هل القطارات المغناطيسية هي وسيلة نقل المستقبل؟ كيف يعمل قطار مغناطيسي مغناطيسي؟

2024 مؤلف: Howard Calhoun | [email protected]. آخر تعديل: 2023-12-17 10:18

مر بالفعل أكثر من مائتي عام منذ اللحظة التي اخترع فيها الجنس البشري أول قاطرات بخارية. ومع ذلك ، لا يزال النقل البري بالسكك الحديدية ينقل الركاب والأحمال الثقيلة باستخدام طاقة الكهرباء ووقود الديزل شائعًا للغاية.

تجدر الإشارة إلى أن المهندسين والمخترعين طوال هذه السنوات يعملون بنشاط لخلق طرق بديلة للتحرك. كانت نتيجة عملهم قطارات على وسائد مغناطيسية.

تاريخ المظهر

تم تطوير فكرة إنشاء قطارات على وسائد مغناطيسية بشكل نشط في بداية القرن العشرين. ومع ذلك ، لم يكن من الممكن تحقيق هذا المشروع في ذلك الوقت لعدد من الأسباب. لم يبدأ تصنيع مثل هذا القطار إلا في عام 1969. وفي ذلك الوقت تم وضع مسار مغناطيسي على أراضي جمهورية ألمانيا الاتحادية ، حيث كان من المقرر أن تمر عربة جديدة ، والتي سميت فيما بعد بقطار ماجليف. تم إطلاقه في عام 1971. مر أول قطار مغناطيسي ، والذي كان يسمى Transrapid-02 ، على طول المسار المغناطيسي.

حقيقة مثيرة للاهتمام هي أن المهندسين الألمان صنعوا سيارة بديلة بناءً على السجلات التي تركها العالم هيرمان كمبر ، الذي حصل على براءة اختراع تؤكد اختراع المستوى المغناطيسي في عام 1934.

بالكاد يمكن تسمية "Transrapid-02" بسرعة كبيرة. يمكنه التحرك بسرعة قصوى تبلغ 90 كيلومترًا في الساعة. كانت سعتها منخفضة أيضًا - أربعة أشخاص فقط.

في عام 1979 ، تم إنشاء نموذج مغناطيسي أكثر تقدمًا. هذا القطار ، المسمى "Transrapid-05" ، يمكن أن يحمل بالفعل 68 راكبًا. تحرك على طول الخط الواقع في مدينة هامبورغ الذي كان طوله 908 أمتار. السرعة القصوى التي طورها هذا القطار كانت خمسة وسبعين كيلومترًا في الساعة.

في نفس عام 1979 ، تم إطلاق نموذج مغناطيسي آخر في اليابان. كانت تسمى "ML-500". طور القطار الياباني على وسادة مغناطيسية سرعة تصل إلى خمسمائة وسبعة عشر كيلومترًا في الساعة.

التنافسية

يمكن مقارنة السرعة التي يمكن أن تتطور بها قطارات الوسائد المغناطيسية بسرعة الطائرات. في هذا الصدد ، يمكن أن يصبح هذا النوع من النقل منافسًا خطيرًا لتلك الطرق الجوية التي تعمل على مسافة تصل إلى ألف كيلومتر. يعيق الاستخدام الواسع النطاق للماجليف حقيقة أنها لا تستطيع التحرك على أسطح السكك الحديدية التقليدية. تحتاج القطارات على وسائد مغناطيسية إلى بناء طرق سريعة خاصة. وهذا يتطلب استثمارًا كبيرًا لرأس المال. من المعتقد أيضًا أن المجال المغناطيسي الذي تم إنشاؤه للأشجار المغناطيسية يمكن أن يؤثر سلبًاجسم الإنسان ، مما سيؤثر سلبًا على صحة السائق وسكان المناطق الواقعة بالقرب من هذا الطريق.

مبدأ العمل

قطارات الوسادة المغناطيسية هي نوع خاص من وسائل النقل. أثناء الحركة ، يبدو أن المغناطيس المغناطيسي يحوم فوق مسارات السكة الحديد دون لمسه. هذا يرجع إلى حقيقة أن السيارة يتم التحكم فيها بواسطة قوة مجال مغناطيسي مصطنع. أثناء حركة maglev ، لا يوجد احتكاك. قوة الكبح هي السحب الديناميكي الهوائي.

كيف يعمل؟ كل منا يعرف الخصائص الأساسية للمغناطيس من دروس الفيزياء للصف السادس. إذا تم جمع مغناطيسين مع أقطابهم الشمالية ، فسوف يتنافرون. يتم إنشاء ما يسمى وسادة مغناطيسية. عند توصيل أقطاب مختلفة ، سوف تنجذب المغناطيسات لبعضها البعض. يكمن هذا المبدأ البسيط في الأساس في حركة قطار ماجليف ، الذي ينزلق حرفياً عبر الهواء على مسافة ضئيلة من القضبان.

حاليًا ، تم بالفعل تطوير تقنيتين ، بمساعدة وسادة مغناطيسية أو تعليق. الثالث تجريبي وموجود على الورق فقط.

تعليق كهرومغناطيسي

هذه التكنولوجيا تسمى EMS. يعتمد على قوة المجال الكهرومغناطيسي ، والذي يتغير بمرور الوقت. يتسبب في ارتفاع (ارتفاع في الهواء) لماجليف. لحركة القطار في هذه الحالة ، يلزم وجود قضبان على شكل حرف T ، وهي مصنوعة منموصل (عادة ما يكون مصنوعًا من المعدن). بهذه الطريقة ، يكون تشغيل النظام مشابهًا للسكك الحديدية التقليدية. ومع ذلك ، في القطار ، بدلاً من أزواج العجلات ، يتم تثبيت مغناطيسات الدعم والتوجيه. يتم وضعها بالتوازي مع الأجزاء الثابتة المغناطيسية الموجودة على طول حافة الويب على شكل حرف T.

العيب الرئيسي لتقنية EMS هو الحاجة إلى التحكم في المسافة بين الجزء الثابت والمغناطيس. وهذا على الرغم من حقيقة أنه يعتمد على عوامل كثيرة ، من بينها الطبيعة غير المستقرة للتفاعل الكهرومغناطيسي. من أجل تجنب التوقف المفاجئ للقطار ، يتم تثبيت بطاريات خاصة عليه. إنهم قادرون على إعادة شحن المولدات الخطية المدمجة في مغناطيس الدعم ، وبالتالي الحفاظ على عملية التحليق لفترة طويلة.

القطارات التي تعتمد على نظام الإدارة البيئية مكابحها محرك خطي متزامن منخفض التسارع. يتم تمثيله من خلال المغناطيسات الداعمة ، وكذلك الطريق الذي يحوم فوقه المغناطيس المغناطيسي. يمكن التحكم في سرعة ودفع التركيب عن طريق تغيير تردد وقوة التيار المتردد المتولد. للإبطاء ، ما عليك سوى تغيير اتجاه الموجات المغناطيسية.

التعليق الكهروديناميكي

هناك تقنية تحدث فيها حركة maglev عندما يتفاعل حقلين. تم إنشاء إحداها على قماش الطريق السريع ، والثانية تم إنشاؤها على متن القطار. هذه التكنولوجيا تسمى EDS. على أساسه ، تم بناء قطار مغناطيسي ياباني JR – Maglev.

هذا النظام لديه بعض الاختلافات من EMS ، حيثالمغناطيسات العادية ، والتي يتم إمدادها بالتيار الكهربائي من الملفات فقط عند توصيل الطاقة.

تقنية EDS تعني إمدادًا ثابتًا بالكهرباء. يحدث هذا حتى إذا تم إيقاف تشغيل مصدر الطاقة. يتم تثبيت التبريد المبرد في ملفات مثل هذا النظام ، مما يوفر كميات كبيرة من الكهرباء.

مزايا وعيوب تقنية EDS

الجانب الإيجابي لنظام يعمل على نظام التعليق الكهروديناميكي هو ثباته. حتى الانخفاض الطفيف أو الزيادة في المسافة بين المغناطيس والقماش تنظمه قوى التنافر والجاذبية. هذا يسمح للنظام أن يكون في حالة غير معدلة. مع هذه التقنية ، ليست هناك حاجة لتثبيت إلكترونيات التحكم. ليست هناك حاجة للأجهزة لضبط المسافة بين الويب والمغناطيس.

تقنية EDS لها بعض العيوب. وبالتالي ، فإن القوة الكافية لتحريك التركيبة يمكن أن تنشأ فقط بسرعة عالية. هذا هو السبب في أن المجلات العلوية مجهزة بالعجلات. يوفرون حركتهم بسرعات تصل إلى مائة كيلومتر في الساعة. عيب آخر لهذه التقنية هو قوة الاحتكاك المتولدة في الجزء الخلفي والأمامي للمغناطيسات الطاردة عند السرعات المنخفضة.

بسبب المجال المغناطيسي القوي في القسم المخصص للركاب ، من الضروري تثبيت حماية خاصة. خلاف ذلك ، لا يسمح للشخص الذي لديه جهاز تنظيم ضربات القلب بالسفر. الحماية مطلوبة أيضًا لوسائط التخزين الممغنطة (بطاقات الائتمان ومحركات الأقراص الصلبة).

مطورالتكنولوجيا

النظام الثالث ، الموجود حاليًا على الورق فقط ، هو استخدام المغناطيس الدائم في متغير EDS ، والذي لا يتطلب طاقة ليتم تنشيطه. حتى وقت قريب ، كان يعتقد أن هذا مستحيل. يعتقد الباحثون أن المغناطيس الدائم ليس لديه مثل هذه القوة التي يمكن أن تؤدي إلى ارتفاع القطار. ومع ذلك ، تم تجنب هذه المشكلة. لحلها ، تم وضع المغناطيس في مجموعة هالباخ. يؤدي هذا الترتيب إلى إنشاء مجال مغناطيسي ليس تحت المصفوفة ، ولكن فوقه. يساعد هذا في الحفاظ على ارتفاع القطار حتى بسرعة حوالي خمسة كيلومترات في الساعة.

هذا المشروع لم يتلق بعد التنفيذ العملي. هذا بسبب ارتفاع تكلفة المصفوفات المصنوعة من المغناطيس الدائم.

كرامة ماجليف

الجانب الأكثر جاذبية في القطارات المغناطيسية هو احتمال تحقيق سرعات عالية تسمح للمركبات المغناطيسية بالتنافس حتى مع الطائرات النفاثة في المستقبل. هذا النوع من النقل اقتصادي للغاية من حيث استهلاك الكهرباء. تكاليف تشغيله منخفضة أيضًا. يصبح هذا ممكنًا بسبب عدم وجود احتكاك. كما أن الضوضاء المنخفضة للماجليف مرضية أيضًا ، والتي سيكون لها تأثير إيجابي على الوضع البيئي.

عيوب

الجانب السلبي للماجليف هو أن صنعها يتطلب الكثير. نفقات صيانة المسار مرتفعة أيضًا. بالإضافة إلى ذلك ، تتطلب طريقة النقل المدروسة نظامًا معقدًا من المسارات ودقة فائقةالأجهزة التي تتحكم في المسافة بين اللوحة القماشية والمغناطيس.

تنفيذ المشروع في برلين

في عاصمة ألمانيا في الثمانينيات ، تم افتتاح أول نظام مغناطيسي يسمى M-Bahn. كان طول اللوحة 1.6 كم. ركض قطار مغناطيسي مغناطيسي بين ثلاث محطات مترو في عطلات نهاية الأسبوع. كان سفر الركاب مجانيًا. بعد سقوط جدار برلين ، تضاعف عدد سكان المدينة تقريبًا. تطلبت إنشاء شبكات نقل تتمتع بالقدرة على توفير حركة مرور عالية للركاب. لهذا السبب في عام 1991 تم تفكيك اللوحة القماشية المغناطيسية ، وبدأ بناء مترو الأنفاق مكانها.

برمنغهام

في هذه المدينة الألمانية ، تم توصيل ماجليف منخفض السرعة من عام 1984 إلى عام 1995. المطار ومحطة السكة الحديد. كان طول المسار المغناطيسي 600 م فقط.

الطريق عمل لمدة عشر سنوات وتم إغلاقه بسبب شكاوى عديدة من الركاب حول الإزعاج الحالي. بعد ذلك ، استبدل المونوريل المغناطيس في هذا القسم.

شنغهاي

تم بناء أول طريق مغناطيسي في برلين من قبل شركة Transrapid الألمانية. فشل المشروع لم يردع المطورين. واصلوا بحثهم وتلقوا أمرًا من الحكومة الصينية ، التي قررت بناء مسار مغناطيسي في البلاد. هذا الطريق عالي السرعة (حتى 450 كم / ساعة) يربط بين شنغهاي ومطار بودونغ.تم افتتاح الطريق البالغ طوله 30 كم في عام 2002. وتشمل الخطط المستقبلية تمديده إلى 175 كم.

اليابان

استضافت هذه الدولة معرضًا في عام 2005اكسبو 2005. عند افتتاحه ، تم تشغيل مسار مغناطيسي بطول 9 كيلومترات. هناك تسع محطات على الخط. يخدم Maglev المنطقة المجاورة لمكان المعرض.

Maglevs تعتبر نقل المستقبل. بالفعل في عام 2025 ، من المخطط افتتاح طريق سريع جديد في بلد مثل اليابان. سينقل قطار ماجليف الركاب من طوكيو إلى إحدى مناطق الجزء الأوسط من الجزيرة. سرعتها ستكون 500 كم / ساعة. سيحتاج تنفيذ المشروع لحوالي خمسة وأربعين مليار دولار.

روسيا

كما تخطط شركة السكك الحديدية الروسية لإنشاء قطار فائق السرعة. بحلول عام 2030 ، سيربط ماجليف في روسيا موسكو وفلاديفوستوك. سيتغلب الركاب على مسار 9300 كم في 20 ساعة. ستصل سرعة قطار ماجليف إلى خمسمائة كيلومتر في الساعة.