Vlaky na magnetických polštářích - je transport budoucnosti? Jak funguje magnetický polštář?

Od doby, kdy lidstvo vynalezlo první lokomotivy, uplynulo více než dvě stě let. Zatím se však železniční pozemní přeprava cestujících a těžkých nákladů pomocí elektřiny a motorové nafty velmi běžně používá.

Za zmínku stojí, že inženýři-vynálezci se v těchto letech aktivně podíleli na vytváření alternativních způsobů vysídlování. Výsledkem jejich práce byly vlaky na magnetických polštářích.

Historie vzhledu

Samotná myšlenka vytvoření vlaků na magnetických polštářích byla aktivně vyvinuta na počátku dvacátého století. V tomto okamžiku však nebylo možné realizovat tento projekt z řady důvodů. Výroba takového vlaku začala teprve v roce 1969. Tehdy se na území Německa začalo ukládat magnetickou dráhu, která měla projít novým vozidlem, který byl později nazýván maglev vlakem. To bylo zahájeno v roce 1971. První magnetický vlak, nazvaný "Transrapid-02", prošel magnetickou dráhou.

Je zajímavé, že němečtí inženýři vyrobili alternativní vozidlo na základě těch záznamů, které nechal vědec Hermann Kemper, který v roce 1934 obdržel patent, který potvrdil vynález magnetoplanu.

"Transrapid-02" se sotva může říkat velmi rychle. Mohl cestovat maximálně rychlostí 90 kilometrů za hodinu. Nízká byla a její kapacita - jen čtyři lidé.

V roce 1979 vytvořili zdokonalený model maglev. Tento vlak, nazvaný "Transrapid-05", mohl mít již šestdesát osm cestujících. Cestoval po linii ve městě Hamburg, jehož délka byla 908 metrů. Maximální rychlost, kterou tento vlak vyvinul, se rovnal sedmdesát pět kilometrů za hodinu.

Ve stejném roce 1979 byl v Japonsku vydán další model maglev. To bylo nazýváno ML-500. Japonský vlak na magnetickém polštáři vyvíjel rychlostí až pět set sedmnáct kilometrů za hodinu.

Konkurenceschopnost

Rychlost, kterou mohou vlaky vyvíjet na magnetických polštářích, lze porovnat s rychlostí letadla. V tomto ohledu se tento druh dopravy může stát vážným konkurentem pro dýchací cesty, které pracují ve vzdálenosti až tisíce kilometrů. Rozsáhlé užívání maglev je brzděno skutečností, že nemohou navigovat po tradičních železnicích. Vlaky na magnetických polštáři potřebují vybudovat speciální dálnice. A to vyžaduje velké investice kapitálu. To je také věřil, že magnetické pole vytvořené pro maglevs může nepříznivě ovlivnit lidské tělo, což bude mít nepříznivý vliv na zdraví řidiče a obyvatel regionů lokalizovaných v blízkosti této cesty.

Princip činnosti

Vlaky na magnetických polštářích jsou zvláštní druh dopravy. Během pohybu maglev jako by se vznášel nad železnicí, aniž by se ho dotkl. To je způsobeno skutečností, že vozidlo je řízeno silou uměle vytvořeného magnetického pole. Během pohybu maglev není tření. Brzdicí silou je v tomto případě aerodynamický odpor.

Jak to funguje? Víme o základních vlastnostech magnetů z každé lekce fyziky šesté třídy. Pokud jsou dva magnety přivedeny k sobě severními póly, pak se odrazí. Vytvoří se takzvaný magnetický polštář. Při připojení různých pólů budou magnety navzájem přitahovány. Tento poměrně jednoduchý princip je základem pohybu maglevového vlaku, který doslova sklouzává vzduchem v malé vzdálenosti od kolejí.

V současné době byly vyvinuty dvě technologie, pomocí kterých je aktivován magnetický polštář nebo závěs. Třetí je experimentální a existuje pouze na papíře.

Elektromagnetické zavěšení

Tato technologie se nazývá EMS. Je založen na síle elektromagnetického pole, měnící se v čase. To způsobuje levitaci (zvedání ve vzduchu) maglev. Pro pohyb vlaku v tomto případě je nutné mít kolejnice tvaru T, které jsou vyrobeny z vodiče (obvykle z kovu). Tato činnost systému je podobná běžné železnici. Ve vlaku se však namísto kolových souprav instalují podpěrné a vodicí magnety. Jsou umístěny rovnoběžně s feromagnetickými statory umístěnými podél okraje pásu ve tvaru T.

Hlavní nevýhodou technologie EMS je potřeba řídit vzdálenost mezi statorem a magnety. A to navzdory tomu, že závisí na mnoha faktorech, včetně nestabilní povahy elektromagnetické interakce. Aby se zabránilo náhlému zastavení vlaku, jsou na něm instalovány speciální baterie. Jsou schopni dobíjet lineární generátory zabudované do referenčních magnetů a tak dostatečně dlouhé na podporu procesu levitace.

Brzdění vlaků vytvořených na základě technologie EMS je prováděno synchronním nízkorychlostním lineárním motorem. To je reprezentováno podpěrnými magnety, stejně jako silniční lůžko, přes které maglev stoupá. Rychlost a průvan kompozice lze řídit změnou frekvence a intenzity generovaného střídavého proudu. Pro zpomalení kurzu stačí změnit směr magnetických vln.

Elektrodynamická suspenze

Existuje technologie, při níž dochází k pohybu maglev, když se vzájemně ovlivňují dvě pole. Jeden z nich je vytvořen na plátně dálnice a druhý - ve vlaku. Tato technologie se nazývá EDS. Je založen na japonském vlaku na magnetickém polštářku JR-Maglev.

Tento systém má některé rozdíly od EMS, kde se používají konvenční magnety, ke kterým jsou cívky napájeny elektrickým proudem pouze při napájení.

Technologie EDS znamená konstantní dodávku elektrické energie. K tomu dochází, i když je odpojeno napájení. Ve svitcích takového systému je nainstalováno kryogenní chlazení, které šetří značné množství elektřiny.

Výhody a nevýhody technologie EDS

Pozitivní stránka systému pracujícího na elektrodynamickém zavěšení je jeho stabilita. Dokonce i mírné snížení nebo zvětšení vzdálenosti mezi magnety a tkaninou je řízeno odpuzujícími a přitažlivými silami. To umožňuje, aby systém zůstal nezměněn. S touto technologií není potřeba instalovat elektroniku pro sledování. Není třeba žádné zařízení pro nastavení vzdálenosti mezi látkou a magnety.

Technologie EDS má některé nevýhody. Tak, síla dostatečná pro levitaci konvoje může vzniknout pouze při vysoké rychlosti. Proto jsou magnety vybaveny koly. Zajišťují jejich pohyb rychlostí až 100 kilometrů za hodinu. Další nevýhodou této technologie je třecí síla vznikající na zadní a přední straně odpuzujících magnetů při nízké rychlosti.

Díky silnému magnetickému poli v úseku určeném pro cestující je nutná zvláštní ochrana. V opačném případě je osoba s elektronickým stimulátorem srdce zakázána cestovat. Ochrana je také zapotřebí pro magnetické média (kreditní karty a HDD).

Vyvinutá technologie

Třetí systém, který v současnosti existuje pouze na papíře, je použití permanentních magnetů ve variantě EDS, které nemusí být aktivovány pro aktivaci. Až do nedávné doby se předpokládalo, že to není možné. Vědci věřili, že permanentní magnety nemají takovou moc, která by mohla způsobit levitaci vlaku. Tento problém se však vyhnul. Pro jeho vyřešení byly magnety umístěny do "pole Halbachu". Toto uspořádání vede k vytvoření magnetického pole, nikoliv pod masivem, ale nad ním. To pomáhá udržovat levitaci konvoje i při rychlosti asi pět kilometrů za hodinu.

Projekt dosud nebyl prakticky implementován. To je způsobeno vysokými náklady na pole vyrobené z permanentních magnetů.

Výhody mudlovců

Nejatraktivnějším aspektem vlaků s magnetickým pilířem je možnost dosáhnout vysokých rychlostí, což umožní Maglevům v budoucnu soutěžit i s proudovými letadly. Tento druh dopravy je z hlediska spotřeby elektrické energie poměrně ekonomický. Nízké náklady na jeho provoz. To je možné kvůli nedostatku tření. Příjem a nízká hlučnost maglevů, které pozitivně ovlivní ekologickou situaci.

Nevýhody

Negativní strana Maglevů je příliš mnoho peněz na jejich vytvoření. Vysoké náklady a údržba stopy. Navíc pro tento typ dopravy je zapotřebí komplexní systém cest a velmi přesných nástrojů, které řídí vzdálenost mezi látkou a magnety.

Realizace projektu v Berlíně

V německém hlavním městě v roce 1980 se konalo otevření prvního typu mudlovského typu M-Bahn. Délka plátna byla 1,6 km. V průběhu víkendu se mezi třemi stanicemi metra dostala vlaková souprava s magnetickým polstrováním. Pasáž pro cestující byla zdarma. Po pádu berlínské zdi se populace města téměř zdvojnásobila. Bylo nutné vytvořit dopravní sítě, které by zajistily vysokou osobní dopravu. Proto bylo v roce 1991 demontováno magnetické plátno a na jeho místě začala výstavba metra.

Birmingham

V tomto německém městě byl nízkorychlostní maglev spojen od roku 1984 do roku 1995. Letiště a nádraží. Délka magnetické dráhy byla pouze 600 m.

Cesta pracovala po dobu deseti let a byla uzavřena kvůli četným stížnostem cestujících ohledně stávajících nepříjemností. Následně byl na tomto místě nahrazen maglev.

Šanghaj

První magnetickou silnici v Berlíně postavila německá společnost Transrapid. Neúspěch projektu nevyděsil vývojáře. Pokračovali ve svém výzkumu a dostali příkaz od čínské vlády, která se rozhodla vybudovat maglevskou trasu v zemi. Letiště Shanghai a Pudong spojilo tento vysokorychlostní (až 450 km / h) způsob.
V roce 2002 byla otevřena cesta o délce 30 km. V budoucích plánech - prodloužení na 175 km.

Japonsko

V roce 2005 se v této zemi konala výstava Expo-2005. K jeho otevření byl uveden do provozu 9 km dlouhý magnetický obvod. Na linii je devět stanic. Maglev slouží území, které sousedí s výstavou.

Maglevové jsou považováni za přepravu budoucnosti. Již v roce 2025 se plánuje otevřít novou super-vysokorychlostní trasu v zemi jako Japonsko. Vlak s magnetickým polštářem dopraví cestující z Tokia do jedné z oblastí centrální části ostrova. Jeho rychlost bude 500 km / h. K realizaci projektu bude zapotřebí asi čtyřicet pět miliard dolarů.

Ruská federace

Vytvoření vysokorychlostního vlaku je plánováno a RZD. Do roku 2030 maglev v Rusku připojí Moskvu a Vladivostok. Trasa na 9300 km cestujících bude překonána za 20 hodin. Rychlost vlaku na magnetickém polštáři bude až pět set kilometrů za hodinu.