпускает снаряд на путь, ведущий в атмосферу.До сих пор химическая ракета была единственной технологией, которую человечество успешно использовало для перемещения людей и материалов с поверхности Земли на низкую околоземную орбиту и за ее пределы. Стоимость этой технологии, даже с частично многоразовыми ракетами, оставалась достаточно высокой, поэтому ее использование оставалось ограниченным. Общепризнано, что более дешевая альтернатива ракетам значительно увеличит объем перевозок в космос (см. Рисунки 17 и 18) [17, 18].



Космический лифт, вероятно, является наиболее известной предлагаемой альтернативой ракетам.Обычная современная концепция дизайна космического лифта основана на механическом кабеле, идущем радиально внутрь и наружу от геосинхронной орбиты, обычно с противовесом на внешнем радиусе и с самой внутренней частью кабеля, прикрепленной к земле на экваторе. Затем кабина лифта может быть прикреплена к кабелю и переправлять людей или материал вверх или вниз. К сожалению, доступные в настоящее время материалы недостаточно прочны, чтобы выдерживать их собственный вес в кабеле с постоянной площадью поперечного сечения, идущем от геосинхронного местоположения земли до поверхности земли.В принципе, такой кабель можно построить, сужая поперечное сечение от небольшого диаметра на концах до очень большого диаметра в геостационарной точке. На практике прочность имеющихся в настоящее время инженерных материалов делает массу такого кабеля слишком большой. Другие типы предлагаемых концепций космических лифтов, которые могут обеспечить доступ к низкой околоземной орбите, включают сверхпроводящий кабель с высоким Jc, который может самовевитировать в магнитном поле Земли [19, 20], и массивное кольцо, вращающееся в вертикальной плоскости, так что центробежная сила кольца противодействует силе тяжести в верхней части орбиты.

Другой общий тип альтернативы состоит в ускорении снаряда до высокой скорости у поверхности Земли. Эти «пушки» концепции включают рельсотрон, койлган, электротермино-химическую пушку, легкую газовую пушку, ускоритель RAM и ускоритель взрывной волны [21]. Большинство концепций ружья подразумевают короткое время разгона, и последующие большие источники питания для увеличения даже небольших масс до требуемой скорости, вероятно, будут дорогими. Электромагнитный запуск был предложен для того, чтобы дать ракетам начальную составляющую скорости, при этом большая часть необходимой скорости обеспечивается за счет сгорания топлива [22].Наземные высокомощные лазеры, увеличивающие химическую энергию ракетного топлива, также, вероятно, потребуют больших источников питания [21].

5. Вентилятор Maglev

Вентилятор Maglev обеспечивает превосходную производительность, низкий уровень шума и длительный срок службы. Благодаря использованию сил магнитной левитации эти вентиляторы обладают нулевым трением и отсутствием контакта между валом и подшипником. Обладая превосходной стабильностью вращения, вентилятор на магнитной подвеске устраняет вибрацию и типичные колебания и тряску, характерные для двигателей вентиляторов.Вентилятор на магнитной подвеске также обеспечивает отличную устойчивость к высоким температурам, что приводит к долгому сроку службы, а модели вентиляторов на магнитной подвеске также имеют полностью пластмассовое производство основных элементов для обеспечения оптимального сопротивления изоляции и характеристик электростатического разряда (ESD). Вентилятор на магнитной подвеске предлагает истинное решение для охлаждения оборудования и систем с обещанием более низкой стоимости владения и длительного срока службы. Вентилятор на магнитной подвеске решает проблемы шума, истирания и короткого срока службы, которые характерны для традиционных двигателей вентиляторов.Вентилятор с двигателем на магнитной подвеске отличается нулевым трением и отсутствием контакта между валом и подшипником во время работы. Конструкция вентилятора на магнитной подвеске основана на магнитных принципах и силах, которые не только приводят вентилятор в движение, но и обеспечивают стабильное вращение на всех 360 градусов. Используя притяжение силы магнитной левитации, maglev устраняет проблемы с раскачиванием и тряской, присущие традиционным вентиляторам с двигателями. С помощью этой новой технологии пропеллер вентилятора на магнитной подвеске подвешен в воздухе во время вращения, так что вал и подшипник не входят в прямой контакт друг с другом, создавая трение.Результатом стал новый улучшенный вентилятор с низким уровнем шума, устойчивостью к высоким температурам и длительным сроком службы. Вентиляторы Maglev могут использоваться в различных отраслях промышленности и в продуктах, требующих высокой теплопередачи, например в портативных компьютерах, серверах, проекторах и стереосистемах. Традиционные вентиляторы вращаются по принципу отталкивания полюсов. Но без контроля траектории лопастей лопасти вентилятора имеют тенденцию производить нерегулярные вздрагивания и вибрации. После длительного использования вал вызывает сильное истирание подшипников, придавая им форму рога.Изношенный вентилятор начинает издавать механические шумы, и срок его службы сокращается. Уникальной особенностью вентилятора на магнитной подвеске является то, что ход лопастей вентилятора во время работы регулируется магнитным полем. В результате вал и подшипник не имеют прямого контакта во время работы и, следовательно, не испытывают трения независимо от ориентации вентилятора. Это означает, что не возникает характерных шумов истирания изношенных компонентов, а также обеспечивает срок службы 50 000 часов или даже дольше при комнатной температуре (см. Рисунок 19).


В традиционном вентиляторе встроенные магниты ротора и статора создают силы отталкивания, и именно эта постоянная сила отталкивания заставляет вентилятор вращаться. Это основной принцип всех охлаждающих вентиляторов. Если мы визуализируем магнитные силы между статором и ротором, мы увидим только плотные линии стандартного магнитного потока, бегущего без какого-либо механизма управления для стабилизации вибрации лопастного ротора во время работы, управляемой отталкиванием. Вентилятор на магнитной подвеске включает в себя именно такой механизм управления в своей конструкции.Это требует, чтобы каждый вентилятор, в дополнение к стандартному магнитному потоку, имел магнитный поток, необходимый для поддержания уникальной магнитной орбиты в его конструкции. Поперечное сечение магнитопровода показывает уникально спроектированный набор проводящих элементов на основной плате - магнитную пластину. Эта магнитная пластина и встроенные магниты в лопасти вентилятора вместе создают всесторонние вертикальные магнитные силы, которые представляют собой магнитный поток. В поперечном сечении стандартный магнитный поток и магнитный поток образуют вертикальный угол в 90 градусов, другими словами, магнитный поток действует перпендикулярно стандартному магнитному потоку.Это первая ключевая характеристика, по которой можно идентифицировать веер на магнитной подвеске. Конструкция вертикально пересекающихся стандартного магнитного потока и магнитного потока гарантирует, что ротатор прикреплен к орбите магнитного поля. Поэтому, независимо от угла установки вентилятора, вал всегда будет вращаться вокруг фиксированной точки на постоянном расстоянии от подшипника, не соприкасаясь с ним, создавая трение или механический шум. Эффективно решена проблема износа подшипников до овальной формы или апертуры рупора после длительного использования.Наибольшее преимущество магнитного потока - это полная сила притяжения на 360 градусов между проводящим элементом (магнитной пластиной) и ротором над ним. Это обеспечивает равномерно распределенную силу притяжения, чтобы помочь сохранить оптимальный баланс ротора во время работы и избежать дрожания или нестабильности. Вентиляторы с хорошо сбалансированными лопастями не только служат дольше, но и производят стабильный воздушный поток. Короче говоря, вторая легкая черта для идентификации вентилятора на магнитной подвеске - это то, что система магнитной подвески создает притяжение на ротор на 360 °, что приводит к стабильному вращению (см. Рисунок 20).

В традиционном бесщеточном двигателе вентилятора постоянного тока ротор крыльчатки (называемый просто ротором) посредством вала, проходящего через отверстие пропитанного маслом подшипника, или подшипника скольжения, шарнирно удерживаемого в центральном положении статора двигателя. . Между ротором и статором поддерживался подходящий воздушный зазор. Конечно, между валом и отверстием подшипника должен быть зазор, иначе вал будет плотно заблокирован и не сможет вращаться. Узел статора (называемый просто статором) после подключения к источнику питания будет генерировать индуцированный магнитный поток между ротором и статором.Под управлением схемы управления двигатель вентилятора начнет вращаться. В традиционной конструкции двигателя вентилятора есть ротор крыльчатки, статор двигателя и схема привода. Ротор шарнирно соединен со статором валом ротора и системой подшипников. Ротор приводится во вращение индуцированным магнитным полем между статором и ротором, как показано на Рисунке 21.


Преимущества подшипников скольжения следующие: (i) Повышенная ударопрочность, меньшее повреждение при доставке.(ii) Подшипники скольжения стоят намного дешевле по сравнению с шариковыми подшипниками.

К дефектам подшипника скольжения относятся следующие: (i) Пыль снаружи может проникать в подшипник и смешиваться с частицами нитрида, забивая двигатель, что может привести к шуму и замедлению работы двигателя. Внутренняя поверхность отверстия подшипника легко изнашивается и влияет на производительность. Пространство между валом и отверстием подшипника скольжения невелико, что приводит к грубым неравномерным запускам.

В шарикоподшипниках используются маленькие металлические шарики для вращения.Поскольку они имеют только точечные контакты, вращение можно легко запустить. При использовании пружин для удержания наружного металлического кольца вышеупомянутого шарикоподшипника вес всего ротора может приходиться на шарикоподшипник, косвенно поддерживаясь пружинами. Поэтому шариковые подшипники идеально подходят для использования в портативных устройствах с различными углами установки. Однако следует соблюдать осторожность, чтобы не допустить падения изделия и повреждения шарикоподшипника ударом, что может привести к шуму и сокращению срока службы изделия (см. Рисунок 22).


Шарикоподшипники имеют следующие преимущества. (I) Срок службы стальных шарикоподшипников намного больше, чем у подшипников скольжения. (Ii) Однако с изделием нельзя допускать грубого обращения или падения на землю.

К дефектам шарикового подшипника относятся следующие: (i) Шарикоподшипники довольно слабые. Он не может выдерживать никаких внешних ударов. (Ii) Когда двигатель вентилятора работает, стальные шарики внутри будут создавать более высокий шум вращения, чем у подшипников скольжения.(iii) Высокая цена затрудняет конкуренцию с подшипниками скольжения. (iv) Ограничение как источников поставок, так и объемов поставок делает их неприемлемыми для потребностей массового производства. (v) Использование крошечных узлов, таких как пружины, приводит к неэффективности массовое производство.

Когда бросается волчок (своего рода игрушка), волчок продолжает ускоряться, даже когда он ударяется о землю. Во время этого ускорения верхняя часть наклоняется и раскачивается, пока не будет достигнута постоянная скорость. В этот момент верх уравновесится, например, раскачивание и наклон исчезли и стали фиксироваться перпендикулярно земле.Это простая концепция, которую образуют корни вентиляторной системы на магнитной подвеске (см. Рисунок 23).


Из рисунка выше мы знаем, что независимо от того, как установлен вентилятор двигателя, сила, создаваемая существующим магнитом внутри ступицы и магнитной пластиной, которая добавлена ​​к печатной плате вентилятора, постоянно притягивает ротор. Это приводит к тому, что ротор вращается перпендикулярно земле с постоянным расстоянием между подшипником и валом без какого-либо контакта. Таким образом, не должно возникать трения или шума.Срок службы вентилятора двигателя чрезвычайно велик (см. Рисунок 24). (1) Система Maglev помогает крыльчатке вращаться равномерно по фиксированной орбите в центре орбиты. Следовательно, вал внутри отверстия подшипника Vapo вращается, не создавая трения. Отверстие подшипника почти никогда не приобретает неправильную или овальную форму, как в обычных вентиляторах. Следовательно, срок службы подшипника становится очень долгим. (2) Вал внутри отверстия подшипника испытывает трение ни с чем, кроме воздуха, и двигатель вентилятора запускается легко.(3) Эта новая система исключает использование маслосъемных колец и шайб, тем самым оставляя пространство для выпуска газа, происходящего во время нормальной работы. Проблем с засорением больше нет. Следовательно, двигатель вентилятора может работать бесперебойно в течение довольно долгого времени. (4) Использование магнитного потока и опорной крышки создает ту же функцию, что и шарикоподшипник; Таким образом, независимо от того, как размещен вентилятор, не происходит наклонов и раскачиваний, что означает, что он подходит для портативных применений. (5) Подшипники Vapo изготовлены из материала, специально обработанного для обеспечения износостойкости и ударопрочности.При использовании в сочетании с магнитным левом он создает функцию пружины, которая помогает двигателю вентилятора выдерживать удар. (6) Подшипник Vapo с магнитным левом выдерживает рабочую температуру более 70 ° C. Он также очень хорошо работает в условиях низких температур. (7) Исключение шайбы и масляного кольца также может позволить автоматическое производство, что повышает эффективность производства. (8) Пылезащитный колпачок предотвращает проникновение пыли в подшипник и смешивание с частицами нитрида для забивания двигатель, что может привести к шуму и замедлению работы двигателя.


Комбинация конструкции на магнитной подвеске и подшипника Vapo позволяет сохранить все преимущества шариковых подшипников и подшипников скольжения, устраняя при этом все недостатки.

Подшипник Vapo можно объяснить следующим образом. (i) Подшипники Vapo изготовлены из материала, специально обработанного для обеспечения износостойкости и ударопрочности. При использовании в сочетании с магнитопроводом он создает пружинную функцию, которая помогает двигателю вентилятора выдерживать удар. (Ii) Конструкция маглева помогает ротору равномерно вращаться по фиксированной орбите в центре орбиты без какого-либо трения с отверстием подшипника.Вибрации не было. (Iii) Эта новая система исключает использование маслосъемных колец и шайб, тем самым оставляя пространство для выхода газа, происходящего во время нормальной работы. Проблем с засорением больше нет. Подшипник Vapo назван в честь этого персонажа.

Вентиляторы Maglev предотвращают выход из строя обычных вентиляторов (см. Таблицу 1).


Недостатки традиционных двигателей Вентилятор Maglev

Подшипник скольжения на валу.Абразивное вращение между валом и подшипником приведет к образованию неровной и шероховатой поверхности на внутренней поверхности отверстия подшипника. Вращение двигателя вентилятора становится неравномерным, что, в свою очередь, вызывает рабочий шум и сокращает срок службы вентилятора.
(ii) Масляное кольцо и майларовая шайба не только приводят к увеличению площади трения, но также блокируют высокотемпературные газы, которые, если не будут выпущены до затвердевания, станут частицами нитрида, которые, в свою очередь, забивают зазор между валом и отверстием подшипника. затем вызывает гораздо более медленное вращение ротора и шум.
(i) Весь вес ротора полностью притягивается магнитной силой в любом установленном положении, обеспечивая равномерное вращение двигателя в фиксированной точке и поддерживая постоянное расстояние от внутренней поверхности подшипника. Больше не будет традиционных трений и шума.
(ii) Масляное кольцо, шайба и смазка больше не используются в конструкции магнитолевой подвески. Следовательно, больше нет проблем с утечкой масла или заеданием ротора.
(iii) Конструкция Maglev допускает рабочую температуру выше 70 ° C.
Шарикоподшипник (i) Когда двигатель вентилятора работает, стальные шарики внутри будут создавать более высокий шум вращения, чем у подшипников скольжения.
(ii) Шариковые подшипники имеют довольно непрочную конструкцию и не способны поглощать внешние удары. Его легко повредить, что приводит к более громкому шуму от вращения.

Во время работы нет трения и контакта между валом и подшипником.Они стали фаворитами благодаря своим превосходным характеристикам, таким как низкий уровень шума, устойчивость к высоким температурам и сверхдлительный срок службы.

Осевой двигатель с постоянными магнитами с радиальным потоком и сегментом из железной ленты, как показано на рисунке 25, использовался для охлаждающих вентиляторов малой мощности [23]. Этот двигатель оснащен только одним комплектом осевой обмотки статора, который может обеспечивать требуемый радиальный поток за счет соответствующей конструкции полюсов статора, и такая конструкция конструкции весьма перспективна для приложений с ограниченным пространством.Поскольку нежелательные силы вибрации, в основном, генерируются в радиальном направлении двигателя, концепция состоит в том, чтобы обеспечить адекватный путь магнитного потока, чтобы можно было установить пассивную магнитную подвеску. Как видно из рисунка 25 (b), магнитные потоки, генерируемые обмоткой статора двигателя, сначала проходят через центральный вал статора, выходят из пар полюсов статора в его верхней / нижней части, а затем возвращаются в нижнюю часть. Пары полюсов статора / верхней части после прохождения через соответствующие магниты ротора.Когда пары полюсов на верхней и нижней частях статора перпендикулярны друг другу, будут проявляться нежелательные силы вибрации, в основном генерируемые в радиальном направлении двигателя. Возникающее в результате трение, прикладываемое к подшипниковой системе двигателя, несомненно, приведет к дополнительным потерям тепла и энергии и, таким образом, снизит надежность и срок службы этого двигателя [24, 25].


(a) Фотография основания статора
(b) Концептуальная конструкция двигателя
(a) Фотография основания статора
(b) Концептуальная структура двигателя

Основные проблемы, связанные с производители двигателей охлаждающих вентиляторов отличаются низкими затратами на строительство / техническое обслуживание и высокой эксплуатационной надежностью [26].Кроме того, чтобы удовлетворить этим конструктивным предпосылкам, также желательно, чтобы общие характеристики таких двигателей могли сохранять их рыночную конкуренцию без использования сложных устройств управления датчиками и драйверами. Магнитная подвеска будет установлена ​​через предусмотренный дополнительный путь потока. Хотя ожидается, что сила притяжения между постоянным магнитом ротора и сегментом пассивной магнитной подвески будет индуцирована для стабилизации колебаний ротора, интуитивно также предполагается, что этот сегмент с высокой проницаемостью может обеспечить вращательную способность двигателя [25].

6. Сердечный насос Maglev

Тепловая недостаточность - одна из основных причин смерти. Лечение сердечной недостаточности обычно включает трансплантацию сердца, механическую помощь желудочков, замену искусственных органов и так далее. Хотя трансплантация сердца является относительно естественной технологией, существует серьезная нехватка донорских сердец, что приведет к реакции отторжения трансплантата. В опоре традиционных насосов с искусственным сердцем часто используются подшипники качения или скольжения. Из-за контакта между вынашиванием и кровью кровь будет загрязнена и легко вызовет тромбоз.С развитием магнитолевой системы, двигателя и технологий управления насос с искусственным сердцем преодолевает такие проблемы, как трение, уплотнение и смазка, что снижает повреждение клеток крови и увеличивает срок службы и безопасность сердечного насоса.

Искусственный сердечный насос требует небольшой конструкции, низкого энергопотребления, определенной жесткости и демпфирования для пересадки и длительного использования. Осевой магнитный насос для крови на магнитной подвеске гибридного типа не только имеет небольшие размеры, почти не потребляет энергию и плохие динамические характеристики подшипника с постоянным магнитом, но также имеет низкое энергопотребление, длительный срок службы и хорошие динамические характеристики магнитного подшипника.

Искусственный сердечный насос (также известный как насос крови) можно разделить на поршневой, пульсирующий и непрерывный сердечный насос. Бионические характеристики пульсирующего насоса хороши, но его недостатками являются относительно большой объем и склонность к гемолизу из-за большой площади контакта с кровью. Эти недостатки серьезно ограничили его применение. Насосы с искусственным сердцем непрерывного действия можно разделить на насосы с осевым потоком, центробежные насосы и насосы со смешанным потоком. Центробежный сердечный насос Maglev имеет большее давление при небольшой скорости потока и меньше разрушает кровь при низкой скорости, в то время как его недостаток не подходит для имплантации; Осевой магнитный сердечный насос имеет большую скорость потока, низкое давление, поэтому для получения гораздо большего давления необходимо увеличить скорость.Насос с осевым потоком имеет плотную конструкцию, меньшие по размеру компоненты привода, низкое энергопотребление, малый вес, высокую эффективность и т. Д., Поэтому его легче имплантировать, и он может сэкономить стоимость операции и возможность инфицирования, но его крыльчатка имеет высокая скорость и его гемолитичность также высока. Осевые или центробежные традиционные опоры представляют собой контактные подшипники, такие как керамический подшипник, и есть некоторые проблемы с трением, смазкой и уплотнением, которые легко повреждают кровь, что приводит к гемолизу и сгусткам крови.Магнитный подшипник предотвращает контакт ротора и статора под действием магнитной силы, которая не требует смазки, и преодолевает традиционные недостатки, такие как прямое трение, большие потери и короткий срок службы, и является одной из идеальных опор для нового поколения искусственных сердечный насос [27, 28].

Согласно теории Эрншоу (1839 г.), постоянный магнитный лев является нестабильным. Эта теорема применима только к левитатору в статическом состоянии. Пассивные магнитные (PM) подшипники могли бы обеспечить стабильное магнитное поле во всех центробежных насосах, если бы ротор имел достаточно высокую скорость и, таким образом, получил бы так называемый гироэффект, а именно, вращающееся тело с достаточно высокой скоростью могло бы стабильно поддерживать свое вращение [29, 30 ].

Чтобы упростить роторные насосы на магнитной подвеске с электрическим приводом, был разработан безвальный насос с постоянным рабочим колесом на магнитной подвеске без активно управляемого змеевика для подвески ротора (Рисунок 26). Левая сторона крыльчатки представляет собой диск магнита для вращения, а правая сторона крыльчатки представляет собой диск магнита для подвешивания. Насос массой 150 г имеет максимальный диаметр 42 мм, а его длина в наибольшем месте составляет 35 мм.

Устройство состоит из статора и ротора. Статор имеет жесткий полиуретановый корпус с цилиндрической внутренней поверхностью; с левой стороны подключена катушка двигателя постоянного тока с осевым приводом, намотанная на железный сердечник, а с правой стороны навинчено балансировочное железное кольцо.Ротор уплотнен магнитным диском для вращения (слева), крыльчаткой (в центре) и магнитным диском для подвешивания (справа). Сила притяжения между стальным сердечником катушки двигателя и магнитным диском ротора для вращения уравновешивается силой притяжения между магнитным диском для подвешивания и балансировочным железным кольцом. Кроме того, с обеих сторон ротора разработаны два новых запатентованных подшипника с постоянными магнитами, которые устраняют остающиеся силы притяжения и предотвращают осевое присоединение ротора к статору слева или справа.Каждый подшипник состоит из большого и маленького постоянных магнитных колец; маленькое кольцо вставлено в ротор, а большое кольцо утоплено в статоре. Два кольца, намагниченные в одном осевом направлении, отклоняют друг друга, создавая осевую опорную силу. Сила притяжения между ротором и статором препятствует радиальному эксцентрическому перемещению ротора и, таким образом, служит радиальным подшипником. Впускной и выпускной патрубки насоса расположены соответственно в центре балансировочного железного кольца и на периферии корпуса из полиуретана.При стендовых испытаниях с водой насос производит поток до 10 л / мин при давлении 100 мм рт. Ст. Насос массой 150 г имеет максимальный диаметр 42 мм и длину 35 мм (без учета впускных и выпускных трубок) [31].

Имплантируемые роторные насосы были разработаны и используются для оказания помощи больному желудочку сердца из-за нехватки доноров сердца для трансплантации. Пульсирующее измерение расхода важно для управления расходом этих роторных насосов. Обычные расходомеры не особенно компактны, в то время как надежность и долговечность небольших расходомеров, изготовленных с использованием технологии микроэлектромеханических систем, все еще сомнительна.Несколько групп предложили оценивать скорость потока, используя мощность двигателя центробежного насоса для крови (CBP). На рисунке 27 (а) показана схема имплантируемой желудочковой вспомогательной системы с роторным насосом [32].

Четвертая итерация дизайна (PF4) педиатрического желудочкового вспомогательного устройства PediaFlow (VAD) была разработана для младенцев и детей ясельного возраста с врожденными и приобретенными пороками сердца.

Ключевые атрибуты педиатрического VAD PediaFlow включают следующее: (i) непревзойденная биосовместимость благодаря технологии магнитолевой подвески, оптимизированный дизайн с одним потоком и процесс проектирования, оптимизированный для компьютера; (ii) исключительно малый размер из-за сверхкритического (см. Выше) резонансная частота) роторно-динамическая технология; (iii) бесклапанная турбодинамическая конструкция с одной движущейся частью для минимизации размера; (iv) оптимизация вычислений с использованием первых принципов биоинженерии и физики.

Текущая конструкция VAD возникла в результате всесторонней оценки трех топологий насосов, включающих в себя различные устройства магнитной подвески, двигателя и трактов прохождения жидкости. В каждой из выбранных топологий использовались радиальные и моментные подшипники с постоянными магнитами, активный осевой упорный подшипник и бесщеточный двигатель постоянного тока [33–36].

7. Анализ продуктов питания и напитков

Измерения плотности вещества важны в пищевой промышленности, здравоохранении и других местах, поскольку они предоставляют ключевую информацию о химическом составе вещества.Например, измерения плотности могут определить содержание сахара в безалкогольных напитках, количество алкоголя в вине или слишком много соли для поливной воды для использования на фермерском поле. Существующие устройства для проведения этих измерений далеки от идеала, и существует потребность в более простых, менее дорогих и простых в использовании технологиях.

Ученые описывают разработку специального датчика, в котором для удовлетворения этих потребностей используется магнитный лев, который позволяет взвешивать твердые или жидкие образцы с помощью магнитов для измерения их плотности.Датчик размером с кубик льда состоит из заполненного жидкостью контейнера с магнитами на каждом конце. Внутри могут быть помещены образцы из различных материалов, и расстояние, на которое они проходят через жидкость, позволяет судить об их плотности. Ученые показали, что устройство может быстро оценить содержание соли в различных образцах воды и относительное содержание жира в различных видах молока, сыра и арахисового масла. Потенциальные применения маглев могут включать в себя оценку пригодности воды для питья или орошения, оценку содержания жира в пищевых продуктах и ​​напитках или мониторинг обработки зерна (например,g., удаление шелухи или сушку) (см. рисунок 28) [37].


8. Заключение

Название maglev происходит от слова MAGnetic LEVitation. Магнитная левитация - это высокоразвитая технология. Он имеет различное применение, в том числе экологически чистую энергию (маленькие и огромные ветряные турбины: дома, в офисе, в промышленности и т. Д.), Строительные объекты (вентилятор), транспортные системы (поезд на магнитной подвеске, персональный скоростной транзит (PRT) и т. Д.), оружие (пушка, ракетная техника), ядерная техника (центрифуга ядерного реактора), гражданское строительство (лифт), реклама (можно выбрать левитацию всего, что рассматривается внутри или над различными рамками), игрушки (поезд, парение космонавтов над космическим кораблем и т. д. .) и канцелярские товары (ручка). Общей чертой всех этих применений является отсутствие контакта и, следовательно, отсутствие износа и трения. Это увеличивает эффективность, снижает затраты на обслуживание и увеличивает срок службы системы. Технология магнитной левитации может использоваться как эффективная технология в различных отраслях промышленности. Системы магнитной подвески привлекают уже многие страны. Многие системы были предложены в разных частях света. В этой статье сделана попытка изучить наиболее важные области применения технологии магнитной левитации.Результаты ясно показали, что маглев можно удобно рассматривать как решение для будущих инженерных нужд мира.

Японский поезд на магнитной подвеске: самый быстрый сверхскоростной пассажирский поезд в мире

Представьте себе, что вы несетесь по сельской местности Японии на удивительной скорости. Колеса вашего автомобиля даже не касаются земли. Фактически, вы плывете! Этот сказочный опыт скоро станет реальностью благодаря знаменитым японским сверхскоростным поездам Maglev, самым быстрым поездом в мире .

Япония уже хорошо известна своей обширной системой поездов Синкансэн, которая действует с 1964 года. Однако самые быстрые в мире поезда, однако, уступят место Маглеву, когда через несколько коротких лет станет доступно пригородное сообщение.

Как работают поезда на магнитной подушке

SC Maglev, или сверхпроводящие магнитные поезда, были разработаны Центральной Японской железнодорожной компанией и Научно-исследовательским институтом железнодорожного транспорта в 1970-х годах.Поезда на маглеве работают по принципу магнитного отталкивания вагонов и пути. Слово maglev на самом деле является комбинацией слов «магнитный» и «левитация». Магнитная левитация , или плавание поезда, достигается за счет использования электродинамической системы подвески, или EDS.

Рельсы или направляющие содержат два набора перекрестно соединенных металлических катушек, намотанных в виде «восьмерки» для формирования электромагнитов. В самом поезде сверхпроводящих электромагнитов , называемых тележками.В остановленном состоянии поезд стоит на резиновых колесах. Чтобы начать движение, поезд медленно движется вперед на этих колесах, позволяя магнитам под поездом с по взаимодействовать с магнитами направляющей . Как только поезд достигает скорости 150 километров в час (93 мили в час), магнитная сила становится достаточно сильной, чтобы поднять поезд на 100 миллиметров (4 дюйма) от земли, устраняя трение и обеспечивая все более высокие скорости.

Те же магнитные силы, которые поднимают поезд, также перемещают его вперед и удерживают в центре рельсового пути.Это та же технология, что и в Hyperloop Tesla, которая делает поездку более плавной, а поезд - исключительно безопасным.

Прототип японского сверхскоростного поезда на маглеве

Максимальная скорость на маглеве

Какова максимальная скорость поезда на маглеве? В апреле 2015 года пилотируемый сверхпроводящий поезд на маглеве побил два предыдущих рекорда наземной скорости для рельсовых транспортных средств. Поезд разгонялся до 603 километров в час или 375 миль в час . Это намного быстрее, чем поезда Maglev, уже работающие в Шанхае, Китае и Южной Корее, со скоростью от 268 до 311 миль в час и 68 миль в час соответственно.

Поезд на маглеве также побил предыдущие мировые рекорды скорости Синкансэн на испытаниях на испытательном треке Миядзаки. Большинство поездов Синкансэн работают со скоростью около 500 километров в час (от 200 до 275 миль в час). По мере разработки и внедрения новых технологий будущие поезда могут развивать еще большую скорость.

Знаете ли вы? За шестьдесят лет эксплуатации высокоскоростные железнодорожные линии Японии не имели несчастных случаев со смертельным исходом, что сделало их одним из самых безопасных видов транспорта в мире.Служба Maglev намерена поддерживать этот безупречный рекорд.

Маршрут японского поезда Maglev

В 2009 году система Maglev была одобрена и начала коммерческое строительство. Линия Chuo Shinkansen планируется соединить Токио и Нагою к 2027 году. Ожидается, что поездка займет всего сорок минут и - быстрее, чем полет между двумя городами или полуторачасовая поездка по нынешней линии Токайдо, доступной с проездным Japan Rail Pass.Предлагаемый маршрут будет включать остановки на станциях в Синагаве, Сагамихара, Кофу, Иида и Накацугава.

Первоначальной целью проекта Maglev было создание поезда, который мог бы пройти путь от Токио до Осаки менее чем за час . Это будет достигнуто, когда линия Маглев продлится от Нагои до Осаки, и ожидается, что она будет введена в эксплуатацию к 2045 году и до года.

Восемьдесят процентов из 286 километров (177 миль) пути сверхскоростного поезда Maglev будет , расположенная под землей , проходящая под разрастанием городов и гористой местностью.Ожидается, что проект будет стоить эквивалента 55 миллиардов долларов.

По завершении в состав поезда войдут шестнадцать вагонов , способных вместить тысячу пассажиров. В настоящее время общественность приглашена принять участие в испытательных поездках Maglev . Туристы могут посетить SC Maglev Parkway в Нагое или выставочный центр Maglev префектуры Яманаси недалеко от города Оцуки, чтобы узнать больше и посмотреть тестовые прогоны Maglev.

Забронируйте проездной на Japan Rail Pass прямо сейчас

Тюо Синкансэн

Тюо Синкансэн (или Обход Токайдо Синкансэн ) - это новая железнодорожная линия, которая соединит Токио и Нагоя .Он строится поэтапно и будет использовать передовую технологию Maglev (магнитная левитация).

После завершения линия обеспечит более прямое сообщение между двумя городами и сократит время в пути примерно на 50% (до 40 минут) по сравнению с нынешней линией Токайдо Синкансэн. Маршрут будет продлен до Осаки по мере реализации проекта - весь путь займет всего 67 минут .

Пассажиры смогут получить билеты на новую линию в 2027 году .Поезда будут двигаться с максимальной скоростью 505 км / ч и (мировой рекорд 603 км / ч).

Маршрутная карта первоначально будет включать 6 станций : станция Синагава, станция Нагоя и префектуры Канагава, Яманаси, Нагано и Гифо. Он будет включать 256,6 км туннелей , 11,3 км мостов и 4,1 км рельсового полотна .

Центральная японская железнодорожная компания (JR Central) курирует проект, который будет стоить примерно 5.52 трлн иен (52 млрд долларов) . Они заказали 14 новых поездов на Маглеве серии L0 (L-ноль) , которые в настоящее время проходят испытания на дальние расстояния на испытательной линии Яманаши Маглев.

Будущее высокоскоростных поездов

Маглев может удерживать текущие мировые рекорды, но у него будут свои конкуренты. Премьер-министр Японии Синдзо Абэ предложил продать технологию Соединенным Штатам для строительства линии Маглев между Нью-Йорком и Вашингтоном .

В то же время планируется построить линию поездов Hyperloop из Лос-Анджелеса в Сан-Франциско, Калифорния, США, которая может развивать скорость более 700 миль в час.Между тем, надежды японских граждан и туристов на высокую скорость полностью связаны с линией Маглев Тюо Синкансэн.

Похожие сообщения

Магнитная левитация | Encyclopedia.com

Принцип работы

Автомобили MAGLEV

Сверхпроводящие магниты

Недостатки автомобилей MAGLEV

Перспективы автомобилей MAGLEV

Ресурсы

Магнитная левитация, иногда называемая магнитной подвеской, - это явление, при котором два магнитных объекта находятся в движении. отталкиваются друг от друга в вертикальном направлении.Это явление, также известное как MAGLEV, давно признано имеющим важное коммерческое применение. Самым важным из них является конструкция поездов MAGLEV, которые продвигаются на несколько дюймов выше пути с очень высокой скоростью.

Представьте, что два стержневых магнита подвешены один над другим с одинаковыми полюсами (два северных полюса или два южных полюса) непосредственно над и под друг другом. Любая попытка привести эти два магнита в контакт друг с другом должна будет преодолеть силу отталкивания, существующую между двумя одинаковыми магнитными полюсами.Сила этой силы отталкивания зависит, среди прочего, от силы магнитного поля между двумя стержневыми магнитами. Чем сильнее поле магнита, тем сильнее сила отталкивания.

Если бы кто-то повторил этот эксперимент, используя очень маленький и очень легкий стержневой магнит в качестве верхнего элемента пары, можно было бы представить, что силы отталкивания было бы достаточно, чтобы удерживать меньший магнит подвешенным - левитирующим - в воздухе. Этот пример иллюстрирует принцип, согласно которому сила отталкивания между двумя магнитами может удерживать верхний объект в подвешенном состоянии.

На самом деле сила отталкивания между двумя стержневыми магнитами была бы слишком мала, чтобы вызвать описанный здесь эффект. В реальных экспериментах с магнитной левитацией это явление вызывается магнитными полями, создаваемыми электромагнитами. Например, представьте, что металлическое кольцо свободно закреплено на цилиндрическом металлическом сердечнике, прикрепленном к внешнему источнику электрического тока. Когда ток течет через сердечник, он создает магнитное поле внутри сердечника. Это магнитное поле, в свою очередь, создает ток в металлическом кольце, который создает собственное магнитное поле.Согласно закону Ленца, два создаваемых таким образом магнитных поля - одно в металлическом сердечнике и одно в металлическом кольце - имеют противоположные полярности. Эффект, который наблюдается в таком эксперименте, заключается в том, что металлическое кольцо поднимается вверх вдоль металлического сердечника, поскольку две части системы отталкиваются друг от друга. Если ток увеличить до достаточного уровня, кольцо действительно может вылететь вверх от сердечника. В качестве альтернативы ток можно отрегулировать так, чтобы кольцо можно было удерживать в подвешенном состоянии на любой заданной высоте по отношению к сердечнику.

Кредит за предвидение применения магнитной левитации в конструкции транспортных средств обычно отдается американскому ученому и пионеру ракетостроения Роберту Хатчингсу Годдарду (1882–1945). В 1907 году Годдард опубликовал рассказ, в котором описал транспортное средство, которое двигалось с помощью принципа магнитной левитации. Французский инженер Эмиль Бачелет сконструировал первую работающую модель такой машины в 1912 году. Машина Бачелет приводилась в движение силами отталкивания, создаваемыми между медными электромагнитами, подвешенными над алюминиевой гусеницей.Однако модель Бачелет зашла в тупик, потому что количество электроэнергии, необходимое для создания подвески, было слишком большим, чтобы ее производить экономически.

Фактически, эта проблема была основной причиной того, что автомобили MAGLEV до недавнего времени оставались мечтой. Чтобы поднять объект весом в несколько тонн, необходимо создать очень сильную силу отталкивания между транспортным средством и гусеницей. Сила отталкивания, в свою очередь, может быть произведена только с помощью очень мощных электромагнитов. Вес таких магнитов и электрическая энергия, необходимая для их работы, на многие десятилетия вывели идею автомобилей MAGLEV из сферы реальных технологий.

В течение многих лет ученым был известен по крайней мере один очевидный способ решения этих практических проблем - сверхпроводящие магниты. Сверхпроводимость - это способность проводящего материала (такого как медь) проводить электрический ток практически без сопротивления. Хотя сверхпроводимость была открыта еще в 1911 году, ее применение в реальных изобретениях всегда ограничивалось тем фактом, что ее можно было наблюдать только при температурах, близких к абсолютному нулю. Таким образом, автомобиль MAGLEV, в котором использовались сверхпроводящие магниты, был бы намного эффективнее, чем автомобиль, использующий традиционные электромагниты.Но сверхпроводящая модель также должна быть спроектирована так, чтобы работать при очень низких температурах (около -450 ° F [-268 ° C]).

Тем не менее, к 1960-м годам исследователи начали проектировать и строить прототипы автомобилей MAGLEV, работающих на сверхпроводящих электромагнитах. Большинство таких машин работали по общему принципу. Сверхпроводящие катушки подвешены под корпусом самого автомобиля MAGLEV. Когда через эти катушки начинает течь ток, создается магнитное поле.Это магнитное поле, как в примере, отмеченном ранее, создает магнитное поле в металлической дорожке под транспортным средством. Сила отталкивания между двумя магнитными полями заставляет поезд подниматься вверх и удерживает его в подвешенном состоянии на несколько дюймов над рельсами. По мере увеличения электрического тока в сверхпроводящих катушках возрастают и противоположные магнитные поля, и сила отталкивания между ними.

Конечно, транспортное средство нужно не только поднимать над рельсами, но и двигать вперед (или назад).Эта движущая сила обеспечивается электрическим током, который протекает через катушки направляющих в рельсовом пути. По мере изменения тока в катушках изменяется и сила магнитного поля. В результате автомобиль MAGLEV попеременно толкается и тянется изменяющимся магнитным полем в катушках. Электрический ток, проходящий через катушки, может управлять скоростью поезда.

Поезд МАГЛЕВ начинает движение, как и любой другой поезд, когда его колеса опираются на рельсы. Когда электрический ток начинает течь через его сверхпроводящие катушки, поезд продвигается вперед по рельсам, а затем постепенно отрывается от него.На максимальной скорости большинство поездов спроектировано так, чтобы двигаться на несколько дюймов выше пути и со скоростью 250 миль (402 км) в час или более.

Магнитная левитация как средство передвижения имеет свои проблемы. Например, первоначальные планы предусматривают строительство путей MAGLEV в Соединенных Штатах, прилегающих к национальной системе автомагистралей между штатами. Но пассажиры, путешествующие в поезде MAGLEV со скоростью 250 миль в час, будут чувствовать гораздо более сильные гравитационные силы при повороте межгосударственной кривой, чем пассажиры в автомобиле, движущемся со скоростью 65 миль (105 км) в час.Кроме того, первоначальные испытания показывают, что автомобили MAGLEV могут издавать высокий уровень шума при движении на максимальной скорости. Испытания показали, что возможны уровни звука в 100 децибел на расстоянии 80 футов (24 м) от направляющей. Однако такие уровни звука неприемлемо высоки для любой жилой зоны.

Как и все, что сделано людьми, с оборудованием MAGLEV могут возникать механические проблемы и человеческие ошибки. Например, 11 августа 2006 г. шанхайский коммерческий транспорт Transrapid загорелся на борту после того, как покинул станцию ​​в Лунъяне.Кроме того, 22 сентября 2006 г. поезд MAGLEV врезался в вагон техобслуживания на севере Германии, в результате чего десятки людей были ранены и убиты.

Новую эру технологии MAGLEV можно проследить с начала 1960-х годов. В тот период многие наблюдатели видели в автомобилях МАГЛЕВ способ решения ряда проблем, стоящих перед США и другими развитыми странами. Например, они предложили очевидно эффективный способ быстрого и эффективного перемещения большого количества людей через городские районы и вокруг них.Они могли питаться практически любой формой энергии, из которой можно было производить электричество, а не только углем или нефтью. К 1970 году было построено несколько автомобилей модели МАГЛЕВ.

Это исследование активно продолжалось в ряде стран, включая Японию, Великобританию, Германию, Корею и Францию. Все эти страны разработали ряд прототипов транспортных средств, которые поступают в коммерческую эксплуатацию. Например, японские инженеры сконструировали 27-ми (43.5 км) через префектуру Яманаси, которая будет перевозить до 10 000 пассажиров в час в 14-вагонных поездах, движущихся со скоростью 310 миль (499 км) в час. В некоторых немецких моделях использовалась несколько другая форма магнитной левитации. Немецкий Transrapid имеет несверхпроводящие магниты, прикрепленные к кузову автомобиля и подвешенные под направляющей. Магниты притягиваются (а не отталкиваются) вверх к рельсу, поднимая поезд на расстояние одного дюйма от направляющего рельса. 31 декабря 2002 года немецкий поезд Transrapid MAGLEV открыл свой первый коммерческий маршрут в Китае от Шанхайской дороги Лонг Ян до международного аэропорта Пудун.Он перевозит людей на 18,5 миль (30 км) за семь минут 20 секунд с максимальной скоростью 268 миль в час (431 км / ч) со средней скоростью 150 миль в час (250 км / ч). Первая в мире коммерческая автоматизированная система MAGLEV под названием Linimo начала работу в марте 2005 года в Айти, Япония.

Однако, в отличие от такого прогресса, Соединенные Штаты к 1975 году практически отказались от исследований магнитной левитации. Это решение, принятое Управлением по управлению и бюджету, было принято исходя из убеждения, что транспортировка MAGLEV не будет экономически целесообразной альтернативой в США в обозримом будущем.

Это отношение резко изменилось в начале 1990-х годов, во многом благодаря интересу одного политика, сенатора Дэниела Патрика Мойнихана (1927–2003) из Нью-Йорка. Мойнихан убедился, что автомобили MAGLEV - это средство, с помощью которого могут быть решены проблемы междугородных перевозок страны. Кроме того, как председатель подкомитета Сената, ответственного за систему автомобильных дорог США,

КЛЮЧЕВЫЕ УСЛОВИЯ

Электромагнетизм - Единое электрическое и магнитное силовое поле, создаваемое прохождением электрического тока через материю.

Сверхпроводимость - Тенденция электрического тока течь через проводник практически без сопротивления.

Мойнихан смог претворить свои убеждения в жизнь. В 1989 году Мойнихан включил в законопроект о шоссе специальное положение о разработке новой технологии MAGLEV, Программу разработки прототипа магнитной левитации, с бюджетом в 750 миллионов долларов. Учитывая эти начальные деньги, многие эксперты снова возлагают большие надежды на возможное развитие программы коммерческих автомобилей MAGLEV в Соединенных Штатах.В 2006 году продолжаются исследования линий MAGLEV в южной Калифорнии - Лас-Вегас (Невада), Балтимор-Вашингтон, округ Колумбия, Гонолулу (Гавайи), Дейтона-Стрит. -Петербург (Флорида), Сан-Диего (Калифорния), Питтсбург (Пенсильвания) и Портленд (Орегон) -Ванкувер (Британская Колумбия).

Поскольку системы MAGLEV строятся в мире все чаще, затраты на их разработку и обслуживание будут снижаться. Например, строительство поезда Shanghai MAGLEV обошлось в 1,2 миллиарда долларов, что составляет около шести долларов на пассажира.Однако по состоянию на октябрь 2006 года использование поездов MAGLEV в мире ограничено лишь несколькими участками. Большинство поездов МАГЛЕВ все еще находятся на стадии экспериментов и разработки.

См. Также Электромагнетизм; Поезда и железные дороги.

КНИГИ

Дай, Хуйгуан. Динамическое поведение транспортного средства / направляющей системы Maglev с контролем. Анн-Арбор, Мичиган: ProQuest / UMI, 2006.

Гиерас, Яцек Ф.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *