Цягніка на магнітных падушках - гэта транспарт будучыні? Як працуе цягнік на магнітнай падушцы?

Ужо больш за дзвесце гадоў прайшло з таго моманту, калі чалавецтва вынайшла першыя паравозы. Аднак да гэтага часу чыгуначны наземны транспарт, які перавозіць пасажыраў і цяжкавагавыя грузы пры дапамозе сілы электрычнасці і дызельнага паліва, вельмі распаўсюджаны.

Варта сказаць пра тое, што ўсе гэтыя гады інжынеры-вынаходнікі актыўна працавалі над стварэннем альтэрнатыўных спосабаў перамяшчэння. Вынікам іх працы сталі цягнікі на магнітных падушках.

Гісторыя з'яўлення

Сама ідэя стварыць цягніка на магнітных падушках актыўна распрацоўвалася яшчэ ў пачатку дваццатага стагоддзя. Аднак увасобіць гэты праект у той час па шэрагу прычын так і не ўдалося. Да вырабе падобнага цягніка прыступілі толькі ў 1969 г. Менавіта тады на тэрыторыі ФРГ пачалі ўкладваць магнітную трасу, па якой павінна было прайсці новы транспартны сродак, якое пасля назвалі так: цягнік-маглев. Запушчана яно было ў 1971 г. Па магнітнай трасе прайшоў першы цягнік-маглев, які называўся «Трансрапид-02».

Цікавы той факт, што нямецкія інжынеры выраблялі альтэрнатыўнае транспартны сродак на падставе тых запісаў, якія пакінуў вучоны Герман Кемпер, яшчэ ў 1934 г. атрымаў патэнт, які пацвярджае вынаходніцтва магнитоплана.

«Трансрапид-02» складана назваць вельмі хуткім. Ён мог перамяшчацца з максімальнай хуткасцю ў 90 кіламетраў у гадзіну. Нізкай была і яго ўмяшчальнасць - усяго чатыры чалавекі.

У 1979 г. стварылі больш удасканаленую мадэль маглева. Гэты цягнік, які носіць назву «Трансрапид-05», мог перавозіць ужо шэсцьдзесят восем пасажыраў. Перамяшчаўся ён па лініі, размешчанай у горадзе Гамбургу, працягласць якой складала 908 метраў. Максімальная хуткасць, якую развіваў гэты цягнік, была роўная сямідзесяці пяці кіламетраў у гадзіну.

У тым жа 1979 г. у Японіі была выпушчаная іншая мадэль маглева. Яе назвалі «МЛ-500". Японскі цягнік на магнітнай падушцы развіваў хуткасць да пяцісот семнаццаці кіламетраў у гадзіну.

канкурэнтаздольнасць

Хуткасць, якую могуць развіць цягніка на магнітных падушках, можна параўнаць са хуткасцю самалётаў. У сувязі з гэтым дадзены від транспарту можа стаць сур'ёзным канкурэнтам тым паветраным авіялініям, якія працуюць на адлегласці да тысячы кіламетраў. Паўсюднага ўжывання маглева перашкаджае той факт, што перамяшчацца па традыцыйным чыгуначным пакрыццям яны не могуць. Цягніка на магнітных падушках маюць патрэбу ў пабудове спецыяльных магістраляў. А гэта патрабуе буйных укладанняў капіталу. Лічыцца таксама, што ствараецца для маглева магнітнае поле здольна негатыўна ўплываць на арганізм чалавека, што адмоўна адаб'ецца на здароўе машыніста і жыхароў рэгіёнаў, якія знаходзяцца непадалёк ад такой трасы.

Прынцып працы

Цягніка на магнітных падушках ўяўляюць сабой асаблівую разнавіднасць транспарту. Падчас руху маглев нібы парыць над чыгуначным палатном, не дакранаючыся яго. Гэта адбываецца па той прычыне, што транспартны сродак кіруецца сілай штучна створанага магнітнага поля. Падчас руху маглева адсутнічае трэнне. Тармозіць сілай пры гэтым з'яўляецца аэрадынамічны супраціў.

Як жа гэта працуе? Пра тое, якімі базавымі ўласцівасцямі валодаюць магніты, кожнаму з нас вядома з урокаў фізікі шостага класа. Калі два магніта паднесці адзін да аднаго паўночнымі полюсамі, то яны будуць адштурхоўвацца. Ствараецца так званая магнітная падушка. Пры злучэнні розных палюсоў магніты прыцягнутая адзін да аднаго. Гэты даволі просты прынцып і ляжыць у аснове руху цягніка-маглева, які літаральна слізгае па паветры на малаважнай адлегласці ад рэек.

У цяперашні час ужо распрацавана дзве тэхналогіі, пры дапамозе якіх прыводзіцца ў дзеянне магнітная падушка або подвес. Трэцяя з'яўляецца эксперыментальнай і існуе толькі на паперы.

электрамагнітны подвес

Гэтая тэхналогія носіць назву EMS. У яе аснове ляжыць сіла электрамагнітнага поля, зменлівая ў часе. Яна і выклікае левітацыя (ўздым у паветры) маглева. Для руху цягніка ў дадзеным выпадку неабходныя Т-вобразныя рэйкі, якія выконваюцца з правадыра (як правіла, з металу). Гэтым праца сістэмы падобная на звычайную чыгунку. Аднак у цягніку замест колавых пар ўстаноўлены апорныя і накіроўвалыя магніты. Іх размяшчаюць паралельна ферамагнітных статара, змешчаным па краі Т-падобнага палатна.

Асноўным недахопам тэхналогіі EMS з'яўляецца неабходнасць кантролю над адлегласцю паміж статарам і магнітамі. І гэта пры тым, што яно залежыць ад мноства фактараў, у тым ліку і ад нясталай прыроды электрамагнітнага ўзаемадзеяння. Для таго каб пазбегнуць раптоўнага спынення цягніка, на ім з'яўляюцца спецыяльныя батарэі. Яны здольныя подзаряжать лінейныя генератары, убудаваныя ў апорныя магніты, і тым самым дастаткова доўга падтрымліваць працэс левітацыі.

Тармажэнне цягнікоў, створаных на базе тэхналогіі EMS, ажыццяўляе сінхронны лінейны рухавік нізкага паскарэння. Ён прадстаўлены апорнымі магнітамі, а таксама дарожным палатном, над якім лунае маглев. Хуткасць і цягу складу можна рэгуляваць змяненнем частаты і сілы стваранага пераменнага току. Для запаволення ходу досыць змяніць кірунак магнітных хваль.

электрадынамічны подвес

Існуе тэхналогія, пры якой рух маглева адбываецца пры ўзаемадзеянні двух палёў. Адно з іх ствараецца ў палатне магістралі, а другое - на борце складу. Гэтая тэхналогія атрымала назву EDS. На яе базе пабудаваны японскі цягнік на магнітнай падушцы JR-Maglev.

Такая сістэма мае некаторыя адрозненні ад EMS, дзе прымяняюцца звычайныя магніты, да якіх ад шпулек падводзіцца электрычны ток толькі пры падачы харчавання.

Тэхналогія EDS мае на ўвазе пастаяннае паступленне электрычнасці. Гэта адбываецца нават у тым выпадку, калі крыніца харчавання адключаны. У шпульках такой сістэмы ўстаноўлена крыягенных астуджэнне, якое дазваляе эканоміць значныя аб'ёмы электраэнергіі.

Перавагі і недахопы тэхналогіі EDS

Станоўчым бокам сістэмы, якая працуе на электрадынамічных подвесе, з'яўляецца яе стабільнасць. Нават нязначнае скарачэнне або павелічэнне адлегласці паміж магнітамі і палатном рэгулюецца сіламі адштурхвання і прыцягнення. Гэта дазваляе сістэме знаходзіцца ў нязменным стане. Пры дадзенай тэхналогіі адсутнічае неабходнасць ва ўсталёўцы электронікі для кантролю. Не патрэбныя і прыборы для рэгулявання адлегласці паміж палатном і магнітамі.

Тэхналогія EDS мае некаторыя недахопы. Так, сіла, дастатковая для левітацыі складу, можа ўзнікнуць толькі на вялікай хуткасці. Менавіта таму маглева абсталёўваюць коламі. Яны забяспечваюць іх рух пры хуткасці да ста кіламетраў у гадзіну. Яшчэ адным недахопам дадзенай тэхналогіі з'яўляецца сіла трэння, якая ўзнікае ў задняй і пярэдняй часткі адштурхвае магнітаў пры нізкім значэнні хуткасці.

З-за моцнага магнітнага поля ў секцыі, прызначанай для пасажыраў, неабходная ўстаноўка спецыяльнай абароны. У адваротным выпадку чалавеку з электронным стымулятарам сэрца падарожнічаць забаронена. Абарона патрэбна і для магнітных носьбітаў інфармацыі (крэдытных картак і HDD).

якая распрацоўваецца тэхналогія

Трэцяй сістэмай, якая ў цяперашні час існуе толькі на паперы, з'яўляецца выкарыстанне ў варыянце EDS пастаянных магнітаў, якія для актывацыі не маюць патрэбы ў падачы энергіі. Яшчэ зусім нядаўна лічылася, што гэта немагчыма. Даследчыкі лічылі, што ў пастаянных магнітаў няма такой сілы, якая здольная выклікаць левітацыя цягніка. Аднак гэтай праблемы ўдалося пазбегнуць. Для яе вырашэння магніты змясцілі ў «масіў Хальбаха». Падобнае размяшчэнне прыводзіць да стварэння магнітнага поля не пад масівам, а над ім. Гэта спрыяе падтрыманню левітацыі складу нават на хуткасці каля пяці кіламетраў у гадзіну.

Практычнай рэалізацыі дадзены праект пакуль не атрымаў. Гэта тлумачыцца высокім коштам масіваў, выкананых з пастаянных магнітаў.

годнасці маглева

Найбольш прывабнай бокам цягнікоў на магнітнай падушцы з'яўляецца перспектыва дасягнення імі высокіх хуткасцяў, якія дазволяць маглева ў будучыні канкураваць нават з рэактыўнымі самалётамі. Дадзены від транспарту даволі эканамічны па ўзроўні спажыванай электраэнергіі. Невялікія выдаткі і на яго эксплуатацыю. Гэта становіцца магчымым у сувязі з адсутнасцю трэння. Радуе і нізкі шум маглева, што станоўча адаб'ецца на экалагічнай абстаноўцы.

недахопы

Адмоўным бокам маглева з'яўляецца занадта вялікая сума, неабходная для іх стварэння. Высокія выдаткі і на абслугоўванне каляіны. Акрамя таго, для разгледжанага віду транспарту патрабуецца складаная сістэма шляхоў і звышдакладныя прыборы, якія кантралююць адлегласць паміж палатном і магнітамі.

Рэалізацыя праекта ў Берліне

У сталіцы Германіі ў 1980 гадах адбылося адкрыццё першай сістэмы тыпу маглев пад назвай M-Bahn. Даўжыня палатна складала 1,6 км. Цягнік на магнітнай падушцы курсіраваў паміж трыма станцыямі метро па выхадных днях. Праезд для пасажыраў быў бясплатным. Пасля падзення Берлінскай сцяны насельніцтва горада павялічылася практычна ўдвая. Спатрэбілася стварэнне транспартных сетак, якія валодаюць магчымасцю забеспячэння высокай пасажырапатоку. Менавіта таму ў 1991 г. магнітнае палатно было дэмантавана, а на яго месцы пачалося будаўніцтва метро.

Бірмінгем

У гэтым нямецкім горадзе нізкахуткасных маглев злучаў з 1984 па 1995 гг. аэрапорт і чыгуначную станцыю. Даўжыня магнітнага шляху складала ўсяго 600 м.

Дарога прапрацавала дзесяць гадоў і была зачыненая ў сувязі са шматлікімі скаргамі пасажыраў на існуючыя нязручнасці. Пасля манарэйкавай транспарт замяніў маглев на гэтым участку.

Шанхай

Першая магнітная дарога ў Берліне была пабудавана нямецкай кампаніяй Transrapid. Няўдача праекта не отпугнула распрацоўшчыкаў. Яны працягнулі свае даследаванні і атрымалі заказ ад кітайскага ўрада, якое вырашыла ўзвесці ў краіне трасу-маглев. Шанхай і аэрапорт «Пудун» звязаў гэты высакахуткасны (да 450 км / г) шлях.
Дарогу даўжынёй у 30 км адкрылі ў 2002 г. У планах на будучыню - яе падаўжэнне да 175 км.

Японія

У гэтай краіне ў 2005 г. прайшла выстава Expo-2005. Да яе адкрыцця была ўведзена ў эксплуатацыю магнітная траса даўжынёй 9 км. На лініі размяшчаецца дзевяць станцый. Маглев абслугоўвае тэрыторыю, якая прылягае да месца правядзення выставы.

Маглева лічацца транспартам будучыні. Ужо ў 2025 г. плануецца адкрыць новую звышхуткасную трасу ў такой краіне, як Японія. Цягнік на магнітнай падушцы будзе перавозіць пасажыраў з Токіо ў адзін з раёнаў цэнтральнай частцы выспы. Яго хуткасць складзе 500 км / г. Для рэалізацыі праекта спатрэбіцца каля сарака пяці мільярдаў даляраў.

Расія

Стварэнне высакахуткаснага цягніка плануецца і РЖД. Да 2030 г. маглев ў Расіі злучыць Маскву і Уладзівасток. Шлях у 9300 км пасажыры пераадолеюць за 20 гадзін. Хуткасць цягніка на магнітнай падушцы будзе даходзіць да пяцісот кіламетраў у гадзіну.