Jesu li maglev vlakovi prijevoz budućnosti? Kako radi maglev vlak?

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zadnja promjena: 2023-12-17 10:29

Već je prošlo više od dvjesto godina od trenutka kada je čovječanstvo izumilo prve parne lokomotive. Međutim, kopneni željeznički prijevoz koji prevozi putnike i teške terete koristeći snagu električne energije i dizelskog goriva i dalje je vrlo čest.

Vrijedi reći da su svih ovih godina inženjeri i izumitelji aktivno radili na stvaranju alternativnih načina kretanja. Rezultat njihovog rada bili su vlakovi na magnetskim jastucima.

Povijest izgleda

Sama ideja stvaranja vlakova na magnetskim jastucima aktivno se razvijala početkom dvadesetog stoljeća. Međutim, taj projekt tada nije bilo moguće realizirati iz više razloga. Proizvodnja takvog vlaka započela je tek 1969. Tada je na teritoriju SR Njemačke položen magnetski kolosijek kojim je trebalo proći novo vozilo koje je kasnije nazvano maglev vlak. Pokrenut je 1971. Prvi maglev vlak, koji se zvao Transrapid-02, prošao je magnetskom prugom.

Zanimljiva je činjenica da su njemački inženjeri napravili alternativno vozilo na temelju zapisa koje je ostavio znanstvenik Hermann Kemper, koji je još 1934. godine dobio patent koji potvrđuje izum magnetske ravnine.

"Transrapid-02" se teško može nazvati vrlo brzim. Mogao se kretati maksimalnom brzinom od 90 kilometara na sat. Kapacitet mu je također bio nizak - samo četiri osobe.

Godine 1979. stvoren je napredniji model maglev. Ovaj vlak, nazvan "Transrapid-05", mogao je već prevesti šezdeset i osam putnika. Kretao se duž linije koja se nalazi u gradu Hamburgu, čija je duljina bila 908 metara. Maksimalna brzina koju je ovaj vlak razvio bila je sedamdeset pet kilometara na sat.

Iste 1979. u Japanu je objavljen još jedan model magleva. Zvala se "ML-500". Japanski vlak na magnetskom jastuku razvio je brzinu do petsto sedamnaest kilometara na sat.

Konkurentnost

Brzina koju mogu razviti vlakovi s magnetskim jastukom može se usporediti sa brzinom aviona. U tom smislu, ova vrsta prijevoza može postati ozbiljan konkurent onim zračnim rutama koje prometuju na udaljenosti do tisuću kilometara. Raširenu upotrebu magleva ometa činjenica da se ne mogu kretati po tradicionalnim željezničkim površinama. Vlakovi na magnetskim jastucima trebaju izgraditi posebne autoceste. A to zahtijeva velika ulaganja kapitala. Također se vjeruje da magnetsko polje stvoreno za maglev može negativno utjecatiljudsko tijelo, što će negativno utjecati na zdravlje vozača i stanovnika regija koje se nalaze u blizini takve rute.

Princip rada

Vlakovi s magnetskim jastukom posebna su vrsta prijevoza. Tijekom kretanja, maglev kao da lebdi iznad željezničke pruge ne dodirujući ga. To je zbog činjenice da vozilom upravlja sila umjetno stvorenog magnetskog polja. Tijekom kretanja magleva nema trenja. Sila kočenja je aerodinamički otpor.

Kako to funkcionira? Svatko od nas zna o osnovnim svojstvima magneta iz nastave fizike u šestom razredu. Ako se dva magneta spoje sa svojim sjevernim polovima, oni će se međusobno odbijati. Stvara se takozvani magnetski jastuk. Prilikom spajanja različitih polova magneti će se međusobno privlačiti. Ovaj prilično jednostavan princip temelji se na kretanju maglev vlaka, koji doslovno klizi kroz zrak na neznatnoj udaljenosti od tračnica.

Trenutno su već razvijene dvije tehnologije uz pomoć kojih se aktivira magnetni jastuk ili ovjes. Treći je eksperimentalni i postoji samo na papiru.

Elektromagnetski ovjes

Ova tehnologija se zove EMS. Temelji se na jačini elektromagnetskog polja, koje se mijenja tijekom vremena. Izaziva levitaciju (dizanje u zrak) magleva. Za kretanje vlaka u ovom slučaju potrebne su tračnice u obliku slova T, koje su izrađene odvodič (obično izrađen od metala). Na taj je način rad sustava sličan klasičnoj željeznici. Međutim, u vlaku su umjesto kotačnih parova ugrađeni magneti za potporu i vođenje. Postavljeni su paralelno s feromagnetskim statorima smještenim uz rub mreže u obliku slova T.

Glavni nedostatak EMS tehnologije je potreba za kontrolom udaljenosti između statora i magneta. I to unatoč činjenici da ovisi o mnogim čimbenicima, uključujući nestabilnu prirodu elektromagnetske interakcije. Kako bi se izbjeglo naglo zaustavljanje vlaka, na njega su ugrađene posebne baterije. Oni su u stanju napuniti linearne generatore ugrađene u potporne magnete i na taj način održati proces levitacije dugo vremena.

Vlakovi bazirani na EMS-u koče se sinkronim linearnim motorom s malim ubrzanjem. Predstavljaju ga potporni magneti, kao i kolnik, nad kojim lebdi maglev. Brzina i potisak sastava mogu se kontrolirati promjenom frekvencije i jačine generirane izmjenične struje. Za usporavanje, samo promijenite smjer magnetskih valova.

Elektrodinamički ovjes

Postoji tehnologija u kojoj se pomicanje magleva događa kada su dva polja u interakciji. Jedan od njih nastaje u platnu autoceste, a drugi nastaje u vlaku. Ova tehnologija se zove EDS. Na njegovoj osnovi izgrađen je japanski maglev vlak JR–Maglev.

Ovaj sustav ima neke razlike od EMS-a, gdjeobični magneti, na koje se električna struja dovodi iz zavojnica samo kada se napaja.

EDS tehnologija podrazumijeva stalnu opskrbu električnom energijom. To se događa čak i ako je napajanje isključeno. U zavojnice takvog sustava ugrađeno je kriogeno hlađenje koje štedi značajne količine električne energije.

Prednosti i nedostaci EDS tehnologije

Pozitivna strana sustava koji radi na elektrodinamičkom ovjesu je njegova stabilnost. Čak i neznatno smanjenje ili povećanje udaljenosti između magneta i platna regulirano je silama odbijanja i privlačenja. To omogućuje da sustav bude u nepromijenjenom stanju. S ovom tehnologijom nema potrebe za ugradnjom upravljačke elektronike. Nema potrebe da uređaji prilagođavaju udaljenost između mreže i magneta.

EDS tehnologija ima neke nedostatke. Dakle, sila dovoljna za levitaciju kompozicije može nastati samo pri velikoj brzini. Zato su maglevovi opremljeni kotačima. Omogućuju svoje kretanje brzinom do stotinu kilometara na sat. Drugi nedostatak ove tehnologije je sila trenja koja nastaje na stražnjoj i prednjoj strani odbojnih magneta pri malim brzinama.

Zbog jakog magnetskog polja u dijelu namijenjenom putnicima potrebno je postaviti posebnu zaštitu. Inače, osoba s pacemakerom ne smije putovati. Zaštita je također potrebna za magnetne medije za pohranu (kreditne kartice i HDD).

Razvijenotehnologija

Treći sustav, koji trenutno postoji samo na papiru, je korištenje trajnih magneta u EDS varijanti, koji ne zahtijevaju energiju da bi se aktivirali. Donedavno se vjerovalo da je to nemoguće. Istraživači su vjerovali da trajni magneti nemaju takvu silu koja bi mogla uzrokovati levitaciju vlaka. Međutim, ovaj problem je izbjegnut. Da bi se to riješilo, magneti su postavljeni u Halbachov niz. Takav raspored dovodi do stvaranja magnetskog polja ne ispod niza, već iznad njega. To pomaže u održavanju levitacije vlaka čak i pri brzini od oko pet kilometara na sat.

Ovaj projekt još nije dobio praktičnu implementaciju. To je zbog visoke cijene nizova izrađenih od trajnih magneta.

Dignity of maglevs

Najatraktivnija strana maglev vlakova je mogućnost postizanja velikih brzina koje će omogućiti maglevima da se natječu čak i s mlaznim zrakoplovima u budućnosti. Ova vrsta prijevoza je prilično ekonomična u smislu potrošnje električne energije. Troškovi njegovog rada također su niski. To postaje moguće zbog odsutnosti trenja. Ugodna je i niska buka magleva, što će pozitivno utjecati na stanje okoliša.

Nedostaci

Loša strana maglevova je ta što je potrebno previše za njihovu izradu. Visoki su i troškovi održavanja kolosijeka. Osim toga, razmatrani način prijevoza zahtijeva složen sustav gusjenica i ultra-precizanuređaji koji kontroliraju udaljenost između platna i magneta.

Provedba projekta u Berlinu

U glavnom gradu Njemačke 1980-ih je otvoren prvi maglev sustav pod nazivom M-Bahn. Duljina platna bila je 1,6 km. Maglev vlak je vikendom vozio između tri metro stanice. Putovanje za putnike bilo je besplatno. Nakon pada Berlinskog zida, stanovništvo se grada gotovo udvostručilo. Zahtijevalo je stvaranje prometnih mreža koje bi mogle osigurati visok promet putnika. Zato je 1991. magnetsko platno demontirano, a na njegovom mjestu počela je izgradnja podzemne željeznice.

Birmingham

U ovom njemačkom gradu, maglev male brzine povezan je od 1984. do 1995. godine. zračne luke i željezničke stanice. Duljina magnetske staze bila je samo 600 m.

Cesta je radila deset godina i zatvorena je zbog brojnih pritužbi putnika na postojeće neugodnosti. Nakon toga, monorail je zamijenio maglev u ovom dijelu.

Shanghai

Prvu magnetnu cestu u Berlinu izgradila je njemačka tvrtka Transrapid. Neuspjeh projekta nije odvratio programere. Nastavili su istraživanje i dobili su nalog kineske vlade, koja je odlučila izgraditi maglev stazu u zemlji. Ova brza (do 450 km/h) ruta povezivala je Šangaj i zračnu luku Pudong. Cesta duga 30 km otvorena je 2002. Budući planovi uključuju njeno proširenje na 175 km.

Japan

Ova zemlja bila je domaćin izložbe 2005. godineExpo-2005. Njegovim otvaranjem puštena je u rad magnetska staza dužine 9 km. Na liniji je devet stanica. Maglev opslužuje područje u blizini izložbenog prostora.

Maglevi se smatraju transportom budućnosti. Već 2025. planira se otvaranje nove superautoceste u zemlji poput Japana. Maglev vlak će prevoziti putnike iz Tokija u jednu od četvrti središnjeg dijela otoka. Brzina će mu biti 500 km/h. Za provedbu projekta bit će potrebno oko četrdeset pet milijardi dolara.

Rusija

Stvaranje brzog vlaka također planiraju Ruske željeznice. Do 2030. maglev u Rusiji povezat će Moskvu i Vladivostok. Putnici će put od 9300 km savladati za 20 sati. Brzina maglev vlaka dosezat će i do petsto kilometara na sat.