Файл: Транспорт на магнитной подушке.doc

МАОУ лицей «Морской технический»

Проект по физике по теме:

«Транспорт на магнитной подушке»

Автор проекта: Копач Михаил Викторович

Ученик 10 «Б» класса МАОУ лицея «МТ»

Научный руководитель: Падиарова Лариса Михайловна, учитель физики

2021г.

ВВЕДЕНИЕ

Сегодня поезда на магнитной подушке – самый быстрый наземный пассажирский транспорт. Все больше стран анонсирует строительство новых линий. Трудно поверить, что в 90-х годах прошлого века технология могла быть предана забвению

Актуальность: В век инновационных технологий транспорт на магнитной подушке с каждым днём становится всё более распространён. Но нужно понять, стоит ли строительство дорогого транспорта на магнитной подушке, именно этим обусловлена цель моего проекта.

Цель проекта: понять стоит ли переходить с обычных поездов на поезда на магнитной подушке

Задачи:

Изучить историю создания магнитной подушки
Изучить технологию работы магнитной подушки
Рассмотреть достоинства и недостатки
Рассмотреть различные модели
Понять перспективы развития
Сделать вывод

ЧАСТЬ 1. ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

ИСТОРИЯ СОЗДАНИЯ ПОЕЗДОВ НА МАГНИТНОЙ ПОДУШКЕ

Мечты о создании поездов на воздушных подушках захватили ученых еще в XIX веке, для них даже придумали название — маглев (от английского magnetic levitation — «магнитная левитация»). А уже в 1934 году патент на изобретение магнитоплана оформил инженер Герман Кемпер. Идея маглева кажется простой. Поезд удерживается в движении силой электромагнитного поля и перемещается, не касаясь поверхности. Раз нет контакта, то нет и трения, а значит, потенциально такой локомотив может разогнаться до скорости 400, 500, 600 и более километров в час. Главное — создать дизайн поезда, который бы с минимальными проблемами преодолевал аэродинамическое сопротивление. Правда, лишь в 1971 году первый маглев удалось построить в Германии. Для начала «тихоходный». В 1979 году на тестах одна из японских моделей разогналась выше 500 км/ч. Фантастические скоростные возможности поначалу завлекли инвесторов. В 1980-х в Германии поехал первый публичный M-Bahn. Затем магнитоплан заработал в Великобритании. Однако уже в середине 90-х в Европе не осталось ни одного маглева в коммерческой эксплуатации. Первый раунд борьбы с традиционными локомотивами они безнадежно проиграли. Их главным недостатком называли высокую стоимость создания путей и инфраструктуры. Но любая новая технология на начальном этапе стоит дорого. Также говорили, что маглевы подвела «неуниверсальность»: их инфраструктуру нельзя использовать для более дешевого транспорта. В свою очередь, по рельсам пускают и высокоскоростные поезда, и обычные пригородные электрички. Но и это не совсем так, ведь маглевы бывают городские (не разгоняющиеся более 150 км/ч) и скоростные.

Скорее всего, магнитопланы просто появились «не вовремя»: пути уже были созданы под традиционные поезда, а спрос на высокоскоростной наземный транспорт, который мог бы конкурировать с самолетами, еще не появился.
Возможно, история поездов на магнитных подушках так бы и не началась, но им повело: они приглянулись амбициозным покупателям из Азии, которые не слишком боялись расходов. И за последние 30 лет маглевы постепенно нащупали свою нишу на рынке.
Более того, сегодня число стартапов, связанных с созданием маршрутов для поездов на магнитных подушках, как минимум сопоставимо с количеством проектов, реализующих концепцию высокоскоростного движения с помощью Hyperloop (вакуумных поездов). Не исключено, что конкуренция между двумя технологиями в ближайшие годы заметно обострится.

ТЕХНОЛОГИЯ РАБОТЫ ПОЕЗДОВ НА МАГНИТНОЙ ПОДУШКЕ

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.

Наиболее активные разработки маглева ведут Германия, Япония, Китай и Южная Корея.

ДОСТОИНСТВА

Низкая стоимость создания и обслуживания колеи (стоимость постройки одного километра магнитной колеи - около 18 миллионов долларов, к примеру, проходка километра тоннеля метро закрытым способом - около 120 миллионов долларов).
Самая высокая скорость из всех видов общественного наземного транспорта.
Достаточно низкое потребление электроэнергии (энергия у маглева расходуется в три раза эффективнее, чем у автомобиля и в пять раз — чем у самолёта).
Снижение эксплуатационных затрат в связи со значительным уменьшением трения деталей.
Огромные перспективы по достижению скоростей, многократно превышающих скорости, используемые в реактивной авиации при уменьшении аэродинамического сопротивления путём помещения состава в вакуумный тоннель. В связи с этим прорабатываются проекты по использованию магнитных ускорителей в качестве средства вывода полезной нагрузки в космос.
Низкий шум.

НЕДОСТАТКИ

В то время как рельсовые пути стандартной ширины, перестроенные под скоростное движение, остаются доступными для обычных пассажирских и пригородных поездов, путь маглева ни для чего другого не пригоден; потребуются дополнительные пути для низкоскоростного сообщения.
Электромагнитное загрязнение, а также не нашедший на данный момент подтверждения загрязнение радиоспектра, который гипотетически мог бы отрицательно воздействовать на окружающую среду и здоровье людей. Возможны помехи в работе электроприборов.

ПРИМЕРЫ МОДЕЛЕЙ

Linimo HSST-100

Как ни парадоксально, маглев — это не всегда высокая скорость. Большинство поездов на воздушной подушке, которые сегодня уже перевозят пассажиров, ездят со скоростью порядка 100 км/ч или чуть выше. Создание инфраструктуры для таких маглевов обходится дешевле. Самая известная городская линия работает в Линимо (Нагоя). Она тянется 9 км и была открыта в 2005 году. По ней ходит поезд Linimo HSST-100 (High Speed Surface Transport) от компаний Chubu и Nippon Sharyo.
Вторая по известности ветка городских поездов на воздушной подушке работает в Южной Корее и связывает аэропорт Инчхон с пунктом Yongyoo-Mui. Также существует несколько трасс «воздушных» поездов в Китае. Одна из них даже интегрирована с пекинским метро.
Производители продвигают городские маглевы, работающие на электродвигателе, как бесшумные и экологичные, а значит, идеально подходящие для городской среды. Впрочем, большинство производителей таких моделей или путей все равно заинтересованы в реализации собственных высокоскоростных проектов.

Transrapid CMT

Тransrapid — самый известный поезд на магнитной подушке. Он стал символом современного Шанхая, его визитной карточкой. С 2004 года Transrapid SMT ходит по маршруту международный аэропорт Пудун — Шанхай. Пока это самый длинный маршрут поезда на магнитной подушке. Протяженность путей — порядка 30 км. За это расстояние поезд разгоняется свыше 430 км/ч.
Менее известно, что технология эта немецкая. Предшественник шанхайского маглева Transrapid 05 работал в Гамбурге на Международной транспортной выставке. В Германии технология не прижилась, а вот в Китае оказалась востребована.
Transrapid работает на базе технологии электромагнитного подвеса (EMS). Фактически поезд парит над рельсом благодаря специальным электромагнитам, которые удерживают его в равновесии и разгоняют по «трассе». Из-за этого поезд постоянно потребляет электроэнергию в ходе движения, что сказывается на стоимости использования.

JR Maglev

Этот поезд разработан Railway Technical Research Institute и Japan Railways. Долгое время именно модели этого производителя были самыми быстрыми и многократно переписывали рекорды. В 2015 году одна из них — «Синкансэн L0» — преодолела очередной психологический рубеж — 603 км/ч. Правда, пока ни одна из моделей JR-Maglev в коммерческую эксплуатацию так и не поступила и ездит по треку в районе префектуры Яманаси. Предполагается, что в 2027 году для него будет построена трасса, которая свяжет Токио, Нагою и Осаку. Ее общая протяженность превысит 400 км.
Разработчики поезда применили новую для своего времени технологию — электродинамического подвеса (EDS). JR-Maglev, в отличие от Transrapid, движется не по монорельсу, а в канале по двум рельсам. Электромагниты как бы выталкивают его вперед. Поезд оснащен и обычными колесами, которые использует на небольших скоростях (до 100 км/ч). Это экономичнее, но может обернуться недостатком: на небольших скоростях поезд сталкивается с силой трения, что приводит к ускоренному износу запчастей. При этом строительство путей для JR-Maglev, по экспертным оценкам, дороже, чем для Transrapid. Тем не менее сейчас поезда, использующие систему EDS, популярнее у инвесторов, чем те, которые работают по технологии EMS.

CRRC Train

Китайский производитель China Railway Rolling Stock Corporation (CRRC) создал широкий модельный ряд поездов на воздушной подушке. Среди них есть и высокоскоростные, и городские. Самый быстрый сможет разгоняться выше 600 км/ч, обещают в компании. В Китае планируется строительство десятка трасс для маглевов, и CRRC будет крупнейшим поставщиком подвижного состава для этих маршрутов.

В отличие от конкурентов китайцы применили еще одну, уже третью технологию работы поезда на воздушной подушке — постоянных магнитов. Иногда ее называют Inductrack. Для активации таких магнитов не требуется постоянный ток, они и так могут держать поезд в воздухе. Очевидно, что электроэнергии такой состав потребляет меньше. Но вот сами магниты гораздо дороже. Пока сложно сказать, станет ли эта технология столь же популярна, как уже проверенные EMS и EDS.

Spacetrain

Рост популярности поездов на магнитной подушке в Азии привел к тому, что некогда

забытая технология вернулась на родину, в Европу. Пока самый громкий проект маглева на континенте — Spacetrain. Уже в 2025 году производитель концепта обещает запустить линию Париж — Орлеан. Расстояние поезд будет преодолевать за 13 минут, при этом максимально Spacetrain обещают разогнать свыше 700 км/ч.

При этом технология работы нового маглева будет существенно отличаться от тех, что применяют в Азии. Производитель обещает отказаться от электромагнитов и держать поезд над трассой за счет надувной воздушной подушки. Магнитоплан в этом случае будет двигаться не по рельсам, а по выделенному асфальтовому полотну. Технология сама по себе не новая: в 70-х годах прошлого века ее использовали в проекте Aerotrain, который тоже планировали запустить во Франции. Хватит ли у инвесторов средств, чтобы конкурировать с концепциями проектов из Азии, покажет время.

Skytran

Американская компания Unimodal в партнерстве с агентством НАСА предложила еще один способ сделать маглевы более популярными. Производитель хочет позиционировать свой магнитоплан в премиумном сегменте. Ради этого поезда ужались до небольших вагонеток. Skytran рассчитан на несколько мест. Он должен передвигаться по выделенному монорельсу, но капсула будет не парить, а «подвешиваться» к трассе. По задумке инженеров, большую часть электроэнергии, необходимой для левитации и движения, магниты поезда Skytran будут получать от расположенных на опорах и капсулах солнечных панелей. Ожидается, что мини-поезд разгонится до 240 км/ч. Первый Skytran примет пассажиров на борт в Израиле и будет ходить по маршруту Эйлат — аэропорт Рамон. Правда, дата открытия еще не определена.