что такое магнитная подушка на поездах
Маглев
Из Википедии — свободной энциклопедии
Поезд на магнитной подушке, магнитопла́н или маглев (от англ. magnetic levitation «магнитная левитация») — это поезд или 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).
Скорость, достигаемая поездом на магнитной подушке, сравнима со скоростью самолёта и позволяет составить конкуренцию воздушному транспорту на ближне- и среднемагистральных направлениях (до 1000 км). Сама идея такого транспорта не нова, экономические и технические ограничения не позволили ей развернуться в полной мере: для общественного использования технология воплощалась всего несколько раз. В настоящее время маглев не может использовать существующую транспортную инфраструктуру, но уже есть проекты [ источник не указан 2531 день ] с расположением магнитных элементов между рельсами обычной железной дороги или под полотном автотрассы.
Советский маглев: будущее, которое не случилось
В 1979 году сразу две страны — Западная Германия и СССР — запустили экспериментальные образцы пассажирских маглевов. Маглев (magnetic levitation) — поезд на магнитной подушке, который при движении парит в воздухе, не касаясь никакой опоры. Немцы сделали из этого настоящую рекламу — маглев по коротенькой трассе возил посетителей Международной транспортной выставки IVA. У нас же с рекламой всегда было плохо, поэтому первый советский маглев ТП-01 ездил по заводской 36-метровой трассе.
Что такое маглев
Маглев — поезд на магнитной подушке, магнитоплан — это поезд, приводимый в движение мощным электромагнитным полем, которое одновременно приподнимает его над дорогой. Зазор совсем небольшой, примерно 15 мм (плюс-минус), но всё же маглев фактически летит. Никаких вам выхлопов. Никакого грохота многочисленных колёсных пар по рельсам, никакого рёва дизелей или гудения электромоторов. Сам по себе маглев перемещается бесшумно, только при большой скорости — несколько сотен километров в час — будет возникать аэродинамический шум.
Единственное, что ограничивает скорость маглева — мощность магнитов и аэродинамическое сопротивление. То есть в теории маглевы могут конкурировать со среднемагистральной авиацией.
Правда, есть у технологии и два важных недостатка: для движения маглевов нужно прокладывать отдельную дорожную сеть, а стоимость строительства и обслуживания одного километра гораздо выше, чем у традиционного ЖД-транспорта. С другой стороны, это отчасти компенсировалось крайне низким износом подвижного состава — ведь у маглева нет механической ходовой части, ничто не крутится, не стирается, не накапливает усталость металла. По сути, маглев — это капсула, висящая над дорогой благодаря отталкиванию магнитных полюсов.
Советский маглев
В 1970-х городское население в СССР быстро росло. С ним увеличивалась и потребность в расширении транспортной сети. Наряду с «консервативными» методами решения проблемы — например, увеличением парка традиционных поездов и авиации — рассматривались и более смелые идеи. Одной из них стал проект пассажирских линий, по которым с большой скоростью курсируют магнитопланы небольшой вместимости (по сравнению с обычными электричками). Конечно, покрыть всю страну маглев-сетью не смог бы позволить себе даже СССР. Но на некоторых наиболее нагруженных направлениях маглевы могли бы быть экономически целесообразны.
В 1975 году было создано транспортное объединение «Союзтранспрогресс», в рамках которого организовали институт ВНИИПИтранспрогресс. Инженеры и учёные этого НИИ и занялись разработкой прогрессивного транспортного средства. И в 1979-м, одновременно с немцами, первый советский маглев ТП-01 проехал по заводской тестовой линии.
ТП-01 имел массу 12 т и вмещал 20 пассажиров. В сжатые сроки были созданы новые испытательные маглевы — ТП-02 и 03. Их тестировали на 180-метровой трассе в подмосковном городе Раменское, где находился ВНИИПИтранспрогресс. Вскоре трассу удлинили до 850 метров. Маглев ТП-04 стал передвижной лабораторией.
Успехи, продемонстрированные конструкторами на первых образцах, позволили запланировать создание экспериментальных линий, на которых маглевы уже перевозили бы пассажиров. Первыми республиками с действующими маглевами должны были стать Казахская и Армянская ССР. Но затем алма-атинский проект трансформировался в метрополитен, и остался ереванский. Столицу республики планировали соединить с городом Абовяном, расположенным в 16-ти км. Он должен был стать своего рода огромным «спальным районом» Еревана, и маглев представлялся идеальным решением проблемы транспортной доступности.
В 1986-м инженеры ВНИИПИтранспрогресса создали свой последний и наиболее совершенный прототип маглева — ТП-05.
Одной из «изюминок» конструкции ТП-05 было использование вдоль вагона цепи из небольших магнитов. При его движении датчики измеряли величину зазора между вагоном и дорогой, а система меняла силу тока на конкретных магнитах, увеличивая или уменьшая их отталкивание. Тем самым компенсировались неровности дороги и обеспечивалась плавность хода.
Маглев имел алюминиевый корпус, весил 18 т и мог перевозить 18 человек. В принципе, мог и больше, просто остаток объёма был занят дополнительным испытательным и измерительным оборудованием. Изначально планировалось испытывать ТП-05 на скоростях до 100 км/ч.
Ереванский маглев должен был стать не только испытательной линией, но и своеобразной технологической витриной. Даже выбор Абовяна в качестве конечной точки маршрута был не случаен: в этом небольшом городе создавались высокотехнологичные производства, а немалая часть населения относилась к научно-технической интеллигенции.
Ходовая часть.
Нам нужно было «догнать Запад» — в 1984-м в Великобритании запустили первый в мире коммерческий маглев, с жалкой протяжённостью трассы в 600 м, и в том же году в Западной Германии запустили испытательную линию беспилотных маглевов длиной 31,5 км.
У нас были все шансы стать одной из первых стран, создающих и эксплуатирующих маглевы. В 1986-м у нас началось возведение опытной линии длиной 3,2 км. Запуск в эксплуатацию советского маглева был запланировано на 1991 год. Сначала считалось, что вагоны будут перемещаться со скоростью 250 км/ч и перевозить по 64 человека. То есть 16 километров от Еревана до Абовяна маглев должен был пролетать примерно за четыре минуты. Но из-за доступной мощности тяговой электроподстанции, которая должна была питать линию электричеством, максимальную скорость пришлось снизить до 180 км/ч.
В 1987-м ТП-05 даже сняли в фантастической теленовелле «С роботами не шутят».
Увы, но все планы пошли прахом. Через два года после начала строительства линии, в 1988 году произошло Спитакское землетрясение. За полминуты с лица земли был стёрт город Спитак и десятки деревень, под завалами в течение нескольких дней погибло не менее 25 тыс. человек, многие промышленные предприятия лежали в руинах. На восстановление Армении были брошены силы всей страны. Кроме того, в 1987-89-м годах стремительно раскручивался маховик Нагорно-Карабахского конфликта. Какой уж тут маглев… А в 1991-м не стало и СССР.
Но удивительное дело — ТП-05 умудрился пережить 1990-е. Он до сих пор стоит в том же цехе, где его собрали. Его не растащили по частям, не распилили на цветмет. Говорят, так и стоит под полиэтиленовой плёнкой, немного подреставрировать — и хоть сейчас в музей транспорта.
Как работает маглев
Идея создания поезда на магнитных подушках появилась в начале двадцатого века, а первый прототип — «Transrapid 02» — был создан лишь в 1971 году на территории ФРГ. Спустя 8 лет была создана усовершенствованная модель маглева – «Transrapid 05», первой получившая лицензию на перевозку пассажиров. Испытательный трек длиной 908 метров построили в Гамбурге для выставки IVA 79. Максимальная скорость этого поезда составляла 75 км/ч. А первый коммерческий маглев появился в 84 году в английском Бирмингеме. 600-метровая линия соединяла терминал аэропорта и железнодорожную станцию. Одновременно работы по созданию маглева начали вести в Японии, Южной Корее и Китае. Как же работает маглев – об этом в сегодняшнем выпуске!
Маглев, или поезд на магнитной подушке, — это состав, который удерживается над дорожным полотном и движется силой электромагнитного поля. В основу маглева положено базовое свойство магнитов: одинаковые полюса отталкиваются, а разные – притягиваются. В настоящий момент существует две основные технологии магнитного подвеса: электромагнитная EMS и электродинамическая EDS.

В поездах первого типа под днищем вагона крепятся мощные магниты в сантиметрах от Т-образного стального полотна. При движении поезда магнитный поток, проходящий через контур полотна, постоянно меняется, и в нем возникают сильные индукционные токи. Они создают мощное магнитное поле, которое отталкивает магнитную подвеску поезда. Состав левитирует за счёт отталкивания одинаковых полюсов и притягивания разных полюсов магнитов. А специальная система сохраняет величину зазора между магнитами в 15 миллиметров постоянной. При увеличении зазора система повышает силу тока в несущих магнитах и приближает вагон, при уменьшении — понижает силу тока, и зазор увеличивается. Также на электромагнитные маглевы устанавливают специальные батареи, позволяющие поезду левитировать при остановке.
Движение поезда осуществляется линейным двигателем – поочерёдно включаются обмотки статора, создавая бегущее магнитное поле. Статор поезда втягивается в это поле и движет весь состав. При этом с частотой 4000 раз в секунду происходит смена полюсов на магнитах путем попеременной подачи тока. Изменение силы и частоты тока позволяет регулировать скорость состава.

Существует также электродинамическая EDS-технология, при которой движение маглева осуществляется за счет взаимодействия двух полей. Одно из них создается в дорожном полотне, а второе – на корпусе поезда. В отличие от EMS с обычными магнитами, EDS использует сверхпроводящие электромагниты, которые могут проводить электричество даже после отключения источника питания.
Кроме того, EDS не нуждается в специальных системах корректировки расстояния между поездом и полотном. При его сокращении возникает сила отталкивания, которая возвращает магниты в первоначальное положение. А при увеличении расстояния увеличивается сила притяжения, что также ведет к стабилизации системы.
Еще одно отличие поездов, созданных по технологии EDS, — необходимость в дополнительных колёсах при движении на малых скоростях (до 150 км/ч). При достижении высокой скорости колёса отделяются от земли и поезд летит на расстоянии нескольких сантиметров от поверхности. Также стоит отметить, что из-за сильных магнитных полей на корпусе поезда необходима магнитная защита – экранирование.
Маглев — это самый быстрый общественный наземный транспорт. Рекорд скорости был установлен японским поездом Синкансэн L0 в апреле 2015 года — он разогнался до 603 км/ч.
Что такое маглев и почему его до сих пор нет в России
Выглядит величественно, верно? Этот потерпевший крушение космический корабль — советский поезд маглев. Магнитолевитационный. То есть поезд, который не едет, а летит, не касаясь путей. Это не макет, не бутафория. Он настоящий. Он ездил.
А вот, кстати, ещё, не припоминаете? Короткометражка 1987 года из цикла «Этот фантастический мир». Была такая телепрограмма, вёл её космонавт Георгий Гречко. Это 12-й выпуск под названием «С роботами не шутят» по рассказу «Судебный процесс» шведского писателя Фредерика Чиландера. Человек с цветами — Авангард Леонтьев, а перекрашенный специально для фильма вагон с надписью Fire-ball и есть тот шаг в будущее, который не произошёл.
В реальности на нём написано ТП-05. Поскольку это была разработка института ВНИИПИ Транспрогресс, позволим себе предположить, что ТП — это от слов «транспорт» и «прогресс». Его специалисты трудились над технологией маглева ещё с 70-х. Испытания этого вагона начались в 1986-м. Он был не просто демонстрационным.
Ещё один вариант советского летающего поезда создавали для маршрута Алма-Ата — Медео.
Был и проект маглева Москва — Шереметьево. Но это было в 1992 году.
Надо сказать, что после распада СССР отечественные маглев-технологии продолжали и продолжают развивать. Кстати, вы знали, что московский монорельс, который столичное правительство на днях предложило закрыть, тоже, по сути, магнитолевитационный транспорт? Под вагонами состава и на путевой структуре есть магниты, именно они и удерживают состав на своём месте. Этот транспорт, которым Москва когда-то гордилась, разрабатывали те же люди, которые создавали советский маглев.
Как устроен маглев
Вспомните «фокус» из школьной программы: если повернуть магниты друг к другу разными полюсами, они притягиваются, одинаковыми — отталкиваются. Вот этим и ещё некоторыми вещами из школьного курса физики и решили воспользоваться для создания прогрессивного транспорта. Под вагоном закрепили электромагниты. Разработчики называют это магнитной лыжей.
Электромагниты расположены не только под вагоном, но и под самими рельсами. При взаимодействии магнитов поезда и рельсов образуется магнитная подушка, по которой «скользит» состав. Из-за этого эффекта 18-тонный вагон, рассчитанный на четыре десятка пассажиров, зависает на высоте около сантиметра. А чтобы он поехал, при помощи электричества создаётся бегущее магнитное поле, оно образует движущую силу, которая и толкает вагон.
Что это нам даёт
1. Скорость
2. Бесшумность
3. Долговечность
4. Доступность
Как рассчитали учёные из Петербургского университета путей сообщения и Российского университета транспорта, билет на российский маглев будет стоить примерно 2300 рублей — дешевле, чем на «Сапсан» (поездка на нём обходится от 2700 до 10 с лишним тысяч рублей).
Маглев в других странах
Шанхай. Поезд курсирует между аэропортом и метро. Пролетает 30 километров за 10 минут. Именно пролетает. Билет — 40 юаней, около 355 рублей. Как просветили создатели советского маглева, это адаптированная китайская версия немецкой системы «Трансрапид», разработанной в 60–70-е годы.
Сеул, Южная Корея. Неторопливый маглев, всего 110 километров в час. А больше и не надо — линия всего шесть километров. Внутригородская.
В Японии маглев тестируют. Между Токио и Нагоей. Их разделяет примерно 440 километров. На машине ехать больше шести часов. А на новом поезде обещают всего час.
Но этот поезд летит по немного другой системе. Магниты на борту сделаны из материалов, которые держат при температуре жидкого азота. Это примерно минус 200 по Цельсию. Поэтому в таком лютом морозе ток через них проходит беспрепятственно. Это называется сверхпроводимостью: вещество приобретает сверхспособность проводить ток, ему нужно сравнительно мало электричества, чтобы создать мощное магнитное поле. Такая особенность имеется, например, у свинца, алюминия, олова и некоторых других металлов.
Это явление известно как «эффект Мейснера». Правда, сам профессор Мюнхенского университета Вальтер Фриц Мейснер величал его более возвышенно: «гроб Магомета». Дело в том, что в священной книге мусульман описано, как после смерти пророка Мохаммеда гроб с его телом висел в воздухе без всякой поддержки. Учёный не был религиозен, просто начитан.
Берётся сверхпроводник, в данном случае квадратная пластина из подходящего сплава. Заливается жидким азотом. Только, пожалуйста, без самодеятельности, все эксперименты под присмотром опытных людей. А теперь попробуем сверху положить магнитик. Ну как? Кажется, произошло чудо.
На заводе компании «Суперокс», где для нас устроили этот эксперимент, делают высокотемпературные сверхпроводники. Конечно, на обывательский взгляд, трудно назвать высокотемпературным то, что работает при минус 170. Но если сравнить, к примеру, с жидким гелием — минус 270, то, конечно, да. Разница есть.
Эта катушка стоит около миллиона рублей. По три тысячи за метр металлической (в основном металлической) ленты шириной в четыре миллиметра. Здесь метров 300.
Плёнки осаждаются в специальных вакуумных камерах. В самой последней виднеется мерцание — это лазер распыляет драгоценный слой сверхпроводника — кристаллы особой керамики.
Целая катушка производится за день. А за неделю отсюда забирают километр готовой ленты. Годовой объём — около сотни километров.
«Остатки» ленты «Суперокса» раздобыли и в Петербургском научно-исследовательском институте электрофизической аппаратуры им. Д.В. Ефремова. Здесь дорогу в будущее прокладывают за счёт личного энтузиазма и «нецелевого расходования металлов». Это криостат — устройство, через которое жидкий азот из бака поступает к сверхпроводниковому магниту. Он находится внутри той ёмкости, что поменьше. Так что вся конструкция целиком называется высокотемпературным электромагнитом. Она должна размещаться в нижней части вагона.
А чтобы экономить и сверхпроводники, и электричество, в НИИЭФА разработали технологию «комбинированного» подвеса: кроме катушек с обмоткой из сверхпроводника используют обычные постоянные неодимовые магниты, для которых ток вообще не нужен. Они без электричества удерживают состав в воздухе, а лента с керамическими кристаллами нужна только собственно для движения и для контроля высоты зазора, то есть высоты полёта поезда.
Учёные решили усовершенствовать систему и объединили два типа магнитов — постоянный и сверхпроводниковый — в одном. Получились «гибридные» магниты. Четыре штуки поднимают тонну.
Маглев — поезда на магнитной подушке: как они работают?
Что такое поезда маглев? Маглев – это сокращённая форма словосочетания «магнитная левитация». Именно принцип левитации положен в основу движения высокоскоростных поездов. Раскроем секрет поезда на магнитной подушке.
Описание технологии
Что такое магнитная подушка? Главными причинами увеличения скорости движения транспортных средств являются сила трения о дорогу и сопротивление воздуха.
В начале 20 века российский учёный Вайнберг и американец Башлэ независимо и почти одновременно нашли метод исключения трения о дорогу. Они предложили удерживать вагон над дорогой магнитными силами. Движение по дороге осуществить за счёт магнитного импульса, подобно втягиванию сердечника в электромагнитную катушку.
Впоследствии явление преодоления действия гравитационных сил при помощи магнитов назвали магнитная левитация.
Если магниты установить на дороге и вагоне, повернуть их одноимённые полюса друг к другу, то вагон поднимется. Нужно только рассчитать силу магнитов. При этом исключаются силы трения о дорогу и для движения вагона надо приложить меньшее усилие.
Движение обеспечивается тоже магнитными силами, только действуют они по горизонтали – это называется линейный электродвигатель. Такой поезд не нуждается в механизме рулевого управления наподобие используемого в автотранспорте https://steering.com.ua/catalog/rulevoe-upravlenie-1.
Перспектива
Поезда на монорельсовом пути с магнитной подушкой считаются самым перспективным наземным транспортом на расстояния до 1000 км. Они конкурируют с самолётом по скорости, надёжности, комфортности и эффективности использования энергии. По сравнению с маглевом самолёт тратит в 5 раз больше энергии.
Важной особенностью таких поездов является необходимость строительства специального Т-образного пути на мощном бетонном основании. Активные работы по внедрению в жизнь такого транспорта ведутся в Японии, Китае, Южной Корее и Германии.
Достоинства
Какие достоинства у поездов маглев?
Недостатки
Какими недостатками обладают маглевы?