Trenurile maglev sunt transportul viitorului? Cum funcționează un tren maglev?

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Modificat ultima dată: 2023-12-17 10:39

Au trecut deja peste două sute de ani de la momentul în care omenirea a inventat primele locomotive cu abur. Cu toate acestea, transportul feroviar terestru care transportă pasageri și încărcături grele folosind puterea electricității și a motorinei este încă foarte frecvent.

Merită să spunem că în toți acești ani, inginerii și inventatorii au lucrat activ pentru a crea modalități alternative de deplasare. Rezultatul muncii lor au fost trenuri pe perne magnetice.

Istoria apariției

Ideea însăși de a crea trenuri pe perne magnetice a fost dezvoltată activ la începutul secolului al XX-lea. Cu toate acestea, acest proiect nu a fost posibil la acel moment din mai multe motive. Fabricarea unui astfel de tren a început abia în 1969. Atunci a fost instalată o cale magnetică pe teritoriul Republicii Federale Germania, de-a lungul căreia trebuia să treacă un nou vehicul, care a fost numit mai târziu trenul maglev. A fost lansat în 1971. Primul tren maglev, care se numea Transrapid-02, a trecut de-a lungul liniei magnetice.

Un fapt interesant este că inginerii germani au realizat un vehicul alternativ pe baza înregistrărilor lăsate de omul de știință Hermann Kemper, care a primit un brevet care confirmă invenția avionului magnetic încă din 1934.

„Transrapid-02” cu greu poate fi numit foarte rapid. Se putea deplasa cu o viteză maximă de 90 de kilometri pe oră. Capacitatea sa a fost, de asemenea, mică - doar patru persoane.

În 1979, a fost creat un model maglev mai avansat. Acest tren, numit „Transrapid-05”, putea transporta deja șaizeci și opt de pasageri. S-a deplasat de-a lungul liniei situate în orașul Hamburg, a cărei lungime era de 908 de metri. Viteza maximă pe care a dezvoltat acest tren a fost de șaptezeci și cinci de kilometri pe oră.

În același 1979, un alt model maglev a fost lansat în Japonia. Ea a fost numită „ML-500”. Trenul japonez pe o pernă magnetică a dezvoltat o viteză de până la cinci sute șaptesprezece kilometri pe oră.

Competitivitate

Viteza pe care o pot dezvolta trenurile cu perne magnetice poate fi comparată cu viteza avioanelor. În acest sens, acest tip de transport poate deveni un concurent serios pentru acele rute aeriene care operează la o distanță de până la o mie de kilometri. Utilizarea pe scară largă a maglev-urilor este împiedicată de faptul că nu se pot deplasa pe suprafețele feroviare tradiționale. Trenurile pe perne magnetice trebuie să construiască autostrăzi speciale. Și asta necesită o investiție mare de capital. De asemenea, se crede că câmpul magnetic creat pentru maglevs poate afecta negativcorpul uman, care va afecta negativ sănătatea șoferului și a locuitorilor din regiunile situate în apropierea unei astfel de rute.

Principiul de lucru

Trenurile cu perne magnetice sunt un tip special de transport. În timpul mișcării, maglev-ul pare să plutească peste șinele de cale ferată fără să-l atingă. Acest lucru se datorează faptului că vehiculul este controlat de forța unui câmp magnetic creat artificial. În timpul mișcării maglev-ului, nu există frecare. Forța de frânare este rezistența aerodinamică.

Cum funcționează? Fiecare dintre noi știe despre proprietățile de bază ale magneților din lecțiile de fizică din clasa a șasea. Dacă doi magneți sunt aduși împreună cu polii lor nordici, ei se vor respinge unul pe celăl alt. Este creată o așa-numită pernă magnetică. Când se conectează diferiți poli, magneții vor fi atrași unul de celăl alt. Acest principiu destul de simplu stă la baza mișcării trenului maglev, care alunecă literalmente prin aer la o distanță nesemnificativă de șine.

În prezent, au fost deja dezvoltate două tehnologii, cu ajutorul cărora se activează o pernă sau suspensie magnetică. Al treilea este experimental și există doar pe hârtie.

Suspensie electromagnetică

Această tehnologie se numește EMS. Se bazează pe puterea câmpului electromagnetic, care se modifică în timp. Determină levitația (creșterea în aer) a maglev-ului. Pentru deplasarea trenului în acest caz, sunt necesare șine în formă de T, care sunt realizate dinconductor (de obicei din metal). În acest fel, funcționarea sistemului este similară cu o cale ferată convențională. Cu toate acestea, în tren, în loc de perechi de roți, sunt instalați magneți de sprijin și ghidare. Ele sunt plasate paralel cu statoarele feromagnetice situate de-a lungul marginii pânzei în formă de T.

Principalul dezavantaj al tehnologiei EMS este necesitatea de a controla distanța dintre stator și magneți. Și asta în ciuda faptului că depinde de mulți factori, inclusiv de natura instabilă a interacțiunii electromagnetice. Pentru a evita oprirea bruscă a trenului, pe el sunt instalate baterii speciale. Ele sunt capabile să reîncarce generatoarele liniare încorporate în magneții suport și, astfel, să mențină procesul de levitație pentru o lungă perioadă de timp.

Trenurile bazate pe EMS sunt frânate de un motor liniar sincron cu accelerație redusă. Este reprezentat de magneți de susținere, precum și de șosea, peste care plutește maglev-ul. Viteza și forța compoziției pot fi controlate prin modificarea frecvenței și intensității curentului alternativ generat. Pentru a încetini, trebuie doar să schimbați direcția undelor magnetice.

Suspensie electrodinamică

Există o tehnologie în care mișcarea maglev are loc atunci când două câmpuri interacționează. Unul dintre ele este creat în pânza autostrăzii, iar al doilea este creat la bordul trenului. Această tehnologie se numește EDS. Pe baza acestuia, a fost construit un tren japonez maglev JR–Maglev.

Acest sistem are unele diferențe față de EMS, undemagneți obișnuiți, cărora le este furnizat curent electric de la bobine numai atunci când este aplicată energie.

Tehnologia EDS presupune o furnizare constantă de energie electrică. Acest lucru se întâmplă chiar dacă sursa de alimentare este oprită. Răcirea criogenică este instalată în bobinele unui astfel de sistem, ceea ce economisește cantități semnificative de energie electrică.

Avantaje și dezavantaje ale tehnologiei EDS

Latura pozitivă a unui sistem care rulează pe o suspensie electrodinamică este stabilitatea acestuia. Chiar și o ușoară reducere sau creștere a distanței dintre magneți și pânză este reglată de forțele de repulsie și atracție. Acest lucru permite sistemului să fie într-o stare nemodificată. Cu această tehnologie, nu este nevoie să instalați electronice de control. Nu este nevoie ca dispozitivele să ajusteze distanța dintre web și magneți.

Tehnologia EDS are unele dezavantaje. Astfel, forța suficientă pentru a levita compoziția poate apărea doar la viteză mare. De aceea, maglev-urile sunt echipate cu roți. Își asigură mișcarea cu viteze de până la o sută de kilometri pe oră. Un alt dezavantaj al acestei tehnologii este forța de frecare generată în partea din spate și din față a magneților de respingere la viteze mici.

Datorita campului magnetic puternic din sectiunea destinata pasagerilor este necesara instalarea unei protectii speciale. În caz contrar, o persoană cu stimulator cardiac nu are voie să călătorească. Protecția este necesară și pentru mediile de stocare magnetice (carduri de credit și HDD).

Dezvoltattehnologie

Al treilea sistem, care în prezent există doar pe hârtie, este folosirea magneților permanenți în varianta EDS, care nu necesită energie pentru a fi activați. Până de curând, se credea că acest lucru este imposibil. Cercetătorii au crezut că magneții permanenți nu au o astfel de forță care ar putea face ca trenul să leviteze. Cu toate acestea, această problemă a fost evitată. Pentru a o rezolva, magneții au fost plasați în matricea Halbach. Un astfel de aranjament duce la crearea unui câmp magnetic nu sub matrice, ci deasupra acesteia. Acest lucru ajută la menținerea levitației trenului chiar și la o viteză de aproximativ cinci kilometri pe oră.

Acest proiect nu a primit încă implementare practică. Acest lucru se datorează costului ridicat al rețelelor realizate din magneți permanenți.

Demnitatea maglevs

Latura cea mai atractivă a trenurilor maglev este perspectiva de a atinge viteze mari care să permită maglev-urilor să concureze chiar și cu aeronavele cu reacție în viitor. Acest tip de transport este destul de economic din punct de vedere al consumului de energie electrică. Costurile pentru funcționarea acestuia sunt, de asemenea, mici. Acest lucru devine posibil datorită absenței frecării. Zgomotul scăzut al maglev-urilor este, de asemenea, plăcut, ceea ce va avea un impact pozitiv asupra situației mediului.

Defecte

Dezavantajul maglev-urilor este că este nevoie de prea mult pentru a le face. Cheltuielile pentru întreținerea căii sunt, de asemenea, mari. În plus, modul de transport considerat necesită un sistem complex de piste și ultra-precisdispozitive care controlează distanța dintre pânză și magneți.

Implementarea proiectului la Berlin

În capitala Germaniei, în anii 1980, a avut loc deschiderea primului sistem maglev numit M-Bahn. Lungimea pânzei a fost de 1,6 km. Un tren maglev circula între trei stații de metrou în weekend. Călătoria pentru pasageri a fost gratuită. După căderea Zidului Berlinului, populația orașului aproape sa dublat. A necesitat crearea unor rețele de transport cu capacitatea de a asigura un trafic mare de pasageri. De aceea, în 1991, pânza magnetică a fost demontată, iar în locul ei a început construcția metroului.

Birmingham

În acest oraș german, un maglev de mică viteză s-a conectat din 1984 până în 1995. aeroport și gară. Lungimea traseului magnetic a fost de numai 600 m.

Drumul a funcționat timp de zece ani și a fost închis din cauza numeroaselor plângeri ale călătorilor cu privire la inconvenientele existente. Ulterior, monoșina a înlocuit maglev în această secțiune.

Shanghai

Primul drum magnetic din Berlin a fost construit de compania germană Transrapid. Eșecul proiectului nu i-a descurajat pe dezvoltatori. Ei și-au continuat cercetările și au primit un ordin de la guvernul chinez, care a decis să construiască o cale maglev în țară. Această rută de mare viteză (până la 450 km/h) a făcut legătura între Shanghai și Aeroportul Pudong. Drumul lung de 30 km a fost deschis în 2002. Planurile de viitor includ extinderea la 175 km.

Japonia

Această țară a găzduit o expoziție în 2005Expo-2005. Prin deschiderea sa a fost pusă în funcțiune o pistă magnetică de 9 km lungime. Există nouă stații pe linie. Maglev deservește zona adiacentă locului de expoziție.

Maglev-urile sunt considerate transportul viitorului. Deja în 2025, este planificată deschiderea unei noi autostrăzi într-o țară precum Japonia. Trenul maglev va transporta pasageri din Tokyo către unul dintre cartierele din partea centrală a insulei. Viteza acestuia va fi de 500 km/h. Pentru implementarea proiectului va fi nevoie de aproximativ patruzeci și cinci de miliarde de dolari.

Rusia

Crearea unui tren de mare viteză este, de asemenea, planificată de Căile Ferate Ruse. Până în 2030, maglev-ul din Rusia va conecta Moscova și Vladivostok. Pasagerii vor depăși traseul de 9300 km în 20 de ore. Viteza trenului maglev va atinge până la cinci sute de kilometri pe oră.