Pociąg lewitacji magnetycznej

Maglev lub Maglev pociąg wykorzystuje sił magnetycznych do ruchu. Wykorzystuje zjawisko lewitacji elektromagnetycznej i dlatego nie ma kontaktu z szynami , w przeciwieństwie do pociągów konwencjonalnych. Proces ten eliminuje opory toczenia i osiąga wyższe prędkości: rekord to 603 km/h uzyskany w kwiecień 2015, czyli o 28,2  km/h więcej niż rekord dla pociągu konwencjonalnego ( 574,8  km/h według zmodyfikowanej wersji TGV w 2007 roku). Maglev to skrót od lewitacji magnetycznej .

Zasady i technologie

Istnieją dwa główne typy pociągów z lewitacją magnetyczną:

  1. Typ lewitacji elektrodynamicznej (lub EDS), wykorzystujący magnesy nadprzewodzące lub magnesy ziem rzadkich ułożone w siatce Halbacha . Na magnesie nadprzewodzącym cewki nadprzewodzące są umieszczone w pociągu, a elektromagnesy są umieszczone wzdłuż toru. Kiedy pociąg się porusza, w torze indukowany jest prąd. Wynikająca siła unosi pociąg. Ruch pociągu generuje znaczny opór elektromagnetyczny, większy niż opór toczenia systemu kół „stal na stali”. W niektórych systemach (InducTrack) opór ten osiąga maksimum, a następnie zmniejsza się przy dużej prędkości. Najbardziej udany projekt typu SCMaglev został zrealizowany w Japonii na prototypowej linii Shinkansen Chūō .
  2. Typ lewitacji elektromagnetycznej (lub EMS), wykorzystujący konwencjonalne elektromagnesy . Opór elektromagnetyczny jest tutaj bardzo niski, a nawet zerowy. Niemiecki Transrapid jest głównym przykładem. Szyna „nośna” zawiera magnesy lub elektromagnesy. Interakcja między magnesami na pokładzie pociągu a magnesami rozmieszczonymi wzdłuż toru wytwarza indukowaną siłę magnetyczną, która kompensuje grawitację i umożliwia lewitację . Magnesy te popychają pociąg do góry i zapewniają wystarczający prześwit między „szyną” a pociągiem, co uwalnia pojazd od wszelkich strat spowodowanych tarciem. Pojawia się jednak magnetyczny ślad. Ponadto przy dużych prędkościach to właśnie opór aerodynamiczny stanowi zdecydowanie główny opór podczas ruchu do przodu.

Napęd zapewnia synchroniczny silnik liniowy .

Fabuła

Początki badań nad pociągami z lewitacją magnetyczną rozpoczęły się w 1922 roku pracą Niemca Hermanna Kempera . Złożył patent na14 sierpnia 1934. Jego pracę przerwała jednak II wojna światowa .

Linie w eksploatacji

Po prawie czterdziestu latach badań i testów działa tylko sześć linii o łącznej długości około 70 km:

Linie porzucone po pracy

Projektowanie

Obecne projekty

Japonia rozwija projekt o nazwie kolejowej Shinkansen Chūō . Na linii testowej o długości 18,4  km znajdującej się w prefekturze Yamanashi prototyp osiągnął prędkość 590  km/h na16 kwietnia 2015 r., następnie 603  km/h dalej21 kwietniaNastępny. Celem jest zbudowanie linii łączącej Tokio - Osaka (400  km w linii prostej) w ciągu godziny (prace trwają odpaździernik 2014); Otwarcie pierwszego odcinka Tokio-Nagoja zaplanowano na 2027 r., a drugiego odcinka Nagoja-Osaka na 2037 r., z wykorzystaniem środków publicznych (pierwotnie otwarcie zaplanowano na 2045 r. dla drugiego odcinka).

Na początku 2010 roku firma JR Central ogłosiła, że ​​chce rozwijać MAGLEV za granicą, z dwoma firmami amerykańskimi. Spółka szacuje w 2010 że 150 miejsc na całym świecie są potencjalnymi rynkami dla Shinkansen lub SCMaglev , w tym między Tampa , Orlando i Miami , pomiędzy Las Vegas i Los Angeles , w Teksasie i na Środkowym Zachodzie , lub pomiędzy Baltimore i Waszyngtonie , między Chattanooga i Atlantą , a nawet w Pensylwanii , prawdopodobnie korzystając z części z 8 miliardów dolarów zastawionych na28 stycznia 2010Prezydenta Baracka Obamy za innowacyjne i energooszczędne projekty linii dużych prędkości.

Porzucone projekty

W Niemczech

Transrapid był niemiecki projekt prowadzone przez kilka firm, w tym Siemens i MBB który uczynił pierwszy prototyp w 1970 roku.

W Chinach w języku szwajcarskim

Futurystyczny projekt Swissmetro wykorzystuje te same procesy, ale podwaja je dzięki zastosowaniu tuneli z częściową próżnią. Ma to tę zaletę, że zmniejsza tarcie powietrza, które staje się bardzo ważne przy prędkości  powyżej 150 km/h . Został przerwany w 2009 roku.

Technologia

W powszechnej wyobraźni lewitacja magnetyczna lub pociąg „maglev” często przywodzi na myśl koncepcję kolei jednoszynowej na wysokości z napędem liniowym .

Systemy lewitacji magnetycznej mogą być jednotorowe lub dwutorowe - SCMaglev . Na przykład MLX01 wykorzystuje tor wykopowy - i nie wszystkie pociągi jednoszynowe są pociągami z lewitacją magnetyczną. Niektóre systemy transportu szynowego zawierają silniki liniowe, ale do napędu wykorzystują tylko elektromagnetyzm , bez lewitacji pojazdu. Tak jest w przypadku jednoszynowej moskiewskiej , obecnie jedynego w eksploatacji pociągu jednoszynowego z silnikiem liniowym bez zawieszenia magnetycznego. . Podobnie jak zwykłe tory, tory lewitacji magnetycznej, jednoszynowe lub nie, mogą być również budowane na poziomie gruntu lub instalowane w tunelach. Niektóre pociągi z lewitacją magnetyczną mają koła i działają jak pojazdy kołowe z silnikami liniowymi przy niższych prędkościach, ale lewitują przy wyższych prędkościach. Tak jest na ogół w przypadku pociągów elektrodynamicznych z lewitacją magnetyczną . Czynniki aerodynamiczne mogą również odgrywać rolę w lewitacji tych pociągów.

Dwa główne rodzaje technologii lewitacji magnetycznej to

Podnośnik elektromagnetyczny (EMS)

W elektromagnetycznych systemach zawieszenia (EMS) pociąg zawija tor. W dolnej części toru umieszczone są materiały magnetyczne. Te elektromagnesy są dołączone do pociągu w kanale i zorientowanych ku górze aby podnieść pociąg. System jest ogólnie umieszczony na szeregu ramion w kształcie litery C, przy czym górna część ramienia jest przymocowana do pojazdu, a dolna krawędź wewnętrzna zawiera elektromagnesy. Pociąg spoczywa na torze tylko podczas postoju, a system serwosterowania elektromagnesów unosi pociąg podczas ruszania. Niektóre systemy łączą magnesy trwałe i elektromagnesy w celu zmniejszenia rozmiaru tych ostatnich i ich elektroniki sterującej.

Przyciąganie magnetyczne zmienia się odwrotnie proporcjonalnie do kwadratu odległości, więc niewielkie zmiany odległości między magnesami a szyną powodują duże wahania siły. Te zmiany siły są dynamicznie niestabilne – niewielkie odchylenie od optymalnego położenia ma tendencję do narastania, co wymaga wyrafinowanych systemów sprzężenia zwrotnego, aby utrzymać stałą odległość od szyny (około  15 mm ).

Główną zaletą podwieszanych systemów elektromagnetycznych jest to, że działają przy wszystkich prędkościach, w przeciwieństwie do systemów elektrodynamicznych, które działają tylko z minimalną prędkością. Eliminuje to potrzebę stosowania systemu podwozia o niskiej prędkości i może uprościć układ torów. Z drugiej strony niestabilność dynamiczna wymaga bardzo precyzyjnych tolerancji konstrukcyjnych toru, co może skompensować tę zaletę. Eric Laithwaite obawiał się, że aby spełnić wymagane tolerancje, szczelina między magnesami a szyną musiałaby zostać zwiększona do punktu, w którym magnesy byłyby nieuzasadnione. W praktyce problem ten został rozwiązany za pomocą ulepszonych systemów sprzężenia zwrotnego, które obsługują wymagane tolerancje, ale średnia odległość toru jest zwykle mniejsza niż w przypadku systemów elektrodynamicznych.

Podnoszenie elektrodynamiczne (EDS)

W zawieszeniu elektrodynamicznym (EDS) tor jest wykonany z materiałów przewodzących, które w zasadzie są niemagnetyczne (miedź lub aluminium). Ruch magnesów zawartych w pociągu indukuje prąd elektryczny w torze, a tym samym pole magnetyczne, które oddziałuje z polami magnetycznymi magnesów pociągu. Pociąg jest lewitowany i wyśrodkowany przez interakcje między tymi polami magnetycznymi. W niektórych konfiguracjach pociąg może być lewitowany tylko przez siły odpychające. We wczesnych stadiach rozwoju SCmaglev na torze testowym Miyazaki, zastosowano system czysto odstraszający, który następnie przekształcił się w system, który miesza siły przyciągania i odpychania. Pole magnetyczne jest wytwarzane albo przez magnesy nadprzewodzące (jak w SCMaglev ), albo przez sieć magnesów trwałych (jak w ścieżce typu w: Inductrack ). Siły odpychające i przyciągające między torem a pociągiem są wytwarzane przez pola magnetyczne w torze uzyskane w wyniku indukcji elektromagnetycznej w pętlach wykonanych z drutów lub stosów pasków materiału przewodzącego.

Jedną z głównych zalet systemów Maglev EDS jest to, że są one stabilne dynamicznie – zmiany odległości między torem a magnesami tworzą silne siły, aby przywrócić system do pierwotnej pozycji. Ponadto siła przyciągania zmienia się odwrotnie, co zapewnia takie same efekty regulacji. Nie jest potrzebna aktywna kontrola sprzężenia zwrotnego, ale rezonanse są możliwe, ponieważ tłumienie jest niewielkie.

Jednak przy niskiej prędkości prąd indukowany w tych cewkach i wynikający z tego strumień magnetyczny nie są wystarczająco duże, aby pociąg uniósł się w powietrze. Z tego powodu przekładnia musi mieć koła lub inną formę podwozia, aby podtrzymywać przekładnię, dopóki nie osiągnie prędkości startowej. Ponieważ pociąg może zatrzymać się w dowolnym miejscu, na przykład z powodu problemów ze sprzętem, cały tor musi wytrzymać zarówno jazdę z małą, jak i dużą prędkością.

Inną wadą jest to, że system EDS w naturalny sposób wytwarza pole na ścieżce przed i za magnesami podnoszącymi, które działa na magnesy i wytwarza opór magnetyczny. Zwykle dotyczy to tylko niskich prędkości i jest to jeden z powodów, dla których JR porzucił system czysto odstraszający i przyjął system lewitacji ze ścianami bocznymi. Przy wyższych prędkościach dominują inne tryby przeciągania.

Siła oporu może być jednak wykorzystana na korzyść układu elektrodynamicznego, ponieważ wytwarza zmienną siłę w szynach, która może być wykorzystana jako układ reakcyjny do napędzania pociągu, bez potrzeby stosowania płyty oporowej. większość systemów silników liniowych. Laithwaite kierował rozwojem takich systemów „przepływu krzyżowego” w swoim laboratorium w Imperial College. Innym rozwiązaniem jest zastosowanie cewek napędowych na szynie prowadzącej w celu wywierania siły na magnesy pociągu i przesuwania pociągu do przodu. Cewki napędowe, które wywierają siłę na pociąg, są w rzeczywistości silnikiem liniowym: prąd przemienny w cewkach wytwarza stale zmieniające się pole magnetyczne, które porusza się wzdłuż toru. Częstotliwość prądu przemiennego jest zsynchronizowana w celu dopasowania do prędkości pociągu. Przesunięcie między polem wywieranym przez magnesy na pociąg a przyłożonym polem tworzy siłę, która porusza pociąg do przodu.

Pasy

Projekt pociągu z lewitacją magnetyczną dotyczy nie tylko pojazdów, ale także systemu szynowego, specjalnie zaprojektowanego do lewitacji i napędu magnetycznego. Wszystkie operacyjne implementacje technologii lewitacji magnetycznej mają podstawowe koła i nie są kompatybilne z konwencjonalnymi torami kolejowymi. Ponieważ nie mogą dzielić istniejącej infrastruktury, systemy lewitacji magnetycznej muszą być projektowane jako systemy samodzielne. System lewitacji magnetycznej SPM jest interoperacyjny ze stalowymi torami kolejowymi i umożliwia pojazdom lewitacji magnetycznej i konwencjonalnym pociągom poruszanie się po tych samych torach. Firma MAN w Niemczech zaprojektowała również system pociągów z lewitacją magnetyczną, który współpracował z konwencjonalnymi szynami, ale jego opracowanie zakończyło się niepowodzeniem.

Ocena

Każda zasada lewitacji magnetycznej w podróży pociągiem ma swoje zalety i wady.

Technologia   Korzyści   Niedogodności
EMS ( podtrzymanie elektromagnetyczne ) Pola magnetyczne wewnątrz i na zewnątrz pojazdu są mniejsze niż pola EDS; sprawdzona technologia, dostępna na rynku; duże prędkości ( 500  km/h ); nie ma potrzeby stosowania kół ani dodatkowego układu napędowego. Oddzielenie pojazdu od prowadnicy musi być stale monitorowane i korygowane ze względu na niestabilny charakter przyciągania elektromagnetycznego; wrodzona niestabilność systemu i ciągłe korekty wymagane przez systemy zewnętrzne mogą wywoływać wibracje.
EDS typ SCMaglev
( podnoszenie elektrodynamiczne ) 		Nadprzewodzące magnesy pokładowe i stosunkowo duża odległość między szyną a pociągiem umożliwiają osiągnięcie najwyższych prędkości, jakie kiedykolwiek zarejestrowano dla pociągu ( 603  km/h ) i dużej nośności; Pociąg typu SCMaglev przeszedł testy z wykorzystaniem nadprzewodnictwa „ wysokotemperaturowego ” w magnesach pokładowych chłodzonych azotem do -196 ° C, łatwiejszych w użyciu niż „zwykłe” magnesy nadprzewodnikowe chłodzone do około -270 ° C. Silne pola magnetyczne w pociągu sprawiłyby, że pociąg byłby niebezpieczny dla pasażerów wyposażonych w rozruszniki serca lub magnetyczne nośniki danych, takie jak dyski twarde i karty kredytowe, co wymagałoby zastosowania ekranów magnetycznych  ; ograniczenia indukcyjności prowadnic ograniczają prędkość maksymalną; pojazd musi mieć koła do jazdy z małą prędkością.
Typ EDS w: Inductrack (Elektrodynamiczne podnoszenie za pomocą magnesów trwałych w temperaturze otoczenia w sieci Halbach ) Bezpieczeństwo zawieszenia: do aktywacji magnesów nie jest potrzebny prąd; pole magnetyczne znajduje się pod samochodem; może generować wystarczającą moc przy niskiej prędkości (około 5  km / h do lewitacji; w przypadku awarii zasilania, samochody zatrzymują się lądowaniem na ich podwoziem; array Halbach na magnesy stałe są bardziej wydajne niż elektromagnesów i wygenerować dość słaby wewnątrz pola magnetycznego pojazd porównywalny z systemem ekranowanym magnetycznie. Wymaga kół lub ruchomych segmentów gąsienic, gdy pojazd jest nieruchomy. W opracowaniu (od 2008); nie ma wersji komercyjnej ani pełnowymiarowego prototypu. System transportu indywidualnego w: Skytran zrezygnował z lewitacji typu InducTrack na rzecz szczególnej lewitacji magnetycznej ze sterowaniem mechanicznym.

Ani tor typu Inductrack, ani nadprzewodnikowe zawieszenie EDS nie są w stanie lewitować nieruchomych pojazdów, chociaż Inductrack lewituje ze znacznie mniejszą prędkością; dla tych systemów wymagane są koła. Systemy EMS nie mają kół.

Niemiecki Transrapid, japoński HSST ( Linimo ) i koreański Rotem . Pociągi z lewitacją magnetyczną typu EMS lewitują podczas postoju, a energia elektryczna jest pobierana z szyny prowadzącej za pomocą szyn elektrycznych w przypadku dwóch ostatnich i bezprzewodowych w przypadku Transrapid. W przypadku utraty energii na prowadnicy podczas jazdy, Transrapid nadal jest w stanie generować lewitację do prędkości 10  km/h , wykorzystując energię z pokładowych akumulatorów. Inaczej jest w przypadku systemów HSST i Rotem.

Napęd

Systemy EMS, takie jak HSST / Linimo, mogą zapewnić zarówno lewitację, jak i napęd za pomocą wbudowanego silnika liniowego. Ale systemy EDS i niektóre systemy EMS, takie jak Transrapid, lewitują, ale nie napędzają. Systemy te wymagają innej technologii napędu. Jednym z rozwiązań jest zamontowany w torze silnik liniowy (cewki napędowe). Na długich dystansach wyposażenie całego toru w kręgi wiąże się z bardzo wysokimi kosztami.

Stabilność

Twierdzenie Earnshawa pokazuje, że żadna kombinacja magnesów statycznych nie może znajdować się w stabilnej równowadze. Dlatego do osiągnięcia stabilizacji potrzebne jest dynamiczne (zmienne w czasie) pole magnetyczne. Systemy EMS oparte są na aktywnym elektronicznym regulatorze napięcia, który w sposób ciągły mierzy odległość styku i odpowiednio dostosowuje prąd elektromagnesu. Systemy EDS opierają się na zmieniających się polach magnetycznych w celu wytworzenia prądów, które mogą zapewnić pasywną stabilność.

Ponieważ pojazdy lewitowane magnetycznie głównie latają, wymagana jest stabilizacja pochylenia, przechyłu i odchylenia. Oprócz wirowania problematyczne mogą być szarpnięcia (ruchy do przodu i do tyłu), oscylacje (ruchy boczne) lub podniesienia (ruchy w górę i w dół).

Magnesy nadprzewodzące pociągu nad torami utworzonymi z magnesu trwałego blokują pociąg w jego pozycji bocznej. Może poruszać się liniowo wzdłuż toru, ale nie z drogi. Wynika to z efektu Meissnera i unieruchomienia strumienia.

System prowadzenia

Niektóre systemy używają systemów z prądem zerowym (zwanych również systemami o zerowym strumieniu). Systemy te wykorzystują cewkę nawiniętą w taki sposób, że wchodzi w dwa przeciwne i przemienne pola, tak aby średni strumień w pętli wynosił zero. Gdy pojazd znajduje się na wprost, nie płynie żaden prąd, ale każdy ruch offline tworzy przepływ, który generuje pole, które w naturalny sposób popycha / ciągnie go w linii.

Rury próżniowe

Niektóre systemy (zwłaszcza system Swissmetro ) proponują zastosowanie technologii pociągów próżniowych, która eliminuje opór aerodynamiczny . Może to znacznie zwiększyć prędkość i wydajność, ponieważ większość energii w konwencjonalnych pociągach z lewitacją magnetyczną jest tracona z powodu oporu aerodynamicznego.

Potencjalnym ryzykiem dla pasażerów pociągów podróżujących w ewakuowanych tubach jest to, że mogą być narażeni na ryzyko obniżenia ciśnienia w kabinie, chyba że systemy monitorowania bezpieczeństwa w tunelu mogą ponownie zwiększyć ciśnienie w tubie w przypadku awarii pociągu lub wypadku; jednakże, ponieważ pociągi prawdopodobnie poruszają się po powierzchni ziemi lub w jej pobliżu, awaryjne przywrócenie ciśnienia otoczenia powinno być proste. RAND Corporation opisuje próżniowej rury pociągu, które mogą, w teorii, przekraczania Atlantic lub Stanów Zjednoczonych w około 21 minut.

Zużycie energii

Energia z pociągów z lewitacją magnetyczną jest wykorzystywana do przyspieszania pociągu. Energię można odzyskać, gdy pociąg zwalnia w wyniku hamowania odzyskowego . Pomaga również lewitować i stabilizować ruch pociągu. Większość energii jest potrzebna do pokonania oporu aerodynamicznego . Część energii jest wykorzystywana do klimatyzacji, ogrzewania, oświetlenia i innych.

Przy niskich prędkościach procent energii zużywanej do lewitacji może być duży, zużywając do 15% więcej niż metro lub kolej. Na krótkich dystansach energia zużywana na przyspieszenie może być znaczna.

Moc wykorzystywana do pokonania oporu powietrza wzrasta wraz z kostką prędkości i dlatego dominuje przy dużej prędkości. Energia wymagana na jednostkę odległości wzrasta wraz z kwadratem prędkości, a czas zmniejsza się liniowo. Na przykład do jazdy z prędkością 400  km/h potrzeba 2,5 razy więcej mocy niż przy 300  km/h .

Samoloty korzystają z ciśnienia atmosferycznego i niższych temperatur podczas nawigacji na wysokości, aby zmniejszyć zużycie energii, ale w przeciwieństwie do pociągów muszą mieć na pokładzie paliwo . Doprowadziło to do sugestii wykorzystania pociągów z lewitacją magnetyczną w rurach próżniowych lub tunelach zasilanych energią ze źródeł odnawialnych.

Porównanie z pociągami konwencjonalnymi

Transport pociągu lewitacją magnetyczną jest bezdotykowy i zasilany energią elektryczną. W mniejszym stopniu lub wcale opiera się na kołach, łożyskach i osiach typowych dla systemów kolei kołowych.

  • Prędkość  : Pociąg lewitacji magnetycznej pozwala na wyższe prędkości maksymalne niż kolej konwencjonalna, ale niektóre szybkie pociągi kołowe wykazywały podobne prędkości podczas normalnej pracy.
  • Konserwacja  : Pociągi z lewitacją magnetyczną obecnie w eksploatacji wykazały słabą konserwację prowadnic. Konserwacja pojazdu jest również niska (oparta na godzinach pracy, a nie na prędkości lub przebytej odległości). Tradycyjna szyna podlega zużyciu mechanicznemu, które szybko wzrasta wraz z prędkością, co również zwiększa koszty utrzymania. Na przykład: zużycie hamulców i łańcuchów powodowało problemy w szynie Fastech 360 Shinkansen. Pociąg lewitacji magnetycznej wyeliminowałby te problemy.
  • Pogoda  : Pociąg lewitacji magnetycznej ma niewielki wpływ na śnieg, lód, intensywne zimno, deszcz lub silne wiatry. Nie działały jednak w tak zróżnicowanych warunkach, jak tradycyjne systemy szynowe oparte na tarciu. Pojazdy lewitowane magnetycznie przyspieszają i zwalniają szybciej niż systemy mechaniczne, niezależnie od grubości szyny prowadzącej czy nachylenia toru, ponieważ są to systemy bezkontaktowe.
  • Tor  : Pociągi Maglev nie są kompatybilne z konwencjonalnymi torami i dlatego wymagają infrastruktury dostosowanej do potrzeb przez całą podróż. W przeciwieństwie do tego, konwencjonalne szybkie pociągi, takie jak TGV, mogą jeździć, aczkolwiek z mniejszą prędkością, po istniejącej infrastrukturze kolejowej, zmniejszając wydatki tam, gdzie nowa infrastruktura byłaby szczególnie droga (takie jak końcowe podejścia do terminali, obszary miejskie) lub na przedłużeniach, w których ruch nie uzasadnia nowej infrastruktury. John Harding, były dyrektor ds. nauki pociągów z lewitacją magnetyczną w amerykańskiej Federalnej Administracji Kolei, stwierdził, że oddzielna infrastruktura pociągów z lewitacją magnetyczną jest bardziej niż opłacalna przy wyższym poziomie gotowości operacyjnej w każdych warunkach pogodowych i pogodowych. Twierdzenia te nie zostały jeszcze udowodnione w intensywnym środowisku operacyjnym i nie uwzględniają wyższych kosztów budowy pociągów z lewitacją magnetyczną.
  • Wydajność  : kolej konwencjonalna jest prawdopodobnie bardziej wydajna przy niskich prędkościach. Jednak ze względu na brak fizycznego kontaktu między torem a pojazdem, pociągi lewitacji magnetycznej nie mają oporów toczenia , pozostawiając jedynie opór aerodynamiczny i opór elektromagnetyczny , co może poprawić efektywność paliwową. Jednak niektóre systemy, takie jak Central Japan Railway Company SCMaglev, wykorzystują gumowe opony przy niskich prędkościach, co zmniejsza przyrost wydajności.
  • Waga  : Elektromagnesy wielu modeli SGE i SDE wymagają od 1 do 2 kilowatów na tonę. Zastosowanie magnesów nadprzewodzących może zmniejszyć zużycie energii przez elektromagnesy. A 50 ton Transrapid Maglev pojazd może podnieść dodatkowe 20 ton, w sumie 70 ton, który zużywa 70  - 140  kW KM . Większość energii zużywanej na TRI jest wykorzystywana do napędu i pokonywania oporów powietrza przy prędkościach powyżej 160  km/h .
  • Rozkład masy  : „normalny” tor dużych prędkości wymaga większego podparcia i konstrukcji ze względu na skoncentrowane obciążenie kół. Samochody lewitujące magnetycznie są lżejsze, a ich ciężar rozkłada się bardziej równomiernie.
  • Hałas  : Ponieważ główne źródło hałasu w pociągu z lewitacją magnetyczną pochodzi z poruszanego powietrza, a nie z kontaktu kół z szynami, pociągi z lewitacją magnetyczną wytwarzają mniej hałasu niż konwencjonalny pociąg o tej samej prędkości. Jednak psychoakustyczny profil pociągu maglev może zmniejszyć tę przewagę: badanie wykazało, że hałas pociągu maglev powinien być oceniany jako hałas ruchu drogowego, podczas gdy konwencjonalne pociągi mają „premię” w wysokości 5-10 dB, ponieważ są uważane za mniej irytujące przy tym samym poziomie dźwięku.
  • Niezawodność magnesu  : magnesy nadprzewodzące są zwykle używane do generowania silnych pól magnetycznych, które lewitują i napędzają pociągi. Magnesy te muszą być utrzymywane poniżej ich krytycznej temperatury (która waha się od 4,2 do 77 kelwinów, w zależności od materiału). Nowe stopy i nowe techniki wytwarzania nadprzewodników i układów chłodzenia rozwiązały ten problem.
  • Systemy sterowania  : W przypadku pociągów dużych prędkości nie jest potrzebny żaden system sygnalizacji, ponieważ systemy te są sterowane komputerowo. Operatorzy nie są w stanie zareagować wystarczająco szybko, aby obsłużyć te szybkie pociągi. Systemy o dużej prędkości wymagają określonych praw drogi i zwykle są podniesione. Wieże komunikacyjne muszą mieć stały kontakt z pociągami. Nie ma również potrzeby używania gwizdków ani klaksonów do pociągów.
  • Teren  : Pociągi lewitujące magnetycznie są zazwyczaj w stanie wspinać się po stromych wzniesieniach, oferując większą elastyczność w wyborze trasy i mniej tuneli. Jednak ich duża prędkość i zwiększona potrzeba kontroli utrudniają przystosowanie magleva do złożonego terenu, takiego jak kręte wzgórze. Tradycyjne pociągi mogą łatwiej jechać po zboczu wzgórza lub wiją się przez las.

Porównanie z samolotem

Różnice między podróżą samolotem a pociągiem z lewitacją magnetyczną:

  • Wydajność  : W przypadku systemów lewitacji magnetycznej stosunek siły nośnej do oporu może przekraczać współczynnik samolotów (na przykład tor typu en: Inductrack może osiągać stosunek 200:1 przy dużej prędkości, lepszy niż w przypadku n ' dowolnego samolotu). Może to sprawić, że pociągi z lewitacją magnetyczną będą wydajniejsze na kilometr. Jednak przy dużych prędkościach przelotowych opór aerodynamiczny jest znacznie większy niż opór wywołany torem. Odrzutowce wykorzystują niską gęstość powietrza na dużych wysokościach, aby znacznie zmniejszyć opór aerodynamiczny. Dlatego, pomimo ich niekorzystnej sytuacji pod względem stosunku siły nośnej do oporu, mogą poruszać się z większą prędkością bardziej efektywnie niż pociągi maglev, które działają na poziomie morza .
  • Wybór tras  : Pociągi z lewitacją magnetyczną oferują konkurencyjne czasy podróży na dystansach do 800  km . Ponadto windy mogą z łatwością obsługiwać cele pośrednie.
  • Dostępność  : Pociągi z lewitacją magnetyczną mają niewielki wpływ na warunki pogodowe .
  • Całkowity czas podróży  : Pociągi z lewitacją magnetyczną nie podlegają obszernym protokołom bezpieczeństwa, z którymi borykają się podróżni lotniczy, i nie ma czasu na kołowanie ani kolejki do startu i lądowania .

Korzyści

W porównaniu z tradycyjnymi kolejami pociągi z lewitacją magnetyczną mają zalety:

  • Wyższe prędkości szczytowe i przelotowe.
  • Lepsze przyspieszenia i odrodzenia.
  • „Do zweryfikowania”: Zdolność do pokonywania stromych zboczy, ograniczająca liczbę wykopów i konstrukcji do wykopania, a tym samym zmniejszająca całkowity koszt infrastruktury.
  • Prawie brak ryzyka wykolejenia w konstrukcjach takich jak Transrapid (przynajmniej tak długo, jak tor jest wolny od urządzeń lub innych obszarów ryzyka, co jest również poważną przeszkodą z operacyjnego punktu widzenia). Transrapid wypadek na22 września 2006 co spowodowało śmierć 23 osób oznaczało wstrzymanie tego projektu.

Został wynaleziony w nadziei na uzyskanie lepszej wydajności paliwowej na długich dystansach, mimo że jest zbyt drogi na krótkich dystansach. Jest to jednak dalekie od prawdy, zwłaszcza jeśli odniesiemy całkowite zużycie energii do liczby przewożonych pasażerów.

Niedogodności

  • W przypadku japońskiego systemu lewitacji elektrodynamicznej lewitację uzyskuje się za pomocą cewek nadprzewodzących zainstalowanych po obu stronach wózków kolejowych oraz cewek przymocowanych do pionowych boków betonowego toru, który ma temperaturę pokojową. Zastosowane w wózkach nadprzewodnictwo umożliwia uzyskanie lewitacji bez zużycia energii. Magnesy nadprzewodzące wózków są wykonane z niobu-tytanu . Cewki są utrzymywane w temperaturze około 4 K (~ -269°C) przez obwód ciekłego azotu i ciekłego helu w celu uzyskania nadprzewodnictwa .

Linie te mają wady w porównaniu z tradycyjnymi liniami pociągów dużych prędkości (TGV):

  • Niekompatybilność z tradycyjnymi sieciami: pociąg lewitacji magnetycznej wymaga określonej sieci torów i nie może korzystać z istniejących konwencjonalnych odcinków.
  • System słabo przystosowany do ciężkich ładunków (ograniczenie do 20 ton dla pociągu 50 ton).
  • System wrażliwy na wiatr, wymagający łagodnych zboczy i bardzo dużych promieni łuków.
  • Akceptowalność pola elektromagnetycznego przez osoby mieszkające w pobliżu linii.

Jednak ze względu na brak działających głównych systemów brakuje perspektywy oceny rzeczywistych zalet i wad w porównaniu z kolejami konwencjonalnymi, zwłaszcza z ekonomicznego punktu widzenia.

Uwagi i referencje

  1. General Atomics: technologia Maglev
  2. Le Monde , 28 marca 2008
  3. „Niemcy zakopują swój pociąg z lewitacją magnetyczną” , na stronie lexpress.fr , 27 marca 2008, konsultacja 13 sierpnia 2013.
  4. (w) „  Siemens, ThyssenKrupp rozwiąże firmę kolejową Maglev  ” , DW ,9 maja 2008( przeczytaj online )
  5. (de) [1] , "Transrapid - Industrie sieht keine Chance mehr" , 4 lipca 2008
  6. Adrien Bonetto, „  Innowacje: Paryż-Moskwa w godzinę, to (wkrótce) możliwe! »  » , Na Lepoint.fr ,21 maja 2014(dostęp 25 października 2020 r . ) .
  7. http://www.monorails.org/tmspages/MagDaejeon.html
  8. (w) "  Incheon Airport Maglev OPENS  " na Kojects ,3 lutego 2016(dostęp 13 września 2016 r . ) .
  9. (w) Keith Barrow, „  Otwarcie linii maglev na lotnisku Changsha  ” ,4 kwietnia 2016.
  10. Claude Fouquet, „  Japoński lewitujący pociąg osiąga rekordową prędkość 590 km/h  ” , Les Échos ,17 kwietnia 2015(dostęp 13 września 2016 r . ) .
  11. „Japonia: pociąg osiąga rekordową prędkość 603 km/h” , Le Monde ,21 kwietnia 2015.
  12. (ja) „ 高速 鉄 道 の 海外 事業 展開 に つ い て ” [„O rozwoju działalności zagranicznej kolei dużych prędkości”], JR Central (Japońska Centrala Kolejowa),25 stycznia 2010 ; tekst przejęty przez ADIT Japan
  13. amerykańsko-japońska kolej dużych prędkości (USJHSR) i amerykańsko-japońska MAGLEV (USJMAGLEV) zostały założone w 2009 r. wraz z firmą venture capital i doradczą New Magellan Ventures. Źródło ADIT
  14. Oficjalna strona Swissmetro , w swissmetro.ch , 2012
  15. (w) "  High-Tech dla" latania na ziemi  " , Transrapid International ,8 sierpnia 2017 r.( przeczytaj online [PDF] , dostęp 28 grudnia 2014 )
  16. (w) "  Hong Kong Physics World - Maglev  " , Hong Kong Physics World (dostęp 28 grudnia 2014 )
  17. System Magnemotion M3 Maglev
  18. (w) Tsuchiya, M. Ohsaki, H., "  Charakterystyka siły elektromagnetycznej EMS maglev przy użyciu typowych nadprzewodników masowych  " , IEEE Transactions on Magnetics , tom.  36 N O  5,wrzesień 2000, s.  3683-3685 ( DOI  10.1109/20.908940 , kod bib  2000ITM.... 36.3683 T )
  19. (w) R. Goodall, „  Teoria lewitacji elektromagnetycznej  ” , „ Fizyka w technologii” , tom.  16 N O  5,wrzesień 1985, s.  207-213 ( DOI  10.1088/0305-4624/16/5/I02 )
  20. „Maglev: How they're Getting Trains off the Ground” , Popular Science , grudzień 1973 s. 135.
  21. (w) „  Zasada Magleva  ” , Instytut Badań Technicznych Kolejnictwa (dostęp 25 maja 2012 r. )
  22. (en) JL He , DM Rote i HT Coffey , “  Study of Japanese Electrodynamic-Suspension Maglev Systems  ” , Osti.gov ,31 sierpnia 2012( DOI  10.2172 / 10150166 , przeczytany online , dostęp 4 listopada 2012 )
  23. (en) Nelson Ireson , „  Holenderski uniwersytet pracuje nad niedrogim zawieszeniem elektromagnetycznym  ” [ archiwum29 września 2009] , MotorAuthority.com,14 listopada 2008 r.(dostęp 7 września 2009 )
  24. (w) Keisuke Ogawa , „  Hitachi prezentuje system zawieszenia elektromagnetycznego  ” , techon.nikkeibp.co.jp,30 października 2006
  25. (w) Marc T. Thompson i Richard D. Thornton, „  Elektrodynamiczne zawieszenie Maglev z redukcją strumienia: część II wyniki testów i prawa skalowania  ” , IEEE Transactions on Magnetics , tom.  35, n o  3,maj 1999( DOI  10. 1109 / 20.764894 , przeczytaj online )
  26. (w) Valarie Cotsalas , „  To unosi się ! Przyspiesza! To pociąg!  " , The New York Times ,4 czerwca 2000 r.( przeczytaj online )
  27. (w) „  Nowe podejście do magnetycznie lewitujących pociągów i rakiet  ” , llnl.gov (dostęp 7 września 2009 )
  28. (w) Richard F. Post, „  MagLev: A New Approach  ” [ archiwum9 marca 2005 r.] , na Scientific American ,styczeń 2000
  29. (w) Gibbs, Philip i Geim, Andre, „  Czy lewitacja magnetyczna jest możliwa?  " [ Archiwum z30 maja 2007 r.] , Laboratorium Magnesów Wysokiego Pola (dostęp 8 września 2009 )
  30. (w) „  Jak działa maglev: Nauka lewitacji  ” , Maglev 2000 (dostęp 7 września 2009 )
  31. (w) "  Trans-Atlantyku Maglev  " (dostęp na 1 st września 2009 )
  32. (w) „  System transportu bardzo dużych prędkości  ” , RAND1972(dostęp 29 września 2011 )
  33. (w) „  Pekin Maglev  ” , Maglev.net (dostęp 4 listopada 2012 )
  34. "  Czy pociągi lewitujące magnetycznie mogą jeździć z prędkością 3000 km/h?"  "
  35. (w) "  -Maglev Technology Explained  " , North American Maglev Transport Institute ,1 st styczeń 2011( przeczytaj online [ archiwum z27 lipca 2011] )
  36. (w) "  Transrapid twierdzi, że zużywa o ćwierć mniej mocy przy 200 km / h niż InterCityExpress  " [ archiwum22 lipca 2009] , Transrapid (dostęp 7 września 2009 )
  37. "  Tagungsband.doc  " [ archiwum z2 października 2011] (dostęp 29 września 2011 )
  38. (w) Alan Kandel, „  Kolekcja konwencjonalnych kolei dużych prędkości a pociągi lewitowane magnetycznie: czy Maglev kiedykolwiek był w sporze?  " ,22 listopada 2011
  39. (w) Your Joos, „  Rozdrażnienie spowodowane dźwiękami magnetycznej lewitacji  ” , The Journal of the Acoustical Society of America , tom.  115 n O  4,kwiecień 2004, s.  1597-1608 ( PMID  15101639 , DOI  10. 1121/1.1650330 , Bibcode  2004ASAJ..115. 1597V , przeczytane online , dostęp 23 maja 2008 )
  40. (w) Gharabegian, Areq, „  Maglev Super-A Fast Train  ” , The Journal of the Acoustical Society of America , tom.  108 n O  5,listopad 2000, s.  2527 ( DOI  10.1121 / 1.4743350 , Bibcode  2000ASAJ..108R2527G , przeczytany online , skonsultowany 23 maja 2008 )
  41. (w) "  maglevs in Action  " , Północnoamerykański Instytut Transportu Maglev ,1 st styczeń 2011( przeczytaj online [ archiwum z27 lipca 2011] )
  42. Co pociągi magnetyczne mogą wnieść do kolejnictwa? , w trainsmagnetiques.netlib.re , 2012.
  43. (en-GB) „  Śmiertelna katastrofa na niemieckiej kolejce jednoszynowej  ” , BBC ,22 września 2006( przeczytaj online , skonsultowano 9 marca 2018 r. )
  44. MAGLEV Latający pociąg , w nadprzewodnictwie.fr
  45. „  Pekin wstrzymuje rozbudowę szybkiego pociągu Maglev ze względów zdrowotnych  ”, LeMonde.fr , 28 maja 2007 r.

Zobacz również

Powiązane artykuły

Linki zewnętrzne