האם רכבות מגלב הן התחבורה של העתיד? איך פועלת רכבת מגלב?

2024 מְחַבֵּר: Howard Calhoun | [email protected]. שונה לאחרונה: 2023-12-17 10:27

כבר חלפו יותר ממאתיים שנה מהרגע שבו המציאו האנושות את קטרי הקיטור הראשונים. עם זאת, תחבורה קרקעית המסיעה נוסעים ומטענים כבדים תוך שימוש בכוח החשמל והסולר עדיין נפוצה מאוד.

כדאי לומר שכל השנים הללו, מהנדסים וממציאים פעלו באופן פעיל ליצירת דרכים חלופיות לתנועה. התוצאה של עבודתם הייתה רכבות על כריות מגנטיות.

היסטוריה של הופעה

עצם הרעיון של יצירת רכבות על כריות מגנטיות פותח באופן פעיל בתחילת המאה העשרים. עם זאת, לא ניתן היה לממש את הפרויקט הזה באותה עת ממספר סיבות. ייצור רכבת כזו החל רק בשנת 1969. אז הונחה מסילה מגנטית על שטחה של הרפובליקה הפדרלית של גרמניה, שלאורכה אמור היה לעבור רכב חדש, שנקרא מאוחר יותר רכבת המגלב. היא הושקה בשנת 1971. רכבת המגלב הראשונה, שנקראה Transrapid-02, עברה לאורך המסילה המגנטית.

עובדה מעניינת היא שמהנדסים גרמנים יצרו רכב חלופי על סמך הרישומים שהשאיר המדען הרמן קמפר, שקיבל פטנט המאשר את המצאת המטוס המגנטי עוד ב-1934.

"Transrapid-02" בקושי יכול להיקרא מהר מאוד. הוא יכול היה לנוע במהירות מרבית של 90 קילומטרים לשעה. גם הקיבולת שלו הייתה נמוכה - רק ארבעה אנשים.

בשנת 1979 נוצר דגם מגלב מתקדם יותר. רכבת זו, שנקראה "טרנסראפיד-05", יכלה כבר להוביל שישים ושמונה נוסעים. הוא נע לאורך הקו שנמצא בעיר המבורג, שאורכו היה 908 מטר. המהירות המרבית שפיתחה רכבת זו הייתה שבעים וחמישה קילומטרים לשעה.

באותה 1979, דגם מגלב נוסף שוחרר ביפן. קראו לה "ML-500". הרכבת היפנית על כרית מגנטית פיתחה מהירות של עד חמש מאות ושבעה עשר קילומטרים לשעה.

תחרותיות

ניתן להשוות את המהירות שרכבות כריות מגנטיות יכולות לפתח למהירות של מטוסים. בהקשר זה, סוג זה של תחבורה יכול להפוך למתחרה רציני לאותם נתיבי אוויר הפועלים במרחק של עד אלף קילומטרים. השימוש הנרחב במגלבים מעכב על ידי העובדה שהם אינם יכולים לנוע על משטחי רכבת מסורתיים. רכבות על כריות מגנטיות צריכות לבנות כבישים מהירים מיוחדים. וזה דורש השקעה גדולה של הון. הוא גם האמין כי השדה המגנטי שנוצר עבור maglevs יכול להשפיע לרעהגוף האדם, דבר שישפיע לרעה על בריאות הנהג ותושבי אזורים הממוקמים ליד נתיב כזה.

עקרון העבודה

רכבות כריות מגנטיות הן סוג מיוחד של תחבורה. במהלך התנועה נראה שהמגלב מרחף מעל פסי הרכבת מבלי לגעת בו. זאת בשל העובדה שהרכב נשלט בכוח של שדה מגנטי שנוצר באופן מלאכותי. בזמן תנועת המגלב אין חיכוך. כוח הבלימה הוא גרר אווירודינמי.

איך זה עובד? כל אחד מאיתנו יודע על התכונות הבסיסיות של מגנטים משיעורי הפיזיקה בכיתה ו'. אם שני מגנטים יוכנסו יחד עם הקטבים הצפוניים שלהם, הם ידחו זה את זה. נוצרת מה שנקרא כרית מגנטית. כאשר מחברים קטבים שונים, המגנטים יימשכו זה לזה. העיקרון הפשוט למדי הזה עומד בבסיס תנועת רכבת המגלב, שממש גולשת באוויר במרחק לא משמעותי מהמסילות.

כיום כבר פותחו שתי טכנולוגיות, בעזרתן מופעלת כרית או מתלה מגנטים. השלישי הוא ניסיוני וקיים רק על הנייר.

מתלים אלקטרומגנטיים

טכנולוגיה זו נקראת EMS. הוא מבוסס על עוצמת השדה האלקטרומגנטי, המשתנה עם הזמן. זה גורם לריחוף (עלייה באוויר) של המגלב. עבור תנועת הרכבת במקרה זה, נדרשות מסילות בצורת T, אשר עשויותמוליך (בדרך כלל עשוי ממתכת). באופן זה, פעולת המערכת דומה למסילת רכבת קונבנציונלית. עם זאת, ברכבת, במקום זוגות גלגלים, מותקנים מגנטים תמיכה ומנחים. הם ממוקמים במקביל לסטאורים הפרומגנטיים הממוקמים לאורך קצה הרשת בצורת T.

החיסרון העיקרי של טכנולוגיית EMS הוא הצורך לשלוט על המרחק בין הסטטור למגנטים. וזאת למרות העובדה שזה תלוי בגורמים רבים, כולל האופי הלא יציב של האינטראקציה האלקטרומגנטית. על מנת למנוע עצירה פתאומית של הרכבת מותקנות בה סוללות מיוחדות. הם מסוגלים להטעין מחדש את הגנרטורים הליניאריים המובנים במגנטים התומכים, וכך לשמור על תהליך הריחוף לאורך זמן.

רכבות המבוססות על EMS בולמות על ידי מנוע ליניארי סינכרוני בעל תאוצה נמוכה. הוא מיוצג על ידי מגנטים תומכים, כמו גם הכביש, שמעליו מרחף המגלב. ניתן לשלוט במהירות ובדחף של ההרכב על ידי שינוי התדירות והחוזק של זרם החילופין שנוצר. כדי להאט, פשוט שנה את כיוון הגלים המגנטיים.

השעיה אלקטרודינמית

יש טכנולוגיה שבה תנועת המגלב מתרחשת כאשר שני שדות מקיימים אינטראקציה. אחד מהם נוצר על בד הכביש המהיר, והשני נוצר על סיפון הרכבת. טכנולוגיה זו נקראת EDS. על בסיסה נבנתה רכבת מגלב יפנית JR–Maglev.

למערכת הזו יש כמה הבדלים מ-EMS, שםמגנטים רגילים, שאליהם מסופק זרם חשמלי מהסלילים רק כאשר מופעל כוח.

טכנולוגיית EDS מרמזת על אספקה קבועה של חשמל. זה קורה גם אם אספקת החשמל כבויה. בסלילים של מערכת כזו מותקן קירור קריוגני, מה שחוסך כמויות משמעותיות של חשמל.

היתרונות והחסרונות של טכנולוגיית EDS

הצד החיובי של מערכת הפועלת על מתלים אלקטרודינמיים הוא היציבות שלה. אפילו הפחתה קלה או הגדלה של המרחק בין המגנטים לקנבס מווסתת על ידי כוחות הדחייה והמשיכה. זה מאפשר למערכת להיות במצב ללא שינוי. עם טכנולוגיה זו, אין צורך להתקין אלקטרוניקת בקרה. אין צורך במכשירים כדי להתאים את המרחק בין האינטרנט למגנטים.

לטכנולוגיית EDS יש כמה חסרונות. לפיכך, הכוח המספיק כדי לרחף את ההרכב יכול להתעורר רק במהירות גבוהה. לכן מגלבים מצוידים בגלגלים. הם מספקים את התנועה שלהם במהירויות של עד מאה קילומטרים לשעה. חסרון נוסף של טכנולוגיה זו הוא כוח החיכוך הנוצר בחלק האחורי והקדמי של המגנטים הדוחים במהירויות נמוכות.

בשל השדה המגנטי החזק בקטע המיועד לנוסעים, יש צורך בהתקנת מיגון מיוחד. אחרת, אסור לאדם עם קוצב לב לנסוע. יש צורך בהגנה גם עבור אמצעי אחסון מגנטיים (כרטיסי אשראי וקשיח).

פותחטכנולוגיה

המערכת השלישית, שקיימת כיום רק על הנייר, היא שימוש במגנטים קבועים בגרסת ה-EDS, שאינם דורשים הפעלת אנרגיה. עד לאחרונה האמינו שזה בלתי אפשרי. החוקרים האמינו שלמגנטים קבועים אין כוח כזה שיכול לגרום לרכבת לרחף. עם זאת, בעיה זו נמנעה. כדי לפתור אותה הוצבו המגנטים במערך הלבך. סידור כזה מוביל ליצירת שדה מגנטי לא מתחת למערך, אלא מעליו. זה עוזר לשמור על ריחוף הרכבת גם במהירות של כחמישה קילומטרים לשעה.

הפרויקט הזה עדיין לא קיבל יישום מעשי. זה נובע מהעלות הגבוהה של מערכים העשויים ממגנטים קבועים.

Dignity of maglevs

הצד האטרקטיבי ביותר של רכבות מגלב הוא הסיכוי להשיג מהירויות גבוהות שיאפשרו למגלבים להתחרות גם עם מטוסי סילון בעתיד. תחבורה מסוג זה היא חסכונית למדי מבחינת צריכת החשמל. גם העלויות להפעלתו נמוכות. זה הופך אפשרי בגלל היעדר חיכוך. גם הרעש הנמוך של מגלבים משמח, שתהיה לו השפעה חיובית על המצב הסביבתי.

פגמים

החיסרון של מגלבים הוא שצריך יותר מדי להכין אותם. גם ההוצאות על תחזוקת המסלול גבוהות. בנוסף, אמצעי התחבורה הנחשב דורש מערכת מורכבת של מסילות ומדויקת במיוחדמכשירים השולטים על המרחק בין הקנבס למגנטים.

יישום פרויקט בברלין

בבירת גרמניה בשנות ה-80 התקיימה פתיחת מערכת המגלב הראשונה בשם M-Bahn. אורך הבד היה 1.6 ק מ. רכבת מגלב נסעה בין שלוש תחנות מטרו בסופי שבוע. הנסיעה לנוסעים הייתה בחינם. לאחר נפילת חומת ברלין, אוכלוסיית העיר כמעט הוכפלה. זה דרש יצירת רשתות תחבורה עם יכולת לספק תנועת נוסעים גבוהה. לכן בשנת 1991 פורק הקנבס המגנטי, ובמקומו החלה בניית הרכבת התחתית.

Birmingham

בעיר גרמנית זו, מגלב במהירות נמוכה התחבר מ-1984 ל-1995. שדה תעופה ותחנת רכבת. אורכו של הנתיב המגנטי היה 600 מ' בלבד.

הכביש עבד עשר שנים ונסגר עקב תלונות רבות של נוסעים על אי הנוחות הקיימת. לאחר מכן, המונורייל החליף את המגלב בקטע זה.

Shanghai

הכביש המגנטי הראשון בברלין נבנה על ידי חברת Transrapid הגרמנית. כישלון הפרויקט לא הרתיע את היזמים. הם המשיכו במחקר וקיבלו הוראה מממשלת סין, שהחליטה לבנות מסלול מגלב במדינה. נתיב מהיר זה (עד 450 קמ"ש) חיבר את שנגחאי ונמל התעופה פודונג.הכביש באורך 30 ק"מ נפתח בשנת 2002. תוכניות עתידיות כוללות את הארכתו ל-175 ק"מ.

Japan

מדינה זו אירחה תערוכה ב-2005אקספו-2005. עם פתיחתו הופעל מסלול מגנטי באורך 9 ק מ. יש תשע תחנות על הקו. מגלב משרת את האזור הסמוך למקום התערוכה.

מגלבים נחשבים לתחבורה של העתיד. כבר ב-2025 מתוכנן לפתוח כביש מהיר חדש במדינה כמו יפן. רכבת המגלב תסיע נוסעים מטוקיו לאחד המחוזות של החלק המרכזי של האי. מהירותו תהיה 500 קמ ש. יידרשו כארבעים וחמישה מיליארד דולר כדי ליישם את הפרויקט.

רוסיה

היצירה של רכבת מהירה מתוכננת גם על ידי רכבת רוסיה. עד 2030, מגלב ברוסיה יחבר בין מוסקבה ולדיווסטוק. הנוסעים יתגברו על השביל של 9300 ק מ תוך 20 שעות. מהירות רכבת המגלב תגיע עד חמש מאות קילומטרים לשעה.