Как работают поезда на магнитной подушке

Маглев: будущее общественного транспорта

Маглев — самый быстрый на сегодняшний день вид общественного наземного транспорта в мире. Развивать колоссальные по меркам рельсовой техники скорости позволяет отсутствие трения между транспортным средством и треком благодаря электромагнитному полю, которое одновременно приподнимает его над землей и двигает вперед.

История технологии

Фундаментальные идеи магнитной левитации восходят к началу XX века. Принцип работы поезда на магнитной подушке описывали в своих трудах американские изобретатели Эмиль Бачелет и Роберт Годдар, а также профессор Томского технологического института Борис Вайнберг.

Немецкий инженер Герман Кемпер получил патент на первую концепцию магнитного левитирующего поезда в 1934 году, но первый рабочий прототип маглева был создан лишь в 1971 году немецкой компанией Krauss-Maffei под названием Transrapid-02.

Быстрый прогресс

Transrapid-05 в 1979 году стал первым поездом на магнитной подушке с лицензией на пассажирские перевозки. Эта модель экспонировалась на выставке IVA 79 в Гамбурге, а стал первым поездом ML500 в Японии, который достиг скорости 517 км/ч и установил мировой рекорд.

Советский маглев модели ТП-01 также привлек внимание многих стран, но планы расширения маглев-трасс в СССР не были осуществлены из-за распада страны.

Эксплуатация маглева

В 1984 году в Великобритании введена в эксплуатацию первая в мире коммерческая линия маглева AirRail Link. Она доставляла пассажиров со скоростью 42 км/ч из международного аэропорта Бирмингема до ближайшей железнодорожной станции. Однако из-за износа оборудования и дорогих замен трасса прекратила работу.

Опубликовано в альманахе Тренды рынка подвижного состава к международному железнодорожному салону PRO//Движение.Экспо 2023 года

Магнитная левитация — технология будущего, которая будет активно развиваться в различных странах. На данный момент линии с маглев-поездами работают в основном в Азии, но перспективы расширения использования этого быстрого и эффективного средства транспорта весьма обнадеживающи.

История магнитных поездов в Германии

Спустя 5 лет в 1989 году в Берлине открылась вторая коммерческая линия поезда на магнитной подвеске M-Bahn протяженностью 1,6 км с тремя станциями. Ее главной задачей было соединить разорванную Берлинской стеной систему подземного метро. Однако уже в 1992 году линию демонтировали, как и саму стену. После этого ни в одной европейской стране не было введено в эксплуатацию ни одной подобной трассы. В то же время технологии, развитые Германией, оказались критически важными для успеха китайских поездов на магнитной подвеске.

Импорт немецкого опыта в Китае

В 1999 году правительство Китая приступило к изучению строительства высокоскоростной железной дороги Пекин — Шанхай. Во время проведения ТЭО группа экспертов разошлась во мнениях относительно того, какую технологию следует использовать. Сюй Гуаньхуа, в то время заместитель министра науки и технологий, и некоторые эксперты высказались в пользу технологии магнитной подвески. Другая группа экспертов считала, что должна быть принята широко используемая в мире высокоскоростная технология колесо-рельс. В итоге эксперты пришли к консенсусу и решили сначала построить демонстрационную линию маглева для коммерческой эксплуатации, чтобы определить зрелость, доступность и экономику этой системы. В июне 2000 года было принято решение о строительстве линии в Шанхае.

Партнерство с немецкими компаниями

Технологическим партнером и поставщиком подвижного состава выступил консорциум Transrapid International, включавший немецкие Siemens и ThyssenKrupp. Компании имели богатый опыт наработок в этой области. С 1984 года на своем испытательном треке протяженностью 31,5 км, расположенном в регионе Эмсланд, они успели протестировать три модели маглевов. Последняя из них под названием Transrapid-08 и была поставлена в Китай (ее назвали SMT Transrapid). Именно с ней в 2006 году недалеко от немецкого Латена произошла авария по причине человеческого фактора, унесшая жизни 23 человек и приведшая в итоге к прекращению деятельности консорциума Transrapid в 2012 году.

Строительство и характеристики линии в Шанхае

Строительство линии маглева с двумя станциями в Шанхае велось в 2001-2003 годах. Она связала международный аэропорт Пудун со станцией метро Луньян-Лу. Расстояние почти в 30 км поезд преодолевает за 7-8 минут. Средняя рабочая скорость маглева составляет около 250 км/ч, максимальная скорость — 431 км/ч (ее поезд держит в течение одной-двух минут).

По сообщениям официальных китайских СМИ, линия обошлась в $38 млн за километр. Такие высокие расходы были обусловлены тем, что значительная часть трассы была проложена над заболоченной местностью, и строителям пришлось устанавливать опоры эстакады на специальные бетонные подушки, упирающиеся в скальное основание. Регулярные пассажирские перевозки начались в 2004 году.

Китайская Маглев-технология: История и Развитие

Консорциум Transrapid поставил для линии три поезда SMT Transrapid, которые можно эксплуатировать в трех-, четырех- и пятивагонной составности. Они управляются полностью дистанционно. Головной вагон вмещает 55 человек, хвостовой — 78 человек, промежуточные — по 110 человек.

В рамках соглашений о сотрудничестве с Transrapid была одобрена передача технологий, которая должна была позволить китайской стороне строить поезда на магнитной подвеске в значительной степени самостоятельно. Первый поезд местного производства, визуально идентичный немецкому SMT Transrapid, пополнил парк шанхайского маглева в январе 2011 года.

История развития технологий

Шанхайская линия никогда не была коммерчески прибыльной из-за непомерно высоких затрат на эксплуатацию и техническое обслуживание. Однако в Китае продолжают верить в перспективность этой технологии.

Создавая свои технологии

На данный момент в Китае функционируют четыре коммерческие линии, по которым курсируют поезда на магнитной подушке. Все они, за исключением шанхайской, являются низко- и среднескоростными.

В 2014 году началось строительство первой трассы на собственных технологиях в городе Чанша. Линия протяженностью 18,5 км с тремя станциями соединила международный аэропорт с южным вокзалом города. С начала строительства в проект было инвестировано около $750 млн. Паря на 8 мм над треком, в мае 2016 года первые поезда, получившие обозначение maglev 1.0, начали перевозку пассажиров. С этого времени берет начало история развития китайских технологий магнитной левитации.

Современное состояние технологий

Подвижной состав для линии поставил местный гигант железнодорожного машиностроения — государственная CRRC. Модель maglev 1.0 была рассчитана на эксплуатацию со скоростью до 120 км/ч, но максимальная скорость движения на линии была установлена в 100 км/ч. В результате поезд преодолевал 18,5 км за 19 минут 30 секунд. Маглев в трехвагонной составности вмещал 363 человека, включая 86 сидячих мест. В 2018 году он стал управляться системой автоведения.

В июле 2021 года на линии была запущена обновленная модель maglev 2.0. По сравнению с предыдущей ее максимальная эксплуатационная скорость была повышена до 140 км/ч, что сократило время в пути на три минуты, пассажировместимость тоже увеличилась и составила 500 человек.

Хотя проект пекинского маглева S1 и стартовал гораздо раньше чаншинского, в феврале 2011 года, но по ряду причин его реализация откладывалась. Линия с восьмью станциями протяженностью 10,2 км была введена в эксплуатацию в столице страны только в конце 2017 года. Для нее CRRC поставила парк из 10 шестивагонных маглев-поездов Linglong с кузовом из алюминиевого сплава. Каждый из них может вмещать 1302 пассажиров и курсирует по трассе с максимальной рабочей скоростью 100 км/ч.

Маглев в Китае: развитие технологий

Если три предыдущие линии обеспечивают перевозки пассажиров в городе, то линия Fenghuang Maglev в провинции Хунань является туристической и проходит через город Фэнхуан, включенный в число памятников Всемирного наследия ЮНЕСКО.

Первая фаза проекта была запущена в июле 2022 года: для пассажиров был открыт участок протяженностью 9,1 км с четырьмя станциями. На нем туристов перевозят трехвагонные поезда CRRC модели T01 с максимальной скоростью 100 км/ч. Подвижной состав традиционно для таких маршрутов оснащен панорамными окнами.

В конце этого года ожидается открытие еще одной туристической линии на магнитной подвеске — в Цинъюане. Первая очередь протяженностью 8,1 км с тремя станциями соединит железнодорожную станцию Иньчжань с тематическим парком Чимелонг. В долгосрочной перспективе протяженность линии должна составить 38,5 км. По ней будут курсировать трехвагонные поезда CRRC пассажировместимостью 500 человек. Эксплуатационная скорость должна составить 120 км/ч.

Готовясь к масштабам

Однако одной из главных амбиций современного Китая является освоение маглева на высоких скоростях. В сентябре 2019 года был опубликован План укрепления транспортного потенциала Китая. Документ был одобрен ЦК Коммунистической партии Китая и Госсоветом и описывает будущее видение и дорожную карту транспортного сектора страны. В частности, он содержит планы по разработке поездов на магнитном подвесе для скорости 600 км/ч и маглевов для работы в вакуумной среде.

В настоящее время в Китае представлены прототипы высокоскоростных маглев-поездов, работающих по двум разным технологиям: электромагнитного подвеса (EMS) и электродинамического подвеса (EDS).

Электромагнитная подвеска обеспечивает возможность движения на скоростях до 600 км/ч, в то время как электродинамическая подвеска ориентирована на работу в вакуумной среде. Технологии маглева продолжают развиваться, и в ближайшем будущем можем увидеть новые достижения в области высокоскоростного транспорта.

Системы электродинамической подвески во многих отношениях аналогичны EMS, но магниты используются для отталкивания поезда от направляющих, а не для их притяжения. Полотно такого поезда представляет собой U-образный желоб, по которому и передвигается состав. Также в отличие от EMS, в поездах EDS используются сверхохлаждаемые сверхпроводящие электромагниты, которые способны проводить электричество в течение короткого времени после отключения питания. Кроме того, поезда должны катиться на резиновых шинах, пока они не достигнут скорости отрыва около 100 км/ч. Поезд EDS способен левитировать почти на 10 см над направляющей.

Первый прототип головного вагона высокоскоростного маглева китайской разработки был представлен в мае 2019 года, а в июле 2021-го на заводе CRRC в Циндао публике был показан полноценный пятивагонный состав. Он работает по технологии EMS. В 2018 году сообщалось, что один из участников распавшегося консорциума Transrapid — ThyssenKrupp — работает с китайским производителем, уделяя особое внимание технологиям магнитной левитации.

CRRC заявляет, что эксплуатационная скорость поезда составит 600 км/ч, поэтому его планируется разогнать до 660 км/ч в рамках испытаний. Ускорение до 600 км/ч должно занимать 3,5 мин (22 км), торможение до 0 км/ч — 3 мин (15 км). Пока прототип тестируется на треке протяженностью 1,5 км в Шанхае, где нет возможности развить такую скорость. В перспективе ожидается ввод в эксплуатацию испытательной линии в Датуне протяженностью 60 км (на первом этапе ее длина составит 2 км, затем она расширится до 15 км). Поезд должен проходить кривые радиусом 350 м и преодолевать подъемы в 100 ‰. Заложено варьирование составности от 2 до 10 вагонов и вместимость до 904 пассажиров. Машина должна соответствовать уровню автоматизации GoA3.

В то же время CRRC совместно с Юго-Западным университетом Цзяотун и национальным перевозчиком China Railway разрабатывает маглев-поезд и по технологии EDS. Головной вагон такого маглева был презентован в начале 2021 года. По данным агентства «Синьхуа», инвестиции в его создание составили $9 млн. Заявляется, что маглев-поезд с использованием сверхпроводимости сможет разгоняться до 620 км/ч, а в перспективе — до 800 км/ч. Он испытывается на линии протяженностью 165 м в Чэнду. В прототипе используется углеродное волокно, что примерно вдвое уменьшает его вес по сравнению с вагонами высокоскоростных поездов. Также CRRC сейчас испытывает маглев-капсулу, работающую по аналогичной технологии. Разработчики считают, что ее скорость может достигать 600 км/ч и выше при эксплуатации в низковакуумной трубе.

Также в Китае под руководством аэрокосмической корпорации CASIC реализуется проект T-Flight. Предполагается, что он позволит организовать движение поезда по технологии Hyperloop: в низковакуумной среде со скоростью 1000 км/ч. Пока в рамках испытаний прототипа капсулы удавалось достигать скорости в 623 км/ч на испытательной линии в Датуне без разрежения атмосферы в трубе.

В то же время значительных шагов в сторону коммерческой реализации проектов высокоскоростных маглев-линий на данный момент не сделано. В феврале 2021 года в рамках 15-летнего плана, подготовленного Департаментом природных ресурсов китайской провинции Гуандун, было предложено выделить землю для строительства двух линий маглева с эксплуатационной скорости 600 км/ч: Пекин — Гонконг — Макао и Шанхай — Шэньчжэнь — Гуанчжоу. Предполагается, что маглев позволит сократить время в пути от Гуанчжоу до Пекина до менее 4-х часов, до Шанхая — до менее 3-х. Однако дальнейшего развития эти планы пока не получили.

Магнетизм — увлекательное явление, которое на протяжении веков пленяло любопытство ученых и студентов. В образовательной сфере эксперименты с магнетизмом — отличный способ познакомить учащихся 6-х классов с миром физики в увлекательной и практической форме. В этой статье мы рассмотрим некоторые творческие и образовательные идеи экспериментов по магнетизму, которые вызовут интерес учащихся и позволят им динамично учиться. Эти эксперименты, от создания самодельных магнитов до изучения магнитного притяжения, обещают стать незабываемым опытом для начинающих молодых ученых. Присоединяйтесь к нам в этом увлекательном путешествии в мир магнетизма!

Какие проекты можно реализовать с помощью магнитов

Опыты по магнетизму для учащихся 6 класса: веселые и познавательные идеи

Магниты – это увлекательные предметы, которые могут вызвать большой интерес у учащихся начальных классов. Эксперименты по магнетизму не только развлекательны, но и познавательны и помогают детям лучше понять соответствующие научные концепции. Здесь мы представляем некоторые идеи проектов, которые можно реализовать с помощью магнитов:

Это всего лишь несколько примеров проектов, которые можно реализовать с помощью магнитов. Ключевым моментом является поощрение любопытства и экспериментирования учащихся, чтобы они могли самостоятельно открыть для себя свойства и применение магнитов. Удачи в изучении магнетизма!

Какие опыты можно проводить с электромагнетизмом

Электромагнетизм — раздел физики, изучающий взаимосвязь между электричеством и магнетизмом. Эта дисциплина увлекательна и предлагает широкий спектр экспериментов, которые можно проводить, чтобы учащиеся 6-х классов могли изучить эту тему в увлекательной и познавательной форме.

Вот несколько идей для экспериментов по магнетизму, подходящих для учащихся этого возраста:

1. Эксперимент с компасом. Учащиеся могут построить свой собственный компас, используя магнитную стрелку, пробку и емкость с водой. Они будут наблюдать, как игла ориентирована по отношению к магнитному полю Земли, и узнают о сторонах света.

2. Эксперимент с магнитной левитацией. С помощью неодимовых магнитов и дорожки магнитной левитации учащиеся могут изучить, как магниты могут поднимать в воздух металлические предметы без какого-либо физического контакта. Этот эксперимент покажет вам основной принцип работы поездов на магнитной подвеске.

3. Эксперимент с магнитной силой. Используя стержневой магнит и различные металлические предметы, учащиеся могут исследовать, как меняется магнитная сила в зависимости от расстояния между магнитом и объектом. Вы сможете наблюдать, как некоторые предметы притягиваются или отталкиваются магнитом.

4. Эксперимент со статическим электричеством. Хотя этот эксперимент не имеет прямого отношения к электромагнетизму, он представляет собой интересный способ познакомить учащихся с миром электричества. Потирая различные материалы, такие как воздушные шары и волосы, учащиеся смогут наблюдать, как генерируются статические электрические заряды и как они взаимодействуют с другими объектами.

5. Эксперимент с катушкой Тесла. Это более сложный эксперимент, но он может стать интересным опытом для студентов. Создание небольшой катушки Теслы и наблюдение за генерацией электрических искр, прыгающих между выводами катушки, позволит вам понять, как работает передача энергии через электромагнитные поля.

Это лишь несколько примеров из множества экспериментов с магнетизмом, которые могут проводить ученики 6-го класса. Учителю важно контролировать и направлять учащихся во время экспериментов, обеспечивая соблюдение соответствующих мер безопасности.

Как создать самодельное магнитное поле

Магнетизм — это увлекательное явление, которое можно исследовать в увлекательной и познавательной форме в классе. Учащиеся 6-го класса находятся на идеальной стадии, чтобы начать понимать основные понятия магнетизма и проводить простые, но увлекательные эксперименты. В этой статье мы познакомим вас с идеей эксперимента: как создать самодельное магнитное поле.

Прежде чем приступить к эксперименту, важно, чтобы учащиеся поняли, что такое магнитное поле. Вы можете использовать простое объяснение, например: «Магнитное поле — это невидимая область вокруг магнита или объекта, создающего магнетизм». Это поможет подготовить почву для эксперимента.

Теперь перейдем к самому эксперименту. Для создания самодельного магнитного поля вам потребуются следующие материалы:

– Компас – Маленький магнит – кусок картона – Пара ножниц – Скотч

1. Начните с вырезания картонного прямоугольника длиной примерно 10 см и шириной 5 см.

2. Приклейте магнит скотчем в центр картонного прямоугольника. Убедитесь, что магнит надежно прикреплен.

3. Поместите компас в центр картонного прямоугольника, рядом с магнитом. Убедитесь, что стрелка компаса ориентирована на магнитный север.

4. Теперь понаблюдайте, как компас реагирует на магнитное поле, создаваемое магнитом. Вы увидите, как стрелка компаса отклонится и укажет на магнит.

Этот простой эксперимент позволяет учащимся непосредственно наблюдать, как создается магнитное поле и как оно влияет на другие объекты, например, на компас. Вы можете предложить им изучить различные конфигурации магнита и компаса, чтобы увидеть, как различаются результаты.

Кроме того, вы можете воспользоваться этим экспериментом, чтобы представить другие понятия, связанные с магнетизмом, такие как магнитные полюса и силы притяжения и отталкивания между магнитами.

Помните, что во время любого эксперимента важно подчеркнуть безопасность. Убедитесь, что учащиеся соблюдают безопасное расстояние между магнитами и любыми магниточувствительными объектами, такими как кредитные карты или электронные устройства.

Не увлекайтесь потоком скуки! Эти магнитные эксперименты для шестиклассников настолько увлекательны, что заставят вас сбиться с пути. Приготовьтесь к непреодолимому влечению к науке и позвольте себе быть очарованным волшебным миром магнетизма. Не сопротивляйтесь, будьте магнитом для образовательных развлечений!

Как работают поезда на магнитной подушке

Пока что такие поезда кажутся чем-то за гранью фантастики, однако в будущем их будет становиться всё больше. Вот что нужно знать о принципе работы маглевов.

Поезда на магнитной подушке, или маглевы, открывают новые горизонты в мире железнодорожного транспорта, обеспечивая высокие скорости и плавность хода. Основу этой технологии составляет принцип магнитной левитации. Рассмотрим, как работают маглевы и что стоит за этой инновационной технологией.

Суть технологии маглев заключается в использовании магнитных полей для подъема состава и его движения вперед. Поезда на магнитной подушке «летают» над рельсами, минимизируя трение, что традиционно сопровождает движение колесных поездов по рельсам.

Механизм движения маглевов

Создание магнитного поля осуществляется за счет электромагнитов, расположенных на борту поезда и в инфраструктуре железной дороги. Когда электромагниты активированы, они создают магнитное поле, которое поднимает поезд над рельсами и обеспечивает его движение.

Важным аспектом является управление магнитными полями таким образом, чтобы обеспечить стабильность и управляемость поезда. Системы управления мониторят положение поезда и регулируют магнитные поля для поддержания оптимального расстояния между поездом и рельсами.

Магнитные поля также используются для ускорения и замедления поезда. Изменение полярности магнитов позволяет создавать силы тяги и торможения, обеспечивая быстрое ускорение и безопасное замедление.

Движение поезда контролируется с помощью современных систем управления, которые обеспечивают плавный ход и высокую точность движения по маршруту. Это важно для обеспечения безопасности и комфорта пассажиров.

Преимущества технологии маглев многочисленны. Высокая скорость, достигаемая благодаря отсутствию трения, делает маглевы идеальным выбором для междугородного и межрегионального транспорта.

Кроме того, маглевы обладают высокой энергоэффективностью, поскольку меньшее количество энергии тратится на преодоление трения. Это делает их более экологичным выбором в сравнении с традиционными железнодорожными системами.

Технология маглев также способствует уменьшению шума и вибрации, что делает поезда на магнитной подушке более комфортными для пассажиров и менее мешающими для окружающей среды.

Развитие технологии маглев продолжает двигаться вперед, с улучшением систем управления, материалов и дизайна. Это обещает еще больше повысить скорость, эффективность и безопасность маглевов в будущем.

Внедрение маглевов в глобальную транспортную инфраструктуру может существенно изменить пейзаж железнодорожного транспорта, предложив более быстрые и эффективные решения для массового транспорта.

В заключение, маглевы представляют собой инновационную технологию, которая может революционизировать железнодорожный транспорт, делая его более быстрым, эффективным и удобным для пассажиров на глобальном уровне.

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 15 января 2024 года; проверки требует 1 правка.

Поезд на магнитной подушке, магнитопла́н или маглев (от англ. «магнитная левитация») — транспортный термин, поезд и трамвай, удерживаемый над полотном дороги, движимый и управляемый силой электромагнитного поля. Такой состав, в отличие от традиционных поездов и трамваев, в процессе движения не касается поверхности рельса. Так как между поездом и поверхностью полотна существует зазор, трение между ними исключается, и единственной тормозящей силой является аэродинамическое сопротивление. Относится к монорельсовому транспорту (хотя вместо магнитного рельса может быть устроен канал между магнитами — как на JR-Maglev).

Поезд на магнитной подвеске в Шанхае, Китай

На данный момент существует 3 основных технологии магнитного подвеса поездов:

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.

Поездка в поезде Transrapid по маршруту Шанхай — Аэропорт Пудун — Шанхай. Виды из салона и кабины поезда

Поезд Transrapid 08 на станции полигона Эмсланд

Transrapid, немецкая компания по разработке маглева, построила в 1984 году в Эмсланде испытательную дорогу общей длиной 31,5 км. Дорога проложена между Дёрпеном и Латеном, имеет одну колею с оборотными петлями на каждом конце. Поезда беспилотные, всё управление движением осуществляется из диспетчерского пункта. Максимальная скорость движения, которую удавалось достичь на прямом участке дороги во время испытаний, составила 501 км/ч. Разгон поездов на магнитной подушке до скорости магнитной левитации (около 180 км/ч) производится с помощью контактных рельсов.

M-Bahn в Берлине

Первая публичная система маглев (M-Bahn) построена в Западном Берлине в 1980-х годах.

После разрушения Берлинской стены население Берлина фактически удвоилось и потребовалось соединить транспортные сети Востока и Запада. Новая дорога прерывала важную линию метро, а городу требовалось обеспечить высокий пассажиропоток. Через 13 дней после ввода в промышленную эксплуатацию, 31 июля 1991 года, муниципалитет принял решение демонтировать магнитную дорогу и восстановить метро. C 17 сентября дорога была демонтирована, а позднее — восстановлено метро.

Нескоростной маглев-челнок ходил от Бирмингемского аэропорта к ближайшей железнодорожной станции в период с 1984 по 1995 годы. Длина трассы составляла 600 м, и зазор подвеса составлял 1,5 см. Дорога, проработав 10 лет, была закрыта из-за жалоб пассажиров на неудобства и была заменена традиционной монорельсовой дорогой.

Поезд Transrapid Шанхайского маглева

В Японии испытывается дорога в окрестностях префектуры Яманаси по технологии JR-Maglev. Скорость, достигнутая в процессе испытаний MLX01-901 с пассажирами 2 декабря 2003, составила 581 км/ч.