Zijn magneetzweeftreinen het transport van de toekomst? Hoe werkt een magneettrein?

2024 Auteur: Howard Calhoun | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2023-12-17 10:36

Er zijn al meer dan tweehonderd jaar verstreken sinds het moment waarop de mensheid de eerste stoomlocomotieven uitvond. Spoorvervoer over de grond, waarbij passagiers en zware ladingen worden vervoerd met gebruikmaking van elektriciteit en dieselbrandstof, is echter nog steeds heel gebruikelijk.

Het is de moeite waard om te zeggen dat ingenieurs en uitvinders al die jaren actief hebben gewerkt aan het creëren van alternatieve manieren van bewegen. Het resultaat van hun werk waren treinen op magnetische kussens.

Geschiedenis van het uiterlijk

Het idee om treinen op magnetische kussens te maken, werd aan het begin van de twintigste eeuw actief ontwikkeld. Om verschillende redenen was het destijds echter niet mogelijk om dit project te realiseren. De fabricage van een dergelijke trein begon pas in 1969. Op dat moment werd op het grondgebied van de Bondsrepubliek Duitsland een magnetische baan aangelegd, waarlangs een nieuw voertuig zou passeren, dat later de maglev-trein werd genoemd. Het werd gelanceerd in 1971. De eerste maglev-trein, Transrapid-02 genaamd, reed langs het magnetische spoor.

Een interessant feit is dat Duitse ingenieurs een alternatief voertuig hebben gemaakt op basis van de gegevens die zijn achtergelaten door de wetenschapper Hermann Kemper, die in 1934 een patent ontving ter bevestiging van de uitvinding van het magnetische vliegtuig.

"Transrapid-02" is nauwelijks snel te noemen. Hij kon zich met een maximumsnelheid van 90 kilometer per uur voortbewegen. De capaciteit was ook laag - slechts vier mensen.

In 1979 werd een geavanceerder maglev-model gemaakt. Deze trein, genaamd "Transrapid-05", kon al achtenzestig passagiers vervoeren. Hij bewoog zich langs de lijn in de stad Hamburg, waarvan de lengte 908 meter was. De maximale snelheid die deze trein ontwikkelde was vijfenzeventig kilometer per uur.

In dezelfde 1979 werd een ander maglev-model uitgebracht in Japan. Ze heette "ML-500". De Japanse trein op een magnetisch kussen ontwikkelde een snelheid tot vijfhonderdzeventien kilometer per uur.

Concurrentievermogen

De snelheid die magnetische kussentreinen kunnen ontwikkelen, kan worden vergeleken met de snelheid van vliegtuigen. In dit opzicht kan dit type transport een serieuze concurrent worden van die luchtroutes die opereren op een afstand tot duizend kilometer. Het wijdverbreide gebruik van maglevs wordt belemmerd door het feit dat ze niet kunnen bewegen op traditionele spoorwegoppervlakken. Treinen op magnetische kussens moeten speciale snelwegen aanleggen. En dit vereist een grote kapitaalinvestering. Er wordt ook aangenomen dat het magnetische veld dat voor maglevs wordt gecreëerd, een negatief effect kan hebben ophet menselijk lichaam, wat de gezondheid van de bestuurder en inwoners van regio's in de buurt van een dergelijke route nadelig zal beïnvloeden.

Werkingsprincipe

Magnetische kussentreinen zijn een speciaal soort transport. Tijdens beweging lijkt de maglev over de spoorbaan te zweven zonder hem aan te raken. Dit komt door het feit dat het voertuig wordt bestuurd door de kracht van een kunstmatig gecreëerd magnetisch veld. Tijdens de beweging van de maglev is er geen wrijving. De remkracht is aerodynamische weerstand.

Hoe werkt het? Ieder van ons kent de basiseigenschappen van magneten uit de natuurkundelessen van het zesde leerjaar. Als twee magneten met hun noordpool bij elkaar worden gebracht, stoten ze elkaar af. Er ontstaat een zogenaamd magnetisch kussen. Bij het verbinden van verschillende polen zullen de magneten tot elkaar aangetrokken worden. Dit vrij eenvoudige principe ligt ten grondslag aan de beweging van de magneetzweeftrein, die letterlijk op een onbeduidende afstand van de rails door de lucht glijdt.

Momenteel zijn er al twee technologieën ontwikkeld, met behulp waarvan een magnetisch kussen of ophanging wordt geactiveerd. De derde is experimenteel en bestaat alleen op papier.

Elektromagnetische ophanging

Deze technologie wordt EMS genoemd. Het is gebaseerd op de sterkte van het elektromagnetische veld, dat in de loop van de tijd verandert. Het veroorzaakt levitatie (stijging in de lucht) van de maglev. Voor de beweging van de trein zijn in dit geval T-vormige rails nodig, die zijn gemaakt van:geleider (meestal van metaal). Op deze manier is de werking van het systeem vergelijkbaar met een conventionele spoorweg. In de trein worden echter in plaats van wielparen steun- en geleidingsmagneten geïnstalleerd. Ze zijn evenwijdig aan de ferromagnetische stators geplaatst langs de rand van het T-vormige web.

Het belangrijkste nadeel van EMS-technologie is de noodzaak om de afstand tussen de stator en de magneten te regelen. En dit ondanks het feit dat het van veel factoren afhangt, waaronder de onstabiele aard van de elektromagnetische interactie. Om een plotselinge stop van de trein te voorkomen, zijn er speciale batterijen op geïnstalleerd. Ze zijn in staat om de lineaire generatoren die in de steunmagneten zijn ingebouwd, op te laden en zo het levitatieproces lange tijd in stand te houden.

EMS-gebaseerde treinen worden geremd door een synchrone lineaire motor met lage acceleratie. Het wordt weergegeven door ondersteunende magneten, evenals de rijbaan, waarover de maglev zweeft. De snelheid en stuwkracht van de samenstelling kunnen worden geregeld door de frequentie en sterkte van de opgewekte wisselstroom te wijzigen. Om te vertragen, verander gewoon de richting van de magnetische golven.

Elektrodynamische vering

Er is een technologie waarbij de beweging van de maglev plaatsvindt wanneer twee velden op elkaar inwerken. Een ervan is gemaakt in het canvas van de snelweg en de tweede is gemaakt aan boord van de trein. Deze technologie wordt EDS genoemd. Op basis hiervan werd een Japanse magneettrein JR–Maglev gebouwd.

Dit systeem heeft enkele verschillen met EMS, waargewone magneten, waaraan alleen elektrische stroom door de spoelen wordt geleverd als er stroom op staat.

EDS-technologie impliceert een constante toevoer van elektriciteit. Dit gebeurt zelfs als de voeding is uitgeschakeld. Cryogene koeling is geïnstalleerd in de spoelen van een dergelijk systeem, wat een aanzienlijke hoeveelheid elektriciteit bespaart.

Voor- en nadelen van EDS-technologie

De positieve kant van een systeem dat op een elektrodynamische ophanging draait, is de stabiliteit. Zelfs een kleine verkleining of vergroting van de afstand tussen de magneten en het doek wordt gereguleerd door de krachten van afstoting en aantrekking. Hierdoor kan het systeem zich in een ongewijzigde staat bevinden. Met deze technologie is het niet nodig om besturingselektronica te installeren. Er zijn geen apparaten nodig om de afstand tussen het web en de magneten aan te passen.

EDS-technologie heeft enkele nadelen. De kracht die voldoende is om de samenstelling te laten zweven, kan dus alleen met hoge snelheid optreden. Daarom zijn maglevs uitgerust met wielen. Ze zorgen voor hun beweging met snelheden tot honderd kilometer per uur. Een ander nadeel van deze technologie is de wrijvingskracht die bij lage snelheden aan de voor- en achterkant van de afstotende magneten wordt gegenereerd.

Vanwege het sterke magnetische veld in het gedeelte dat bedoeld is voor passagiers, is het noodzakelijk om speciale bescherming te installeren. Anders mag een persoon met een pacemaker niet reizen. Bescherming is ook nodig voor magnetische opslagmedia (creditcards en HDD).

Ontwikkeldtechnologie

Het derde systeem, dat momenteel alleen op papier bestaat, is het gebruik van permanente magneten in de EDS-variant, die geen energie nodig hebben om te worden geactiveerd. Tot voor kort dacht men dat dit niet mogelijk was. De onderzoekers geloofden dat permanente magneten niet zo'n kracht hebben dat de trein zou kunnen zweven. Dit probleem werd echter vermeden. Om het op te lossen werden de magneten in de Halbach-array geplaatst. Een dergelijke opstelling leidt tot het creëren van een magnetisch veld, niet onder de array, maar erboven. Dit helpt om de levitatie van de trein te behouden, zelfs bij een snelheid van ongeveer vijf kilometer per uur.

Dit project heeft nog geen praktische implementatie gekregen. Dit komt door de hoge kosten van arrays gemaakt van permanente magneten.

Waardigheid van maglevs

De meest aantrekkelijke kant van maglev-treinen is het vooruitzicht om hoge snelheden te bereiken waardoor maglevs in de toekomst zelfs met straalvliegtuigen kunnen concurreren. Dit type transport is vrij zuinig in elektriciteitsverbruik. De kosten voor de werking ervan zijn ook laag. Dit wordt mogelijk door de afwezigheid van wrijving. Het lage geluid van maglevs is ook prettig, wat een positief effect zal hebben op de milieusituatie.

Flaws

Het nadeel van maglevs is dat er te veel voor nodig is om ze te maken. Ook de kosten voor het onderhoud van het spoor zijn hoog. Bovendien vereist de overwogen vervoerswijze een complex systeem van sporen en ultranauwkeurigeapparaten die de afstand tussen het canvas en de magneten regelen.

Projectimplementatie in Berlijn

In de hoofdstad van Duitsland vond in de jaren tachtig de opening plaats van het eerste maglev-systeem, de M-Bahn. De lengte van het doek was 1,6 km. In het weekend reed er een magneettrein tussen drie metrostations. Reizen voor passagiers was gratis. Na de val van de Berlijnse Muur verdubbelde de bevolking van de stad bijna. Het vereiste de oprichting van vervoersnetwerken met het vermogen om een hoog passagiersverkeer te bieden. Dat is de reden waarom in 1991 het magnetische canvas werd ontmanteld en de bouw van de metro op zijn plaats begon.

Birmingham

In deze Duitse stad is van 1984 tot 1995 een lagesnelheidsmaglev verbonden. luchthaven en treinstation. De lengte van het magnetische pad was slechts 600 m.

De weg werkte tien jaar en was afgesloten vanwege talloze klachten van passagiers over de bestaande overlast. Vervolgens verving de monorail de maglev in dit gedeelte.

Shanghai

De eerste magnetische weg in Berlijn werd gebouwd door het Duitse bedrijf Transrapid. Het mislukken van het project schrikte de ontwikkelaars niet af. Ze zetten hun onderzoek voort en ontvingen een bevel van de Chinese regering, die besloot een magneetzweefbaan in het land te bouwen. Deze hogesnelheidsroute (tot 450 km/u) verbond Shanghai en Pudong Airport. De 30 km lange weg werd in 2002 geopend. Toekomstige plannen omvatten de uitbreiding tot 175 km.

Japan

Dit land organiseerde in 2005 een tentoonstellingExpo-2005. Bij de opening werd een magnetische baan van 9 km lang in gebruik genomen. Er zijn negen stations op de lijn. Maglev bedient het gebied naast de tentoonstellingslocatie.

Maglevs worden beschouwd als het transport van de toekomst. Al in 2025 is het de bedoeling om in een land als Japan een nieuwe snelweg te openen. De maglev-trein zal passagiers van Tokio naar een van de districten van het centrale deel van het eiland vervoeren. Zijn snelheid zal 500 km/u zijn. Er is ongeveer vijfenveertig miljard dollar nodig om het project uit te voeren.

Rusland

De aanleg van een hogesnelheidstrein is ook gepland door de Russische Spoorwegen. Tegen 2030 zal maglev in Rusland Moskou en Vladivostok met elkaar verbinden. Passagiers overwinnen het pad van 9300 km in 20 uur. De snelheid van de magneetzweeftrein zal oplopen tot vijfhonderd kilometer per uur.