Перевод статьи из Википедии о высокоскоростном наземном транспорте с магнитным подвесом "Маглев"

Марьенков В.С., группа СУА – 07см

Ссылка на источник: http://en.wikipedia.org/wiki/Maglev_(transport)

       Maglev, или магнитно-летающий поезд - форма транспортировки, которая приостанавливает, ведет и продвигает транспортные средства (в основном поезда) с помощью электромагнитной силы. Этот способ передвижения более быстрый и тихий по сравнению с колесной общественной транспортной системой, потенциально достигая скоростей, сопоставимых с турбовинтовым насосом и реактивным самолетом (900 км/ч, 600 миль в час). Самая высокая зарегистрированная скорость поезда maglev - 581 км/ч (361 миль в час), достигнутая в Японии в 2003, это на 6 км/ч бoльше чем обычное TGV отчет скорости.
       История
       В 1960-ых, исследование maglev в Соединенных Штатах были недолгими. В Великобритании, однако, Эрик Лэйтвэйт спроектировал функциональный поезд maglev. Его maglev имел одну милю (1.6 км) колеи и был полностью проверен, но его исследование было закрыто в 1973 из-за нехватки финансирования, и его продвижение не было достаточно. В 1970-ых, Германия и Япония также начали исследование и после некоторых неудач, обе нации добились хороших результатов к 1990-ым. Однако, затраты связанные со сверхпроводником остаются барьером к широкому распространению данной технологии
       Первые патенты
       Патенты на высокоскоростные транспортные системы выдавались мноджеству изобретателей по всему миру. Ранние патенты Соединенных Штатов для поезда движимого линейным двигателем предоставлялись изобретателю, Альфред Зехден (Германия). Изобретатель получил U.S. Patent 782,312 (21 июня 1902) и U.S. Patent RE12,700 (21 августа 1907).. В 1907, другая ранняя электромагнитная система была разработана F. S. Смитом. Ряд немецких патентов для поездов на магнитной подушке с линейным двигателем были выданы Hermann Kemper между 1937 и 1941. Ранний современный тип поезда maglev был описан в U.S. Patent 3,158,765 , Магнитная система транспортировки, Г. R. Polgreen (25 августа 1959). Первое использование термина "maglev" было в патенте Соединенных Штатов "Руководство магнитного подвеса" созданный Canadian Patents and Development Limited.
       Гамбург, Германия 1979
       В этой информации есть конфликт. Transrapid 05 был первым поездом maglev с линейным движителем, лицензируемым для перевозки пассажиров. В 1979 линия длиной 908 м. была открыта в Гамбурге для Первой международной транспортной выставки (IVA 79). Интерес к проекту был так велик, что линия была увеличена спустя три месяца после окончания выставки, после перевозки более чем 50 000 пассажиров. Линия была пересобрана в Касселе в 1980.
       Бирмингем, Англия 1984–1995
       Всемирная первая коммерческая автоматизированная система была медленным maglev шаттлом, который курсировал от здания Бирмингемского международного аэропорта к соседней Бирмингемской международной железнодорожной станции с 1984 до 1995. Основанный на экспериментальной работе, уполномоченной британским правительством в лабораториях Британского железнодорожного исследовательского отдела в Дерби, длина линии была 600 метров (1 969 футов), и поезда "летели" в высоте 15 миллиметров (0.6 в). Линия использовалась в течение почти одиннадцати лет, но проблема морального износа электронных систем (нехватка запасных частей) сделали линию ненадежной в ее более поздних годах эксплуатации, и она была заменена канатной системой. Один из оригинальных вагонов теперь находится в аэропорту и большинством прохожих даже не подозревают о его существовании.
       Несколько благоприятных условий существовавших когда линия была построена.

1. Вагон весил 3 тонны, но было возможно увеличение веса до 8 тонн.
2. Электроэнергия была легко доступна.
3. Аэропорт и ж/д вокзал были удобными конечными станциями.
4. Требовалось только одно пересечение с общественной дорогой, и не использовались крутые повороты.
5. Земля принадлежала Железной дороге или Аэропорту.
6. Местные отрасли промышленности и власти были благосклонны.
7. Государственные вложения и раздельное владение линией привело к тому что ее стоимость не была высока.

       Япония, 1980-ые
       Скорости Маглев на испытательной линии Миядзаки регулярно превышали 517 км/ч до 1979, но после несчастного случая, который разрушил поезд, было решено создать новый проект. В течение 1980-ых годов продолжались тесты в Миядзаки перед переходом к намного большей и сложной испытательной линии (20 км длиной) в Yamanashi в конце 1990-ых.
       В Tsukuba, Япония (1985), HSST-03 (Linimo) обретает все большую популярность, не сморя на то, что двигается на скорости 30 км/ч и проезжает на низкой скорости по Тсукубской мировой выставке. В Окадзаки, Япония (1987), JR-Maglev совершил испытательную поездку во время проведения выставки в Окадзаки и ездит до сих пор.. В Saitama, Япония (1988), HSST-04-1 выставленный на выставке Saitama, проводимой в Kumagaya, и ездит до сих пор. Лучшая скорость в 30 км/ч. В Йокохама, Япония (1989), HSST-05 приобретает водительские права на выставке Йокохамы и проходит испытательную поездку. Максимальная скорость 42 км/ч.
       Ванкувер, Канада и Гамбург, Германия 1986-1988
       В Ванкувере, Канада (1986), JR-Maglev совершил испытательную поездку во время проведения транспортной выставки в Ванкувере и ездит до сих пор. В Гамбурге, Германия (1988), TR-07 представлял Гамбург на международной транспортной выставке (IVA88).
       Берлин, Германия 1989–1991
       В Западном Берлине, М. Bahn был построен в конце 1980-ых. Это была полностью автоматическая маглев система с 1.6-километровой линией, соединяющей три станции. Испытание с пасажиропотоком, началось в августе 1989, а регулярное использование началось в июле 1991. Хотя линия в значительной степени проходила на подвешенном путепроводе, она заканчивалась на станции метро Gleisdreieck, где она использовала платформу, которая не использовалась на то время; платформа была от той линии, которая шла из восточного Берлина. После падения Берлинской стены, было запланировано снова пустить эту линию (сегодняшний U2). Разрушение линии М. Bahn началось спустя два месяца после того, как она была пушена в регулярную эксплуатацию и было закончено в феврале 1992.
       Коммерческое использование
       Первый коммерческий Маглев был открыт в 1984 в Бирмингем, Англия. Он покрывало приблизительно 600 метров (1 969 футов) между аэропортом и railhub, и работал на скорости в 42 км/ч (26 миль в час), пока это не был в конечном счете закрыт в 1995 из-за проблем проекта и надежности.
       Самый известный быстродействующий maglev в настоящее время используемыц в коммерческих целях - линия демонстрации в Германии, построенный фирмой Трансрапид поезд в Шанхае, Китай. Ото транспортирует людей 30 км (18.6 миль) к аэропорту за 7 минут 20 секунд, достигая максимальной скорости 431 км/ч (268 миля в час), средняя скорость 250 км/ч (150 миль в час).
       Другие коммерчески используемые линии существуют в Японии, типа Linimo линия. По всему миру проекты Маглев рассматриваются на предмет их использования. В Японии на тестовой трассе вЯакаши, текущая технология маглева развивается,, но стоимость и иные проблемы остаются барьером для дальнейшего развития, но альтернативные технологии развиваются, чтобы решать эти проблемы.
       Технология
       Все эксплуатационное выполнение maglev совершенно не пожоже на обычный колесный транспорт и не совместимо с обычной рельсовой линией. Поскольку они не могут использовать существующую инфраструктуру, поезда маглев должны разрабатываться как отдельные системы транспортировки. Термин "maglev" относится не только к транспортным средствам, но и к железнодорожной системе, определенно разработанный для магнитного подвешивания и движения.
       Есть два первичных типа maglev технологии:

1. Электромагнитное подвешивание (ЭМП) - использует привлекательную магнитную силу магнита ниже рельса, чтобы поднять поезд.
2. Электродинамическое подвешивание (ЭДП) - используют отталкивающую силу между двумя магнитными полями, чтобы отодвинуть поезд от рельса.

       Другая экспериментальная технология, разработанная, доказанная математически, и запатентованная, но еще не построенная – магнитодинамическое подвешивание (МДП), использует притягивающую магнитную силу постоянного магнита к стальному рельсу, чтобы поддерживать и контролировать поезд.
       Электромагнитное подвешивание
       В современных системах ЭМП поезд левитирует над стальным рельсом в то время как электромагниты, присоединенные к поезду, распологаются ниже рельсов.Электромагниты с помощью обратной связи поддерживают постоянный зазор между поездом и рельсом примерно 15 мм.
       Электродинамическое подвешивание
       При электродинамическом подвешивании (ЭДП) и электромагнит и рельс генерируют магнитное поле, и поезд поднимаетмся с помощью отталкивающей силы между этими полями. Магнитное поле в поезде генерируется любыми электромагнитами (как в JR-Maglev) или множеством постоянных магнитов (как в Inductrack). Отталкивающая сила в рельсе создается индукционным магнитным полем в рельсах или другим способом.
       На медленных скоростях, магнитного поля недостаточно чторбы поддерживать поезд По этой причине поезд должен иметь колеса или некоторую другую форму приземляющегося механизма, чтобы поддержать поезд, пока оно не достигает скорости, которая может выдержать поднятие.
       Катушки толчка на вагоне используются, чтобы генерировать магнитное поле и заставить его продвинуться. Эти катушки называются – линейным двигателем. Переменный ток, текущий через катушки производит непрерывно переменное магнитное поле, которое продвигается по рельсу. Частота переменного тока синхронизирована, чтобы соответствовать скорости поезда. Погашение между областью, проявленной магнитами на поезде и прикладной области создает силу, продвигающую поезд.
       Магнитодинамическое подвешивание.
       Магнитодинамическое подвешивание (МДП) изобретение доктора. Oleg Tozoni, является подобным системе ЭМП, по которой подвес использует притягивающие силы, но отличается тем, что используются постоянные магниты, и стабильность встроенная в систему, непосредственно использует физико-механические системы, в противоположность компьютерным системам ЭМП. МДП основан на идее использовать минимум энергии для поддержания поезда. Простой способ объяснять это состоит в том, чтобы сравнить ЭМП с холмом, с минимальным количеством энергии на его сторонах, и МДП сравнить с долиной с минимумом в центре. Если Вы поместите шар в вершину холма и примените какую-нибудь силу к нему, то шар будет пробовать катиться вниз, и Вы должны были бы применить силу компенсации в другую сторону, чтобы держать равновесие. Как только шар добирается до вершины холма, он будет пробовать продолжать катить вниз в другую сторону, и будет снова необходима компенсирующая сила. Это - то, что делает ЭМП, когда используются системы стабилизации, чтобы увеличить или уменьшить силу электромагнитов, держа поезд подвешенным, и эта система неотъемлемо непостоянна, требуя постоянной внешней силы стабилизации. МДП, с другой стороны, больше походит на долину с минимумом энергии в центре. Требуется энергия отодвинуть шар от основания, и шар возвращается к основанию самостоятельно. Это возможно, потому что стальная магнитная проходимость высоко зависит от интенсивности магнитного потока в стали. В основном, чем больше Вы намагничиваете сталь, тем труднее намагнитить ее больше. Как только сталь становится полностью насыщаемой, магнит поднесенный к ней не будет увеличивать силу магнитного поля между магнитом и магнитно влажной сталью. Доктор. Tozoni выяснил, как создать магнитную изоляцию чтобы предотвратить утечку магнитного поля из рельса в окружающую среду, таким образом концентрируя магнитного поля в рельсах и насыщая их. МДП использует ряд магнитов, построенных таким способом, что, когда ряд магнитов приближается к стальному рельсу, полюс к полюсу, силы, тянущие поезд к стальным рельсам становятся намного более слабыми, чем горизонтальные, следовательно вынуждают магниты, быть подвешенными между рельсами. Когда два таких ряда магнитов устроены перпендикуляр друг к другу, более сильные силы уравновешивают более слабые силы, вынуждая поезд остаться уравновешенным между рельсами автоматически, таким образом держа поезд в минимальном пункте энергии; любой внешней силе, которая отодвигает поезд от точки покоя, противостоит сила, желающая вернуть поезд в эту точку.
       За и против различных технологий
       Каждый вид магнитного подвешивания имеет свои достоинства и недостатки. Только время может сказать точно какой из принципов будет более эффективен коммерчески.

       Ни Inductrack, ни сверхпроводящие электродинамические и магнитодинамический подвесы не в состоянии поднять неподвижное транспортное средство, хотя Inductrack обеспечивает поднятие на более низкой скорости. для этих систем требуются колеса. Система электромагнитный подвеса колес не требует
       Германский Transrapid, японский HSST (Linimo), и корейский Rotem электромагнитные маглевы поднимаются неподвижными, с помощью элетричества , извлеченного из путепровода с использованием мощных рельсов для последних двух и использование рельсов власти для последних двух, и беспроводно для Transrapid. Если питание путепровода теряется во время движения, Transrapid все еще в состоянии левитировать на скорости 10 км/ч, используя питание от бортовых батарей. С HSST и системами Rotem дело обстоит не так.
       Поступательное движение
       Система электромагнитного подвеса может предоставить как левитирование, так и поступательное движение с использованием бортового линейного двигателя. Электродинамические системы подвеса могут только поднять поезд, используя бортовые магниты, не продвигая это вперед. Также, транспортные средства нуждаются в некоторой другой технологии для поступательного движения. Линейный двигатель установленный на составе - одно из решений. На длинных расстояниях, стоимость катушек толчка может быть большой, можно использовать пропеллер или реактивный двигатель.
       Стабильность
       Теорема Ерншоу утверждает, что любая комбинация статических магнитов не может быть в устойчивом равновесии. Однако, различные системы подвеса достигают устойчивого поднятия, нарушая предположения теоремы Ерншоу. Теорема Ерншоу предполагает, что магниты являются статическими и неизменными по силе поля и что проводимость является постоянной везде. Системы электромагнитного подвеса полагаются на активную электронную стабилизацию. Такие системы постоянно измеряют зазор и, соответственно, регулируют поток электромагнита. Все системы электродинамического подвешивания являются двигающимися системами (никакая система электродинамического подвешивания не может поднять поезд, если он не двигается). Системы магнитодинамического подвешивания используют материалы с неоднородной магнитной проницаемостью.
       За и против маглев и обычных поездов.
       Поезда Маглев не совместимы с обычным путепроводом, и поэтому требуют новую инфраструктуру для всего маршрута. Контрастными являются высокоскоростные поезда, типа TGV которые в состоянии двигаться по существующим линиям на пониженной скорости, таким образом уменьшая расходы, где строительство новой инфраструктуры было бы особенно дорого (типа подходов к городским терминалам), или на ветвях, где плотность движение не окупит новую инфраструктуру.
       Из-за нехватки физического контакта между путепроводом и транспортным средством, Маглев не подвержены влиянию силы трения качения, воздействует только сопротивление воздуха и электромагнитное сопротивление, потенциально улучшающаяся коэффициет полезного действия.
       Вес большого электромагнита в системе электромагнитного подвеса и электродинамического подвеса являются главной проблемой проектов. Очень сильное магнитное поле обязано поднимать массивный поезд. По этой причине одна ветвь исследований использует сверхпроводники, чтобы улучшить эффективность электромагнитов.
       Высокая скорость некоторых поездов maglev приводит к звуковому сопровождению поезда из-за смещения воздушных масс, и громкость становится громче при повышении скорости. Исследования показали, что высокоскоростные поезда maglev на 5 децибелов более шумные чем традиционные поезда Однако, на низких скоростях, maglev практически бесшумен. Однако, встреча двух поездов двигающихся на скорости 1 000 км/ч была успешно продемонстрирована без проблем в Японии.
       Проблемы торможения и износа воздушный проводных путей достаточно актуальны для пассажирского экспресса Fastech 360. Маглев устранил бы эти проблемы, но не проблему зашумленности.
       Одно из преимуществ более высокой скорости maglev было бы расширением пригодной к эксплуатации области ( в радиусе 3 часов), который может преодолевать сверхзвуковой коммерческий самолет.
       Поскольку линейные двигатели должны быть подогнаны внутри состава или широко расставлены по всей длине линии, проект линии перспективен для чего-нибудь кроме услуг станция-к-станции. Кривые должны быть плавными и избегать изгиб, в то время как повороты являются очень длинными и должный избегать перерывов в потоке.
       Маглев нуждается в очень быстродействующих системах управления, чтобы поддержать устойчивую высоту выше путепровода; это требует осторожного проектирования для случая отказа, чтобы избежать падения на путепровод в случае колебания питания.
       Экономика
       Постройка шанхайского маглева стоила 9.93 миллиардов юаней (1.2 миллиарда долларов). Эта цифра включает затраты на инфраструктуру, производство и строительные затраты и обучение эксплуатационного персонала. 50 юаней с пассажира и текущие 7 000 пассажиров в день, этот доход от системы неспособен к возмещению затрат капитала (включая интерес при финансировании) при ожидаемом периоде эксплуатации системы, даже игнорируя эксплуатационные расходы.
       Китай стремится ограничить стоимость будущего строительства, расширяющего линию маглев приблизительно до 200 миллионов юаней (24.6 миллион $) на километр. Эти затраты сравнимы со строительством аэропорта (например, Гонконгский Аэропорт стоимость $20 миллиард, в 1998) и восьмиполосной межштатовой автомагистралью, которая стоила около $50 миллионов на милю ($31 миллион на километр) в США.
       В то время как высокоскоростные линии маглев весьма дороги в строительстве, они менее дороги в управлении и обслуживании чем традиционные высокоскоростные поезда, самолеты или междугородние автобусы. Данные шанхайского маглева указывают, что операции и затраты на обслуживание покрываются текущим относительно низким объемом в 7 000 пассажиров в день. Пассажирские объемы на линии Международного Аэропорта Pudong, как ожидают, повысятся неимоверно, как только линия будет полностью расширена от станции метро Longyang к вокзалу в центра Шанхая.
       Пассажирский экспресс maglev в Японии, предложенный Chuo Shinkansen, как оценивают, будет стоит приблизительно $82 миллиарда долларов, с маршрутом, проходящим по длинным туннелям в горах. Маршрут maglev Tokaido, заменяющий текущий Пассажирский экспресс будет стоить в 10 раз меньше, тк как не потребует строительства нового туннеля, но проблемы зашумленности сделали бы это неосуществимым.
       Единственный медленный maglev эксплуатируемый в настоящее время (100 км/ч) - японский Linimo HSST. Стоимость постройки приблизительно $100 миллион.дол./км. Кроме того предлагая меньшие затраты на использование и обслуживании по сравнению с другими системам транспорта, эти медленные maglevs обеспечивают ультравысокие уровни эксплуатационной надежности и производят мало шума и совршенно не загрязняют воздух в плотной городской обстановке.
       Так как системы маглев развиваются по всему миру, эксперты предпологают, что стоимости постройки понизятся, поскольку совершенствуются новые строительные методы.