Поезда на магнитном подвесе

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

поезд магнитный подвес сверхскоростной

Магнитоплан или Маглев (от англ. magnetic levitation ) -- это поезд на магнитном подвесе, движимый и управляемый магнитными силами. Такой состав, в отличие от традиционных поездов, в процессе движения не касается поверхности рельса. Так как между поездом и поверхностью движения существует зазор, трение исключается, и единственной тормозящей силой является сила аэродинамического сопротивления.

Рис.

Скорость, достижимая маглев, сравнима со скоростью самолета и позволяет составить конкуренцию воздушным сообщениям на малых (для авиации) расстояниях (до 1000 км). Хотя сама идея такого транспорта не нова, экономические и технические ограничения не позволили ей развернуться в полной мере: для публичного использования технология воплощалась всего несколько раз. В настоящее время, Маглев не может использовать существующую транспортную инфраструктуру, хотя есть проекты с расположением элементов магнитной дороги между рельсов обычной железной дороги или под полотном автотрассы.

Общие сведения о поездах на магнитном подвесе

На данный момент существует 3 основных технологии магнитного подвеса поездов:

1. На сверхпроводящих магнитах (электродинамическая подвеска, EDS).

Сверхпроводящий магнит - соленоид или электромагнит с обмоткой из сверхпроводящего материала. Обмотка в состоянии сверхпроводимости обладает нулевым омическим сопротивлением. Если такая обмотка замкнута накоротко, то наведённый в ней электрический ток сохраняется практически сколь угодно долго. Магнитное поле незатухающего тока, циркулирующего по обмотке сверхпроводящего магнита, исключительно стабильно и лишено пульсаций, что важно для ряда приложений в научных исследованиях и технике. Обмотка сверхпроводящего магнита теряет свойство сверхпроводимости при повышении температуры выше критической температуры Тк сверхпроводника, при достижении в обмотке критического тока Iк или критического магнитного поля Нк. Учитывая это, для обмоток сверхпроводящих магнитов. применяют материалы с высокими значениями Тк, Iк и Нк.

2. На электромагнитах (электромагнитная подвеска, EMS).

3. На постоянных магнитах; это новая и потенциально самая экономичная система.

Рис.

Рис.

Состав левитирует за счёт отталкивания одинаковых полюсов магнитов и, наоборот, притягивания разных полюсов. Движение осуществляется линейным двигателем.

Линейный двигатель --электродвигатель, у которого один из элементов магнитной системы разомкнут и имеет развёрнутую обмотку, создающую бегущее магнитное поле, а другой выполнен в виде направляющей, обеспечивающей линейное перемещение подвижной части двигателя.

Сейчас разработано множество проектов линейных двигателей, но всех их можно разделить на две категории - двигатели низкого ускорения и двигатели высокого ускорения.

Двигатели низкого ускорения используются в общественном транспорте (маглев, монорельс, метрополитен). Двигатели высокого ускорения весьма небольшие по длине, и обычно применяются, чтобы разогнать объект до высокой скорости, а затем выпустить его. Они часто используются для исследований гиперскоростных столкновений, как оружие или пусковые установки космических кораблей. Линейные двигатели широко используются также в приводах подачи металлорежущих станков ,и в робототехнике. расположенным либо на поезде, либо на пути, либо и там, и там. Серьёзной проблемой проектирования является большой вес достаточно мощных магнитов, поскольку требуется сильное магнитное поле для поддержания в воздухе массивного состава.

По теореме Ирншоу (S. Earnshaw, иногда пишут Эрншоу), статичные поля, создаваемые одними только электромагнитами и постоянными магнитами, нестабильны, в отличие от полей диамагнетиков.

Диамагнетики - вещества, намагничивающиеся навстречу направлению действующего на них внешнего магнитного поля. В отсутствие внешнего магнитного поля диамагнетики не имеют магнитного момента. и сверхпроводящих магнитов. Существуют системы стабилизации: датчики постоянно замеряют расстояние от поезда до пути и соответственно ему меняется напряжение на электромагнитах. Наиболее активные разработки маглев ведут Германия и Япония.

Достоинства

§ Теоретически самая высокая скорость из тех, которые можно получить на общедоступном (не спортивном) наземном транспорте.

§ Снижение эксплуатационных затрат в связи с значительным уменьшением трения деталей.

§ Огромные перспективы по достижению скоростей, многократно превышающие скорости, используемые в реактивной авиации при уменьшении аэродинамического сопротивления путем помещения состава в туннель с высоким вакуумом

§ Низкий шум.

Недостатки

· Высокая стоимость создания и обслуживания колеи.

· Вес магнитов, потребление электроэнергии.

· Создаваемое магнитной подвеской электромагнитное поле может оказаться вредным для поездных бригад и/или окрестных жителей. Даже тяговые трансформаторы, применяемые на электрифицированных переменным током железных дорогах, вредны для машинистов, но в данном случае напряжённость поля получается на порядок больше. Также, возможно, линии маглева будут недоступны для людей, использующих кардиостимуляторы.

· Потребуется на высокой скорости (сотни км/ч) контролировать зазор между дорогой и поездом (несколько сантиметров). Для этого нужны сверхбыстродействующие системы управления.

· Требуется сложная путевая инфраструктура.

Например, стрелка для маглева представляет собой два участка дороги, которые сменяют друг друга в зависимости от направления поворота. Поэтому маловероятно, что линии маглева будут образовывать мало-мальски разветвлённые сети с развилками и пересечениями.

Варианты

Существуют проекты магнитных дорог с различными видами магнитного подвеса, например, Tubular Rail предлагает отказаться от рельса как такового, и использовать лишь периодически расставленные кольцевые опоры.

Реализация M-Bahn в Берлине

Первая публичная система маглев (M-Bahn) построена в Берлине в 1980-х годах.

Дорога длиной 1,6 км соединяла 3 станции метро от железнодорожного узла Gleisdreieck до выставочного комплекса на Potsdamer Strasse. После долгих испытаний дорога была открыта для движения пассажиров 28 августа 1989 г. Проезд был бесплатный, вагоны управлялись автоматически без водителя, дорога работала только по выходным дням. В районе, куда подходила дорога, предполагалось провести массовое строительство. Дорога была построена на эстакадном участке бывшей линии метро U2, где движение было прервано в связи с разделением Германии и разрушениями во время войны. 18 июля 1991 линия перешла в промышленную эксплуатацию и включена в систему метро Берлина.

После разрушения Берлинской стены население Берлина фактически удвоилось и потребовалось соединить транспортные сети Востока и Запада. Новая дорога прерывала важную линию метро, а городу требовалось обеспечить высокий пассажиропоток. Через 13 дней после ввода в промышленную эксплуатацию, 31 июля 1991, муниципалитет принял решение демонтировать магнитную дорогу и восстановить метро. C 17 сентября дорога была демонтирована, а позднее -- восстановлено метро.

Рис.

Бирмингем

Нескоростной маглев-челнок ходил от Бирмингемского аэропорта к ближайшей железнодорожной станции в период с 1984 по 1995 гг. Длина трассы составляла 600 м, и зазор подвеса составлял 1,5 см. Дорога, проработав 10 лет, была закрыта из-за жалоб пассажиров на неудобства и была заменена традиционной монорельсовой дорогой.

Шанхай

Неудача с первой маглев-дорогой в Берлине не отпугнула немецкую компанию Transrapid -- дочернее предприятие Siemens AG и ThyssenKrupp -- от продолжения исследований, и позже компания получила заказ от китайского правительства на строительство высокоскоростной (450 км/ч) маглев-трассы от шанхайского аэропорта Пудун до Шанхая. Дорога открыта в 2002 году, её длина составляет 30 км. В будущем её планируется продлить на другой конец города до старого аэропорта Хунцяо и далее на юго-запад до города Ханчжоу, после чего её общая длина должна составить 175 км.

Япония

В Японии испытывается дорога в окрестностях префектуры Яманаси по технологии JR-Maglev. Скорость, достигнутая в процессе испытаний MLX01-901 с пассажирами 2 декабря 2003, составила 581 км/ч.

Там же, в Японии, к открытию выставки Expo 2005 в марте 2005 введена в коммерческую эксплуатацию новая трасса. 9-километровая линия Линимо (Нагоя) состоит из 9 станций. Минимальный радиус -- 75 м, максимальный уклон -- 6 %. Линейный двигатель позволяет поезду разгоняться до 100 км/ч за считанные секунды. Линия обслуживает территорию, прилегающую к месту проведения выставки, университету префектуры Айти, а также некоторые районы Нагакутэ. Поезда изготовлены компанией Chubu HSST Development Corp.

Имеются сведения, что вышеназванные японские компании ведут строительство подобной линии в Южной Корее.

Япония запустит поезд на магнитной подушке

Япония планирует в 2025 финансовом году запустить сверхскоростной поезд на магнитной подушке. Постройка линии и составов обойдется примерно в 45 миллиардов долларов США, сообщает AFP.

Поезд будет использовать технологию магнитной левитации (иногда называемую маглев). Магнитное поле позволяет составу, невзирая на притяжение Земли, парить над линией и за счет этого двигаться гораздо быстрее обычного поезда.

Единственная в мире действующая пассажирская магнитно-левитационная железнодорожная линия расположена в Шанхае и имеет протяженность 30,5 километров. Поезд движется по ней со скоростью 430 километров в час.

Японская линия длиной 290 километров соединит Токио и пока еще не определенный район в центральной Японии. Ожидается, что поезда с линейным электродвигателем будут развивать скорость около 500 километров в час.

Постройкой линии займется железнодорожная компания Central Japan Railway Co. (JR Central), которая в 2003 году уже провела испытания технологии магнитной левитации. Опытный состав установил тогда мировой рекорд скорости для поезда: 581 километр в час. Напомним, что рекорд скорости для обычного рельсового поезда принадлежит Франции - 574,8 километра в час.

Компания потратит на проект около 45 миллиардов долларов. Первоначально ожидалось, что правительство частично субсидирует постройку линии, однако эти надежды не оправдались, в итоге компания изыщет средства за счет повышения своих долгосрочных долговых обязательств. JR-Maglev

Технологические особенности

JR-Maglev использует электродинамическую подвеску на сверхпроводящих магнитах (EDS), установленных как на поезде, так и на трассе. В отличие от немецкой системы Transrapid (действующая линия от Шанхая до Шанхайского аэропорта в Китае), JR-Maglev не использует схему монорельса: поезда движутся в канале между магнитами. Такая схема позволяет развивать большие скорости, обеспечивает большую безопасность пассажиров в случае эвакуации и простоту в эксплуатации.

Движение маглева осуществляется за счёт линейного двигателя.

В отличие от электромагнитной подвески (EMS), поездам созданным по технологии EDS требуются дополнительные колёса при движении на малых скоростях (до 150 км/ч). При достижении определённой скорости колёса отделяются от земли и поезд «летит» на расстоянии нескольких сантиметров от поверхности. В случае аварии колёса также позволяют осуществить более мягкую остановку поезда. Однако по стоимости строительства и эксплуатации EDS система реализованная JR-Maglev дороже EMS системы Transrapid.

Для торможения в обычном режиме используются электродинамические тормоза. Для экстренных случаев поезд оборудован выдвигающимися аэродинамическими и дисковыми тормозами на тележках.

На линии в Яманаси проходят испытания несколько составов с разными формами носового обтекателя: от обычного заострённого, до практически плоского, длиной 14 метров, призванного избавиться от громкого хлопка, сопровождающего въезд поезда в тоннель на большой скорости. Поезд маглева может полностью управляться компьютером. Машинист осуществляет контроль за работой компьютера и получает изображение пути через видеокамеру (кабина машиниста не имеет окон переднего обзора).

Комментарий

По мнению экологов WWF, самая большая опасность от поездов на магнитной подушке - это так называемые шумовые загрязнения. Шум этих поездов гораздо более неприятный и раздражающий, чем у обычных поездов или электричек. Постоянное пребывание в районе этого шума вызывает чувство беспокойства, неуверенности, раздражения. Любые звуки так или иначе действуют на людей раздражающе, а эти особенно, подчеркивают специалисты. Проблем с излучением, магнитным или тепловым, обычно не наблюдается, потому что такие поезда курсируют на небольшие расстояния и с большими временными промежутками.

Магнитное поле