آیا قطارهای مگلو حمل و نقل آینده هستند؟ قطار مگلو چگونه کار می کند؟

2024 نویسنده: Howard Calhoun | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2023-12-17 10:25

هم اکنون بیش از دویست سال از لحظه ای که بشر اولین لوکوموتیوهای بخار را اختراع کرد می گذرد. با این حال، حمل و نقل ریلی زمینی که مسافران و بارهای سنگین را با استفاده از نیروی برق و سوخت دیزل حمل می کند، هنوز بسیار رایج است.

شایان ذکر است که در تمام این سال ها، مهندسان و مخترعان فعالانه برای ایجاد راه های جایگزین برای حرکت تلاش کرده اند. نتیجه کار آنها قطار روی بالشتک های مغناطیسی بود.

تاریخچه ظاهر

ایده ایجاد قطار بر روی بالشتک های مغناطیسی به طور فعال در آغاز قرن بیستم توسعه یافت. اما در آن زمان به دلایلی امکان تحقق این پروژه وجود نداشت. ساخت چنین قطاری تنها در سال 1969 آغاز شد. در آن زمان بود که یک مسیر مغناطیسی در قلمرو جمهوری فدرال آلمان ایجاد شد که قرار بود وسیله نقلیه جدیدی از آن عبور کند که بعداً قطار مگلو نامیده شد. این قطار در سال 1971 راه اندازی شد. اولین قطار مگلو که Transrapid-02 نام داشت از مسیر مغناطیسی عبور کرد.

یک واقعیت جالب این است که مهندسان آلمانی بر اساس سوابق به جا مانده از دانشمند هرمان کمپر، که در سال 1934 اختراع هواپیمای مغناطیسی را تأیید می کرد، یک وسیله نقلیه جایگزین ساختند.

"Transrapid-02" را به سختی می توان خیلی سریع نامید. او می توانست با حداکثر سرعت 90 کیلومتر در ساعت حرکت کند. ظرفیت آن نیز کم بود - فقط چهار نفر.

در سال 1979، یک مدل Maglev پیشرفته تر ساخته شد. این قطار که "Transrapid-05" نام دارد، قبلاً می توانست شصت و هشت مسافر را حمل کند. او در امتداد خط واقع در شهر هامبورگ حرکت کرد که طول آن 908 متر بود. حداکثر سرعتی که این قطار توسعه داد هفتاد و پنج کیلومتر در ساعت بود.

در همان سال 1979، مدل مگلو دیگری در ژاپن عرضه شد. او "ML-500" نام داشت. قطار ژاپنی روی یک بالشتک مغناطیسی تا پانصد و هفده کیلومتر در ساعت سرعت داشت.

رقابت

سرعتی که قطارهای بالشتک مغناطیسی می توانند ایجاد کنند را می توان با سرعت هواپیماها مقایسه کرد. در این راستا این نوع حمل و نقل می تواند به رقیبی جدی برای آن دسته از مسیرهای هوایی که تا فاصله هزار کیلومتری فعالیت می کنند تبدیل شود. استفاده گسترده از مگلوها با این واقعیت که آنها نمی توانند روی سطوح راه آهن سنتی حرکت کنند مانع می شود. قطارهای روی بالشتک های مغناطیسی نیاز به ساخت بزرگراه های ویژه دارند. و این مستلزم سرمایه گذاری کلان است. همچنین اعتقاد بر این است که میدان مغناطیسی ایجاد شده برای مگلوها می تواند تأثیر منفی بگذاردبدن انسان، که بر سلامت راننده و ساکنان مناطق واقع در نزدیکی چنین مسیری تأثیر منفی خواهد گذاشت.

اصل کار

قطارهای بالشتک مغناطیسی نوع خاصی از حمل و نقل هستند. در حین حرکت، به نظر می رسد که مگلو بر روی ریل راه آهن بدون دست زدن به آن شناور می شود. این به دلیل این واقعیت است که وسیله نقلیه توسط نیروی میدان مغناطیسی ایجاد شده مصنوعی کنترل می شود. در طول حرکت مگلو هیچ اصطکاک وجود ندارد. نیروی ترمز کشش آیرودینامیکی است.

چگونه کار می کند؟ هر یک از ما در مورد خواص اصلی آهنرباها از درس فیزیک کلاس ششم می دانیم. اگر دو آهنربا با قطب شمال خود به هم نزدیک شوند، یکدیگر را دفع خواهند کرد. یک بالشتک به اصطلاح مغناطیسی ایجاد می شود. هنگام اتصال قطب های مختلف، آهنرباها به یکدیگر جذب می شوند. این اصل نسبتاً ساده زیربنای حرکت قطار مگلو است که به معنای واقعی کلمه در هوا در فاصله ناچیزی از ریل می‌لغزد.

در حال حاضر دو فناوری توسعه یافته اند که با کمک آنها یک بالشتک یا تعلیق مغناطیسی فعال می شود. سومی آزمایشی است و فقط روی کاغذ وجود دارد.

تعلیق الکترومغناطیسی

این فناوری EMS نامیده می شود. این بر اساس قدرت میدان الکترومغناطیسی است که در طول زمان تغییر می کند. باعث معلق شدن (بالا رفتن در هوا) مگلو می شود. برای حرکت قطار در این حالت ریل های T شکل مورد نیاز است که از آنها ساخته شده استهادی (معمولا از فلز ساخته شده است). به این ترتیب عملکرد سیستم مشابه راه آهن معمولی است. با این حال، در قطار به جای جفت چرخ، آهنرباهای پشتیبانی و راهنما نصب می شود. آنها به موازات استاتورهای فرومغناطیسی واقع در امتداد لبه شبکه T شکل قرار می گیرند.

عیب اصلی فناوری EMS نیاز به کنترل فاصله بین استاتور و آهنرباها است. و این با وجود این واقعیت که به عوامل زیادی از جمله ماهیت ناپایدار برهمکنش الکترومغناطیسی بستگی دارد. برای جلوگیری از توقف ناگهانی قطار، باتری های مخصوصی روی آن تعبیه شده است. آنها قادر به شارژ مجدد ژنراتورهای خطی تعبیه شده در آهنرباهای پشتیبانی هستند و بنابراین روند شناور شدن را برای مدت طولانی حفظ می کنند.

قطارهای مبتنی بر EMS توسط یک موتور خطی سنکرون با شتاب کم ترمز می شوند. با آهنرباهای پشتیبان و همچنین جاده ای که مگلو روی آن شناور است نشان داده می شود. سرعت و رانش ترکیب را می توان با تغییر فرکانس و قدرت جریان متناوب تولید شده کنترل کرد. برای کاهش سرعت، فقط جهت امواج مغناطیسی را تغییر دهید.

تعلیق الکترودینامیک

فناوری وجود دارد که در آن حرکت مگلو هنگام تعامل دو میدان اتفاق می افتد. یکی از آنها در بوم بزرگراه ایجاد شده است، و دومی در داخل قطار ایجاد شده است. این فناوری EDS نام دارد. بر اساس آن، یک قطار مگلو ژاپنی JR–Maglev ساخته شد.

این سیستم تفاوت هایی با EMS داردآهنرباهای معمولی، که جریان الکتریکی از سیم پیچ ها تنها در صورت اعمال برق به آن ها تامین می شود.

تکنولوژی EDS دلالت بر عرضه ثابت برق دارد. این اتفاق می افتد حتی اگر منبع تغذیه خاموش باشد. خنک کننده برودتی در کویل های چنین سیستمی تعبیه شده است که باعث صرفه جویی قابل توجهی در مصرف برق می شود.

مزایا و معایب فناوری EDS

جنبه مثبت سیستمی که روی سیستم تعلیق الکترودینامیک کار می کند، پایداری آن است. حتی کاهش یا افزایش جزئی فاصله بین آهنرباها و بوم توسط نیروهای دافعه و جاذبه تنظیم می شود. این به سیستم اجازه می دهد تا در حالت بدون تغییر قرار گیرد. با این فناوری نیازی به نصب الکترونیک کنترل نیست. نیازی به دستگاه هایی برای تنظیم فاصله بین وب و آهن ربا نیست.

فناوری EDS دارای اشکالاتی است. بنابراین، نیروی کافی برای معلق کردن ترکیب فقط با سرعت بالا ایجاد می شود. به همین دلیل است که مگلوها مجهز به چرخ هستند. آنها حرکت خود را با سرعت تا صد کیلومتر در ساعت فراهم می کنند. یکی دیگر از معایب این فناوری نیروی اصطکاک ایجاد شده در عقب و جلوی آهنرباهای دافعه در سرعت های پایین است.

به دلیل وجود میدان مغناطیسی قوی در قسمت در نظر گرفته شده برای مسافران، نصب حفاظ ویژه ضروری است. در غیر این صورت فردی که دارای ضربان ساز است مجاز به سفر نیست. برای رسانه‌های ذخیره‌سازی مغناطیسی (کارت‌های اعتباری و HDD) نیز محافظت لازم است.

توسعه یافته استفناوری

سومین سیستم که در حال حاضر فقط روی کاغذ وجود دارد، استفاده از آهنرباهای دائمی در نوع EDS است که برای فعال شدن نیازی به انرژی ندارند. تا همین اواخر اعتقاد بر این بود که این غیرممکن است. محققان بر این باور بودند که آهنرباهای دائمی دارای چنان نیرویی نیستند که بتواند باعث معلق شدن قطار شود. با این حال، از این مشکل جلوگیری شد. برای حل آن، آهنرباها در آرایه هالباخ قرار گرفتند. چنین آرایشی منجر به ایجاد یک میدان مغناطیسی نه در زیر آرایه، بلکه در بالای آن می شود. این به حفظ حرکت قطار حتی با سرعت حدود پنج کیلومتر در ساعت کمک می کند.

این پروژه هنوز اجرایی نشده است. این به دلیل هزینه بالای آرایه های ساخته شده از آهنرباهای دائمی است.

کرامت مگلوها

جذاب ترین جنبه قطارهای مگلو، چشم انداز دستیابی به سرعت های بالا است که به مگلوها اجازه می دهد حتی با هواپیماهای جت در آینده رقابت کنند. این نوع حمل و نقل از نظر مصرف برق کاملاً مقرون به صرفه است. هزینه های عملیاتی آن نیز کم است. این به دلیل عدم وجود اصطکاک امکان پذیر می شود. صدای کم مگلوها نیز خوشایند است که تاثیر مثبتی بر وضعیت محیطی خواهد داشت.

عیوب

عیب مگلوها این است که ساخت آنها بیش از حد نیاز دارد. هزینه های نگهداری مسیر نیز بالاست. علاوه بر این، روش حمل و نقل در نظر گرفته شده به سیستم پیچیده ای از مسیرها و بسیار دقیق نیاز دارددستگاه هایی که فاصله بین بوم و آهن ربا را کنترل می کنند.

اجرای پروژه در برلین

در پایتخت آلمان در دهه 1980، افتتاح اولین سیستم Maglev به نام M-Bahn انجام شد. طول بوم 1.6 کیلومتر بود. یک قطار Maglev در تعطیلات آخر هفته بین سه ایستگاه مترو حرکت می کرد. سفر برای مسافران رایگان بود. پس از فروپاشی دیوار برلین، جمعیت شهر تقریبا دو برابر شد. این امر مستلزم ایجاد شبکه های حمل و نقل با قابلیت حمل و نقل بالای مسافر بود. به همین دلیل در سال 1991 بوم مغناطیسی برچیده شد و ساخت مترو به جای آن آغاز شد.

بیرمنگام

در این شهر آلمانی، یک مگلو کم سرعت از سال 1984 تا 1995 متصل شد. فرودگاه و ایستگاه راه آهن طول مسیر مغناطیسی تنها 600 متر بود.

جاده ده سال کار کرد و به دلیل شکایات متعدد مسافران در مورد ناراحتی موجود بسته شد. متعاقباً، مونوریل جایگزین ماگلو در این بخش شد.

شانگهای

اولین جاده مغناطیسی در برلین توسط شرکت آلمانی Transrapid ساخته شد. شکست پروژه توسعه دهندگان را منصرف نکرد. آنها به تحقیقات خود ادامه دادند و دستوری از دولت چین دریافت کردند که تصمیم به ساخت یک مسیر maglev در این کشور گرفت. این مسیر پر سرعت (تا 450 کیلومتر در ساعت) شانگهای و فرودگاه پودونگ را به هم متصل می‌کند.این جاده به طول 30 کیلومتر در سال 2002 افتتاح شد. برنامه‌های آینده شامل گسترش آن به 175 کیلومتر است.

ژاپن

این کشور در سال 2005 میزبان نمایشگاهی بودنمایشگاه 2005. با افتتاح آن، یک مسیر مغناطیسی به طول 9 کیلومتر به بهره برداری رسید. نه ایستگاه در این خط وجود دارد. Maglev به منطقه مجاور محل نمایشگاه خدمات می دهد.

Maglev ها حمل و نقل آینده در نظر گرفته می شوند. در حال حاضر در سال 2025، قرار است یک بزرگراه جدید در کشوری مانند ژاپن افتتاح شود. قطار Maglev مسافران را از توکیو به یکی از مناطق بخش مرکزی جزیره خواهد برد. سرعت آن 500 کیلومتر بر ساعت خواهد بود. برای اجرای این پروژه حدود چهل و پنج میلیارد دلار نیاز است.

روسیه

ایجاد یک قطار پرسرعت نیز توسط راه آهن روسیه برنامه ریزی شده است. تا سال 2030، مگلو در روسیه مسکو و ولادی وستوک را به هم متصل خواهد کرد. مسافران مسیر 9300 کیلومتری را در 20 ساعت طی خواهند کرد. سرعت قطار مگلو به پانصد کیلومتر در ساعت می رسد.