Είναι τα τρένα maglev η μεταφορά του μέλλοντος; Πώς λειτουργεί ένα τρένο Maglev;

2024 Συγγραφέας: Howard Calhoun | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2023-12-17 10:23

Έχουν ήδη περάσει περισσότερα από διακόσια χρόνια από τη στιγμή που η ανθρωπότητα εφηύρε τις πρώτες ατμομηχανές. Ωστόσο, οι επίγειες σιδηροδρομικές μεταφορές που μεταφέρουν επιβάτες και βαριά φορτία με τη χρήση ηλεκτρικής ενέργειας και καυσίμου ντίζελ εξακολουθούν να είναι πολύ συνηθισμένες.

Αξίζει να πούμε ότι όλα αυτά τα χρόνια, μηχανικοί και εφευρέτες εργάζονται ενεργά για τη δημιουργία εναλλακτικών τρόπων μετακίνησης. Το αποτέλεσμα της δουλειάς τους ήταν τρένα πάνω σε μαγνητικά μαξιλάρια.

Ιστορικό Εμφάνισης

Η ίδια η ιδέα της δημιουργίας τρένων σε μαγνητικά μαξιλάρια αναπτύχθηκε ενεργά στις αρχές του εικοστού αιώνα. Ωστόσο, δεν ήταν δυνατό να πραγματοποιηθεί αυτό το έργο εκείνη την εποχή για διάφορους λόγους. Η κατασκευή ενός τέτοιου τρένου ξεκίνησε μόλις το 1969. Τότε ήταν που τοποθετήθηκε μια μαγνητική τροχιά στο έδαφος της Ομοσπονδιακής Δημοκρατίας της Γερμανίας, κατά μήκος της οποίας επρόκειτο να περάσει ένα νέο όχημα, το οποίο αργότερα ονομάστηκε τρένο maglev. Εκτοξεύτηκε το 1971. Το πρώτο τρένο maglev, το οποίο ονομαζόταν Transrapid-02, πέρασε κατά μήκος της μαγνητικής τροχιάς.

Ένα ενδιαφέρον γεγονός είναι ότι Γερμανοί μηχανικοί έφτιαξαν ένα εναλλακτικό όχημα με βάση τα αρχεία που άφησε ο επιστήμονας Hermann Kemper, ο οποίος έλαβε δίπλωμα ευρεσιτεχνίας που επιβεβαίωνε την εφεύρεση του μαγνητικού αεροπλάνου το 1934.

Το "Transrapid-02" δύσκολα μπορεί να ονομαστεί πολύ γρήγορο. Μπορούσε να κινηθεί με μέγιστη ταχύτητα 90 χιλιομέτρων την ώρα. Η χωρητικότητά του ήταν επίσης χαμηλή - μόνο τέσσερα άτομα.

Το 1979, δημιουργήθηκε ένα πιο προηγμένο μοντέλο maglev. Αυτό το τρένο, που ονομάζεται «Transrapid-05», μπορούσε ήδη να μεταφέρει εξήντα οκτώ επιβάτες. Κινήθηκε κατά μήκος της γραμμής που βρίσκεται στην πόλη του Αμβούργου, το μήκος της οποίας ήταν 908 μέτρα. Η μέγιστη ταχύτητα που ανέπτυξε αυτό το τρένο ήταν εβδομήντα πέντε χιλιόμετρα την ώρα.

Το ίδιο 1979, ένα άλλο μοντέλο maglev κυκλοφόρησε στην Ιαπωνία. Την έλεγαν "ML-500". Το ιαπωνικό τρένο πάνω σε ένα μαγνητικό μαξιλάρι ανέπτυξε ταχύτητα έως και πεντακόσια δεκαεπτά χιλιόμετρα την ώρα.

Ανταγωνιστικότητα

Η ταχύτητα που μπορούν να αναπτύξουν τα τρένα με μαγνητικά μαξιλάρια μπορεί να συγκριθεί με την ταχύτητα των αεροπλάνων. Από αυτή την άποψη, αυτό το είδος μεταφοράς μπορεί να γίνει σοβαρός ανταγωνιστής εκείνων των αεροπορικών δρομολογίων που λειτουργούν σε απόσταση έως και χιλίων χιλιομέτρων. Η ευρεία χρήση των maglev εμποδίζεται από το γεγονός ότι δεν μπορούν να κινηθούν σε παραδοσιακές σιδηροδρομικές επιφάνειες. Τα τρένα σε μαγνητικά μαξιλάρια πρέπει να κατασκευάσουν ειδικούς αυτοκινητόδρομους. Και αυτό απαιτεί μεγάλη επένδυση κεφαλαίου. Πιστεύεται επίσης ότι το μαγνητικό πεδίο που δημιουργείται για τα maglev μπορεί να επηρεάσει αρνητικάτο ανθρώπινο σώμα, το οποίο θα επηρεάσει αρνητικά την υγεία του οδηγού και των κατοίκων περιοχών που βρίσκονται κοντά σε μια τέτοια διαδρομή.

Αρχή λειτουργίας

Τα τρένα με μαγνητικά μαξιλάρια είναι ένα ιδιαίτερο είδος μεταφοράς. Κατά τη διάρκεια της κίνησης, το maglev φαίνεται να αιωρείται πάνω από τις γραμμές του σιδηροδρόμου χωρίς να το αγγίζει. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι το όχημα ελέγχεται από τη δύναμη ενός τεχνητά δημιουργημένου μαγνητικού πεδίου. Κατά την κίνηση του maglev, δεν υπάρχει τριβή. Η δύναμη πέδησης είναι αεροδυναμική αντίσταση.

Πώς λειτουργεί; Καθένας από εμάς γνωρίζει για τις βασικές ιδιότητες των μαγνητών από τα μαθήματα φυσικής της έκτης τάξης. Εάν δύο μαγνήτες έρθουν μαζί με τους βόρειους πόλους τους, θα απωθούν ο ένας τον άλλον. Δημιουργείται ένα λεγόμενο μαγνητικό μαξιλάρι. Όταν συνδέετε διαφορετικούς πόλους, οι μαγνήτες θα έλκονται μεταξύ τους. Αυτή η μάλλον απλή αρχή βασίζεται στην κίνηση του τρένου maglev, το οποίο κυριολεκτικά γλιστρά μέσα στον αέρα σε ασήμαντη απόσταση από τις ράγες.

Επί του παρόντος, έχουν ήδη αναπτυχθεί δύο τεχνολογίες, με τη βοήθεια των οποίων ενεργοποιείται ένα μαγνητικό μαξιλάρι ή ανάρτηση. Το τρίτο είναι πειραματικό και υπάρχει μόνο στα χαρτιά.

Ηλεκτρομαγνητική ανάρτηση

Αυτή η τεχνολογία ονομάζεται EMS. Βασίζεται στην ισχύ του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου, το οποίο αλλάζει με την πάροδο του χρόνου. Προκαλεί αιώρηση (άνοδος στον αέρα) του maglev. Για την κίνηση του τρένου σε αυτή την περίπτωση απαιτούνται ράγες σχήματος Τ, οι οποίες είναι κατασκευασμένες απόαγωγός (συνήθως κατασκευασμένος από μέταλλο). Με αυτόν τον τρόπο, η λειτουργία του συστήματος είναι παρόμοια με έναν συμβατικό σιδηρόδρομο. Ωστόσο, στο τρένο, αντί για ζεύγη τροχών, τοποθετούνται μαγνήτες στήριξης και οδηγοί. Τοποθετούνται παράλληλα με τους σιδηρομαγνητικούς στάτορες που βρίσκονται κατά μήκος της άκρης του ιστού σε σχήμα Τ.

Το κύριο μειονέκτημα της τεχνολογίας EMS είναι η ανάγκη ελέγχου της απόστασης μεταξύ του στάτορα και των μαγνητών. Και αυτό παρά το γεγονός ότι εξαρτάται από πολλούς παράγοντες, συμπεριλαμβανομένης της ασταθούς φύσης της ηλεκτρομαγνητικής αλληλεπίδρασης. Για να αποφευχθεί η ξαφνική διακοπή του τρένου, τοποθετούνται ειδικές μπαταρίες σε αυτό. Είναι σε θέση να επαναφορτίζουν τις γραμμικές γεννήτριες που είναι ενσωματωμένες στους μαγνήτες στήριξης και έτσι να διατηρούν τη διαδικασία αιώρησης για μεγάλο χρονικό διάστημα.

Τα τρένα που βασίζονται στο EMS φρενάρουν από έναν σύγχρονο γραμμικό κινητήρα χαμηλής επιτάχυνσης. Αντιπροσωπεύεται από μαγνήτες στήριξης, καθώς και από το οδόστρωμα, πάνω από το οποίο αιωρείται το maglev. Η ταχύτητα και η ώθηση της σύνθεσης μπορούν να ελεγχθούν αλλάζοντας τη συχνότητα και την ισχύ του παραγόμενου εναλλασσόμενου ρεύματος. Για να επιβραδύνετε, απλώς αλλάξτε την κατεύθυνση των μαγνητικών κυμάτων.

Ηλεκτροδυναμική ανάρτηση

Υπάρχει μια τεχνολογία στην οποία η κίνηση του maglev συμβαίνει όταν αλληλεπιδρούν δύο πεδία. Ένα από αυτά δημιουργείται στον καμβά του αυτοκινητόδρομου και το δεύτερο δημιουργείται στο τρένο. Αυτή η τεχνολογία ονομάζεται EDS. Στη βάση του, κατασκευάστηκε ένα ιαπωνικό τρένο maglev JR–Maglev.

Αυτό το σύστημα έχει κάποιες διαφορές από το EMS, όπουσυνηθισμένοι μαγνήτες, στους οποίους τροφοδοτείται ηλεκτρικό ρεύμα από τα πηνία μόνο όταν εφαρμόζεται ρεύμα.

Η τεχνολογία EDS συνεπάγεται συνεχή παροχή ηλεκτρικής ενέργειας. Αυτό συμβαίνει ακόμα και αν η παροχή ρεύματος είναι απενεργοποιημένη. Στα πηνία ενός τέτοιου συστήματος εγκαθίσταται κρυογονική ψύξη, η οποία εξοικονομεί σημαντικά ποσά ηλεκτρικής ενέργειας.

Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα της τεχνολογίας EDS

Η θετική πλευρά ενός συστήματος που λειτουργεί με ηλεκτροδυναμική ανάρτηση είναι η σταθερότητά του. Ακόμη και μια ελαφρά μείωση ή αύξηση της απόστασης μεταξύ των μαγνητών και του καμβά ρυθμίζεται από τις δυνάμεις της απώθησης και της έλξης. Αυτό επιτρέπει στο σύστημα να βρίσκεται σε αμετάβλητη κατάσταση. Με αυτήν την τεχνολογία, δεν υπάρχει ανάγκη εγκατάστασης ηλεκτρονικών ελέγχου. Δεν χρειάζεται συσκευές να προσαρμόζουν την απόσταση μεταξύ του ιστού και των μαγνητών.

Η τεχνολογία EDS έχει ορισμένα μειονεκτήματα. Έτσι, η δύναμη που είναι επαρκής για να ανυψωθεί η σύνθεση μπορεί να προκύψει μόνο σε υψηλή ταχύτητα. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο τα maglev είναι εξοπλισμένα με τροχούς. Παρέχουν την κίνησή τους με ταχύτητες έως και εκατό χιλιόμετρα την ώρα. Ένα άλλο μειονέκτημα αυτής της τεχνολογίας είναι η δύναμη τριβής που δημιουργείται στο πίσω και στο μπροστινό μέρος των απωστικών μαγνητών σε χαμηλές ταχύτητες.

Λόγω του ισχυρού μαγνητικού πεδίου στο τμήμα που προορίζεται για επιβάτες, είναι απαραίτητο να τοποθετηθεί ειδική προστασία. Διαφορετικά, άτομο με βηματοδότη δεν επιτρέπεται να ταξιδέψει. Απαιτείται επίσης προστασία για μαγνητικά μέσα αποθήκευσης (πιστωτικές κάρτες και HDD).

Αναπτύχθηκετεχνολογία

Το τρίτο σύστημα, το οποίο προς το παρόν υπάρχει μόνο στα χαρτιά, είναι η χρήση μόνιμων μαγνητών στην παραλλαγή EDS, οι οποίοι δεν απαιτούν ενέργεια για να ενεργοποιηθούν. Μέχρι πρόσφατα, πίστευαν ότι αυτό ήταν αδύνατο. Οι ερευνητές πίστευαν ότι οι μόνιμοι μαγνήτες δεν είχαν τέτοια δύναμη που θα μπορούσε να προκαλέσει την αιώρηση του τρένου. Ωστόσο, αυτό το πρόβλημα αποφεύχθηκε. Για την επίλυσή του, οι μαγνήτες τοποθετήθηκαν στη διάταξη Halbach. Μια τέτοια διάταξη οδηγεί στη δημιουργία ενός μαγνητικού πεδίου όχι κάτω από τη συστοιχία, αλλά πάνω από αυτήν. Αυτό βοηθά στη διατήρηση της αιώρησης του τρένου ακόμη και με ταχύτητα περίπου πέντε χιλιομέτρων την ώρα.

Αυτό το έργο δεν έχει ακόμη υλοποιηθεί στην πράξη. Αυτό οφείλεται στο υψηλό κόστος των συστοιχιών από μόνιμους μαγνήτες.

Αξιοπρέπεια των maglevs

Η πιο ελκυστική πλευρά των τρένων maglev είναι η προοπτική επίτευξης υψηλών ταχυτήτων που θα επιτρέψουν στα maglev να ανταγωνιστούν ακόμη και με αεριωθούμενα αεροσκάφη στο μέλλον. Αυτό το είδος μεταφοράς είναι αρκετά οικονομικό όσον αφορά την κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας. Το κόστος για τη λειτουργία του είναι επίσης χαμηλό. Αυτό γίνεται δυνατό λόγω της απουσίας τριβής. Ο χαμηλός θόρυβος των maglev είναι επίσης ευχάριστος, ο οποίος θα έχει θετικό αντίκτυπο στην περιβαλλοντική κατάσταση.

Ελαττώματα

Το μειονέκτημα των maglev είναι ότι χρειάζονται πάρα πολλά για να τα φτιάξεις. Υψηλά είναι και τα έξοδα για τη συντήρηση της πίστας. Επιπλέον, ο εξεταζόμενος τρόπος μεταφοράς απαιτεί ένα πολύπλοκο σύστημα τροχιών και εξαιρετικά ακριβέςσυσκευές που ελέγχουν την απόσταση μεταξύ του καμβά και των μαγνητών.

Υλοποίηση έργου στο Βερολίνο

Στην πρωτεύουσα της Γερμανίας τη δεκαετία του 1980, έγιναν τα εγκαίνια του πρώτου συστήματος maglev που ονομάζεται M-Bahn. Το μήκος του καμβά ήταν 1,6 χλμ. Ένα τρένο Maglev περνούσε ανάμεσα σε τρεις σταθμούς του μετρό τα Σαββατοκύριακα. Το ταξίδι για τους επιβάτες ήταν δωρεάν. Μετά την πτώση του Τείχους του Βερολίνου, ο πληθυσμός της πόλης σχεδόν διπλασιάστηκε. Απαιτούσε τη δημιουργία δικτύων μεταφορών με δυνατότητα παροχής υψηλής επιβατικής κίνησης. Γι' αυτό το 1991 διαλύθηκε ο μαγνητικός καμβάς και στη θέση του ξεκίνησε η κατασκευή του μετρό.

Μπέρμιγχαμ

Σε αυτήν τη γερμανική πόλη, ένα maglev χαμηλής ταχύτητας συνδέθηκε από το 1984 έως το 1995. αεροδρόμιο και σιδηροδρομικός σταθμός. Το μήκος της μαγνητικής διαδρομής ήταν μόνο 600 μέτρα.

Ο δρόμος λειτούργησε για δέκα χρόνια και έκλεισε λόγω πολυάριθμων καταγγελιών επιβατών για την υπάρχουσα ταλαιπωρία. Στη συνέχεια, το monorail αντικατέστησε το maglev σε αυτό το τμήμα.

Σαγκάη

Ο πρώτος μαγνητικός δρόμος στο Βερολίνο κατασκευάστηκε από τη γερμανική εταιρεία Transrapid. Η αποτυχία του έργου δεν πτόησε τους προγραμματιστές. Συνέχισαν την έρευνά τους και έλαβαν εντολή από την κινεζική κυβέρνηση, η οποία αποφάσισε να κατασκευάσει μια πίστα maglev στη χώρα. Αυτή η διαδρομή υψηλής ταχύτητας (έως 450 km/h) συνέδεε το αεροδρόμιο της Σαγκάης με το Pudong. Ο δρόμος μήκους 30 km άνοιξε το 2002. Τα μελλοντικά σχέδια περιλαμβάνουν την επέκτασή του στα 175 km.

Ιαπωνία

Αυτή η χώρα φιλοξένησε μια έκθεση το 2005Expo-2005. Με το άνοιγμα του τέθηκε σε λειτουργία μαγνητική τροχιά μήκους 9 χλμ. Υπάρχουν εννέα σταθμοί στη γραμμή. Το Maglev εξυπηρετεί την περιοχή δίπλα στον εκθεσιακό χώρο.

Τα Maglev θεωρούνται η μεταφορά του μέλλοντος. Ήδη το 2025, σχεδιάζεται να ανοίξει ένας νέος αυτοκινητόδρομος σε μια χώρα όπως η Ιαπωνία. Το τρένο Maglev θα μεταφέρει επιβάτες από το Τόκιο σε μια από τις συνοικίες του κεντρικού τμήματος του νησιού. Η ταχύτητά του θα είναι 500 km/h. Περίπου σαράντα πέντε δισεκατομμύρια δολάρια θα χρειαστούν για την υλοποίηση του έργου.

Ρωσία

Η δημιουργία ενός τρένου υψηλής ταχύτητας σχεδιάζεται επίσης από τους Ρωσικούς Σιδηροδρόμους. Μέχρι το 2030, το maglev στη Ρωσία θα συνδέει τη Μόσχα με το Βλαδιβοστόκ. Οι επιβάτες θα ξεπεράσουν το μονοπάτι των 9300 χιλιομέτρων σε 20 ώρες. Η ταχύτητα του τρένου maglev θα φτάσει έως και πεντακόσια χιλιόμετρα την ώρα.