Tren de levitație magnetică

Maglev Transrapid din Shanghai

Trenul Maglev în Germania

Birmingham International Maglev

Un tren de levitație magnetică sau Maglev este un tip de tren care circulă fără a atinge șinele prin intermediul levitației magnetice .

Repulsia și atracția magnetică sunt, de asemenea, utilizate ca mijloc de locomoție . Deoarece convoiul nu atinge șinele, singura forță care se opune mișcării sale este fricțiunea aerului. Prin urmare, MagLev este capabil să circule la viteze foarte mari (peste 600 km / h ^[1] ) cu un consum de energie limitat și un nivel de zgomot acceptabil. Deși viteza MagLev îi permite să concureze cu avionul chiar și pe distanțe mari, costurile pentru construcția infrastructurilor și- au limitat până acum utilizarea la rute scurte și foarte aglomerate. În Shanghai, un MagLev face legătura între oraș și aeroport . Linia are o lungime de 33 de kilometri și este parcursă de tren în 7 minute și 20 de secunde, cu o viteză maximă de 501,5 km / h și o viteză medie de 250 km / h.

Tehnologie

Tehnologiile care pot fi utilizate pentru realizarea unui MagLev sunt două:

• Suspensie electromagnetică (EMS): folosește electromagneti convenționali montați la capătul unei perechi de structuri plasate sub tren care se înfășoară în jurul părților laterale și inferioare ale șinei. Magneții, atrași de șinele de fier laminate, susțin trenul. Cu toate acestea, acest sistem este instabil, deoarece distanța dintre tren și cale trebuie verificată constant, care trebuie să fie întotdeauna de 1 cm.
• Suspensie electrodinamică (EDS): trenul realizează levitația prin exploatarea polarității opuse a magneților vehiculului și a înfășurărilor de pe cale sau invers. Forța respingătoare se dezvoltă ca urmare a mișcării vehiculului și nu este activă atunci când vehiculul este staționar.
  Un exemplu de tren bazat pe această tehnologie este JR-Maglev , care folosește materiale supraconductoare răcite până la aproximativ 20 K, cu răcitoare și criostate la bord.

Un alt exemplu este sistemul inductrack care folosește magneți permanenți în loc de înfășurări supraconductoare, această tehnologie face vehiculul total pasiv.

Se studiază tehnica de refrigerare cu heliu lichid (și este deja implementată experimental), capabilă să atingă o temperatură egală cu aproape zero absolut (doar 0,2 K de la zero absolut). Această tehnică este mai scumpă decât tehnica JR-Maglev.

O altă tehnică este cea care asigură direcționarea unui flux puternic accelerat de protoni către magnetul permanent (cel ancorat la cărucior), astfel încât să-și mărească câmpul magnetic exponențial. Această tehnică are avantajul de a putea folosi magneți mai mici și mai ușori și, prin urmare, mai puțin costisitoare, dar există o creștere a consumului de energie electrică.

Japonia și Germania sunt țări foarte active în cercetarea maglev și au produs diferite abordări ale problemei. Într-un proiect, trenul levitează datorită forței respingătoare a aceluiași pol magnetic și se mișcă datorită forței atractive care se dezvoltă între doi poli opuși. Trenul este condus de un motor liniar plasat în cale sau în tren (sau ambele). Inductoare magnetice mari sunt instalate pe cale și acestea generează câmpul magnetic necesar pentru a susține trenul și a-l face să se miște. Unii comentatori au subliniat că construirea infrastructurii feroviare bazată pe această tehnologie ar fi extrem de costisitoare.

Magneții fixi pe bază de electro-magneți sau magneți permanenți ar fi instabili de teorema lui Earnshaw . Pe de altă parte, magneții diamagnetici și supraconductori nu pot menține un maglev stabil. Sistemele actuale de maglev sunt stabilizate de către electro-magneți gestionați electronic. Acești electromagneti mari sunt foarte grei și necesită cantități mari de curent electric.

Greutatea unui electromagnet mare este o componentă importantă a unui design de maglev. Un câmp magnetic foarte intens este necesar pentru a levita un tren greu, iar cercetarea convențională în maglev își propune să utilizeze supraconductori pentru a produce electromagneti eficienți.

Efectele unui câmp magnetic intens asupra corpului uman sunt în mare parte necunoscute. Pentru siguranța pasagerilor, poate fi necesar să adăugați scuturi împotriva câmpurilor magnetice. Ideea este simplă, dar proiectarea din punct de vedere al ingineriei este foarte complexă.

Un sistem nou, poate mai ieftin decât sistemele convenționale, se numește inductrack . Această tehnologie se bazează pe utilizarea de electro-magneți (pasivi) ne-alimentați și magneți permanenți. Teoria se bazează pe utilizarea curenților induși de magneții permanenți din electromagneti atunci când traversează, în mișcare, liniile de câmp produse de magneții permanenți. Această tehnologie are nevoie doar de curent în timpul deplasării vehiculului, iar cantitatea necesară este direct proporțională cu viteza vehiculului. În prototip , magneții permanenți erau montați pe cărucior orizontal pentru înălțime și vertical pentru stabilitate. Magneții și carul nu sunt alimentați decât pentru a accelera carul. Inductrack a fost dezvoltat inițial pentru a crea un motor magnetic care stochează energie prin mișcarea căruței. Cu câteva modificări ușoare ale designului, linia originală, care era un cerc închis, a fost extinsă pentru a deveni o linie dreaptă. Inductrack-ul a fost dezvoltat de fizicianul Richard F. Post de la Laboratorul Național Lawrence Livermore .

Inductrack folosește Halbach Arrays pentru a se stabiliza. Matricile Halbach sunt un set de magneți permanenți care stabilizează mișcarea în liniile magnetice de forță fără a fi nevoie de electronică , aceste elemente cresc, de fapt, câmpul magnetic pe o parte, anulându-și prezența pe partea opusă. Halbach Arrays au fost inițial dezvoltate pentru a stabiliza fasciculul acceleratorilor de particule . De asemenea, generează un câmp magnetic numai pe partea orientată spre pistă, reducând efectele potențiale nedorite suferite de pasageri.

În prezent, multe agenții spațiale, inclusiv NASA, cercetează maglev-uri pentru a dezvolta o metodă ieftină de lansare a spațiului . Agențiile spațiale ar dori să dezvolte maglev-uri suficient de repede pentru a depăși viteza de evacuare a Pământului . Folosirea unui maglev pentru a accelera o căruță i-ar permite să folosească rachete mici pentru a ajunge pe orbită . Fricțiunea aerului face dificilă realizarea unui maglev care poate intra pe orbită fără utilizarea rachetelor, cu excepția cazului în care platforma de lansare este construită pe un munte foarte înalt, cum ar fi munții din Himalaya .

În cursul anului 2010, un nou Maglev, precis JR-MAGLEV MXL02, care utilizează sistemul de suspensie electrodinamică (EDS), a stabilit recordul de 581,6 km / h pe un test.

La 21 aprilie 2015, un MagLev a atins 603 km / h în timpul unor teste din Japonia în prefectura Yamanashi, stabilind noul record mondial de viteză.

Maglev existent

Uniunea Europeană

În Berlinul de Vest, compania M-Bahn a construit un maglev de 1,6 km conectând trei stații U-Bahn în anii 1980 . Testul cu traficul de pasageri a început în august 1989 și serviciul regulat în iunie 1991 . Pe măsură ce traficul de pasageri s-a schimbat după căderea Zidului Berlinului, linia a fost dezafectată în februarie 1992 , demontată și înlocuită cu o linie de metrou .

Primul sistem automat de tranzacționare bazat pe maglev de viteză mică a fost dezvoltat pentru a se conecta la Aeroportul Internațional Birmingham la gară la Birmingham internațional operațional între 1984 și 1995 . Linia avea 600 de metri lungime, iar trenul era suspendat la 15 milimetri de șine. A funcționat timp de unsprezece ani, dar perimarea electronice a făcut ca sistemul să fie nesigur și, prin urmare, a fost înlocuit cu un sistem convențional.

Transrapid este o companie germană care a dezvoltat o linie de testare în Emsland și a construit prima linie comercială de maglev de mare viteză, Shanghai Maglev Train din Shanghai , China în 2002 . Această linie conectează Aeroportul Internațional Shanghai , situat în Pudong, cu orașul. Linia are o lungime de 30 km, iar viteza maximă atinsă este de 501 km / h.

In strainatate

Japonia a testat un tren maglev, JR-Maglev , în prefectura Yamanashi , care a atins o viteză record de 603 km / h, cea mai rapidă viteză atinsă vreodată de un convoi terestru. Trenul folosește magneți supraconductori și suspensii electrodinamice. Dimpotrivă, Transrapid folosește electromagneti convenționali și suspensii electromagnetice de tip atractiv. „Maglev Shinkansen supraconductor” dezvoltat de Central Japan Railway Co. („JR Central”) și Kawasaki Heavy Industries este în prezent cel mai rapid tren din lume. Dacă propunerea Chuo Shinkansen este aprobată, Tokyo și Osaka vor fi conectate prin maglev și pista de test se va alătura liniei.

Primul sistem comercial de maglev urban a intrat în vigoare în Japonia în martie 2005 . Acest sistem este format din nouă stații de-a lungul unui traseu de 8,9 kilometri al liniei Tobu-kyuryo, cunoscută și sub numele de Linimo . Linia are o rază de funcționare minimă de 75 de metri și o pantă de 6º. Motorul liniar de levitație magnetică are o viteză maximă de 100 km / h. Această linie servește populației locale pentru a ajunge la Expo 2005 . Trenul a fost dezvoltat de Chubu HSST Development Corporation, care a colaborat și pe pista de testare din Nagoya . Un maglev urban similar cu cel japonez a fost prezentat în Coreea de către compania Rotem.

În Statele Unite ale Americii, Administrația Federală de Tranzit a demarat programul de demonstrare a tehnologiei Urban Maglev . Programul își propune să proiecteze maglev-uri de viteză redusă pentru uz urban și tehnologia HSST a fost inițial evaluată. ALS a finanțat General Atomics și Universitatea California din Pennsylvania pentru dezvoltarea unei noi generații de maglev, MagneMotion M3 și Maglev2000 din Florida , ambele bazate pe superconductori EDS. Un alt proiect de maglev urban este LEVX dezvoltat în statul Washington , Magplane dezvoltat în Massachusetts și sistemul de tip HSST dezvoltat de American Maglev Technology din Florida și Old Dominion University din Virginia .

La 31 decembrie 2000, primul superconductor de temperatură înaltă pentru maglev a fost testat cu succes la Universitatea Southwest Jiaotong , Chengdu , China . Sistemul se bazează pe supraconductori de temperatură înaltă, care sunt levitați pe magneți permanenți. Sarcina a fost de 530 de kilograme, iar distanța până la magneți a fost de 20 de milimetri. Sistemul a utilizat azot lichid, un agent frigorific foarte economic pentru supraconductori. Pe 6 mai 2016 , Maglev Express de la Changsha , prima linie de maglev construită cu tehnologie chineză, a intrat în funcțiune.

Primul brevet pentru levitația magnetică a trenurilor cu motor liniar este brevetul SUA 3.470.828, eliberat în octombrie 1969 lui James R. Powell și Gordon T. Danby. Tehnologia utilizată a fost inventată de Eric Laithwaite și descrisă în „Proceedings of the Institution of Electrical Engineers”, vol. 112, 1965, pp. 2361–2375, cu titlul de „Levitație electromagnetică”. Laithwaite a brevetat motorul liniar în 1948 .

Propuneri viitoare

Mobilitatea orașului

Unimodal a propus un sistem de transport personal bazat pe suspensii Inductrack, sistemul propus ar putea ajunge la 160 km / h în oraș.

Treceri submarine

O propunere specială a maglev își propune să creeze tuneluri subterane fără aer, astfel încât trenul să poată circula fără a fi nevoie să vă faceți griji cu privire la fricțiunea aerului. Aceste linii ar putea folosi trenuri care circulă cu viteze de până la 6.000-8.000 km / h și, dacă sunt construite suficient de adânc, ar putea traversa oceanele . Dar fără o îmbunătățire radicală a tehnicilor de foraj, aceste idei sunt imposibile. ^[2]

Proiecte naționale

Japonia

În Japonia s-a decis în mai 2011 să se construiască o linie de levitație magnetică care să conecteze Tokyo cu Nagoya în 2027 și apoi cu Osaka în 2040 . În prezent, există o rută experimentală în prefectura Yamanashi utilizată pentru experimente, care va fi integrată cu noua linie odată finalizată. Datorită noii linii, care costă 9.000 de miliarde de yeni , Tokyo și Nagoya vor fi conectate în 40 de minute, iar Osaka în 60 de minute.

Germania

În Germania, la München , este planificat un sistem de levitație magnetică între stația principală (locul de interconectare cu diverse linii subterane și liniile de transport feroviar local) și aeroport. Se așteaptă ca timpul mediu de conectare să fie redus de la actualele 40 de minute la aproximativ 10 minute. În atriumul aeroportului există un model pe scară largă al trenului care poate fi vizitat.

Acest proiect ar putea suferi întârzieri în implementarea sa din cauza unui accident care a avut loc la 22 septembrie 2006 în timpul unui test; trenul, care circula cu o viteză de aproximativ 200 km / h, a lovit un cărucior pentru întreținere; primul vagon, care transporta aproximativ treizeci de pasageri, a fost complet distrus și au fost uciși 23 de persoane între ocupanți și personalul de întreținere. ^[3]

China

China are în vedere utilizarea maglevului pentru conectarea marilor orașe, deși costul ar putea face ca proiectul să nu poată fi realizat. Cu toate acestea, o linie Shanghai- Hangzhou este în curs de studiu.

Coreea de Sud

În Coreea de Sud, o linie de levitație magnetică de 6,1 km este în construcție lângă Aeroportul Internațional Incheon numit Incheon Maglev . Trenul circulă cu o viteză de 110 km / h și a fost deschis la 30 septembrie 2014 . ^[4]

Regatul Unit

Una din linia maglev cu sediul în Regatul Unit a fost propusă în 2005 pentru a conecta Londra și Glasgow . Această linie ar avea, de asemenea, mai multe opțiuni de-a lungul traseului. Se pare că guvernul local a luat în considerare serios propunerea. ^{[5] [6]}

elvețian

În Elveția, a fost propus Swissmetro , o linie de cale ferată subterană cu levitație magnetică. Conform acestui proiect, trenul circulă într-un tunel unde se face vidul, pentru a îmbunătăți efectele aerodinamice. Viteza maximă așteptată este de 500 km / h. O axă est-vest este planificată de la Geneva la St. Gallen și o axă nord-sud de la Basel la Bellinzona . În ciuda subvențiilor federale, șansele de a vedea proiectul realizat în subteranul elvețian sunt foarte mici, atât de mult încât managerii de proiect au început deja negocierile cu China . ^[7]

Italia

În aprilie 2008, la Brescia, jurnalistul Andrew Spannaus de la Executive Intelligence Review, a propus să profite de ocazia viitoarei Expoziții Universale din Milano (EXPO 2015), pentru a începe o revoluție infrastructurală în Lombardia, cu așteptarea extinderii acesteia la restul. din Italia . El a propus să construiască o linie de transport prin levitație magnetică pentru a conecta aeroportul Malpensa cu orașele Milano, Bergamo și Brescia ^[8] .

În martie 2011 , Nicola Oliva, membru al Consiliului Municipal din Prato , i-a prezentat lui Enrico Rossi , președintele Regiunii Toscane , propunerea unei conexiuni de levitație magnetică care să lege Florența de aeroportul din Pisa în câteva minute. ^{[9] [10]} Scopul acestui proiect este de a crea o linie de levitație magnetică care, începând de la Prato, trece apoi prin stația Santa Maria Novella din Florența și apoi prin aeroportul din Florența , ajungând astfel la aeroportul civil din Pisa . Prin urmare, Maglev ar permite conectarea Florenței și Pisa în timpuri mult mai rapide decât cele actuale, trecând de la ora și cincisprezece minute de azi la aproximativ douăzeci de minute cu trenul de levitație magnetică, ^[11] permițând astfel aeroportului din Pisa să se extindă în mod semnificativ bazinul său de captare. Datorită acestui proiect, aeroportul ar putea continua să servească întreaga Toscana ca principal aeroport civil. ^[12] Proiectarea completă prevede, într-o a doua fază și într-o viziune organică, extinderea secțiunii de levitație magnetică spre coasta tirrenică cu Livorno în cap și cu consecința construcției unei platforme logistice integrate maritim-feroviar-aerian importanță strategică pentru economia regională toscană. ^[13]

Înregistrarea vitezei trenurilor magnetice

• 1971 - Germania de Est - 90 km / h
• 1971 - Japonia-TR04-60km / h-
• 1972 - Japonia-
• 1973 - Japonia - TR04 - 250 km / h - (cu echipaj)
• 1974 - Japonia - EET-01 - 230 km / h - (fără pilot)
• 1975 - Germania de Vest - Komet - 401,3 km / h (propulsat de o rachetă cu aburi) - (fără pilot)
• 1978 - Japonia - HSST01 - 307,8 km / h (propulsate de rachete de sprijin construite de Nissan) - (fără pilot)
• 1978 - Japonia - HSST02 - 110 km / h - (cu echipaj)
• 1979 - Japonia - ML500 - 517 km / h - (fără pilot) Primul tren care depășește 500 km / h
• 1987 - Germania de Vest - TR06 - 406 km / h - (cu echipaj)
• 1987 - Japonia - MLU001 - 400,8 km / h - (cu echipaj)
• 1988 - Japonia - TR-06 - 412,6 km / h - (cu echipaj)
• 1989 - Japonia - TR-07 - 436 km / h - (cu echipaj)
• 1993 - Germania - TR-07 - 450 km / h - (cu echipaj)
• 1994 - Japonia - MLU002N - 431 km / h - (fără pilot)
• 1997 - Japonia - MLX01 - 531 km / h - (cu echipaj)
• 1997 - Japonia - MLX01 - 550 km / h - (fără pilot)
• 1999 - Japonia - MLX01 - 548 km / h - (fără pilot)
• 1999 - Japonia - MLX01 - 552 km / h - (cu echipaj / Compoziția a 5 mașini). Autorizație Guinness.
• 2003 - Germania - TR-08 - 501 km / h - (cu echipaj)
• 2003 - Japonia - MLX01 - 581 km / h (cu echipaj / Compoziția a 3 mașini)
• 2007 - Japonia - TR-08 - 592 km / h (cu echipaj)
• 2008 - Japonia - MLX01 - 604 km / h (cu echipaj)
• 2011 - Japonia - MLX01 - 620 km / h (cu echipaj)
• 2012 - Japonia - MLX01 - 623 km / h (cu echipaj)

Notă

Elemente conexe

• Vactrain
• Calea ferată de levitație

Alte proiecte

• Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere despre trenul de levitație magnetică

linkuri externe

• ( EN ) Urban Maglev Interest Group , pe urbanmaglev.org .
• ( EN , JA ) HSST , pe hsst.jp.
• ( EN ) Rotem , pe rotem.co.kr .
• (EN) Site-ul lui Lawrence Livermore inductrack pe llnl.gov.
• ( DE ) Slideshow pe Transrapid , pe transrapid.de . Adus la 22 august 2005 (arhivat din original la 9 martie 2005) .
• ( EN ) Maglev în Asia (China, Shanghai), Japonia (Yamanashi) și Germania (Monaco; TVE) , pe maglev.in .
• ( EN ) Internat. Maglev Board , pe maglevboard.net .
• ( EN ) Aeroportul Shanghai Pudong Maglev în profunzime .
• ( EN ) Sistemul PRM UniModal , pe unimodal.com .
• ( EN ) UK Ultraspeed Project , pe expall.com . Adus la 22 august 2005 (arhivat din original la 8 octombrie 2006) .
• Science & Technology Review iunie 1998 O nouă abordare pentru trenurile care levitează magnetic - și rachete , la llnl.gov .

Portale Trasporti : accedi alle voci di Wikipedia che trattano di trasporti