Venäjän juna magneettisella tyynyllä. Ovatko magneettinen levitaatio tulevaisuuden liikenne? Kuinka magneettinen levitaatiojuna toimii? Guinnessin ennätysten kirja

Neuvostoliiton juna magneettisella levitaatiolla 21. helmikuuta 2017

Kuinka monta asiaa keksittiin ja suunniteltiin Neuvostoliitossa, että käytämme edelleen tätä kehitystä ja opimme vain joistakin (kuten minä esimerkiksi tästä). Joko ajat olivat sellaisia ​​kaikkialla maailmassa, tai maa oli sellainen.

Monet ovat tottuneet kritisoimaan myös sitä, että kaikki ja kaikki oli suunniteltu Neuvostoliitossa, mutta siinä oli myös jotain hyvää. Unioni on laskenut täydellisesti suurkaupunkien tulevat liikenneongelmat. Eikä vain kaupungit, joissa on suuri väestö, mutta myös maantieteellisesti hyvin pitkänomaisia ​​kaupunkeja, joiden pituus on sata kilometriä tai enemmän. Nämä ovat kaupungit kuten Volgograd ja Krivoy Rog. Arvioitu 70-luvun väestö 29 kaupungissa Neuvostoliitto piti ylittää miljoona eli tulla miljoonaskaupungeiksi. Suurten kaupunkien liikenneongelmien ratkaisemiseksi perustettiin useita instituutteja ja toimistoja. Silloin oli selvää, että autot eivät ole kovin kykeneviä ratkaisemaan suurkaupungin liikenneongelmia, ja klassinen metro on kallista ja hidasta. Uskottiin, että perinteisten liikennemuotojen parantamisen ohella oli tarpeen luoda laadullisesti uusia liikennejärjestelmiä, joiden tulisi olla hiljaisia, pilaantumatta ilmaa, taloudellisia eikä luoda ylimääräistä kuormitusta katuverkolle.

Nämä vaatimukset täyttivät uusin testiin tuotu innovatiivinen projekti, magneettisen jousituksen kuljetusprojekti.

TA-05-auto on Neuvostoliiton magneettinen levitaatiojuna. Ajoneuvon, jonka oli tarkoitus toimia sähkömagneettisella levitaatiojärjestelmällä, projekti kehitettiin vuosina 1985-1986. Ensimmäinen 25. helmikuuta 1986 onnistunut julkaisu epätavallinen kuljetus.

”Laboratoriomme työskentelee kokeellisen matkustajavaunun parissa, joka liikkuu koskematta kiskoihin. Vaakaliikkeessä käytetään lineaarisen kolmivaiheisen asynkronimoottorin toimintaperiaatetta. Liikkuminen matkanopeudella jopa 250 kilometriä tunnissa ajoneuvo on lähes hiljainen. Sen polku voidaan nostaa ylikulkuneuvoksi kaupungin pääkadun yli. Yksi kilometri rataa maksaa 3-5 kertaa halvempaa kuin metro ”, kertoi VNIIPItransprogress-laboratorion johtaja A. Chemodurov haastattelussa.

Tuolloin Moskovan lähelle Ramenskojeen rakennettiin 600 metrin suurnopeusosa, ja suunnitelmia olivat Jerevan ja Alma-Ata.

Raiteille oli tarkoitus laukaista 65 henkilöä, kukin 19 metriä pitkä ja paino 40 tonnia. Auton matkanopeus oli 250 km / h, odotettavissa 400 km / h ja enemmän. Suunnitteilla oli myös käynnistää erillisiä autoja, mutta kytkentöjä useista autoista, toisin sanoen täysjunista.

Nykyään uudella liikennetyypillä ei ole vastuullista, kiinnostunutta omistajaa. Toistaiseksi yksikään liikenneministeriö, siviili-ilmailuministeriö eikä viestintäministeriö (nykyisin Venäjän rautatiet) (magnetoplane ei ole juna tai lentokone - se on heidän väitteensä) ei ole osoittanut kiinnostusta siihen. He eivät ole edes asiakkaita. Samaan aikaan hallituksen käyttämien huomattavien varojen käyttämiseksi tehokkaasti siirtymiseen kokeista toteuttamiseen uudessa kehitysvaiheessa oli tarpeen yhdistää voimat, sanotaan esimerkiksi toimialakohtaisen tieteellisen ja teknisen kompleksin puitteissa.

Mikä on erityisen yllättävää, mutta projektin rahoitti yksinomaan NefteGazStroy. Valitettavasti suunnitelmat eivät toteutuneet, Armenian maanjäristys vuonna 1988 ei sallinut kaikkien suunniteltujen osien rakentamista. Rahoitusta vähennettiin, ja Neuvostoliiton romahtamisen jälkeen se lopetettiin kokonaan. Nopea, nopea ja oma osoittautui hyödyttömäksi.

Kuka muu tietää yksityiskohtia tästä projektista?

Muuten, TP-05 onnistui näyttelemään elokuvissa - vuoden 1987 sci-fi-lyhytelokuvassa ”He eivät vitsi robottien kanssa”, jonka katkelman tarjoan sinulle katsottavaksi.
Katso kello 01:03:00

lähteet

Huolimatta siitä, että ensimmäisten höyryveturien luomisesta on kulunut yli kaksisataa vuotta, ihmiskunta ei ole vieläkään valmis luopumaan kokonaan dieselpolttoaineen käytöstä, höyryn ja sähkön voimasta liikkuvana voimana raskas rahti ja matkustajat.

Kuitenkin, kuten itse ymmärrätte, koko tämän ajan insinöörit-keksijät eivät olleet täysin toimettomia, ja heidän ajatustensa työn tulos oli julkaisu vaihtoehtoisia tapoja rautatiekuljetus.

Junien syntymisen historia sähkömagneettisella tyynyllä

Ajatus junan tekemisestä magneettisella levitaatiolla ei ole niin uusi. Keksijät alkoivat ensimmäistä kertaa miettiä tällaisen liikkuvan kaluston luomista 1900-luvun alussa, mutta useista syistä tämän projektin toteuttaminen ei onnistunut melko kauan.

Vasta vuoteen 1969 saakka Saksan liittotasavallan alueella he alkoivat valmistaa samanlaista junaa, jota myöhemmin kutsuttiin magleviksi, ja makasivat magneettiradan. Ensimmäinen maglev julkaistiin nimellä "Transrapid-02" tehtiin kaksi vuotta myöhemmin.

Mielenkiintoinen tosiasia on, että maglevin valmistuksessa saksalaiset insinöörit perustuivat tiedemies Hermann Kemperin tekemiin tietoihin, jotka saivat patentin magnetoplan luomiseen vuonna 1934. Ensimmäistä maglevia "Tranrapid-02" ei voida kutsua suurnopeuksiseksi, koska se kehittyi vain 90 km / h asti. Sen kapasiteetti oli myös hyvin pieni: vain neljä ihmistä.

Seuraava vuonna 1979 luotu Maglev-malli, "Transrapid-05", mahtui jo 68 matkustajaa ja liikkui Hampurin kaupungin matkustajalinjaa pitkin, jonka pituus on 908 m, nopeudella 75 km / h. .

Transrapid-05

Samanaikaisesti, mantereen toisessa päässä, Japanissa, käynnistettiin samana vuonna 1979 ML-500-malli maglev, joka pystyy nopeuteen 517 km / h.

Mikä on maglev ja miten se toimii?

Maglev (tai yksinkertaisesti magneettinen levitaatiojuna) on eräänlainen liikennemuoto, jota ohjataan ja ohjataan magneettikentän voimalla. Tässä tapauksessa maglev ei koske rautatietä, mutta "levitoituu" sen yli keinotekoisesti luodun magneettikentän hallussa. Tässä tapauksessa kitka on suljettu pois, vain aerodynaaminen vastus toimii jarrutusvoimana.

Lyhyen matkan reiteillä tulevaisuudessa maglev voi vakavasti kilpailla lentoliikenteen kanssa, koska se kykenee kehittämään erittäin suuren nopeuden. Nykyään maglevien laajaa käyttöönottoa vaikeuttaa suurelta osin se, että niitä ei voida käyttää perinteisillä päärautatiepinnoilla. Maglev voi matkustaa vain erityisesti rakennetulla magneettisella moottoritiellä, joka vaatii erittäin suuria investointeja.

Uskotaan myös, että magneettinen kuljetus kykenee vaikuttamaan negatiivisesti kuljettajien ja magneettiradan lähellä olevien alueiden asukkaiden kehoon.

Maglevin edut

Maglevin ansioihin sisältyy valtava mahdollisuus saavuttaa suurilla nopeuksilla pystyy kilpailemaan jopa suihkukoneiden kanssa. Lisäksi maglev on melko taloudellinen sähkönkulutuksen ja liikenteen kannalta. Lisäksi osien välillä ei ole käytännössä mitään kitkaa, mikä voi vähentää merkittävästi käyttökustannuksia.

Maglev-junat ovat nopein julkisen maaliikenteen muoto. Ja vaikka tähän mennessä on otettu käyttöön vain kolme pientä raitaa, magneettijunien prototyyppien tutkimusta ja testausta tehdään eri maat Vai niin. Kuinka magneettisen levitaation tekniikka on kehittynyt ja mikä sitä odottaa lähitulevaisuudessa, opit tästä artikkelista.

Muodostumishistoria

Maglevin historian ensimmäiset sivut täytettiin joukolla patentteja, jotka saatiin 1900-luvun alussa eri maissa. Vuonna 1902 saksalaiselle keksijälle Alfred Seidenille myönnettiin patentti lineaarimoottorilla varustetun junan suunnittelusta. Neljä vuotta myöhemmin Franklin Scott Smith kehitti toisen varhaisen prototyypin sähkömagneettisesti ripustetusta junasta. Hieman myöhemmin, vuosina 1937–1941, saksalainen insinööri Hermann Kemper sai useita muita lineaarisilla sähkömoottoreilla varustettuihin juniin liittyviä patentteja. Muuten, vuonna 2004 rakennetun Moskovan monorautatiejärjestelmän liikkuva kalusto käyttää liikkeeseen asynkronisia lineaarimoottoreita - tämä on maailman ensimmäinen yksiratainen, jossa on lineaarimoottori.

Moskovan yksirautatiejärjestelmän juna Telecentr-aseman lähellä

1940-luvun lopulla tutkijat siirtyivät sanasta toimintaan. Brittiläinen insinööri Eric Layswaite, jota monet kutsuvat "Maglevin isäksi", onnistui kehittämään ensimmäisen toimivan täysikokoisen lineaarisen induktiomoottorin prototyypin. Myöhemmin, 1960-luvulla, hän liittyi kehitykseen pikajuna Seurattava ilmatyynyalus. Valitettavasti vuonna 1973 projekti suljettiin varojen puutteen vuoksi.

Vuonna 1979 ilmestyi maailman ensimmäinen magneettisen levitaation juna-prototyyppi, jolla on lupa matkustajaliikennepalvelujen tarjoamiseen - Transrapid 05. Hampuriin rakennettiin 908 metriä pitkä koerata, joka esiteltiin IVA 79 -näyttelyn aikana. Hienoa, että Transrapid 05 onnistui toimimaan menestyksekkäästi vielä kolme kuukautta näyttelyn päättymisen jälkeen ja kuljetti yhteensä noin 50 tuhatta matkustajaa. Tämän junan suurin nopeus oli 75 km / h.

Ensimmäinen kaupallinen magneettikone ilmestyi vuonna 1984 Birminghamissa, Englannissa. Magneettisesti levitetty rautatieyhteys yhdisti Birminghamin kansainvälisen lentokentän terminaalin läheiseen rautatieasema... Hän työskenteli menestyksekkäästi vuosina 1984-1995. Linjan pituus oli vain 600 m, ja korkeus, johon juna lineaarisesti asynkroninen moottori nousi tienpinnan yläpuolelle - 15 millimetriä. Vuonna 2003 sen tilalle rakennettiin Cable Liner -tekniikkaan perustuva AirRail Link -liikennejärjestelmä.

1980-luvulla alettiin kehittää ja toteuttaa suurnopeusmagneettisten levitaatiojunien luomista koskevia hankkeita paitsi Englannissa ja Saksassa myös Japanissa, Koreassa, Kiinassa ja Yhdysvalloissa.

Kuinka se toimii

Tiedämme magneettien perusominaisuuksista 6. luokan fysiikan oppitunneista lähtien. Jos tuot kestomagneetin pohjoisnavan toisen magneetin pohjoisnapaan, ne hylkäävät. Jos yksi magneeteista käännetään ympäriinsä, yhdistämällä eri navat, se vetää puoleensa. Tämä on yksinkertainen periaate maglev-junissa, jotka liukuvat ilman läpi kiskon yli lyhyen matkan.

Magneettisuspensioteknologia perustuu kolmeen pääosajärjestelmään: levitaatio, stabilointi ja kiihdytys. Samalla Tämä hetki Magneettisuspensiota varten on kaksi päätekniikkaa ja yksi kokeellinen, todistettu vain paperilla.

Sähkömagneettisen jousituksen (EMS) tekniikkaan perustuvissa junissa käytetään sähkömagneettista kenttää levitaatioon, jonka voimakkuus vaihtelee ajan myötä. Samanaikaisesti tämän järjestelmän käytännön toteutus on hyvin samanlainen kuin perinteisen työn rautatieliikenne... Tässä käytetään T-muotoista kiskotietä, joka on valmistettu johtimesta (pääasiassa metallista), mutta juna käyttää pyöräkertojen sijasta sähkömagneettista järjestelmää - tukee ja ohjaa. Tuki- ja ohjausmagneetit ovat yhdensuuntaisia ​​ferromagneettisten staattoreiden kanssa, jotka sijaitsevat T-raidan reunoilla. EMS-tekniikan suurin haitta on vertailumagneetin ja staattorin välinen etäisyys, joka on 15 millimetriä ja jota on ohjattava ja korjattava erityisillä automatisoidut järjestelmät riippuen monista tekijöistä, mukaan lukien sähkömagneettisen vuorovaikutuksen epävakaa luonne. Muuten, levitaatiojärjestelmä toimii junaan asennettujen akkujen ansiosta, jotka ladataan vertailumagneetteihin sisäänrakennetuilla lineaarisilla generaattoreilla. Tällöin juna pystyy pysähdyksissä levittämään paristoja riittävän kauan. Transrapid-junat ja erityisesti Shanghai Maglev rakennettiin EMS-tekniikan pohjalta.

EMS-junia ajaa ja jarruttaa matalan kiihtyvyyden synkroninen lineaarimoottori, jota edustavat tukimagneetit ja raita, jonka yli magneettitaso leijuu. Tekijä suurelta osin, rainaan rakennettu moottorijärjestelmä on tavanomainen staattori (lineaarisen sähkömoottorin kiinteä osa), joka on sijoitettu rainan alaosaa pitkin, ja tukevat sähkömagneetit toimivat puolestaan ​​sähkömoottorin ankkurina. Siten vääntömomentin tuottamisen sijasta keloissa oleva vaihtovirta tuottaa viritettyjen aaltojen magneettikentän, joka siirtää koostumusta kontaktittomasti. Vahvuuden ja taajuuden muutos vaihtovirta voit säätää junan pitoa ja nopeutta. Tässä tapauksessa hidastamiseksi sinun on vain muutettava magneettikentän suunta.

Elektrodynaamisen suspensiotekniikan (EDS) tapauksessa levitaatio tapahtuu kankaan magneettikentän ja junan suprajohtavien magneettien luoman kentän vuorovaikutuksella. Japanilaiset junat JR - Maglev rakennettiin EDS-tekniikan pohjalta. Toisin kuin EMS-tekniikka, joka käyttää tavanomaisia ​​sähkömagneetteja ja keloja, johtaa sähköä vain virtaa käytettäessä, suprajohtavat sähkömagneetit voivat johtaa sähköä myös virtalähteen ollessa kytkettynä, esimerkiksi sähkökatkoksen sattuessa. Kelojen jäähdyttäminen EDS-järjestelmässä voi säästää paljon energiaa. Kryogeeninen jäähdytysjärjestelmä käytettiin kuitenkin ylläpitämään enemmän matalat lämpötilat keloissa voi olla melko kallista.

EDS-järjestelmän tärkein etu on sen korkea vakaus - verhon ja magneettien välisen etäisyyden pienenemisen myötä syntyy hylkivä voima, joka palauttaa magneetit alkuperäiseen asentoonsa, samalla kun etäisyys kasvaa. vähentää vastustavaa voimaa ja lisää vetovoimaa, mikä taas johtaa järjestelmän vakautumiseen. Tässä tapauksessa ei tarvita elektroniikkaa junan ja radan välisen etäisyyden ohjaamiseen ja säätämiseen.

Totta, tässä oli myös joitain haittoja - junan levitaatioon riittävä voima syntyy vain suurilla nopeuksilla. Tästä syystä EDS-järjestelmän junassa on oltava pyörät, jotka mahdollistavat liikkumisen milloin pienillä nopeuksilla(jopa 100 km / h). Vastaavat muutokset tulisi tehdä myös koko radan pituudelta, koska juna voi pysähtyä missä tahansa teknisten toimintahäiriöiden vuoksi.

Toinen EDS: n haittapuoli on, että pienillä nopeuksilla rainaan vastemagneettien edessä ja takana syntyy kitkavoima, joka vaikuttaa niitä vastaan. Tämä on yksi syy siihen, miksi JR-Maglev hylkäsi täysin vastenmielisen järjestelmän ja katsoi kohti sivuttaista levitaatiojärjestelmää.

On myös syytä huomata, että voimakkaat magneettikentät matkustamossa edellyttävät magneettisuojusten asentamista. Ilman suojausta matkustaminen tällaisissa vaunuissa, joissa on sydämentahdistin tai magneettinen tallennusväline (kiintolevy ja luottokortit), on vasta-aiheista.

EDS-junien kiihdytysalijärjestelmä toimii samalla tavalla kuin EMS-junissa, paitsi että napaisuuden muutoksen jälkeen staattorit pysähtyvät tässä hetkellisesti.

Kolmas, lähinnä toteutusta, toistaiseksi vain paperilla olemassa oleva tekniikka on EDS-muunnos Inductrack-kestomagneeteilla, joiden aktivointi ei vaadi energiaa. Viime aikoihin asti tutkijat uskoivat, että kestomagneetit eivät olleet riittävän vahvoja junan levitoimiseksi. Tämä ongelma ratkaistiin kuitenkin asettamalla magneetteja niin kutsuttuun "Halbach-ryhmään". Tässä tapauksessa magneetit on sijoitettu siten, että magneettikenttä ilmestyy matriisin yläpuolelle eikä sen alle, ja ne pystyvät ylläpitämään junan levitaatiota hyvin pienillä nopeuksilla - noin 5 km / h. Totta, tällaisten taulukoiden hinta kestomagneetit on erittäin korkea, joten tällaista kaupallista hanketta ei ole vielä olemassa.

Guinnessin ennätysten kirja

Tällä hetkellä eniten listan ensimmäinen rivi pikajunat magneettisella tyynyllä on japanilainen ratkaisu JR-Maglev MLX01, joka onnistui 2. joulukuuta 2003 Yamanashin testiradalla kehittämään ennätysnopeuden 581 km / h. On syytä huomata, että JR-Maglev MLX01: llä on vielä useita ennätyksiä, jotka on asetettu vuosina 1997-1999 - 531, 550, 552 km / h.

Jos katsot lähimpiä kilpailijoita, niin niiden joukossa on syytä mainita Saksassa rakennettu Shanghain maglev Transrapid SMT, joka onnistui kehittämään 501 km / h nopeuden testien aikana vuonna 2003 ja sen esivanhempi Transrapid 07, joka ylitti 436 km / h linja jo vuonna 1988.

Käytännön toteutus

Maaliskuussa 2005 toimintansa aloittaneen magneettisen levitysjunan Linimo kehitti Chubu HSST, ja se on edelleen käytössä Japanissa. Se kulkee Aichin prefektuurin kahden kaupungin välillä. Radan pituus, jonka yli maglev leijuu, on noin 9 km (9 asemaa). Samanaikaisesti Linan suurin nopeus on 100 km / h. Tämä ei estänyt häntä kuljettamasta yli 10 miljoonaa matkustajaa vain kolmen ensimmäisen kuukauden aikana laukaisuhetkestä.

Tunnetuin on luotu Shanghai Maglev saksalainen yritys Transrapid ja otettiin käyttöön 1. tammikuuta 2004. Tämä magneettijousitettu rautatie yhdistää Shanghai Longyang Lu -aseman kansainvälinen lentokenttä Pudong. Kokonaismatka on 30 km, juna kulkee sen noin 7,5 minuutissa ja kiihtyy nopeuteen 431 km / h.

Toinen magneettinen jousirata toimii menestyksekkäästi Daejeonissa, Etelä-Koreassa. UTM-02 tuli matkustajien saataville 21. huhtikuuta 2008, ja sen kehittäminen ja luominen kesti 14 vuotta. Magneettinen jousirata yhdistää kansallisen tiedemuseon ja messupuiston, jotka ovat vain 1 km: n päässä toisistaan.

Japanissa sijaitseva Maglev L0 kuuluu magneettisen levitaation juniin, jotka ovat toiminnassa lähitulevaisuudessa, ja sen kokeilut on hiljattain aloitettu uudelleen. Sen odotetaan toimivan reitillä Tokio-Nagoya vuoteen 2027 mennessä.

Erittäin kallis lelu

Ei niin kauan sitten, suositut magneettilevitaatiolehdet kouluttavat vallankumouksellista liikennettä, ja niin yksityiset yritykset kuin viranomaiset ympäri maailmaa raportoivat kadehdittavan säännöllisesti tällaisten järjestelmien uusien projektien käynnistämisestä. Suurin osa näistä kunnianhimoisista hankkeista saatiin päätökseen alkuvaiheessa, ja jotkut magneettisella jousituksella varustetut rautatieyhteydet purettiin myöhemmin, vaikka ne eivät kestäneet kauan väestön hyväksi.

Tärkein syy epäonnistumiseen on se, että magneettisesti levitetyt junat ovat erittäin kalliita. He tarvitsevat infrastruktuurin, joka on erityisesti rakennettu heille alusta alkaen, mikä on pääsääntöisesti kallein erä projektibudjetissa. Esimerkiksi Shanghain maglev maksoi Kiinalle 1,3 miljardia dollaria tai 43,6 miljoonaa dollaria 1 km kaksisuuntaiselle radalle (mukaan lukien junien ja asemien rakentamisen kustannukset). Magneettiset levitaatiojunat voivat kilpailla lentoyhtiöiden kanssa vain pidemmillä reiteillä. Mutta jälleen kerran, maailmassa ei ole tarpeeksi paikkoja, joissa olisi suuri matkustajaliikenne, jotta magneettijousituksella oleva rautatie linja voisi maksaa.

Mitä seuraavaksi?

Tällä hetkellä maglev-junien tulevaisuus näyttää enemmän epämääräiseltä, koska tällaisten projektien kohtuuttomat korkeat kustannukset ja pitkä takaisinmaksuaika ovat suuret. Samaan aikaan monet maat jatkavat voimakkaita investointeja suurten nopeuksien rautatiehankkeisiin (HSR). Ei niin kauan sitten Maglev L0 -magneettisen levitaatiojunan nopeita testejä jatkettiin Japanissa.

Japanin hallitus toivoo myös motivoivan Yhdysvaltoja omilla magneettisen levitaation junillaan. Äskettäin The Northeast Maglevin edustajat, jotka aikovat yhdistää Washingtonin ja New Yorkin magneettisella jousiradalla, tekivät virallisen vierailun Japaniin. On mahdollista, että magneettisesti levitetyt junat yleistyvät maissa, joissa HSR-verkko on vähemmän tehokas. Esimerkiksi Yhdysvalloissa ja Isossa-Britanniassa, mutta niiden kustannukset pysyvät edelleen korkeina.

Tapahtumien kehitykselle on toinen skenaario. Kuten tiedätte, yksi tavoista lisätä magneettisten levitaatiojunien tehokkuutta on suprajohteiden käyttö, jotka jäähtyessään absoluuttisen nollan lähellä oleviin lämpötiloihin menettävät kokonaan sähköisen vastuksensa. Suurten magneettien pitäminen erittäin kylmien nesteiden säiliöissä on kuitenkin erittäin kallista, koska halutun lämpötilan ylläpitämiseksi tarvitaan valtavia "jääkaappeja", mikä lisää kustannuksia entisestään.

Kukaan ei kuitenkaan sulje pois sitä mahdollisuutta, että fysiikan valaisimet pystyvät lähitulevaisuudessa luomaan halvan aineen, joka säilyttää suprajohtavat ominaisuudet jopa huonelämpötila... Kun suprajohtavuus saavutetaan korkeissa lämpötiloissa, voimakkaista magneettikentistä, jotka pystyvät tukemaan autoja ja junia, tulee niin edullinen, että jopa "lentävät autot" ovat taloudellisesti kannattavia. Joten odotamme uutisia laboratorioista.

Magneettiset levitaatiojunat ovat ympäristöystävällisiä, hiljaisia ​​ja nopeita kuljetuksia. He eivät voi lentää kiskoilta ja toimintahäiriön sattuessa pystyvät pysähtymään turvallisesti. Mutta miksi tällainen liikenne ei ole yleistä, ja ihmiset käyttävät silti tavallisia junia ja junia?

1980-luvulla maglev-junien uskottiin olevan tulevaisuuden kuljetus, joka tuhoaisi kotimaan lennot. Nämä junat voivat kuljettaa matkustajia nopeudella 800 km / h, eivätkä ne aiheuta haittaa ympäristölle.

Maglevs pystyy ajamaan missä tahansa säässä eikä pääse pois ainoalta radalta - mitä kauempana juna poikkeaa radoilta, sitä enemmän magneettinen levitaatio työntää sitä takaisin. Kaikki maglev liikkuvat samalla taajuudella, joten signaaliongelmia ei tule. Kuvittele, miten tällaisilla junilla olisi talouteen ja liikenteeseen, jos etäisyys olisi kaukana suurkaupungit voitettiin puolessa tunnissa.

Mutta miksi et voi silti ajaa töihin yliäänenopeudella aamulla? Maglev-konsepti on ollut olemassa jo yli vuosisadan ajan, ja 1900-luvun alusta lähtien monia patentteja on jätetty tällä tekniikalla. Tähän päivään asti on kuitenkin säilynyt vain kolme magneettisen levitaatiojunan toimivaa järjestelmää, ja ne kaikki löytyvät vain Aasiassa.

Japanilainen maglev. Kuva: Yuriko Nakao / Reuters

Ennen tätä ensimmäinen toimiva maglev ilmestyi Yhdistyneessä kuningaskunnassa: vuosina 1984-1995 AirLink-sukkula juoksi Birminghamin lentokentältä. Maglev oli suosittu ja halpa kuljetusväline, mutta sen ylläpito oli erittäin kallista, koska jotkut osat olivat ainutlaatuisia ja vaikeasti löydettäviä.

1980-luvun lopulla myös Saksa kääntyi tämän ajatuksen puoleen: sen miehittämätön M-Bahn-juna kulki Länsi-Berliinin kolmen aseman välillä. He päättivät kuitenkin lykätä junien levitoinnin tekniikkaa myöhemmäksi, ja linja suljettiin. Sen valmistaja TransRapid testasi maglevia, kunnes vuonna 2006 tapahtui onnettomuus Latenin harjoitusalueella, jossa kuoli 23 ihmistä.

Tämä tapaus olisi voinut lopettaa saksalaisen Maglevin, ellei TransRapid olisi aiemmin allekirjoittanut sopimusta Maglevin rakentamisesta Shanghain lentokentälle vuonna 2001. Tämä maglev on nyt maailman nopein sähköjuna, joka kulkee nopeudella 431 km / h. Sen avulla etäisyys lentokentältä Shanghain liikealueelle voidaan kattaa vain kahdeksassa minuutissa. Säännöllisessä liikenteessä kestää koko tunnin. Kiinassa on toinen keskinopea maglev (sen nopeus on noin 159 km / h), joka toimii Hunanin maakunnan pääkaupungissa Changshassa. Kiinalaiset rakastavat tätä tekniikkaa niin paljon, että vuoteen 2020 mennessä he aikovat käynnistää useita muita maglevia 12 kaupungissa.

Saksan liittokansleri Angela Merkel ajoi ensimmäisenä TransRapid Maglevin Shanghain lentokentälle. Kuva: Rolf Vennenbernd / EPA

Aasiassa tehdään töitä muiden magneettisen levitaation junahankkeiden parissa. Yksi tunnetuimmista on EcoBee-miehittämätön sukkula, joka on liikennöinyt Etelä-Korean Incheonin lentokentältä vuodesta 2012. Lyhyimmällä linjallaan on seitsemän asemaa, joiden välillä maglev vetää nopeutta 109 km / h. Ja myös ratsastukset sillä ovat täysin ilmaisia.

Zoomaus-esitys:http://zoom.pspu.ru/presentations/145

1. Tarkoitus

Magneettinen levitaatiojuna tai maglev(englanninkielisestä magneettisesta levitaatiosta eli "maglev" - magnetoplane) on juna magneettisella jousituksella, jota ohjaa ja ohjaa magneettiset voimat ja joka on suunniteltu kuljettamaan ihmisiä (kuva 1). Käsittele matkustajaliikenteen tekniikkaa. Toisin kuin perinteiset junat, se ei koske kiskon pintaa liikkumisen aikana.

2. Pääosat (laite) ja niiden tarkoitus

On olemassa erilaisia tekniset ratkaisut tämän mallin kehittämisessä (katso lauseke 6). Harkitse junan "Transrapid" magneettisen tyynyn toimintaperiaatetta sähkömagneeteissa ( sähkömagneettinen jousitus, EMS) (kuva 2).

Elektronisesti ohjatut sähkömagneetit (1) on kiinnitetty jokaisen auton metalliseen "vaippaan". Ne ovat vuorovaikutuksessa erikoiskiskon (2) alapuolella olevien magneettien kanssa, jolloin juna leijuu kiskon yli. Muut magneetit tarjoavat sivuttaissuuntauksen. Raiteelle on asetettu käämitys (3), joka luo magneettikentän, joka ohjaa junaa (lineaarimoottori).

3. Toimintaperiaate

Junan toimintaperiaate magneettisella jousituksella perustuu seuraaviin fyysisiin ilmiöihin ja lakeihin:

M. Faradayn sähkömagneettisen induktion ilmiö ja laki

Lenzin sääntö

Bio-Savart-Laplace-laki

Vuonna 1831 englantilainen fyysikko Michael Faraday löysi sähkömagneettinen induktiolaki, Jonka mukaan magneettivuon muutos johtavassa piirissä herättää sähkövirtaa tässä piirissä, vaikka piirissä ei ole virtalähdettä... Faraday jätti avoimen kysymyksen induktiovirran suunnasta pian Venäjän fyysikko Emiliy Khristianovich Lenz.

Tarkastellaan suljettua pyöreää virtapiiriä ilman liitettyä akkua tai muuta virtalähdettä, johon magneetti viedään pohjoisnavan kanssa. Tämä johtaa piirin läpi kulkevan magneettivuon kasvuun, ja Faradayn lain mukaan piiriin ilmestyy indusoitu virta. Tämä virta puolestaan ​​tuottaa Bio-Savard-lain mukaan magneettikentän, jonka ominaisuudet eivät eroa tavallisen magneetin, jolla on pohjois- ja etelänavat, kentän ominaisuuksista. Lenz onnistui juuri saamaan selville, että indusoitu virta ohjataan siten, että virran tuottaman magneettikentän pohjoisnapa on suunnattu asennetun magneetin pohjoisnapaan. Koska näiden kahden välillä pohjoisnavat magneetit vaikuttavat keskinäisen karkotuksen voimilla, piirissä indusoitunut induktiovirta virtaa siihen suuntaan, että se vastustaa magneetin viemistä piiriin. Ja tämä on vain erityistapaus, ja yleisessä muotoilussa Lenzin sääntö sanoo, että induktiovirta on aina suunnattu vastaamaan sen aiheuttaneita perussyitä.

Lenzin sääntöä käytetään nykyään magneettisessa levitaatiojunassa. Tällaisen junan vaunun pohjan alle on asennettu voimakkaita magneetteja, jotka sijaitsevat muutaman senttimetrin päässä teräslevystä (kuva 3). Kun juna liikkuu, radan muodon läpi kulkeva magneettivuo muuttuu jatkuvasti ja on voimakasta induktiovirrat, luoden voimakkaan magneettikentän, joka hylkii junan magneettijousituksen (samanlainen kuin vastenmieliset voimat syntyvät piirin ja magneetin välillä yllä olevassa kokeessa). Tämä voima on niin suuri, että saavutettuaan jonkin verran nopeutta juna kirjaimellisesti irtoaa radalta muutamalla senttimetrillä ja itse asiassa lentää ilmassa.

Koostumus levitoi johtuen magneettien samojen napojen hylkimisestä ja päinvastoin eri napojen vetovoimasta. Transrapid-junan (kuva 1) luojat käyttivät odottamatonta magneettista jousitusjärjestelmää. He eivät käyttäneet samannimisten pylväiden karkottamista, vaan vastakkaisten vetovoimaa. Kuorman ripustaminen magneetin päälle on helppoa (tämä järjestelmä on vakaa), mutta magneetin alla se on melkein mahdotonta. Mutta jos otat ohjatun sähkömagneetin, tilanne muuttuu. Ohjausjärjestelmä pitää magneettien välisen raon koko vakiona muutamassa millimetrissä (kuva 3). Kun aukko kasvaa, järjestelmä lisää laakerimagneettien virtaa ja "vetää" siten auton; kun se pienenee, se alentaa virtaa ja rako kasvaa. Järjestelmällä on kaksi suurta etua. Radan magneettiset elementit on suojattu sään vaikutuksilta, ja niiden kenttä on huomattavasti heikompi radan ja junan välisen pienen raon vuoksi; se vaatii paljon vähemmän voimakkaita virtoja. Tämän vuoksi tämän muotoinen juna osoittautuu paljon taloudellisemmaksi.

Junan liike eteenpäin suoritetaan lineaarimoottori... Tällaisessa moottorissa on roottori ja staattori venytettynä nauhoiksi (tavanomaisessa sähkömoottorissa ne rullataan renkaiksi). Staattorin käämit kytketään päälle vuorotellen, mikä luo liikkuvan magneettikentän. Veturiin asennettu staattori vedetään tälle kentälle ja liikuttaa koko junaa (kuvat 4, 5). ... Teknologian avaintekijä on sähkömagneettien napojen vaihtaminen syöttämällä ja poistamalla vuorotellen virtaa taajuudella 4000 kertaa sekunnissa. Staattorin ja roottorin välinen rako ei saisi ylittää viittä millimetriä luotettavan toiminnan saavuttamiseksi. Tätä on vaikea saavuttaa johtuen autojen heilumisesta ajon aikana, etenkin kaarteissa, mikä on ominaista kaikentyyppisille yksirataisille teille, lukuun ottamatta sivujousitettuja teitä. Siksi tarvitaan ihanteellinen radan infrastruktuuri.

Järjestelmän vakaus varmistetaan magnetoivien käämien virran automaattisella säätämisellä: anturit mittaavat jatkuvasti etäisyyttä junasta raiteeseen ja vastaavasti sähkömagneettien yli kulkeva jännite muuttuu (kuva 3). Erittäin nopeat ohjausjärjestelmät ohjaavat tien ja junan välistä etäisyyttä.

mutta
Riisi. 4. Junan liikkumisen periaate magneettisella jousituksella (EMS-tekniikka)

Ainoa jarrutusvoima on vetovoima.

Joten kaavio junan liikkumisesta magneettisella jousituksella: laakerin sähkömagneetit asennetaan auton alle ja lineaarisen sähkömoottorin kelat asennetaan kiskoon. Kun he ovat vuorovaikutuksessa, syntyy voima, joka nostaa auton tien yläpuolelle ja vetää sen eteenpäin. Käämien virran suunta muuttuu jatkuvasti ja vaihtaa magneettikenttiä junan liikkuessa.

Kantomagneetteja saa virtansa sisäisistä paristoista (kuva 4), jotka ladataan kullakin asemalla. Lineaarisen sähkömoottorin virta, joka kiihdyttää junan lentonopeuteen, syötetään vain siinä osassa, jota juna kulkee (kuva 6 a). Riittävän voimakas koostumuksen magneettikenttä aiheuttaa virran radan käämityksissä, ja ne puolestaan ​​muodostavat magneettikentän.

Riisi. 6.a Junan liikkeen periaate magneettisella levitaatiolla

Jos juna kiihtyy tai menee ylämäkeen, energia toimitetaan enemmän tehoa. Jos haluat jarruttaa tai mennä vastakkaiseen suuntaan, magneettikenttä muuttaa vektoria.

Katso videoleikkeet “ Sähkömagneettisen induktion laki», « Elektromagneettinen induktio» « Faradayn kokeet».

Riisi. 6. b Kehykset videoleikkeistä "Sähkömagneettisen induktion laki", "Sähkömagneettinen induktio" "Faradayn kokeet".