Những chuyến tàu maglev có phải là phương tiện di chuyển của tương lai? Làm thế nào để một tàu maglev hoạt động?

2024 Tác giả: Howard Calhoun | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2023-12-17 10:44

Đã hơn hai trăm năm trôi qua kể từ thời điểm loài người phát minh ra những đầu máy hơi nước đầu tiên. Tuy nhiên, vận tải đường sắt mặt đất vận chuyển hành khách và tải nặng sử dụng năng lượng điện và nhiên liệu diesel vẫn rất phổ biến.

Điều đáng nói là trong suốt những năm qua, các kỹ sư và nhà phát minh đã tích cực làm việc để tạo ra những cách di chuyển thay thế. Kết quả công việc của họ là những chuyến tàu trên đệm từ trường.

Lịch sử xuất hiện

Ý tưởng tạo ra tàu hỏa trên đệm từ trường đã được tích cực phát triển vào đầu thế kỷ XX. Tuy nhiên, dự án này đã không thể thành hiện thực vào thời điểm đó vì một số lý do. Việc chế tạo một đoàn tàu như vậy chỉ bắt đầu vào năm 1969. Sau đó, một đường ray từ trường đã được đặt trên lãnh thổ của Cộng hòa Liên bang Đức, cùng với đó một phương tiện mới sẽ đi qua, mà sau này được gọi là xe lửa maglev. Nó được hạ thủy vào năm 1971. Chuyến tàu maglev đầu tiên, được gọi là Transrapid-02, chạy dọc theo đường ray từ trường.

Một sự thật thú vị là các kỹ sư Đức đã tạo ra một phương tiện thay thế dựa trên hồ sơ của nhà khoa học Hermann Kemper, người đã nhận được bằng sáng chế xác nhận phát minh ra máy bay từ trường vào năm 1934.

"Transrapid-02" khó có thể được gọi là rất nhanh. Anh ta có thể di chuyển với tốc độ tối đa 90 km một giờ. Sức chứa của nó cũng thấp - chỉ có bốn người.

Năm 1979, một mô hình maglev tiên tiến hơn đã được tạo ra. Chuyến tàu này, được gọi là "Transrapid-05", đã có thể chở được sáu mươi tám hành khách. Anh đã di chuyển dọc theo tuyến đường nằm ở thành phố Hamburg, chiều dài của nó là 908 mét. Tốc độ tối đa mà đoàn tàu này phát triển là bảy mươi lăm km một giờ.

Cùng năm 1979, một mẫu maglev khác được phát hành tại Nhật Bản. Cô ấy được gọi là "ML-500". Tàu của Nhật Bản trên đệm từ trường đã phát triển tốc độ lên tới năm trăm mười bảy km một giờ.

Tính cạnh tranh

Tốc độ mà tàu đệm từ có thể phát triển có thể so sánh với tốc độ của máy bay. Xét về khía cạnh này, loại hình vận tải này có thể trở thành đối thủ nặng ký của những tuyến đường hàng không hoạt động với cự ly lên tới cả nghìn km. Việc sử dụng rộng rãi maglev bị cản trở bởi thực tế là chúng không thể di chuyển trên bề mặt đường sắt truyền thống. Các đoàn tàu trên đệm từ trường cần phải xây dựng các đường cao tốc đặc biệt. Và điều này cần vốn đầu tư lớn. Người ta cũng tin rằng từ trường được tạo ra cho maglev có thể ảnh hưởng tiêu cực đếncơ thể con người, sẽ ảnh hưởng xấu đến sức khỏe của người lái xe và cư dân của các khu vực nằm gần tuyến đường như vậy.

Nguyên tắc làm việc

Tàu đệm từ là một loại phương tiện giao thông đặc biệt. Trong quá trình di chuyển, maglev dường như bay lơ lửng trên đường ray mà không chạm vào nó. Điều này là do chiếc xe được điều khiển bởi lực của một từ trường nhân tạo. Trong quá trình chuyển động của maglev không có ma sát. Lực phanh là lực cản khí động học.

Nó hoạt động như thế nào? Mỗi chúng ta đều biết về những tính chất cơ bản của nam châm từ những bài học vật lý lớp sáu. Nếu đưa hai nam châm lại gần nhau cùng cực bắc thì chúng sẽ đẩy nhau. Một cái gọi là đệm từ được tạo ra. Khi nối các cực khác nhau, các nam châm sẽ bị hút vào nhau. Nguyên tắc khá đơn giản này làm cơ sở cho chuyển động của tàu maglev, theo nghĩa đen, nó lướt trong không khí ở một khoảng cách không đáng kể so với đường ray.

Hiện tại, hai công nghệ đã được phát triển, với sự trợ giúp của đệm từ tính hoặc hệ thống treo được kích hoạt. Thứ ba là thử nghiệm và chỉ tồn tại trên giấy.

Hệ thống treo điện từ

Công nghệ này được gọi là EMS. Nó dựa trên cường độ của trường điện từ, thay đổi theo thời gian. Nó gây ra sự bay lên (bay lên trong không khí) của maglev. Đối với chuyển động của đoàn tàu trong trường hợp này, cần có ray hình chữ T, được làm bằngdây dẫn (thường làm bằng kim loại). Theo cách này, hoạt động của hệ thống tương tự như đường sắt thông thường. Tuy nhiên, trong đoàn tàu, thay vì các cặp bánh xe, người ta lắp các nam châm hỗ trợ và dẫn hướng. Chúng được đặt song song với các stato sắt từ nằm dọc theo mép của mạng hình chữ T.

Nhược điểm chính của công nghệ EMS là cần phải kiểm soát khoảng cách giữa stator và nam châm. Và điều này mặc dù thực tế là nó phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm cả bản chất không ổn định của tương tác điện từ. Để tránh tàu dừng đột ngột, người ta lắp pin đặc biệt trên đó. Họ có thể sạc lại các máy phát điện tuyến tính được tích hợp trong các nam châm hỗ trợ, và do đó duy trì quá trình bay trong một thời gian dài.

Tàu dựa trên EMS được hãm bằng một động cơ tuyến tính đồng bộ gia tốc thấp. Nó được biểu thị bằng các nam châm hỗ trợ, cũng như con đường mà các maglev bay qua. Tốc độ và lực đẩy của thành phần có thể được kiểm soát bằng cách thay đổi tần số và cường độ của dòng điện xoay chiều được tạo ra. Để làm chậm lại, chỉ cần thay đổi hướng của sóng từ.

Hệ thống treo điện động

Có một công nghệ trong đó chuyển động của maglev xảy ra khi hai trường tương tác. Một trong số chúng được tạo trên canvas đường cao tốc và bức thứ hai được tạo trên tàu. Công nghệ này được gọi là EDS. Trên cơ sở đó, một chuyến tàu điện từ Nhật Bản JR – Maglev đã được xây dựng.

Hệ thống này có một số điểm khác biệt so với EMS, ở đónam châm thông thường, dòng điện chỉ được cung cấp từ các cuộn dây khi có nguồn điện.

Công nghệEDS ngụ ý cung cấp điện liên tục. Điều này xảy ra ngay cả khi nguồn điện bị tắt. Làm mát bằng đông lạnh được lắp đặt trong các cuộn dây của hệ thống như vậy, giúp tiết kiệm lượng điện đáng kể.

Ưu nhược điểm của công nghệ EDS

Mặt tích cực của hệ thống chạy bằng hệ thống treo điện động lực học là tính ổn định của nó. Ngay cả việc giảm hoặc tăng một chút khoảng cách giữa nam châm và tấm bạt cũng được điều chỉnh bởi lực đẩy và lực hút. Điều này cho phép hệ thống ở trạng thái không thay đổi. Với công nghệ này, không cần cài đặt thiết bị điện tử điều khiển. Không cần thiết bị điều chỉnh khoảng cách giữa web và nam châm.

Công nghệEDS có một số nhược điểm. Do đó, lực đủ để đẩy thành phần chỉ có thể phát sinh ở tốc độ cao. Đó là lý do tại sao các maglev được trang bị bánh xe. Chúng cung cấp chuyển động của chúng với tốc độ lên đến một trăm km một giờ. Một nhược điểm khác của công nghệ này là lực ma sát tạo ra ở phía sau và phía trước của nam châm đẩy ở tốc độ thấp.

Do từ trường mạnh trong khu vực dành cho hành khách, cần phải lắp đặt bảo vệ đặc biệt. Nếu không, người có máy tạo nhịp tim không được phép đi du lịch. Bảo vệ cũng cần thiết cho phương tiện lưu trữ từ tính (thẻ tín dụng và ổ cứng).

Đã phát triểncông nghệ

Hệ thống thứ ba, hiện chỉ tồn tại trên giấy, là sử dụng nam châm vĩnh cửu trong biến thể EDS, không cần năng lượng để kích hoạt. Cho đến gần đây, người ta tin rằng điều này là không thể. Các nhà nghiên cứu tin rằng nam châm vĩnh cửu không có một lực như vậy có thể khiến đoàn tàu bay lên. Tuy nhiên, vấn đề này đã được tránh. Để giải quyết nó, các nam châm được đặt trong mảng Halbach. Sự sắp xếp như vậy dẫn đến việc tạo ra một từ trường không nằm dưới mảng mà ở trên nó. Điều này giúp duy trì hướng bay của tàu ngay cả với tốc độ khoảng năm km một giờ.

Dự án này vẫn chưa được triển khai thực tế. Điều này là do chi phí cao của các mảng làm bằng nam châm vĩnh cửu.

Phẩm giá của pháp sư

Điểm hấp dẫn nhất của tàu lửa maglev là triển vọng đạt được tốc độ cao cho phép tàu maglev có thể cạnh tranh ngay cả với máy bay phản lực trong tương lai. Đây là loại hình vận tải khá tiết kiệm điện năng tiêu thụ. Chi phí cho hoạt động của nó cũng thấp. Điều này trở nên khả thi do không có ma sát. Tiếng ồn thấp của maglev cũng rất dễ chịu, điều này sẽ có tác động tích cực đến tình hình môi trường.

Flaws

Nhược điểm của maglev là phải mất quá nhiều thời gian để tạo ra chúng. Chi phí bảo trì đường đua cũng cao. Ngoài ra, phương thức vận tải được coi là yêu cầu một hệ thống đường ray phức tạp và siêu chính xácthiết bị kiểm soát khoảng cách giữa canvas và nam châm.

Thực hiện dự án tại Berlin

Tại thủ đô của Đức vào những năm 1980, việc khai trương hệ thống maglev đầu tiên được gọi là M-Bahn đã diễn ra. Chiều dài của tấm bạt là 1,6 km. Một chuyến tàu maglev chạy giữa ba ga tàu điện ngầm vào cuối tuần. Đi lại cho hành khách đã được miễn phí. Sau khi Bức tường Berlin sụp đổ, dân số của thành phố gần như tăng gấp đôi. Nó đòi hỏi phải tạo ra các mạng lưới giao thông với khả năng cung cấp lưu lượng hành khách cao. Đó là lý do tại sao vào năm 1991, tấm bạt từ tính đã được tháo dỡ và việc xây dựng tàu điện ngầm bắt đầu ở vị trí của nó.

Birmingham

Tại thành phố của Đức này, một tuyến đường sắt tốc độ thấp được kết nối từ năm 1984 đến năm 1995. sân bay và nhà ga. Chiều dài của đường dẫn từ chỉ là 600 m.

Con đường hoạt động trong mười năm và bị đóng cửa do nhiều lời phàn nàn từ hành khách về sự bất tiện hiện có. Sau đó, monorail đã thay thế maglev trong phần này.

Thượng Hải

Con đường từ tính đầu tiên ở Berlin do công ty Transrapid của Đức xây dựng. Sự thất bại của dự án đã không làm nản lòng các nhà phát triển. Họ tiếp tục nghiên cứu và nhận được lệnh từ chính phủ Trung Quốc, chính phủ đã quyết định xây dựng một đường đua maglev tại nước này. Tuyến đường tốc độ cao (lên đến 450 km / h) này kết nối Thượng Hải và Sân bay Phố Đông. Con đường dài 30 km được mở vào năm 2002. Các kế hoạch trong tương lai bao gồm việc mở rộng nó lên 175 km.

Nhật

Đất nước này đã tổ chức một cuộc triển lãm vào năm 2005Hội chợ triển lãm 2005. Khi khai trương, một đường ray từ trường dài 9 km đã được đưa vào hoạt động. Có chín trạm trên đường dây. Maglev phục vụ khu vực liền kề với địa điểm triển lãm.

Maglev được coi là phương tiện giao thông của tương lai. Vào năm 2025, dự kiến sẽ mở một đường siêu cao tốc mới ở một quốc gia như Nhật Bản. Chuyến tàu maglev sẽ chở hành khách từ Tokyo đến một trong những quận ở miền trung của hòn đảo. Tốc độ của nó sẽ là 500 km / h. Khoảng bốn mươi lăm tỷ đô la sẽ cần thiết để thực hiện dự án.

Nga

Việc tạo ra tàu cao tốc cũng được Đường sắt Nga lên kế hoạch. Đến năm 2030, tàu điện ngầm ở Nga sẽ kết nối Moscow và Vladivostok. Hành khách sẽ vượt qua quãng đường 9300 km trong 20 giờ. Tốc độ của tàu maglev sẽ đạt tới năm trăm km một giờ.