Дорога на магнитной подушке. Поезд на магнитной подушке, летающий поезд, маглев

Больше 200 лет минуло с той поры, когда были изобретены паровозы. С тех пор железнодорожный транспорт стал самым востребованным для перевозки пассажиров и грузов. Однако ученые активно трудились над усовершенствованием данного способа перемещения. В результате был создан маглев или поезд на магнитных подушках.

Идея появилась в начале двадцатого века. Но реализовать ее в то время и в тех условиях не удалось. И лишь в конце 60-х – начале 70-х годов в ФРГ собрали магнитную трассу, где и запустили транспортное средство нового поколения. Тогда он двигался со скоростью максимум 90 км/ч и мог вместить только 4 пассажира. В 1979 году поезд на магнитных подушках модернизировали, и он смог перевезти 68 пассажиров, проезжая 75 километров в час. А в то же время в Японии сконструировали иную вариацию маглева. Он разгонялся до 517 км/ч.

Сегодня стремительность поездов на магнитных подушках может составить реальную конкуренцию самолетам. Магнитоплан мог бы серьезно соперничать с воздушными авиаперевозчиками. Единственное препятствие в том, что скользить по обычным железнодорожным путям маглевы не способны. Они требуют особых магистралей. Кроме того, считается, что необходимое поездам на воздушной подушке магнитное поле может оказать неблагоприятное воздействие на здоровее человека.

Магнитоплан не движется по рельсам, он летит в прямом смысле этого слова. На небольшой высоте (15 см) от поверхности магнитной трассы. Поднимается он над треком за счет действия электромагнитов. Это объясняет и невероятную скорость.

Полотно для маглева выглядит как череда бетонных плит. Магниты расположены под этой поверхностью. Они искусственно создают магнитное поле, по которому «едет» поезд. Во время движения нет трения, поэтому для торможения используется аэродинамическое сопротивление.

Если на простом языке объяснять принцип действия, то получится так. Когда пару магнитов приближают друг к другу одинаковыми полюсами, они как бы отталкиваются один от другого. Получается магнитная подушка. А при приближении противоположных полюсов магниты притягиваются, и поезд останавливается. Такой элементарный принцип и положен в основу работы магнитоплана, который движется по воздуху на небольшой высоте.

Сегодня применяются 3 технологии подвеса маглевов.

1. Электродинамическая подвеска, EDS.

Иначе это называется на сверхпроводящих магнитах, то есть на вариациях с обмоткой из сверхпроводящего материала. Такая обмотка обладает нулевым омическим сопротивлением. И если она замкнута накоротко, то электрический ток в ней сохраняется бесконечно долго.

2. Электромагнитная подвеска, EMS (или на электромагнитах).

3. На постоянных магнитах. Сегодня это наименее затратная технология. Процесс передвижения обеспечивается линейным двигателем, то есть электродвигателем, где один элемент магнитной системы разомкнут и имеет развёрнутую обмотку, создающую бегущее магнитное поле, а второй сделан в виде направляющей, отвечающей за линейное перемещение подвижной части двигателя.

Многие задумываются: безопасный ли это поезд, он не упадет? Разумеется, не упадет. Нельзя сказать, что маглев на дороге ничего не удерживает. Он опирается на трек посредством особенных “клешней”, расположенных снизу поезда, в которых и поставлены электромагниты, поднимающие поезд в воздух. Там же расположены и те магниты, которые удерживают магнитоплан на треке.

Те, кто прокатился на маглеве, утверждают, что ничего вдохновляющего не ощутили. Поезд идет настолько тихо, что умопомрачительная скорость не чувствуется. Объекты за окном пролетают быстро, но расположены очень далеко от трека. Разгоняется магнитоплан плавно, так что перегрузок тоже не ощущается. Интересен и необычен только момент, когда поезд поднимается.

Итак, основные преимущества маглева:

максимально возможная скорость движения, которая достигается на наземном (неспортивном) транспорте,
требуется небольшое количество электроэнергии,
из-за отсутствия трения малозатратны в обслуживании,
тихое передвижение.

Недостатки:

необходимость больших финансовых затрат при строительстве и обслуживании трека,
электромагнитное поле способно нанести вред здоровью тем, кто работает на этих линиях и живет в окрестных районах,
для постоянного контроля расстояния между поездом и треком необходимы быстродействующие системы управления и сверхпрочные приборы,
требуются сложная схема путей и дорожная инфраструктура.

Советский поезд на магнитной подушке February 21st, 2017

Сколько же всего в СССР было изобретено и спроектировано, что мы до сих пор используем эти наработки, а про некоторые только узнаем (как я вот например об этой). То ли времена были такие во всем Мире, то ли страна была такая.

Так же многие привыкли критиковать то, что в СССР планировалось все и вся, Но было и что-то в этом хорошее. В Союзе прекрасно просчитали грядущие транспортные проблемы городов-мегаполисов. И не только городов с большим населением, но и городов, которые географически сильно вытянуты, чья длина составляет сотню и более километров. Это такие города как Волгоград и Кривой Рог. По оценкам 70х годов население в 29 городах Советского Союза должно было превысить миллион, то есть стать городами-миллионерами. И для решения транспортных проблем крупных городов создавались различные институты и бюро. Уже тогда было понятно, что автомобили не очень способны решить транспортную проблему крупного города, а классическое метро дорого и медленно. Считалось, что наряду с совершенствованием традиционных видов передвижения возникла необходимость в создании качественно новых транспортных систем, которые должны быть малошумными, не загрязняющими воздух, экономичными и не создающими дополнительной нагрузки на уличную сеть.

Вот этим требованиям соответствовал последний инновационный проект, доведенный до испытаний, проект транспорта на магнитной подвеске.

Вагон TA-05 - советский поезд на магнитной подушке. Проект транспортного средства, которое должно было работать на электромагнитной системе левитации, разрабатывался в период 1985 - 1986 годов. 25 февраля 1986 года в Подмосковье был проведён первый успешный запуск необычного вагона.

«Наша лаборатория работает над созданием экспериментального пассажирского вагона, который будет двигаться, не касаясь рельсов. Для горизонтального перемещения используется принцип работы линейного трехфазного асинхронного двигателя. Двигаясь с крейсерской скоростью до 250 километров в час, это транспортное средство будет практически бесшумным. Путь его можно поднять на эстакаду над основными магистралями города. Один километр пути будет обходиться в 3—5 раз дешевле, чем метро», говорил в одном из интервью заведующий лабораторией ВНИИПИтранспрогресс А.Чемодуров.

На тот момент был построен 600 метровый скоростной участок в подмосковном Раменском и запланированы участки в Ереване и Алма-Ате.

Планировалось пускать по трассам вагоны по 65 человек, 19 метров длиной каждый и весом в 40 тонн. Крейсерская скорость же вагона равнялась 250км/ч, с перспективой 400 км/ч и выше. Также были планы пускать не отдельные вагоны, а сцепки из нескольких вагонов, то есть полноценных поездов.

Сегодня у нового вида транспорта нет падежного, заинтересованного хозяина. Пока что ни одно транспортное министерство, ни Министарство Гражданской Авиации, ни Министерство Путей Сообщения (ныне РЖД) (магнитоплан — не поезд и не самолет—вот их аргумент), не проявляет интереса к нему. Они даже не являются заказчиками. Между тем для того, чтобы эффективно использовать выделенные правительством немалые средства для перехода от экспериментов к внедрению на новом этапе развития, нужно было объединение сил, скажем, в рамках межотраслевого научно-технического комплекса.

Что особенно удивительно, но проект финансировался исключительно за счет НефтеГазСтроя. К сожалению, планам так и не удалось сбыться, землетрясение в Армении в 1988 году не позволило построить все запланированные участки. Финансирование было сокращено, а после распада СССР и вовсе прекращено. Быстрое, скоростное и свое оказалось никому не нужным.

Кто еще знает какие нибудь подробности про этот проект?

Кстати, ТП-05 успел сняться в кино — в научно-фантастической короткометражке 1987 года «С роботами не шутят», фрагмент которой вам и предлагаю к просмотру.
Смотрите на 01:03:00

источники

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

Тим Скоренко

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

1986 год, ТП-05 на полигоне в Раменском. 800-метровый участок не позволял разогнаться до крейсерских скоростей, но первичные «заезды» этого и не требовали. Вагон, построенный в крайне сжатые сроки, обошёлся почти без «детских болезней», и это было хорошим результатом.

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

В Японии сегодня эксплуатируется две системы магнитной левитации. Первая (для городских перевозок) использует систему электромагнитного подвеса для скоростей до 100 км/ч. Вторая, более известная, SCMaglev, предназначена для скоростей более 400 км/ч и основана на сверхпроводящих магнитах. В рамках этой программы построено несколько линий и установлен мировой рекорд скорости для железнодорожного транспортного средства, 581 км/ч. Буквально два года назад было представлено новое поколение японских поездов на магнитном подвесе — L0 Series Shinkansen. Кроме того, система, аналогичная немецкому «Трансрапиду», работает в Китае, в Шанхае; в ней также используются сверхпроводящие магниты.

Салон ТП-05 имел два ряда сидений и центральный проход. Вагон широкий и при этом на удивление низкий — редактор ростом 184 см практически касался головой потолка. В кабине водителя стоять было невозможно.

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

Поезд будущего

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

Экспериментальный вагон в цеху — уже в новой раскраске. Его перекрашивали несколько раз, а для съёмок в фантастическом короткометражном фильме сделали на борту большую надпись Fire-ball.

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

Магнитные модули (серые) на рельсе (оранжевом). Прямоугольные бруски по центру фотографии — это как раз датчики зазора, отслеживающие неровности поверхности. Электронику с ТП-05 сняли, но магнитное оборудование осталось, и, в принципе, вагон снова можно запустить.

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

Зачем нужен маглев

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

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

Раньше ТП-05 был симметричным и мог двигаться как вперёд, так и назад; пульты управления и лобовые стёкла были с обеих его сторон. Сегодня пульт сохранился только со стороны цеха — второй демонтировали за ненадобностью.

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

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

1980-е. Инженер ВНИИПИ-транспрогресс работает за ЭВМ. Оборудование цеха на то время было самым современным — финансирование программы «Высокоскоростной экологически чистый транспорт» осуществлялось без серьёзных сбоев даже в перестроечные времена.

Все с нуля

Разрабатывая серию ТП, инженеры всё, по сути, делали «с нуля». Выбирали параметры взаимодействия магнитов вагона и пути, затем взялись за электромагнитную подвеску — работали над оптимизацией магнитных потоков, динамикой движения и т. д. Основным достижением разработчиков можно назвать созданные ими так называемые магнитные лыжи, способные компенсировать неровности пути и обеспечить комфортную динамику движения вагона с пассажирами. Адаптация к неровностям реализовывалась с помощью небольших по размеру электромагнитов, связанных шарнирами в нечто подобное цепям. Схема была сложной, но значительно более надежной и работоспособной, чем при жестко закрепленных магнитах. Контроль за системой осуществлялся благодаря датчикам зазора, которые отслеживали неровности пути и давали команды силовому преобразователю, уменьшавшему или увеличивающему ток в конкретном электромагните, а значит, и подъемную силу.

ТП-01, первый советский маглев, 1979 год. Здесь вагон стоит ещё не в Раменском, а на коротком, 36-метровом участке пути, построенном на полигоне завода «Газстроймашина». В том же году первый подобный вагон продемонстрировали немцы — советские инженеры шли в ногу со временем.

Именно эта схема и была опробована на ТП-05 — единственном построенном в рамках программы вагоне «второго направления», с электромагнитным подвесом. Работу над вагоном вели очень быстро — его алюминиевый корпус, например, сделали буквально за три месяца. Первые испытания ТП-05 прошли в 1986 году. Он весил 18 т, вмещал 18 человек, остальная часть вагона была занята испытательным оборудованием. Предполагалось, что первая дорога с использованием таких вагонов на практике будет построена в Армении (из Еревана в Абовян, 16 км). Скорость должны были довести до 180 км/ч, вместимость — до 64 человек на вагон. Но вторая половина 1980-х внесла свои коррективы в радужное будущее советского маглева. В Британии к тому времени уже запустили первую постоянную систему на магнитной подушке, мы могли бы догнать англичан, если бы не политические перипетии. Другой причиной свертывания проекта стало землетрясение в Армении, приведшее к резкому сокращению финансирования.

Проект В250 — скоростной маглев «Москва — Шереметьево». Аэродинамика была разработана в ОКБ Яковлева, причём были изготовлены полноразмерные макеты сегмента с креслами и кабины. Расчётная скорость — 250 км/ч — была отражена в индексе проекта. К сожалению, в 1993 году амбициозная идея разбилась об отсутствие финансирования.

Предок «Аэроэкспресса»

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

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

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

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

Он же поезд на магнитной подушке, он же maglev от английского magnetic levitation ("магнитная левитация") - это поезд на магнитной подвеске, движимый и управляемый силой электромагнитного поля. 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 аэродинамическое сопротивление . Маглев относится к монорельсовому транспорту .

Монорельс:

Хотчкисса (Arthur Hotchkiss) 1890-х гг.;
изображения с Википедии

изображения с Википедии

Высокоскоростным наземным транспортом (ВСНТ) называют железнодорожный транспорт, который обеспечивает движение поездов со скоростью свыше 200 км/ч (120 миль/ч). Хотя ещё в начале XX века высокоскоростными называли поезда, следующие со скоростями выше 150-160 км/ч.
Сегодня поезда ВСНТ передвигаются по специально выделенным железнодорожным путям - высокоскоростной магистрали (ВСМ), либо на магнитном подвесе, по которым перемещается выше показанный маглев.

Впервые регулярное движение высокоскоростных поездов началось в 1964 году в Японии. В 1981 году поезда ВСНТ стали курсировать и во Франции, а вскоре бо́льшая часть западной Европы, включая Великобританию, оказалась объединена в единую высокоскоростную железнодорожную сеть. Современные высокоскоростные поезда в эксплуатации развивают скорости около 350-400 км/ч, а в испытаниях и вовсе могут разгоняться до 560-580 км/ч, как например JR-Maglev MLX01, установивший во время испытаний в 2003 году скоростной рекорд - 581 км/ч.
В России регулярная эксплуатация высокоскоростных поездов , по общим путям с обычными поездами, началась в 2009 году. И только к 2017 году ожидается завершение строительства первой в России специализированной высокоскоростной железнодорожной магистрали Москва - Санкт-Петербург.

Сапсан Siemens Velaro RUS; максимальная служебная скорость - 230 км/ч,
возможна модернизация до 350 км/ч; фото с Википедии

Кроме пассажиров высокоскоростные поезда перевозят и грузы, например: французская служба La Poste имеет парк специальных электропоездов TGV для перевозки почты и посылок.

Скорость "магнитных" поездов, то есть маглевов, сравнима со скоростью самолёта и позволяет составить конкуренцию воздушному транспорту на ближне- и среднемагистральных направлениях (до 1000 км). Хотя сама идея такого транспорта не нова, экономические и технические ограничения не позволили ей развернуться в полной мере.

На данный момент существует 3 основных технологии магнитного подвеса поездов:

На сверхпроводящих магнитах (электродинамическая подвеска, EDS);
На электромагнитах (электромагнитная подвеска, EMS);
На постоянных магнитах; это новая и потенциально самая экономичная система.

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

Достоинства маглева:

теоретически самая высокая скорость из тех, которые можно получить на общедоступном (не спортивном) наземном транспорте;
большие перспективы по достижению скоростей, многократно превышающие скорости, используемые в реактивной авиации;
низкий шум.

Недостатки маглева:

высокая стоимость создания и обслуживания колеи - стоимость постройки одного километра маглев-колеи сопоставима с проходкой километра тоннеля метро закрытым способом;
создаваемое электромагнитное поле может оказаться вредным для поездных бригад и 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;
рельсовые пути стандартной ширины, перестроенные под скоростное движение, остаются доступными для обычных пассажирских и пригородных поездов. Высокоскоростной путь маглева же ни для чего другого не пригоден; потребуются дополнительные пути для низкоскоростного сообщения.

Наиболее активные разработки маглева ведут Германия и Япония.

*Справка: Что такое синкансэн?
Синкансэн - так называется высокоскоростная сеть железных дорог в Японии, предназначенная для перевозки пассажиров между крупными городами страны. Принадлежит компании Japan Railways. Первая линия была открыта между Осакой и Токио в 1964 году - Токайдо-синкансэн. Эта линия является самой загруженной высокоскоростной железнодорожной линией в мире. На ней перевозится порядка 375 000 пассажиров ежедневно.

"Поезд-пуля" - одно из названий для поездов синкансэн. Поезда могут иметь до 16 вагонов. Каждый вагон достигает длины 25 метров, исключение составляют головные вагоны, длина которых обычно чуть больше. Общая длина поезда составляет порядка 400 метров. Станции для таких поездов тоже очень длинные и специально приспособлены под эти поезда.

Поезда синкансэн серии 200 ~ E5; фото с Википедии

В Японии маглевы часто называются "риниа:ка:" (по-японски リニアカー), происходящее от английского "linear car" из-за используемого на борту линейного двигателя.

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

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.

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

Поездка в маглеве с максимальной скоростью 501 км/ч. В описании указано, что видео сделано в 2005 году:

На линии в Яманаси проходят испытания нескольких 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 маглев может полностью управляться компьютером. Машинист осуществляет контроль за работой компьютера и получает изображение пути через видеокамеру (кабина машиниста не имеет окон переднего обзора).

Технология JR-Maglev дороже аналогичной разработки Transrapid, реализованной в Китае (линия до Шанхайского аэропорта), так как требует больших затрат на оборудование трассы сверхпроводящими магнитами и прокладку тоннелей в горах взрывным способом. Общая стоимость проекта может составить 82,5 млрд долларов США. Если проложить линию вдоль прибрежной трассы Токайдо, это потребует меньших затрат, однако потребует строительства большого количества тоннелей малой протяжённости. Несмотря на то, что сам магнитно-левитационный поезд бесшумен, каждый въезд в тоннель на большой скорости будет вызывать хлопок, сравнимый по громкости с взрывом, поэтому прокладка линии в густонаселённых районах невозможна.

Сухов Виталий Владимирович, Галин Алексей Леонидович

Мы представляем вам проект, основной темой которого является «Электромагнитные транспортные средства и аппараты». Занявшись этой работой, мы поняли, что наиболее интересным вопросом для нас является транспорт на магнитной подушке.

Недавно знаменитый английский писатель-фантаст Артур Кларк сделал очередное предсказание. «...Мы, возможно, стоим на пороге создания космического аппарата нового типа, который сможет покидать Землю с минимальными затратами за счет преодоления гравитационного барьера, - считает он. - Тогда нынешние ракеты станут тем же, чем были воздушные шары до первой мировой войны». На чем же основано такое суждение? Ответ нужно искать в современных идеях создания транспорта на магнитной подушке.

Скачать:

Предварительный просмотр:

I-ая открытая студенческая научно-практическая конференция

«Моя проектная деятельность в колледже»

Направление научно-практического проекта:

Электротехника

Тема проекта:

Электромагнитные транспортные средства и аппараты. Транспорт на магнитной подушке

Проект подготовлен:

Сухов Виталий Владимирович, студент группы 2 ЭТ

Галин Алексей Леонидович, студент группы 2 ЭТ

Название учебного заведения:

ГБОУ СПО Электромеханический колледж №55

Руководитель проекта:

Утенкова Еатерина Сергеевна

Москва 2012

Введение

Магнитоплан или Маглев

Установка Хальбаха

Заключение

Список литературы

Введение

Магнитоплан или Маглев

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.

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.

Необходимость поездов на магнитной подушке (MAGLEV) обсуждается уже долгие годы, однако результаты попыток их реального применения оказались обескураживающими. Важнейший недостаток поездов MAGLEV заключается в особенности работы электромагнитов, которые и обеспечивают левитацию вагонов над полотном. Электромагниты, не охлаждаемые до состояния сверхпроводимости, потребляют гигантские объемы энергии. При использовании же сверхпроводников в полотне стоимость их охлаждения сведет на нет все экономические преимущества и возможность осуществления проекта.

Альтернатива предложена физиком Ричардом Постом из Lawrence Livermore National Laboratory, Калифорния. Ее суть заключается в использовании не электромагнитов, а постоянных магнитов. Ранее применяемые постоянные магниты были слишком слабы, что бы поднять поезд, и Пост применяет метод частичной акселерации, разработанный отставным физиком Клаусом Хальбахом из Lawrence Berkley National Laboratory. Хальбах предложил метод расположения постоянных магнитов таким образом, что бы сконцентрировать их суммарные поля в одном направлении. Inductrack – так Пост назвал эту систему – использует установки Хальбаха, вмонтированные в днище вагона. Полотно, само по себе, - это упорядоченная укладка витков изолированного медного кабеля.

Установка Хальбаха

Установка Хальбаха концентрирует магнитное поле в определенной точке, снижая ее в других. Будучи вмонтированной в днище вагона, она генерирует магнитное поле, которое индуцирует достаточные токи в обмотках полотна под движущимся вагоном, чтобы поднять вагон на несколько сантиметров и стабилизировать его [рис.1]. Когда поезд останавливается, эффект левитации исчезает, вагоны опускаются на дополнительные шасси.

Рис. 1 Установка Хальбаха

На рисунке представлено 20 метровое опытное полотно для испытания MAGLEV поездов типа Inductrack, которое содержит около 1000 прямоугольных индуктивных обмоток, каждая шириной 15 см. На переднем плане испытательная тележка и электрический контур. Алюминиевые рельсы вдоль полотна поддерживают тележку до момента достижения устойчивой левитации. Установки Хальбаха обеспечивают: под днищем – левитацию, по бокам – устойчивость.

Когда поезд достигает скорости 1-2 км/ч, магниты производят достаточные для левитации поезда токи в индуктивных обмотках. Сила, движущая поезд, генерируется электромагнитами, установленными с интервалами вдоль пути. Поля электромагнитов пульсируют таким образом, что отталкивают от себя установки Хальбаха, смонтированные в поезде, и двигают его вперед. Согласно Посту, при правильном расположении установок Хальбаха, вагоны не потеряют равновесия ни при каких обстоятельствах, вплоть до землетрясения. В настоящее время, исходя из успехов демонстрационной работы Поста в масштабе 1/20, NASA подписало 3-х годичный контракт с его коллективом в Ливерморе для дальнейшего исследования данной концепции для более эффективного запуска спутников на орбиту. Предполагается, что эта система будет использоваться в качестве многоразового разгонного носителя, который разгонял бы ракету до скорости около 1 Маха, перед включением на ней основных двигателей.

Однако, несмотря на все сложности перспективы использования транспорта на магнитной подушке остаются весьма заманчивыми. Так, японское правительство готовится возобновить работу над принципиально новым видом наземного транспорта - поездами на магнитной подушке. По заверениям инженеров, вагоны «маглева» способны покрывать расстояние между двумя крупнейшими населенными центрами Японии - Токио и Осакой - всего за 1 час. Нынешним скоростным железнодорожным экспрессам для этого требуется времени в 2,5 раза больше.

Секрет скорости «маглева» состоит в том, что вагоны, подвешенные в воздух силой электромагнитного отталкивания, двигаются не по колее, а над ней. Это напрочь исключает потери, неизбежные при трении колес о рельсы. Многолетние испытания, проводившиеся в префектуре Яманаси на пробном участке длиной 18,4 км, подтвердили надежность и безопасность этой транспортной системы. Вагоны, двигавшиеся в автоматическом режиме, без пассажирской нагрузки развивали скорость в 550 км/час. Пока что рекорд скоростного передвижения по рельсам принадлежит французам, чей поезд TGV в 1990 году на испытаниях разогнался до 515 км/час.

Вопросы эксплуатации транспорта на магнитной подушке

Японцев также тревожат экономические проблемы, и в первую очередь вопрос рентабельности сверхскоростной линии «маглева». Ныне ежегодно между Токио и Осакой совершают путешествие около 24 млн. человек, 70% пассажиров пользуются при этом скоростной железнодорожной линией. По подсчетам футурологов, революционное развитие сети компьютерной связи неминуемо приведет к снижению пассажиропотока между двумя крупнейшими центрами страны. На загруженности транспортных линий может сказаться и наметившееся падение численности активного населения страны

Российский проект открытия движения поездов на магнитной подушке из Москвы в Санкт-Петербург в ближайшее время не будет реализован, сообщил на пресс-конференции в Москве в конце февраля 2011 года руководитель Федерального агентства железнодорожного транспорта Михаил Акулов. С этим проектом могут быть проблемы, поскольку нет опыта эксплуатации поездов на магнитной подушке в условиях зимы, сказал Акулов, сообщив, что такой проект предложен группой российских разработчиков, которые взяли на вооружение опыт Китая. Вместе с тем Акулов отметил, что идея создания высокоскоростной магистрали Москва – Санкт-Петербург сегодня вновь актуальна. В частности, предложено совместить создание высокоскоростной магистрали с параллельным строительством автомобильного шоссе. Глава агентства добавил, что мощные бизнес-структуры из Азии готовы участвовать в этом проекте, не уточнив, о каких именно структурах идет речь.

Технологии магнитного подвеса поездов

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.

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.

Рассмотреть принцип движения транспорта на магнитной подушке можно на следующей схеме.

Здесь показан принцип движения транспорта вперед, под действием изменения магнитных полей. Расположение магнитов дают возможность вагону, будто тянутся вперед, к противоположному полюсу, тем самым двигаясь всей конструкцией.

Наиболее подробно саамам магнитная установка представлена на схеме конструкции магнитного подвеса и электропривода экипажа на базе линейных асинхронных машин

Рис. 1. Конструкция магнитного подвеса и электропривода экипажа на базе линейных асинхронных машин:
1 - индуктор магнитного подвеса; 2 - вторичный элемент; 3 - крышка; 4,5 - зубцы и обмотка индуктора подвеса; 6,7 - токопроводящая клетка и магнитопровод вторичного элемента; 8 - основание; 9-платформа; 10 - кузов экипажа;11, 12 - пружины; 13 -демпфер; 14 - штанга; 15 - цилиндрический шарнир; 16 - опора скольжения; 17 - кронштейн;18 - упор;19 - штанга. Von - скорость магнитного поля: Fn - подъёмная сила подвеса: Вб - индукция рабочего зазора подвеса

Рис.2. Конструкция тягового линейного асинхронного двигателя:
1 - индуктор тягового привода; 2 - вторичный элемент; 3 - магнитопровод индуктора привода; 4 - нажимные плиты индуктора привода; 5 - зубцы индуктора привода; 6 - катушки обмотки индуктора привода; 7 - основание.

Достоинства и недостатки транспорта на магнитной подушке

Достоинства

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

Разработки новых видов транспорта

Работы по созданию скоростных бесколесных поездов на магнитной подушке ведутся достаточно давно, в частности в Советском Союзе с 1974 года. Однако до сих пор проблема наиболее перспективного транспорта будущего остается открытой и является широким полем деятельности для.

Рис. 2 Модель поезда на магнитной подушке

На рисунке 2 представлена модель поезда на магнитной подушке, где разработчики решили перевернуть всю механическую систему с ног на голову. Железнодорожная трасса представляет собой совокупность расставленных через определенные равные расстояния железобетонных опор со специальными проемами (окнами) для поездов. Рельсов нет. Почему? Дело в том, что модель перевернута, и в качестве рельса служит сам поезд, а в окнах опор установлены колеса с электромоторами, скоростью вращения которых дистанционно управляет машинист поезда. Таким образом, поезд как бы летит по воздуху. Расстояния между опорами подобраны таким образом, чтобы в каждый момент своего движения поезд находился, как минимум, в двух-трех из них, а один вагон имеет длину большую, чем один пролет. Это позволяет не только удерживать железнодорожный состав на весу, но и, вместе с тем, при отказе одного из колес в какой-либо опоре движение будет продолжаться.

Преимуществ использования именно этой модели достаточно. Во-первых, это экономия на материалах, во-вторых, вес поезда значительно уменьшается (не нужно ни двигателей, ни колес), в-третьих, такая модель чрезвычайно экологична, а в-четвертых, проложить такую трассу в условиях густонаселенного города либо местности с неровным ландшафтом гораздо проще, чем в стандартных видах транспорта.

Но нельзя не сказать и о недостатках. Например, если в рамках трассы одна из опор сильно отклонится, это приведет к катастрофе. Хотя, катастрофы возможны и в рамках обычных железных дорог. Другой вопрос, который ведет к сильному удорожанию технологии, это физические нагрузки на опоры. Например, хвост поезда, только выехавший из какого-либо конкретного проема, если говорить простыми словами, как бы "повисает" и оказывает большую нагрузку на следующую опору, при этом смещается и центр тяжести самого поезда, что влияет на все опоры, в целом. Примерно такая же ситуация возникает, когда голова поезда выезжает из проема и так же "повисает", пока не достигнет следующей опоры. Получаются своего рода качели. Как эту проблему намерены решать конструкторы (с помощью несущего крыла, огромной скорости, уменьшением расстояния между опорами...), пока неясно. Но решения есть. И третья проблема - повороты. Поскольку разработчики решили, что длина вагона больше, чем один пролет, стоит вопрос поворотов

Рис. 3 Высокоскоростной Струнный Транспорт Юницкого

Как альтернатива этому существует чисто российская разработка, именуемая Высокоскоростным Струнным Транспортом Юницкого (СТЮ). В ее рамках предлагается использовать поднятые на опорах на высоту 5-25 метров предварительно напряженные рельсы-струны, по которым движутся четырехколесные транспортные модули. Себестоимость у СТЮ оказывается гораздо меньшей - $600-800 тысяч за один километр, а с инфраструктурой и подвижным составом - $900-1200 тысяч за км.

Рис. 4 Пример монорельсового транспорта

Но ближайшее будущее видится все-таки за обычным монорельсовым представлением. Причем в рамках монорельсовых систем сейчас откатываются новейшие технологии по автоматизированию транспорта. Например, американская корпорация Taxi 2000 создает монорельсовую систему автоматических такси SkyWeb Express, которые могут ездить как в рамках города, так и за его пределами. Водитель в таких такси не нужен (прямо как в фантастических книгах и фильмах). Вы указываете точку назначения, и такси само вас туда отвозит, самостоятельно выстраивая оптимальный маршрут. Тут получается все - и безопасность, и точность. Taxi 2000 на данный момент - наиболее реальный и осуществимый проект

Заключение

Поезда на магнитной подушке считаются одним из наиболее перспективных видов транспорта будущего. От обычных поездов и монорельсов поезда на магнитной подушке отличаются полным отсутствием колес – при движении вагоны как бы парят над одним широким рельсом за счет действия магнитных сил. В результате скорость движения такого поезда может достигать 400 км/ч, и в ряде случаев такой транспорт может заменить собой самолет. В настоящее время в мире реализуется на практике только один проект магнитной дороге, называемой также Transrapid.

Многим разработкам и проектам уже по 20-30 лет. И главной задачей для их создателей является привлечение инвесторов. Сама проблема транспорта достаточно существенна, ведь зачастую мы покупаем некоторые продукты так дорого, потому что много затрачено на их перевозку. Вторая проблема - это экология, третья - большая загруженность транспортных путей, что увеличивается год от года, и для некоторых видов транспорта на десятки процентов.

Будем надеяться, что в скором будущем мы сами уже сможем проехаться на транспорте с магнитной подушкой. Время движется...

Список литературы

Дроздова Т.Е. Теоретические основы прогрессивных технологий. - Москва: МГОУ, 2001. - 212 с.
Материаловедение и технология конструкционных материалов / Тялина Л.Н., Федорова Н.В. Учебное пособие. - Тамбов: ТГТУ, 2006. - 457 с.
Методы охраны внутренних вод от загрязнения и истощения / под ред. Гавич И.К. - М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2002. - 287 с.
Методы очистки производственных сточных вод / Жуков А.И. Монгайт И.Л., Родзиллер И.Д. - М.: Инфра-М, 2005. - 338 с.
Основы технологий важнейших отраслей промышленности / под ред. Сидорова И.А. Учебник ВУЗов. - М.: Высшая школа, 2003. - 396 с.
Система технологий важнейших отраслей народного хозяйства / Дворцин М.Д., Дмитриенко В.В., Крутикова Л.В., Машихина Л.Г. Учебное пособие. - Хабаровск: ХПИ, 2003. - 523 с.