Yüksek hızlı trenin motoru nasıl çalışır? Maglev veya manyetik kaldırma treni yeni bir ulaşım seviyesidir. Manyetik kaldırma trenlerinin dezavantajları

Manyetik kaldırma trenleri ve maglev trenleri karadaki toplu taşıma araçlarının en hızlı şeklidir. Şu ana kadar sadece üç küçük hat işletmeye alınmış olsa da, manyetik tren prototiplerinin araştırma ve testleri de devam ediyor. Farklı ülkeler Ah. Manyetik kaldırma teknolojisinin nasıl geliştiğini ve yakın gelecekte onu neler beklediğini bu makaleden öğreneceksiniz.

Oluşum tarihi

Maglev tarihinin ilk sayfaları, 20. yüzyılın başında farklı ülkelerde alınan bir dizi patentle doluydu. 1902 yılında Alman mucit Alfred Seiden, doğrusal motorla donatılmış bir tren tasarımı için patent aldı. Ve dört yıl sonra Franklin Scott Smith, elektromanyetik süspansiyonlu trenin bir başka erken prototipini geliştirdi. Kısa bir süre sonra, 1937'den 1941'e kadar olan dönemde Alman mühendis Hermann Kemper, lineer elektrik motorlarıyla donatılmış trenlerle ilgili birkaç patent daha aldı. Bu arada, Moskova monorayının demiryolu taşıtları taşıma sistemi 2004 yılında inşa edilen, tahrik için asenkron lineer motorlar kullanıyor; dünyanın lineer motorlu ilk monorayıdır.

Teletsentr istasyonu yakınında Moskova monoray sisteminin bir treni

1940'ların sonlarında araştırmacılar sözlerden eyleme geçtiler. Birçoğunun "maglevlerin babası" olarak adlandırdığı İngiliz mühendis Eric Lazethwaite, doğrusal endüksiyon motorunun ilk çalışan tam boyutlu prototipini geliştirmeyi başardı. Daha sonra 1960'larda Paletli Hovercraft hızlı treninin geliştirilmesine katıldı. Ne yazık ki proje 1973 yılında fon yetersizliğinden dolayı kapatıldı.

1979 yılında dünyanın ilk manyetik kaldırma treni prototipi olan ve yolcu taşımacılığı hizmetleri sağlamak üzere lisanslanan Transrapid 05 ortaya çıktı.Hamburg'da 908 m uzunluğunda bir test pisti inşa edildi ve IVA 79 fuarında sunuldu. o kadar büyük ki Transrapid 05, fuarın bitiminden sonra üç ay daha başarıyla faaliyet göstererek toplamda yaklaşık 50 bin yolcu taşımayı başardı. Bu trenin maksimum hızı 75 km/saatti.

Ve ilk ticari manyetik uçak 1984 yılında İngiltere'nin Birmingham kentinde ortaya çıktı. Bir maglev demiryolu hattı, Birmingham Uluslararası Havaalanı terminalini ve yakındaki tren istasyonunu birbirine bağladı. 1984'ten 1995'e kadar başarıyla çalıştı. Hattın uzunluğu sadece 600 m idi ve lineer hatlı trenin ulaştığı yükseklik asenkron motor yol yüzeyinin üzerine çıktı - 15 milimetre. 2003 yılında yerine Cable Liner teknolojisine dayalı AirRail Link yolcu taşıma sistemi inşa edildi.

1980'lerde, yüksek hızlı manyetik kaldırma trenleri oluşturmaya yönelik projelerin geliştirilmesi ve uygulanması yalnızca İngiltere ve Almanya'da değil, Japonya, Kore, Çin ve ABD'de de başladı.

Nasıl çalışır

Mıknatısların temel özelliklerini 6.sınıf fizik derslerinden beri biliyoruz. Kalıcı bir mıknatısın kuzey kutbunu başka bir mıknatısın kuzey kutbuna yaklaştırırsanız birbirlerini iterler. Mıknatıslardan biri ters çevrilerek farklı kutupları birbirine bağlarsa çeker. Bu basit prensip, kısa bir mesafe boyunca ray üzerinde havada süzülen maglev trenlerinde bulunur.

Manyetik süspansiyon teknolojisi üç ana alt sisteme dayanmaktadır: havaya yükselme, stabilizasyon ve hızlanma. Aynı zamanda şu an Yalnızca kağıt üzerinde kanıtlanmış iki ana manyetik süspansiyon teknolojisi ve bir deneysel teknoloji vardır.

Elektromanyetik süspansiyon (EMS) teknolojisi üzerine inşa edilen trenler, havaya yükselme için gücü zamanla değişen bir elektromanyetik alan kullanır. burada pratik uygulama Bu sistem geleneksel demiryolu taşımacılığının işleyişine çok benzer. Burada, bir iletkenden (çoğunlukla metal) yapılmış T şeklinde bir ray yatağı kullanılır, ancak tren, tekerlek çiftleri yerine bir elektromıknatıs sistemi (destek ve kılavuzlar) kullanır. Destek ve kılavuz mıknatıslar, T şeklindeki yolun kenarlarında bulunan ferromanyetik statörlere paralel olarak yerleştirilmiştir. EMS teknolojisinin ana dezavantajı, destek mıknatısı ile stator arasındaki 15 milimetrelik ve özel olarak kontrol edilmesi ve ayarlanması gereken mesafedir. otomatik sistemler elektromanyetik etkileşimin değişken doğası da dahil olmak üzere birçok faktöre bağlıdır. Bu arada, kaldırma sistemi, destek mıknatıslarına yerleştirilmiş doğrusal jeneratörler tarafından yeniden şarj edilen, trene monte edilen piller sayesinde çalışıyor. Böylece trenin durması durumunda akülerle uzun süre havada kalabilecek. Transhızlı trenler ve özellikle Şangay Maglev, EMS teknolojisi temelinde inşa edilmiştir.

EMS teknolojisine dayalı trenler, destek mıknatısları ve üzerinde manyetik düzlemin asılı olduğu bir ray ile temsil edilen, düşük ivmeli bir senkron doğrusal motor kullanılarak tahrik edilir ve frenlenir. İle genel olarak, tahrik sistemi Kanvasın içine yerleştirilmiş, kanvasın tabanı boyunca yerleştirilmiş normal bir statordur (doğrusal bir elektrik motorunun sabit kısmı) ve destek elektromıknatısları da elektrik motorunun armatürü olarak çalışır. Böylece, bobinlerdeki alternatif akım, tork üretmek yerine, treni temassız olarak hareket ettiren uyarılmış dalgalardan oluşan bir manyetik alan üretir. Güç ve frekansta değişiklik alternatif akım trenin çekişini ve hızını ayarlamanıza olanak tanır. Aynı zamanda yavaşlamak için yön değiştirmeniz yeterlidir manyetik alan.

Elektrodinamik süspansiyon (EDS) teknolojisinin kullanılması durumunda havaya yükselme, tuvaldeki manyetik alan ile tren üzerindeki süper iletken mıknatısların oluşturduğu alanın etkileşimi ile gerçekleştirilir. Japon JR-Maglev trenleri EDS teknolojisi temel alınarak inşa edilmiştir. Yalnızca güç uygulandığında elektriği ileten geleneksel elektromıknatısları ve bobinleri kullanan EMS teknolojisinin aksine, süper iletken elektromıknatıslar, örneğin elektrik kesintisi sırasında güç kaynağı çıkarıldıktan sonra bile elektriği iletebilir. EDS sistemindeki bobinleri soğutarak oldukça fazla enerji tasarrufu sağlayabilirsiniz. Ancak daha fazlasını korumak için kullanılan kriyojenik soğutma sistemi Düşük sıcaklık bobinlerde oldukça pahalı olabilir.

EDS sisteminin ana avantajı yüksek stabilitesidir - levha ile mıknatıslar arasındaki mesafenin hafif bir azalmasıyla, mıknatısları orijinal konumlarına döndüren bir itme kuvveti ortaya çıkar, mesafenin artması ise itme kuvvetini azaltır ve artırır yine sistemin stabilizasyonuna yol açan çekici kuvvet. Bu durumda tren ile ray arasındaki mesafeyi kontrol etmek ve ayarlamak için herhangi bir elektronik cihaza ihtiyaç duyulmaz.

Doğru, burada da bazı dezavantajlar var - treni havaya kaldırmaya yetecek kuvvet yalnızca yüksek hızlarda meydana geliyor. Bu nedenle bir EDS treninin hareket edebilen tekerleklerle donatılması gerekir. düşük hızlar(100 km/saat'e kadar). Trenin teknik arızalar nedeniyle herhangi bir yerde durabilmesi nedeniyle rayın tüm uzunluğu boyunca da ilgili değişikliklerin yapılması gerekiyor.

EDS'nin diğer bir dezavantajı ise düşük hızlarda ağdaki itici mıknatısların önünde ve arkasında onlara karşı etki eden bir sürtünme kuvvetinin oluşmasıdır. JR-Maglev'in tamamen itici sistemi bırakıp yanal kaldırma sistemine yönelmesinin nedenlerinden biri de budur.

Yolcu bölümündeki güçlü manyetik alanların manyetik koruma kurulumunu gerektirdiğini de belirtmekte fayda var. Koruma olmadan, elektronik kalp pili veya manyetik depolama ortamı (HDD ve kredi kartları) taşıyan yolcuların böyle bir araçla seyahat etmesi kontrendikedir.

EDS teknolojisine dayalı trenlerdeki hızlanma alt sistemi, kutup değişiminden sonra statörlerin anlık olarak durması dışında EMS teknolojisine dayalı trenlerle aynı şekilde çalışır.

Şu anda yalnızca kağıt üzerinde bulunan, uygulamaya en yakın üçüncü teknoloji, etkinleştirilmesi için enerji gerektirmeyen Inductrack kalıcı mıknatıslara sahip EDS versiyonudur. Yakın zamana kadar araştırmacılar, kalıcı mıknatısların bir treni havaya kaldırmak için yeterli güce sahip olmadığına inanıyordu. Ancak bu sorun “Halbach dizisi” olarak adlandırılan diziye mıknatısların yerleştirilmesiyle çözüldü. Mıknatıslar, manyetik alan dizinin altında değil üstünde ortaya çıkacak şekilde yerleştirilmiştir ve trenin çok düşük hızlarda (yaklaşık 5 km/saat) havada kalmasını sağlayabilmektedir. Doğru, bu tür dizilerin maliyeti kalıcı mıknatıslarçok yüksek, bu yüzden henüz bu türden tek bir ticari proje yok.

Guinness Rekorlar Kitabı

Şu anda en çok listenin ilk satırı hızlı trenler Manyetik kaldırma, 2 Aralık 2003'te Yamanashi'deki test pistinde 581 km/saatlik rekor hıza ulaşmayı başaran Japon çözümü JR-Maglev MLX01 tarafından işgal ediliyor. JR-Maglev MLX01'in 1997 ile 1999 yılları arasında - 531, 550, 552 km/saat - daha birçok rekora sahip olduğunu belirtmekte fayda var.

En yakın rakiplerinize bakarsanız, aralarında Almanya'da inşa edilen ve 2003 yılındaki testler sırasında 501 km/saat hıza ulaşmayı başaran Shanghai maglev Transrapid SMT'yi ve onun atası Transrapid 07'yi not etmek gerekir. 1988'de 436 km/s hıza ulaşmıştı

Pratik uygulama

Mart 2005'te faaliyete geçen Linimo manyetik kaldırma treni, Chubu HSST tarafından geliştirildi ve halen Japonya'da kullanılıyor. Aichi Eyaletindeki iki şehir arasında sefer yapıyor. Maglev'in üzerinde durduğu kanvasın uzunluğu yaklaşık 9 km'dir (9 istasyon). Aynı zamanda Linimo'nun maksimum hızı 100 km/saattir. Bu, yalnızca lansmanının ilk üç ayında 10 milyondan fazla yolcu taşımasına engel olmadı.

Daha ünlüsü, yaratılan Şangay Maglev'dir. Alman şirketi Transrapid, 1 Ocak 2004'te faaliyete geçti. Bu maglev demiryolu hattı Şanghay Longyang Lu İstasyonunu Pudong Uluslararası Havaalanına bağlamaktadır. Toplam mesafe 30 km'yi tren yaklaşık 7,5 dakikada aşarak 431 km/saat hıza ulaşıyor.

Bir başka maglev demiryolu hattı da Güney Kore'nin Daejeon kentinde başarıyla faaliyet gösteriyor. UTM-02, 21 Nisan 2008'de yolcuların kullanımına sunuldu ve geliştirilmesi ve yaratılması 14 yıl sürdü. Maglev demiryolu hattı, yalnızca 1 km uzaklıktaki Ulusal Bilim Müzesi ile Sergi Parkı'nı birbirine bağlamaktadır.

Yakın gelecekte faaliyete geçecek manyetik kaldırma trenleri arasında Japonya'daki Maglev L0'ın testlerine yakın zamanda yeniden başlandığını belirtmekte fayda var. 2027 yılına kadar Tokyo-Nagoya hattında faaliyet göstermesi bekleniyor.

Çok pahalı oyuncak

Çok uzun zaman önce, popüler dergiler manyetik kaldırma trenlerini devrim niteliğinde ulaşım olarak adlandırıyordu ve bu tür sistemlerin yeni projelerinin başlatılması, hem özel şirketler hem de dünyanın dört bir yanından yetkililer tarafından kıskanılacak bir düzenlilikle rapor ediliyordu. Ancak bu görkemli projelerin çoğu ilk aşamalarda kapatılmış, bazı maglev demiryolu hatları ise kısa süreliğine halkın yararına hizmet etmeyi başarsa da daha sonra sökülmüştür.

Başarısızlığın temel nedeni maglev trenlerinin aşırı pahalı olmasıdır. Kendilerine özel olarak sıfırdan inşa edilmiş bir altyapıya ihtiyaç duyuyorlar ve bu da kural olarak proje bütçesinin en büyük gider kalemi. Örneğin, Şanghay Maglev'in Çin'e maliyeti 1,3 milyar dolar veya iki yönlü hattın 1 km'si başına 43,6 milyon dolar (tren oluşturma ve istasyon inşa etme maliyetleri dahil). Manyetik kaldırma trenleri havayollarıyla yalnızca daha uzun rotalarda rekabet edebilir. Ancak dünyada bir maglev demiryolu hattını değerli kılmaya yetecek kadar yolcu trafiğine sahip çok az yer var.

Sıradaki ne?

Şu anda maglev trenlerinin geleceği, büyük ölçüde bu tür projelerin fahiş yüksek maliyeti ve uzun geri ödeme süresi nedeniyle belirsiz görünüyor. Aynı zamanda birçok ülke yüksek hızlı demiryolu (YHT) projelerine büyük miktarda para yatırımı yapmaya devam ediyor. Kısa bir süre önce, Maglev L0 manyetik kaldırma treninin yüksek hızlı testleri Japonya'da yeniden başlatıldı.

Japon hükümeti ayrıca kendi manyetik kaldırma trenleriyle ABD'nin ilgisini çekmeyi umuyor. Geçtiğimiz günlerde Washington ile New York'u maglev demiryolu hattı kullanarak bağlamayı planlayan The Northeast Maglev şirketinin temsilcileri Japonya'ya resmi bir ziyaret gerçekleştirdi. Belki yüksek hızlı demiryolu ağının daha az verimli olduğu ülkelerde maglev trenleri daha da yaygınlaşacak. Örneğin ABD ve Büyük Britanya'da, ancak maliyetleri yine de yüksek kalacak.

Olayların gelişimi için başka bir senaryo daha var. Bilindiği gibi, manyetik kaldırma trenlerinin verimliliğini arttırmanın yollarından biri, mutlak sıfıra yakın sıcaklıklara soğutulduğunda tamamen kaybolan süper iletkenlerin kullanılmasıdır. elektrik direnci. Ancak devasa mıknatısları aşırı soğuk sıvıların bulunduğu tanklarda tutmak çok pahalıdır, çünkü istenilen sıcaklık, devasa “buzdolaplarına” ihtiyaç var ve bu da maliyeti daha da artırıyor.

Ancak hiç kimse yakın gelecekte fizik armatürlerinin süperiletken özelliklerini en düşük seviyede bile koruyan ucuz bir madde yaratabilme olasılığını dışlamıyor. oda sıcaklığı. Süperiletkenliğe ulaşıldığında yüksek sıcaklıklar Arabaları ve trenleri askıda tutabilecek güçlü manyetik alanlar o kadar erişilebilir hale gelecek ki, “uçan arabalar” bile ekonomik olarak ayakta kalabilecek. Bu yüzden laboratuvarlardan haber bekliyoruz.

Yakınlaştır-sunum:http://zoom.pspu.ru/sunumlar/145

1. Amaç

Manyetik kaldırma treni veya maglev(İngiliz manyetik kaldırma kelimesinden, yani “maglev” - manyetik düzlem), insanları taşımak için tasarlanmış, manyetik kuvvetler tarafından sürülen ve kontrol edilen, manyetik olarak asılı bir trendir (Şekil 1). Yolcu taşıma teknolojisini ifade eder. Geleneksel trenlerden farklı olarak hareket ederken ray yüzeyine temas etmez.

2. Ana parçalar (cihaz) ve amaçları

Bu tasarımın geliştirilmesinde farklı teknolojik çözümler mevcuttur (bkz. paragraf 6). Elektromıknatıslar kullanarak Transrapid treninin manyetik havaya kaldırılmasının çalışma prensibini ele alalım ( elektromanyetik süspansiyon, EMS) (İncir. 2).

Elektronik olarak kontrol edilen elektromıknatıslar (1) her arabanın metal “eteğine” tutturulmuştur. Özel bir rayın (2) alt tarafındaki mıknatıslarla etkileşime girerek trenin rayın üzerinde asılı kalmasını sağlarlar. Diğer mıknatıslar yanal hizalama sağlar. Ray boyunca, treni harekete geçiren manyetik bir alan oluşturan bir sarım (3) döşenir ( doğrusal motor).

3. Çalışma prensibi

Maglev treninin çalışma prensibi aşağıdaki fiziksel olaylara ve yasalara dayanmaktadır:

M. Faraday'ın elektromanyetik indüksiyon olgusu ve yasası

Lenz'in kuralı

Biot-Savart-Laplace yasası

1831'de İngiliz fizikçi Michael Faraday şunu keşfetti: elektromanyetik indüksiyon yasası, Vasıtasıyla İletken bir devre içindeki manyetik akıdaki bir değişiklik bu devreyi uyarır elektrik devrede güç kaynağı olmasa bile. Faraday'ın açık bıraktığı indüksiyon akımının yönü sorunu kısa süre sonra Rus fizikçi Emilius Christianovich Lenz tarafından çözüldü.

Kuzey kutbuna bir mıknatısın yerleştirildiği, bağlı bir pil veya başka bir güç kaynağı olmayan kapalı dairesel bir akım taşıma devresini düşünelim. Bu, döngüden geçen manyetik akıyı artıracak ve Faraday yasasına göre döngüde indüklenmiş bir akım görünecektir. Bu akım, Bio-Savart yasasına göre, özellikleri kuzey ve güney kutupları olan sıradan bir mıknatısın alanının özelliklerinden farklı olmayan bir manyetik alan oluşturacaktır. Lenz, indüklenen akımın, akımın oluşturduğu manyetik alanın kuzey kutbunun, sürülen mıknatısın kuzey kutbuna doğru yönlendirilecek şekilde yönlendirileceğini bulmayı başardı. Mıknatısların iki kuzey kutbu arasında karşılıklı itme kuvvetleri etkili olduğundan, devrede indüklenen endüksiyon akımı tam olarak mıknatısın devreye girişini engelleyecek yönde akacaktır. Ve bu sadece özel bir durumdur, ancak genelleştirilmiş bir formülasyonda Lenz kuralı, indüklenen akımın her zaman ona neden olan temel nedeni ortadan kaldıracak şekilde yönlendirildiğini belirtir.

Lenz'in kuralı, bugün manyetik kaldırma trenlerinde kullanılanın tam olarak aynısıdır. Böyle bir trenin vagonunun altına, çelik sacdan birkaç santimetre uzağa yerleştirilen güçlü mıknatıslar monte edilir (Şekil 3). Tren hareket ettiğinde, rayın konturundan geçen manyetik akı sürekli değişiyor ve içinde güçlü endüksiyon akımları ortaya çıkıyor, trenin manyetik süspansiyonunu iten güçlü bir manyetik alan yaratıyor (kontur arasında itici kuvvetlerin ortaya çıkmasına benzer) ve yukarıda açıklanan deneydeki mıknatıs). Bu kuvvet o kadar büyüktür ki, biraz hız kazandıktan sonra tren kelimenin tam anlamıyla birkaç santimetre raydan kalkar ve aslında havada uçar.

Kompozisyon, mıknatısların aynı kutuplarının itilmesi ve bunun tersine, farklı kutupların çekilmesi nedeniyle havaya kalkar. TransRapid treninin yaratıcıları (Şekil 1) beklenmedik bir manyetik süspansiyon şeması kullandılar. Aynı adı taşıyan kutupların itimini değil, zıt kutupların çekiciliğini kullandılar. Bir mıknatısın üzerine bir yük asmak zor değildir (bu sistem stabildir), ancak bir mıknatısın altına asmak neredeyse imkansızdır. Ancak kontrollü bir elektromıknatıs alırsanız durum değişir. Kontrol sistemi mıknatıslar arasındaki boşluğu birkaç milimetrede sabit tutar (Şekil 3). Boşluk arttıkça sistem, destekleyici mıknatıslardaki akım gücünü artırır ve böylece arabayı "çeker"; azaldıkça akım azalır ve boşluk artar. Programın iki ciddi avantajı var. Rayın manyetik elemanları hava şartlarının etkilerinden korunur ve ray ile tren arasındaki küçük boşluk nedeniyle alanları önemli ölçüde zayıflar; çok daha düşük akımlar gerektirir. Sonuç olarak, bu tasarıma sahip bir trenin çok daha ekonomik olduğu ortaya çıkıyor.

Tren ileri doğru hareket ediyor doğrusal motor. Böyle bir motorun şeritler halinde gerilmiş bir rotoru ve statoru vardır (geleneksel bir elektrik motorunda bunlar halkalar halinde yuvarlanır). Stator sargıları dönüşümlü olarak açılır ve hareketli bir manyetik alan oluşturulur. Lokomotif üzerine monte edilen stator bu alana çekilerek tüm treni hareket ettirir (Şekil 4, 5). . Teknolojinin temel unsuru, saniyede 4.000 kez frekansta dönüşümlü olarak akım besleyip keserek elektromıknatıslar üzerindeki kutupların değiştirilmesidir. Güvenilir bir çalışma elde etmek için stator ile rotor arasındaki boşluk beş milimetreyi geçmemelidir. Özellikle viraj alırken, yan süspansiyonlu yollar hariç, tüm monoray yol türlerinin özelliği olan, hareket sırasında arabaların sallanması nedeniyle bunu başarmak zordur. Bu nedenle ideal bir pist altyapısına ihtiyaç var.

Sistemin stabilitesi, mıknatıslama sargılarındaki akımın otomatik olarak düzenlenmesiyle sağlanır: sensörler sürekli olarak tren ile ray arasındaki mesafeyi ölçer ve elektromıknatıslardaki voltaj buna göre değişir (Şekil 3). Ultra hızlı kontrol sistemleri yol ile tren arasındaki boşluğu kontrol eder.

Tek frenleme kuvveti aerodinamik sürükleme kuvvetidir.

Yani, bir maglev treninin hareket şeması: arabanın altına destekleyici elektromıknatıslar yerleştirilmiştir ve rayın üzerine doğrusal bir elektrik motorunun bobinleri yerleştirilmiştir. Etkileşime girdiklerinde, arabayı yolun üzerine kaldıran ve ileri doğru çeken bir kuvvet ortaya çıkar. Sargılardaki akımın yönü sürekli olarak değişir ve tren hareket ettikçe manyetik alanlar değişir.

Destekleyici mıknatıslar, her istasyonda yeniden şarj edilen yerleşik pillerle (Şekil 4) çalıştırılır. Treni uçak hızlarına hızlandıran doğrusal elektrik motoruna, yalnızca trenin hareket ettiği bölümde akım sağlanır (Şekil 6 a). Bileşimin yeterince güçlü bir manyetik alanı, yol sargılarında akımı indükleyecek ve bunlar da bir manyetik alan yaratacaktır.

Trenin hızı arttığında veya yokuş yukarı gittiğinde enerji daha büyük bir güçle sağlanır. Yavaşlamanız veya ters yöne gitmeniz gerekiyorsa manyetik alan vektör değiştirir.

Video kliplere göz atın " Elektromanyetik İndüksiyon Yasası», « Elektromanyetik indüksiyon» « Faraday'ın deneyleri».

Pirinç. 6. b “Elektromanyetik İndüksiyon Yasası”, “Elektromanyetik İndüksiyon”, “Faraday Deneyleri” video parçalarından fotoğraflar.

İnsanlığın ilk buharlı lokomotifleri icat etmesinden bu yana iki yüz yıldan fazla zaman geçti. Ancak şimdiye kadar demiryolu kara taşımacılığı hem elektrik enerjisi kullanarak yolcu taşımakta hem de dizel yakıt, Çok yaygın.

Bütün bu yıllar boyunca mühendis-mucitlerin aktif olarak yaratmak için çalıştıklarını söylemeye değer. alternatif yollar hareket. Çalışmalarının sonucu trenlerdi manyetik pedler.

Görünüm tarihi

Manyetik kaldırma trenleri oluşturma fikri yirminci yüzyılın başında aktif olarak geliştirildi. Ancak o dönemde bu projenin hayata geçirilmesi çeşitli sebeplerden dolayı mümkün olmadı. Böyle bir trenin üretimi ancak 1969'da başladı. O zaman Almanya topraklarında yeni bir trenin geçeceği manyetik bir rota döşenmeye başlandı. araç daha sonra adı maglev treni olarak adlandırıldı. 1971 yılında denize indirildi. Transrapid-02 adı verilen ilk maglev treni manyetik rota üzerinden geçti.

İlginç bir gerçek, Alman mühendislerin, 1934'te manyetik düzlemin icadını doğrulayan bir patent alan bilim adamı Hermann Kemper'in bıraktığı notlara dayanarak alternatif bir araç üretmesidir.

Transrapid-02'ye pek hızlı denilemez. Birlikte hareket edebilirdi azami hız saatte 90 kilometre hızla. Kapasitesi de düşüktü; yalnızca dört kişi.

1979'da maglev'in daha gelişmiş bir modeli yaratıldı. "Transrapid-05" adını taşıyan uçak halihazırda 68 yolcu taşıyabiliyordu. Hamburg şehrinde bulunan ve uzunluğu 908 metre olan bir hat boyunca ilerledi. Bu trenin geliştirdiği hız saatte yetmiş beş kilometreye eşitti.

Ayrıca 1979'da Japonya'da başka bir maglev modeli piyasaya sürüldü. Buna "ML-500" adı verildi. manyetik kaldırma kuvvetiyle saatte beş yüz on yedi kilometreye varan hızlara ulaştı.

Rekabet gücü

Manyetik kaldırma trenlerinin ulaşabileceği hızlar kıyaslanabilir. Bu bakımdan bu tür ulaşım, bin kilometreye kadar mesafelerde çalışan havayollarına ciddi bir rakip haline gelebilir. Maglevlerin yaygın kullanımı, geleneksel demiryolu yüzeylerinde hareket edememeleri nedeniyle sekteye uğramaktadır. Manyetik kaldırma trenleri özel otoyolların inşasını gerektirir. Bu da büyük sermaye yatırımları gerektiriyor. Ayrıca maglev araçları için yaratılanların insan vücudunu olumsuz etkileyebileceği, bunun da sürücünün ve böyle bir güzergahın yakınında bulunan bölge sakinlerinin sağlığını olumsuz etkileyeceği düşünülüyor.

Çalışma prensibi

Manyetik kaldırma trenleri özel bir ulaşım türüdür. Hareket ederken maglev demiryolu hattının üzerinde ona dokunmadan süzülüyormuş gibi görünüyor. Bunun nedeni, aracın yapay olarak oluşturulan bir manyetik alanın gücüyle sürülmesidir. Maglev hareket ederken sürtünme yoktur. Bu durumda frenleme kuvveti aerodinamik sürüklemedir.

O nasıl çalışır? Her birimiz mıknatısların temel özelliklerini altıncı sınıf fizik derslerinden biliyoruz. İki mıknatıs kuzey kutuplarıyla birbirine yaklaştırılırsa birbirlerini iterler. Manyetik yastık adı verilen bir yastık yaratılır. Farklı kutuplar bağlandığında mıknatıslar birbirini çekecektir. Bu oldukça basit prensip, raylardan kısa bir mesafede kelimenin tam anlamıyla havada süzülen bir maglev treninin hareketinin temelini oluşturur.

Şu anda, manyetik bir yastığın veya süspansiyonun etkinleştirildiği iki teknoloji halihazırda geliştirilmiştir. Üçüncüsü deneyseldir ve yalnızca kağıt üzerinde mevcuttur.

Elektromanyetik süspansiyon

Bu teknolojiye EMS denir. Zamanla değişen elektromanyetik alanın gücüne dayanır. Maglev'in havaya yükselmesine (havada yükselmesine) neden olur. Bu durumda treni hareket ettirmek için iletkenden (genellikle metal) yapılmış T şeklinde raylara ihtiyaç vardır. Bu sayede sistemin işleyişi normale benzer demiryolu. Ancak trende tekerlek çiftleri yerine destek ve kılavuz mıknatıslar bulunur. T şeklindeki tabakanın kenarı boyunca yer alan ferromanyetik statörlere paralel olarak yerleştirilirler.

EMS teknolojisinin ana dezavantajı, stator ile mıknatıslar arasındaki mesafeyi kontrol etme ihtiyacıdır. Ve bu, kararsız doğa da dahil olmak üzere birçok faktöre bağlı olmasına rağmen, trenin ani durmasını önlemek için üzerine özel piller yerleştirilmiştir. İçlerindeki destek mıknatıslarını yeniden şarj ederek havaya yükselme sürecini uzun süre sürdürebilirler.

EMS teknolojisine dayalı trenlerin frenlenmesi, düşük ivmeli senkron lineer motorla gerçekleştirilir. Destek mıknatıslarının yanı sıra maglev'in üzerinde yüzdüğü bir yol yüzeyi ile temsil edilir. Trenin hızı ve itişi, üretilen alternatif akımın frekansı ve şiddeti değiştirilerek ayarlanabiliyor. Yavaşlamak için manyetik dalgaların yönünü değiştirmek yeterlidir.

Elektrodinamik süspansiyon

Maglev hareketinin iki alanın etkileşimi yoluyla gerçekleştiği bir teknoloji var. Bunlardan biri karayolu üzerinde, ikincisi ise trende yaratılmıştır. Bu teknolojiye EDS adı veriliyor. Temelinde inşa edildi Japon treni manyetik kaldırma JR-Maglev üzerinde.

Bu sistemin, geleneksel mıknatısların kullanıldığı, elektrik akımının yalnızca güç uygulandığında bobinlerden sağlandığı EMS'den bazı farklılıkları bulunmaktadır.

EDS teknolojisi sürekli bir elektrik tedariki anlamına gelir. Bu, güç kaynağı kapalı olsa bile gerçekleşir. Böyle bir sistemin bobinleri, önemli miktarda elektrik tasarrufu sağlayan kriyojenik soğutma ile donatılmıştır.

EDS teknolojisinin avantajları ve dezavantajları

Elektrodinamik süspansiyon üzerinde çalışan bir sistemin olumlu tarafı kararlılığıdır. Mıknatıslar ile tuval arasındaki mesafedeki hafif bir azalma veya artış bile itme ve çekme kuvvetleri tarafından düzenlenir. Bu, sistemin değişmeden kalmasını sağlar. Bu teknoloji sayesinde kontrol için elektronik kuruluma gerek yoktur. Bıçak ile mıknatıslar arasındaki mesafeyi ayarlayacak cihazlara gerek yoktur.

EDS teknolojisinin bazı dezavantajları bulunmaktadır. Bu nedenle, bileşimi havaya kaldırmaya yetecek bir kuvvet ancak yüksek hız. Maglevlerin tekerleklerle donatılmasının nedeni budur. Saatte yüz kilometreye varan hızlarda hareket etmelerini sağlarlar. Bu teknolojinin diğer bir dezavantajı ise düşük hızlarda itici mıknatısların ön ve arka kısmında oluşan sürtünme kuvvetidir.

Güçlü manyetik alan nedeniyle yolcu bölümüne özel koruma takılması gerekmektedir. Aksi takdirde elektronik kalp pili taşıyan kişinin seyahat etmesi yasaktır. Manyetik depolama ortamları (kredi kartları ve HDD'ler) için de koruma gereklidir.

Geliştirilmekte olan teknoloji

Şu anda sadece kağıt üzerinde var olan üçüncü sistem, EDS versiyonunda etkinleştirilmesi için enerji gerektirmeyen kalıcı mıknatısların kullanılmasıdır. Son zamanlarda bunun imkansız olduğu düşünülüyordu. Araştırmacılar, kalıcı mıknatısların bir trenin havaya kalkmasını sağlayacak güce sahip olmadığına inanıyordu. Ancak bu sorunun önüne geçildi. Bu sorunu çözmek için mıknatıslar bir "Halbach dizisine" yerleştirildi. Bu düzenleme, dizinin altında değil üstünde bir manyetik alanın oluşmasına yol açar. Bu, saatte yaklaşık beş kilometre hızla bile trenin havada kalmasını sağlamaya yardımcı olur.

Bu proje henüz pratik uygulamaya geçmemiştir. Bu açıklandı yüksek fiyat kalıcı mıknatıslardan yapılmış diziler.

Maglev'in avantajları

Manyetik kaldırma trenlerinin en çekici yönü, onların hedeflerine ulaşma olasılığıdır. yüksek hızlar Bu da gelecekte Maglev'lerin jet uçaklarıyla bile rekabet edebilmesini sağlayacak. Bu tip ulaşım elektrik tüketimi açısından oldukça ekonomiktir. Operasyonunun maliyeti de düşüktür. Bu, sürtünmenin olmaması nedeniyle mümkün olur. Maglevlerin düşük gürültüsü de sevindirici, bu da çevresel durum üzerinde olumlu bir etkiye sahip olacak.

Kusurlar

Maglev'lerin dezavantajı, onları oluşturmak için gereken miktarın çok fazla olmasıdır. Ray bakım maliyetleri de yüksektir. Ayrıca, dikkate alınan ulaşım türü, karmaşık bir sistem tuval ile mıknatıslar arasındaki mesafeyi kontrol eden yollar ve ultra hassas aletler.

Berlin'de

1980 yılında Almanya'nın başkentinde M-Bahn adı verilen ilk maglev tipi sistem açıldı. Yolun uzunluğu 1,6 km idi. Manyetik kaldırma treni hafta sonları üç metro istasyonu arasında çalışıyordu. Yolcular için seyahat ücretsizdi. Daha sonra şehrin nüfusu neredeyse iki katına çıktı. Yaratılış gerekti ulaşım ağları yüksek yolcu trafiği sağlama yeteneği ile. Bu nedenle 1991 yılında manyetik şerit sökülerek yerine metro inşaatına başlandı.

Birmingham

Bu Alman şehrinde 1984'ten 1995'e kadar düşük hızlı Maglev bağlantısı vardı. havaalanı ve tren istasyonu. Manyetik yolun uzunluğu sadece 600 m idi.

Şangay

Berlin'deki ilk manyetik demiryolu Alman şirketi Transrapid tarafından inşa edildi. Projenin başarısızlığı geliştiricileri caydırmadı. Araştırmalarına devam ettiler ve Çin hükümetinden ülkede bir maglev yolu inşa etme kararı alan bir emir aldılar. Şangay ve Pudong Havaalanı bu yüksek hızlı (450 km/saat'e kadar) rota ile birbirine bağlanmaktadır.
30 km uzunluğundaki yol 2002 yılında açıldı. Gelecek planlarda yolun 175 km'ye uzatılması da yer alıyor.

Japonya

Bu ülke 2005 yılında Expo-2005 fuarına ev sahipliği yaptı. Açılışı için 9 km uzunluğunda manyetik parkur devreye alındı. Hatta dokuz istasyon var. Maglev sergi mekanının bitişiğindeki alana hizmet veriyor.

Maglev'ler geleceğin taşımacılığı olarak kabul ediliyor. Zaten 2025 yılında Japonya gibi bir ülkede yeni bir süper otoyolun açılması planlanıyor. Manyetik kaldırma treni, yolcuları Tokyo'dan adanın orta kısmındaki bölgelerden birine taşıyacak. Hızı 500 km/saat olacak. Proje yaklaşık kırk beş milyar dolara ihtiyaç duyacak.

Rusya

Rus Demiryolları da hızlı tren yapmayı planlıyor. 2030 yılına kadar Rusya'daki Maglev, Moskova ile Vladivostok'u birbirine bağlayacak. Yolcular 9 bin 300 kilometrelik yolculuğu 20 saatte kat edecek. Manyetik kaldırma treninin hızı saatte beş yüz kilometreye ulaşacak.

• Manyetik kaldırma trenleri, geleneksel trenlere göre daha yüksek hızlara ulaşabilir.
• Manyetik kaldırma trenleri, geleneksel trenlere göre daha az gürültü üretir.
• Manyetik kaldırma trenleri yolcuların seyahat süresini azaltır.
• Manyetik kaldırma trenleri kaynakları kullanır elektrik enerjisi, atmosferi daha az kirletir.

Manyetik kaldırma trenlerinin dezavantajları

• Manyetik kaldırma trenleri normal trenlerden daha pahalıdır.
• Manyetik kaldırma trenleri personel için özel eğitim gerektirir.
• Süper iletken manyetik kaldırma trenleri, havaya yükselme oluşturmak için kullanılır güçlü elektromıknatıslar, ray üzerine monte edilmiştir. Bu durumda, yolcuları güçlü manyetik alanların etkilerinden koruma görevi ortaya çıkar.
• Gerilimdeki ani bir düşüş, süper iletken manyetik kaldırma tren vagonlarının rayların üzerine düşmesine neden olacaktır. Yüksek hızda bu tehlikeli olabilir (Inductrack tipi trenleri çalıştırırken, trenin tekerlekleri vagonların tamamen durana kadar ataletle hareket etmesine izin vereceğinden bu tür sorunlar ortaya çıkmaz).
• Güçlü bir yan rüzgar, manyetik kaldırma treninin çalışmasını bozabilir, arabaların yerini değiştirebilir ve raylarla temas etmelerine neden olabilir. Raydaki kar veya buz da sorunlara neden olabilir.

Soru

Süper iletken manyetik kaldırma trenindeki yolcuları güçlü manyetik alanlara maruz kalmaktan nasıl izole edebilirim?

Cevap

Taşıyıcılar veya en azından bölmeler, manyetik indüksiyon hatlarını bloke eden ferromanyetik bir malzemeden (örneğin çelik) yapılabilir. Ne yazık ki çelik, tren yapımında yaygın olarak kullanılan alüminyumdan çok daha ağırdır. Alüminyum ferromanyetik değildir ve kendisine akım uygulanmadığı sürece manyetik alanlardan koruma sağlamaz. yüksek voltaj yolcular için potansiyel olarak tehlikelidir.

Soru

Manyetik kaldırma treni dik bir tepeye veya dağa tırmanabilir mi? Fren yapmak için sürtünme gerekmediğinde yokuştan aşağı yuvarlanıp vadide mi kalacak?

Cevap

Manyetik kaldırma trenlerinde kullanılan doğrusal endüksiyon motorları, bu tür trenleri geleneksel trenlere göre daha dik yokuşlara kaldırma kapasitesine sahiptir. Üstelik lineer endüksiyon motorları ters frenlemeye geçerek trenin yer çekimine karşı çalışarak aşağı yuvarlanmasını önler.

Şangay Maglev Treni, dünyanın ilk ticari manyetik kaldırma demiryolu hattı olmasının yanı sıra Orta Krallık'taki en pahalı demiryolu projesidir.

Proje 1 Ocak 2004 tarihinde ticari işletmeye başlamıştır. Maliyeti yaklaşık 1,6 milyar ABD dolarıdır (10 milyar yuan).

Bu kadar yüksek maliyetler öncelikle şunlardan kaynaklanıyordu: çoğu Güzergah bataklık alanlardan geçiyor, bu nedenle inşaatçılar üst geçidin her desteği için beton bir ped inşa etmek zorunda kaldı (ve her 25 metrede bir çok sayıda var). Bu arada bazı yerlerde bu yastığın kalınlığı 70 m'ye ulaşıyor.

Bu arada, Şanghay Maglev hattı otoyolların en uzunu değil; uzunluğu Pudong Uluslararası Havaalanından Şangay'daki Longyang-Lu metro istasyonuna kadar sadece 30 kilometredir.

Ancak Şanghay Maglev bu mesafeyi (günün saatine bağlı olarak) yalnızca 7:20 veya 8:10 dakikada kat ediyor. Trenin maksimum hızı 431 km/saat, ortalama hızı ise yaklaşık 250 km/saattir.

Doğru, maksimum hızında yalnızca 1,5 dakika koşuyor çünkü bu kadar hızlanacak hiçbir yer yok ve mesafe çok büyük değil.

Hat, 15 ila 20 dakikalık servis aralıklarıyla 18.45 ila 21.30 saatleri arasında çalışmaktadır.

Ücret tek yön yaklaşık 7,3 USD'dir. Uçak bileti olan yolcular için – 5,81 USD. VIP biletlerin fiyatı standart biletlerin yaklaşık iki katıdır.