СОДЕРЖАНИЕВведение1. Левитация противгравитации: импульс к созданию транспорта на магнитной подушке2. Поезда MAGLEV:основные характеристики и перспективы эксплуатации3. Летающиеэкспрессы. Отечественные и зарубежные разработки3.1 Разработки новыхвидов транспорта3.2 Высокоскоростнойтранспорт на магнитном подвесеЗаключениеСписок литературы
Введение
Недавно знаменитыйанглийский писатель-фантаст Артур Кларк сделал очередное предсказание. «… Мы,возможно, стоим на пороге создания космического аппарата нового типа, которыйсможет покидать Землю с минимальными затратами за счет преодолениягравитационного барьера, — считает он. — Тогда нынешние ракеты станут тем же,чем были воздушные шары до первой мировой войны». На чем же основано такоесуждение? Ответ нужно искать в современных идеях создания транспорта намагнитной подушке.
Еще полвека назадмагнитная подушка была чем-то из области фантастики. Однако сейчас ученые многих стран работают по созданию транспорта намагнитной подушке. Поезда будущего будут «парить» над землей, они как бы«подвешиваются» к рельсам, или отталкиваются от них, в зависимости от того,какая будет применена система, то есть электромагнитный или электродинамическийподвес. В первом случае путь представляет собой стальные рельсы с «подвешенным»к ним экипажем. Во втором случае состав пойдет по металлическому полотну, вкотором возникают электрические токи. В качестве тягового механизма в такихпоездах будут использованы линейные двигатели.
Следует отметить, чтопоезд на магнитной подвеске начали эксплуатировать восьмидесятых годах прошлоговека в Бирмингеме. Правда, после одиннадцати лет работы этот поезд был снят слинии из-за технических проблем. В настоящее время транспортная система на магнитнойподушке действует в Китае, соединяя центр Шанхая с международным аэропортомПудон. А в Японии экспериментальный поезд на магнитной подушке MLX01 в 2003году установил абсолютный для данного вида транспорта рекорд скорости,разогнавшись до 581км/ч.
Цель данной контрольнойработы – описать основные характеристики транспорта на магнитной подушке идальнейшие перспективы использования транспорта будущего.
Реализация достиженияцели достигается посредством решения следующих задач:
· дать описаниетеоретических предпосылок к созданию транспорта на магнитной подушке;
· дать описаниетехнических характеристик и перспектив эксплуатации поездов на магнитнойподушке;
· дать описаниеновейших отечественных и зарубежных разработок транспортных средств, функционирующихна основе эффекта левитации.
1. Левитация против гравитации: импульс к созданиютранспорта на магнитной подушке
Буквальноезначение слова «левитация» — подъем. По крайней мере, так определяетсяБританской энциклопедией возможность поднятия какого-либо тела (в том числе ичеловеческого) без контакта с чем бы то ни было. В технический обиход оно вошлосравнительно недавно, в связи с попытками создания транспорта на магнитнойподушке.
Ее суть можнопонять из наглядного опыта, часто демонстрируемого в школе. Берут дваферритовых колечка, представляющих собой сильные постоянные магниты, инанизывают их на стеклянную палочку, поставленную вертикально. При этом верхнийиз магнитов как бы повисает в воздухе. Однако стоит убрать палочку, и магнитноекольцо перевернется и упадет. Вот почему инженерам приходится прилагать немалыеусилия, чтобы стабилизировать магнитную подушку. Вот почему магнитныйлевитационный транспорт, над которым работают вот уже четверть века, так и невышел за пределы полигонов.
Тем удивительнее фокус, которыйпродемонстрировал изобретатель-исследователь Александр Кушелев. На столе онразместил керамический магнит от громкоговорителя диаметром 80 мм. Тщательноотъюстировал деревянными клинышками горизонтальность его положения. Прикрылмагнит сверху пластинкой оргстекла, на которой раскрутил самолично сделанный имволчок. И произошло необъяснимое: магнит оторвался от поверхности оргстекла изавис в воздухе.
Секунд через 40 он замедлил своевращение, потерял устойчивость и кувыркнулся вниз. Объяснить это можно так: волчоктоже магнитный, а вращение за счет гироскопического эффекта стабилизирует егоположение точно так же, как упоминавшаяся стеклянная палочка. На вопрос, нельзяли на основе данного эффекта построить какое-либо левитирующее транспортноесредство, Кушелев ответил, что как раз над этим он и размышляет.
Кроме того, магнитную левитацию можнов принципе осуществить и с помощью сверхпроводимости. Если взятьсверхпроводник, пропустить через него электроток и поместить над магнитом, тоон зависнет в воздухе и будет парить до тех пор, пока не отключат питание.Здесь стабилизация осуществляется как бы сама собой — любое перемещениесверхпроводника вызывает в нем вихревые токи, магнитные поля которых, точно-зеркальныепо отношению к полю магнита, загоняют его на прежнее место. Естественно, этосправедливо и к любому перемещению магнита (при неподвижном сверхпроводнике).Подобный способ магнитной подвески уже нашел применение в технике при созданиисверхточных гироскопов для систем наведения ракет и самолетов. Более того: каквыяснилось совсем недавно, использование сверхпроводимости дает уникальныйпобочный эффект.
Возможно лиукротить гравитацию? В 1996 г. в том убедился физик Джон Шнурер из Эниочского колледжа в Йеллоу-Спринг, штат Огайо. Когданад висящим в воздухе сверхпроводящим диском диаметром в 2,5 см он поместил маленький кусочек пластика, прикрепленный к точным весам, те показали уменьшение весапримерно на 5%. Сначала Шнурер не поверил собственным глазам. Он 12 раз провелэксперимент, прежде чем пришел к окончательному выводу: феномен повторяетсярегулярно. Тут он вспомнил, что еще в начале 90-х годов подобное же явлениезаметил наш соотечественник, специалист в области материаловедения ЕвгенийПодклетнов, работавший в то время в Технологическом университете г. Тампере(Финляндия). Но тогда наблюдавшиеся результаты сочли ошибкой эксперимента.
Теперь же аналогичные опыты пытаютсявоспроизвести в Центре космических полетов имени Дж. Маршала, NASA и ещенескольких государственных лабораториях США. По словам руководителя Отделенияперспективных концепций NASA Уита Брэнтли, люди так увлечены исследованиями,что порой тратят собственные деньги на покупку недостающего оборудования. Кделу подключились и теоретики. Скажем, итальянец Джиованни Моданези изНационального агентства ядерной физики и физики высоких энергий полагает, что вданном случае мы имеем дело с возникновением «гравитационного экрана». Аведущий специалист Алабамского университета Нинг Ли считает, что приопределенных условиях поля атомов сверхпроводника способны так экзотическивзаимодействовать друг с другом, что возникает левитация.
Однакосуществует и другой способ создания левитации. «Одним из направлений дальнейшего поиска станетпересмотр природы тяготения — на базе электромагнитных и электростатическихявлений, — полагает кандидат технических наук из подмосковного г. ЛыткариноВладимир Пономарев.- Обратить внимание на электростатику заставляет хотя бы ужетот факт, что математические формулировки закона Ньютона и закона Кулона внешневесьма схожи, только в первом выражении в числителе стоят массывзаимодействующих тел, а во втором — их электрические заряды».
Причем при внимательном рассмотрениивыясняется, что аналогии идут глубже внешнего сходства. Согласно общепринятымпредставлениям, явление гравитации основывается на взаимодействии неких квантовтяготения — гравитонов; однако до сих пор никто экспериментально не обнаружил ниих самих, ни излучаемых ими гравитационных волн. А что если гравитоны вкакой-то мере тождественны элементарным электростатическим зарядам (назовем ихкулонами)?
Такое предположение подталкивает вот кследующим рассуждениям. Поскольку любое тело во Вселенной имеет температурувыше абсолютного нуля, внутри него атомы испытывают тепловые колебания. А этиколебания, в соответствии с принципами электромагнитной теорииМаксвелла-Лоренца, неизбежно приводят к флуктуации микроскопическихполяризованных зарядов. Суммируясь, те и образуют общий заряд. Таким образом,гравитационное притяжение, в принципе, может быть заменено электростатическим.Скажем, система Земля-Солнце находится в равновесии потому, что центробежнаясила, бегущей по своей орбите Земли, равна силе взаимного притяженияразноименных электростатических зарядов ее и Солнца. А вот в системе Земля-Лунатакое равновесие нарушено. И из-за этого Луна постепенно удаляется от нашейпланеты; правда, понемногу — всего на 1,3 см в год.
Использованиеэффекта левитации на базе электромагнитных и электростатических явленийоткрывает широкие перспективы на практике. Электростатические поля надоиспользовать для создания летательного аппарата нового типа, полагаетПономарев. Его движение в околоземном пространстве будет обусловлено взаимодействиемэлектростатических полей планеты и создаваемого в рабочем органе машины.
Пока в аппарате отсутствуют свободныеэлектрические заряды необходимой величины и знака, он покоится на поверхностипланеты. Но как только внутри него накапливаются ионы, получаемыеионизированием газа того же знака, что и электростатическое поле планеты,аппарат взлетит. Причем, согласно расчетам В.И.Пономарева, получается, чтотакая схема, как минимум, на порядок увеличит эффективность летательных аппаратовпо сравнению с нынешними самолетами и ракетами. Конструкция такого летательногоаппарата вполне может быть применена не только при исследовании малых планетили астероидов Солнечной системы, но и в открытом межзвездном пространстве.
Очереднуюпопытку укрощения левитации предприняли в конце 1997 г. японские исследователи, которые работают по контракту с международной корпорацией «Мацусита».Они решили использовать для создания машины, преодолевающей силу тяжести,обыкновенный гироскоп. Их опыты подкупающе просты. Небольшой гироскопраскручивают до 18 000 об/мин и помещают в герметичный контейнер, из котороговыкачан воздух, и тот сбрасывают вниз. При падении контейнер преодолеваетфиксированную дистанцию около 2 м, причем время замеряется точнейшим образом спомощью двух лазерных лучей. Когда пересекается один (старт), запускаетсяэлектронный секундомер, когда же другой (финиш) — он останавливается.
К сказанному остается добавить, чтопри свободном падении контейнер не испытывает никакого постороннего возмущения,кроме земного тяготения, поскольку воздух из башни, где проводятся опыты, тожевыкачан. Единственное различие в серии повторяющихся экспериментов, это то, чтогироскоп либо вращается против часовой стрелки, либо не вращается. И что жевыяснилось? В первом случае время падения на ничтожные доли секунды на 0,025 с- больше, чем во втором. Иначе говоря, получается, что вращающийся гироскоп на1/7000 легче.
Примечателен еще и тот факт, что гравитацияослабевала, лишь когда волчок раскручивали против часовой стрелки. Когда же — по часовой, никакого эффекта не было. «То же самое, — утверждают исследователи,- мы наблюдали и в опытах 1989 года. Только тогда гироскоп взвешивали наточнейших весах»… А потому новая серия опытов, по их мнению, позволяетотбросить всякие сомнения — эффект действительно существует.
Однако, многие специалисты отнеслись кзатее японцев с великим скепсисом. Например, английский ученый Эрик Лейтон,который является основоположником использования принципа магнитной подушки натранспорте и вот уже многие годы занимается проблемами ее внедрения,утверждает: поскольку гироскоп — прибор чисто механический, свойства егосимметричны; и вращайся он или нет, ничего особенного не произойдет.
Другие исследователи выражаются и тогорезче. Вплоть до того, что японские эксперименты не стоят и той бумаги, накоторой они описаны. Между тем кое-какие намеки на объяснение можно отыскать.Скажем, подобный эффект, еще лет тридцать назад, обнаружил наш соотечественник,профессор А.Н.Козырев, который полагал: он вполне укладываестя в теориюотносительности, как одно из ее следствий. Суть дела заключается в следующем. Вкаждой точке Вселенной вектор тяготения имеет определенное направление. Еслимомент вращения гироскопа совпадает с этим вектором, то суммарная силатяготения увеличивается; в противном случае — уменьшается. (Однако остаетсянепонятным, почему японцы заметили эффект лишь при определенном направлениивращения и ничего — в противоположном.)
Еще одно возможное объяснение связанос силой Кориолиса. Когда направление вращения гироскопа совпадает с вращениемЗемли, траектория падения контейнера будет несколько иной, чем если бы гироскопбыл неподвижным или вращался в обратную сторону. Ну а поскольку дистанцииразные, то и время их преодоления различно.
2. Поезда MAGLEV: основные характеристики и перспективыэксплуатации
Необходимость поездов намагнитной подушке (MAGLEV) [Magnetic Levitation] обсуждается уже долгие годы,однако результаты попыток их реального применения оказались обескураживающими.Важнейший недостаток поездов MAGLEV заключается в особенности работыэлектромагнитов, которые и обеспечивают левитацию вагонов над полотном.Электромагниты, не охлаждаемые до состояния сверхпроводимости, потребляютгигантские объемы энергии. При использовании же сверхпроводников в полотнестоимость их охлаждения сведет на нет все экономические преимущества ивозможность осуществления проекта.
Альтернатива предложенафизиком Ричардом Постом из Lawrence Livermore National Laboratory, Калифорния.Ее суть заключается в использовании не электромагнитов, а постоянных магнитов.Ранее применяемые постоянные магниты были слишком слабы, что бы поднять поезд,и Пост применяет метод частичной акселерации, разработанный отставным физикомКлаусом Хальбахом из Lawrence Berkley National Laboratory. Хальбах предложилметод расположения постоянных магнитов таким образом, что бы сконцентрироватьих суммарные поля в одном направлении. Inductrack – так Пост назвал эту систему– использует установки Хальбаха, вмонтированные в днище вагона. Полотно, самопо себе, — это упорядоченная укладка витков изолированного медного кабеля.
Установка Хальбахаконцентрирует магнитное поле в определенной точке, снижая ее в других. Будучивмонтированной в днище вагона, она генерирует магнитное поле, котороеиндуцирует достаточные токи в обмотках полотна под движущимся вагоном, чтобыподнять вагон на несколько сантиметров и стабилизировать его [рис. 1]. Когдапоезд останавливается, эффект левитации исчезает, вагоны опускаются надополнительные шасси.
/>
Рис. 1 Установка Хальбаха
На рисунке представлено 20метровое опытное полотно для испытания MAGLEV поездов типа Inductrack, которое содержитоколо 1000 прямоугольных индуктивных обмоток, каждая шириной 15 см. На переднем плане испытательная тележка и электрический контур. Алюминиевые рельсы вдольполотна поддерживают тележку до момента достижения устойчивой левитации.Установки Хальбаха обеспечивают: под днищем – левитацию, по бокам –устойчивость.
Когда поезд достигаетскорости 1-2 км/ч, магниты производят достаточные для левитации поезда токи виндуктивных обмотках. Сила, движущая поезд, генерируется электромагнитами,установленными с интервалами вдоль пути. Поля электромагнитов пульсируют такимобразом, что отталкивают от себя установки Хальбаха, смонтированные в поезде, идвигают его вперед. Согласно Посту, при правильном расположении установокХальбаха, вагоны не потеряют равновесия ни при каких обстоятельствах, вплоть доземлетрясения. В настоящее время, исходя из успехов демонстрационной работыПоста в масштабе 1/20, NASA подписало 3-х годичный контракт с его коллективом вЛиверморе для дальнейшего исследования данной концепции для более эффективногозапуска спутников на орбиту. Предполагается, что эта система будетиспользоваться в качестве многоразового разгонного носителя, который разгонялбы ракету до скорости около 1 Маха, перед включением на ней основныхдвигателей.
Однако, несмотря на все сложности перспективы использованиятранспорта на магнитной подушке остаются весьма заманчивыми. Так, японское правительство готовится возобновить работу надпринципиально новым видом наземного транспорта — поездами на магнитной подушке.По заверениям инженеров, вагоны «маглева» способны покрывать расстояние междудвумя крупнейшими населенными центрами Японии — Токио и Осакой — всего за 1час. Нынешним скоростным железнодорожным экспрессам для этого требуется временив 2,5 раза больше.
Секрет скорости «маглева» состоит в том, что вагоны,подвешенные в воздух силой электромагнитного отталкивания, двигаются не поколее, а над ней. Это напрочь исключает потери, неизбежные при трении колес орельсы. Многолетние испытания, проводившиеся в префектуре Яманаси на пробномучастке длиной 18,4 км, подтвердили надежность и безопасность этой транспортнойсистемы. Вагоны, двигавшиеся в автоматическом режиме, без пассажирской нагрузкиразвивали скорость в 550 км/час. Пока что рекорд скоростного передвижения порельсам принадлежит французам, чей поезд TGV в 1990 году на испытанияхразогнался до 515 км/час.
Японцев также тревожат экономические проблемы, и в первуюочередь вопрос рентабельности сверхскоростной линии «маглева». Ныне ежегодномежду Токио и Осакой совершают путешествие около 24 млн. человек, 70%пассажиров пользуются при этом скоростной железнодорожной линией. Сможет ли «маглев»выдержать конкуренцию с «синкансэном»? Ведь, по подсчетам футурологов,революционное развитие сети компьютерной связи неминуемо приведет к снижениюпассажиропотока между двумя крупнейшими центрами страны. На загруженноститранспортных линий может сказаться и наметившееся падение численности активногонаселения страны
Транспортом на магнитной подушке занимаются не только японцы.В ФРГ в течение ряда лет шли собственные изыскания по этой тематике, и впрошлом году немцы отказались от идеи прокладки линии «маглева» между Берлиноми Гамбургом из-за непомерной дороговизны проекта. А вот в Китае, наоборот, нынесерьезно рассматривается возможность включения строительства линии «маглева»между Пекином и Шанхаем в 10-летний план развития национального хозяйства.
Власти Шанхаянамерены продлить единственную в мире коммерческую железнодорожную ветку намагнитной подушке с тем, чтобы скоростные поезда курсировали между двумя международнымиаэропортами города. В настоящее время поезда, развивающие максимальную скорость430 км/час, ходят от аэропорта Пудун до банковского центра. Теперь планируетсясоединить оба международных аэропорта на противоположных окраинах города, чтопозволит пассажирам добираться из одного в другой всего за 15 минут.
Шанхай выбранместом проведения Всемирной выставки в 2010 году. В борьбе за это право городпотратил свыше $1 млрд на запуск поезда на магнитной подушке. Пока что проектимеет ограниченный успех: поезда ходят полупустыми, поскольку билеты на нихдороги для китайцев, а остановки не соединены с какими-либо другими видамиобщественного транспорта. В этой стране уже построено 30 километров линий для поездов на магнитной подушке, а к Олимпиаде 2008 года планируется построитьлинию длиной 800 километров от Пекина от Шанхая. Время в пути составит 2 часа.
Российский проектоткрытия движения поездов на магнитной подушке из Москвы в Санкт-Петербург вближайшее время не будет реализован, сообщил на пресс-конференции в Москве вконце февраля 2006 года руководитель Федерального агентства железнодорожноготранспорта Михаил Акулов. С этим проектом могут быть проблемы, поскольку нетопыта эксплуатации поездов на магнитной подушке в условиях зимы, сказал Акулов,сообщив, что такой проект предложен группой российских разработчиков, которыевзяли на вооружение опыт Китая. Вместе с тем Акулов отметил, что идея созданиявысокоскоростной магистрали Москва – Санкт-Петербург сегодня вновь актуальна. Вчастности, предложено совместить создание высокоскоростной магистрали спараллельным строительством автомобильного шоссе. Глава агентства добавил, чтомощные бизнес-структуры из Азии готовы участвовать в этом проекте, не уточнив,о каких именно структурах идет речь.
3. Летающие экспрессы. Отечественные и зарубежныеразработки3.1 Разработки новых видов транспорта
Работы по созданиюскоростных бесколесных поездов на магнитной подушке ведутся достаточно давно, вчастности в Советском Союзе с 1974 года. Однако и в 2006 году проблема наиболееперспективного транспорта будущего остается открытой и является широким полемдеятельности для современных ученых. В данном разделе речь идет о достоинствахи недостатках новейших разработок совершенно нового вида транспорта.
/>
Рис. 2 Модель поезда намагнитной подушке
На рисунке 2 представленамодель поезда на магнитной подушке, где разработчики решили перевернуть всюмеханическую систему с ног на голову. Железнодорожная трасса представляет собойсовокупность расставленных через определенные равные расстояния железобетонныхопор со специальными проемами (окнами) для поездов. Рельсов нет. Почему? Дело втом, что модель перевернута, и в качестве рельса служит сам поезд, а в окнахопор установлены колеса с электромоторами, скоростью вращения которыхдистанционно управляет машинист поезда. Таким образом, поезд как бы летит повоздуху. Расстояния между опорами подобраны таким образом, чтобы в каждыймомент своего движения поезд находился, как минимум, в двух-трех из них, а одинвагон имеет длину большую, чем один пролет. Это позволяет не только удерживатьжелезнодорожный состав на весу, но и, вместе с тем, при отказе одного из колесв какой-либо опоре движение будет продолжаться.
Преимуществ использованияименно этой модели достаточно. Во-первых, это экономия на материалах,во-вторых, вес поезда значительно уменьшается (не нужно ни двигателей, николес), в-третьих, такая модель чрезвычайно экологична, а в-четвертых, проложитьтакую трассу в условиях густонаселенного города либо местности с неровнымландшафтом гораздо проще, чем в стандартных видах транспорта.
Но нельзя не сказать и онедостатках. Например, если в рамках трассы одна из опор сильно отклонится, этоприведет к катастрофе. Хотя, катастрофы возможны и в рамках обычных железныхдорог. Другой вопрос, который ведет к сильному удорожанию технологии, этофизические нагрузки на опоры. Например, хвост поезда, только выехавший изкакого-либо конкретного проема, если говорить простыми словами, как бы«повисает» и оказывает большую нагрузку на следующую опору, при этомсмещается и центр тяжести самого поезда, что влияет на все опоры, в целом.Примерно такая же ситуация возникает, когда голова поезда выезжает из проема итак же «повисает», пока не достигнет следующей опоры. Получаютсясвоего рода качели. Как эту проблему намерены решать конструкторы (с помощьюнесущего крыла, огромной скорости, уменьшением расстояния между опорами...),пока неясно. Но решения есть. И третья проблема — повороты. Посколькуразработчики решили, что длина вагона больше, чем один пролет, стоит вопросповоротов.
/>
Рис. 3 Т-образніймонорельс
Американский проектAirtrain предполагает использование перевернутого вверх ногами Т-образногомонорельса, к которому подвешено некое подобие самолета. Во время движения онне касается самого рельса, за исключением подпружиненного контакта, питающегоAirtrain электроэнергией. С поворотами, торможением и т.п. проблем нет.Например, при торможении на высокой скорости изменяется угол пропеллеров, а нанизкой — Airtrain ведет себя точно так же, как и монорельсовые поезда. Средняяскорость — 320 км/ч, объем пассажиров в одном вагоне — около 92 человек. Насамом деле это одна из самых реальных перспектив развития транспорта будущего. Этообъяснимо, поскольку над созданием этого проекта трудились два оченьавторитетных специалиста — Элвест Лель (Elvest L. Lehl), имеющий 30-летний стажработы инженером в компании Being, и профессор аэрокосмической инженерии ГленЗумволт (Glen W. Zumwalt), работавший в проектах NASA, FAA и USAF. Первыеиспытания Airtrain пока только на модельном уровне не выявили каких-либосущественных недостатков. Но интересно другое — судя по расчетам, вся система,включая рельсы, транспортные средства и т.п. на протяженность 450 км, стоит $2,06 миллиарда, где один самолет Airtrain имеет цену от 11 до 16 миллионов долларов, аполтора километра трассы — $7.3 млн.
/>
Рис. 3 ВысокоскоростнойСтрунный Транспорт Юницкого
Как альтернатива этомусуществует чисто российская разработка, именуемая Высокоскоростным Струнным ТранспортомЮницкого (СТЮ). В ее рамках предлагается использовать поднятые на опорах навысоту 5-25 метров предварительно напряженные рельсы-струны, по которымдвижутся четырехколесные транспортные модули. Себестоимость у СТЮ оказываетсягораздо меньшей — $600-800 тысяч за один километр, а с инфраструктурой и подвижнымсоставом — $900-1200 тысяч за км.
/>
Рис. 4 Примермонорельсового транспорта
Но ближайшее будущеевидится все-таки за обычным монорельсовым представлением. Причем в рамкахмонорельсовых систем сейчас откатываются новейшие технологии поавтоматизированию транспорта. Например, американская корпорация Taxi 2000создает монорельсовую систему автоматических такси SkyWeb Express, которыемогут ездить как в рамках города, так и за его пределами. Водитель в такихтакси не нужен (прямо как в фантастических книгах и фильмах). Вы указываететочку назначения, и такси само вас туда отвозит, самостоятельно выстраиваяоптимальный маршрут. Тут получается все — и безопасность, и точность. Taxi 2000на данный момент — наиболее реальный и осуществимый проект
Немцы из проекта ModularAutomated Individual Transport предлагают применять для перевозки людей игрузов некие контейнеры. Идея на самом деле проста. Вы заходите в контейнер,указываете точку назначения. Система рассчитывает оптимальный маршрут с учетомвсех транспортных магистралей. При этом в рамках MEIT разработаны специальныесистемы для переноса контейнеров с помощью специального «тягача»,подвешенного к рельсу, либо транспортные «тележки» для его перевозапо обычной асфальтированной дороге. И при этом не исключаются вариантывзаимодействия со стандартными видами транспорта — поездами, кораблями,самолетами. То есть вы сели в контейнер, и больше ничего не нужно думать, завас это сделает некая умная транспортная система.3.2 Высокоскоростной транспорт на магнитном подвесе
Новым и перспективнымнаправлением развития высокоскоростного железнодорожного транспорта являютсяпоезда на магнитном подвесе. Исследования данного вида транспорта начались ещев середине прошлого века. Так первый патент на поезд на магнитном подвесе былполучен в июне 1941 года. В свою очередь первая коммерческая линия сиспользованием данного типа поездов была введена в 1984 году в Британии. Эталиния была мало скоростная. В 1995 году линию закрыли, признав небезопасной.
С внедрением в даннойотрасли сверхпроводников позволило перевести данный вид транспорта в высокоскоростнойжелезнодорожный транспорт. На данный момент основными представителями посозданию такого вида транспорта является Япония и Германия.
Лидером в данной отраслиявляется Япония. Его поезд на магнитных подвесах установил новый рекорд 580км/ч в декабре 2003 года. Все тестирования новых технологий проводятся на линииЯманаши, которая протяженностью 18,4 км. Во время движения под действиемэлектромагнита поезд “плывет” в 10 миллиметрах от поверхности пути. Магнитынаходятся в самом составе и по бокам пути. Япония начала разрабатыватьпрограмму поездов на магнитной подушке в 60-х годах прошлого века. До сих поряпонские модели таких поездов являются самыми быстрыми и тихими в мире.
Другим представителеммагнитных скоростных дорог является Германие (компания Transrapid) со своеймагнитной скоростной дорогой Transrapid. Электромагнитная система этой дорогизависит от притягивающих сил отдельно отрегулированных электромагнитов, которыев качестве реактивной части ленточно установлены на обеих сторонах транспортногосредства и от смонтированных на внутренней стороне пути пакетов активной сталистатора. Магниты притягивают транспортное средство снизу к пути до зазора в 10мм, направляющие магниты удерживают его сбоку в колее. Высоконадежнаяэлектронная система регулирования обеспечивает при этом стабильное «парящее»состояние.
Бесконтактный приводосуществляется от синхронного линейного электродвигателя с длинным статором,который служит также и в качестве тормоза для служебного торможения. В отличиеот обычных транспортных систем в поездах Transrapid первичная приводная частьрасположена не в транспортном средстве, а в шине. Для этого смонтированыферомагнитные пакеты активной стали статора с трехфазной кабельной обмоткой. Вэтих обмотках образуется электромагнитное перемещающееся поле, котороесовместно с полем несущих магнитов способствует получению необходимой дляпоступательного движения транспортного средства тяги. Изменением силы и частотытрехфазного тока можно бесступенчато регулировать маршрутную скорость до 500км/ч. Переменой полярности магнитного поля осуществляется перемена направлениятяги и, в этом случае, привод становится бесконтактным тормозом.
Transrapid перемещаетсяпо одно — или двухколейной шине, которая состоит из отдельных несущих элементовшины из стали или бетона, длиной от 25 до 31 м. Эти несущие элементыустанавливаются обычно на стойках на высоте 5 м.
Маршрутная скорость до500 км/ч сокращает время путешествий до такого, которое до сих пор былоизвестно только в авиации. Transrapid — это не только скорость, но ибезопасность и комфорт. Его комфортабельность делает из каждой поездкивпечатляющее событие. Transrapid скользит мягко без каких-либо толчков ибезопасно как никакая другая транспортная система. Сход с рельсов исключается благодарятому, что Transrapid как бы «охватывает» свою шину.
Развитие совершенно новойтранспортной технологии имеет смысл только в том случае, если она предлагаеттакже и новые решения в области экономики и экологии. В обычных транспортныхсистемах повышение мощностей означает одновременно и повышение затрат.Transrapid нарушает эту закономерность. Техника перемещения на магнитнойподушке работает без сопротивления и, таким образом, без износа. Несмотря навысокую мощность это приводит к значительно сниженным издержкам на уход итехническое обслуживание, а благодаря этому и к более низким эксплуатационнымзатратам. Не смотря на то, что особо высокая доля инвестиционных затрат дляэтой транспортной системы выпадает на проложение путей, инвестиции на изготовлениелинии для магнитной скоростной дороги Transrapid не выше, а в труднопроходимойместности даже намного ниже, чем для современной железной дороги. Путь движенияможет гибко согласовываться с условиями ландшафта благодаря повышеннойспособности преодолевать подъемы (10% и более) и небольшому радиусу кривых(4000 м при 400 км/ч).
Таким образом, длямагнитной скоростной дороги не требуется дорогих тоннелей, выемок и насыпей,что в свою очередь является большим экономическим и экологическимпреимуществом. Расположенные обычно на стойках шины занимают немного места и непересекают ландшафт и застроенные площади. Кроме этого, ландшафт вдоль пути незагрязняется выхлопными газами и другими вредными веществами. Благодаря своимбесконтактным несущей направляющей и приводной системам Transrapid не создаетшумов от движения и приводных шумов. Он примиряет человека и природу ссовременной транспортной техникой. Из всего вышесказанного видно, чтоTransrapid оправдывает свой девиз: «Скорость, экономичность, защита окружающейсреды».
Первый в мире поезд,использующий магнитную левитацию поехал 1 января 2003 года. Из Шанхая. Наиспытаниях поезд достиг скорости 500 км/ч, однако пассажиры наслаждаютсяскоростью “всего” 400 км/ч.
Название поезда — Transrapid 08, маршрут — Шанхай-Пудонг, длина маршрута всего 30 км, времядоставки — каких-то 7 минут.
Из обзора двухпредставителей магнитных железных дорог мы видим, что данное направлениеразвития высокоскоростного железнодорожного транспорта имеет большиеперспективы и на практике внедряется уже сегодня.
Задача
В холодильнике требуетсяохладить от температуры t1 = 900С до 400С 5000кг жидкости с теплоемкостью С = 3350 Дж/кг*гр. Начальная температураохладжающей воды t2 = 200С. Теплоемкость воды С = 4190Дж/кг*гр. Коэффициент теплопередачи К = 250 Вт/м2*грд. Определитьнеобходимую поверхность теплообменника и расход воды при противотоке.
Температура конденсацииводяного пара t1=90°C.
/>
/>
Средняя разностьтемператур:
/>
Рассчитаем среднюютемпературу:
/>
/>
Рассчитаем расход теплана нагрев:
/>
Ориентировочно определимmax величину площади поверхности нагрева теплообменника.
/>
Расход воды при противотоке:
/>
Заключение
Поезда на магнитнойподушке считаются одним из наиболее перспективных видов транспорта будущего. Отобычных поездов и монорельсов поезда на магнитной подушке отличаются полнымотсутствием колес – при движении вагоны как бы парят над одним широким рельсомза счет действия магнитных сил. В результате скорость движения такого поездаможет достигать 400 км/ч, и в ряде случаев такой транспорт может заменить собойсамолет. В настоящее время в мире реализуется на практике только один проектмагнитной дороге, называемой также Transrapid.
Многим разработкам ипроектам уже по 20-30 лет. И главной задачей для их создателей являетсяпривлечение инвесторов. Сама проблема транспорта достаточно существенна, ведьзачастую мы покупаем некоторые продукты так дорого, потому что много затраченона их перевозку. Вторая проблема — это экология, третья — большая загруженностьтранспортных путей, что увеличивается год от года, и для некоторых видовтранспорта на десятки процентов.
Еще один вопрос, которыйможет появиться в ближайшем будущем, — это быстрое прохождение таможни. Насамом деле он решаем путем полной чипизации всех товаров. Чипизация еще выгоднаи тем, что вы, вернее, уже ваши дети, смогут придти в магазин и получить полнуюинформацию о товаре с помощью считывающего устройства. Время движется…
Список литературы
1) Дроздова Т.Е.Теоретические основы прогрессивных технологий. — Москва: МГОУ, 2001. — 212 с.
2) Материаловедениеи технология конструкционных материалов / Тялина Л.Н., Федорова Н.В. Учебноепособие. — Тамбов: ТГТУ, 2006. — 457 с.
3) Методы охранывнутренних вод от загрязнения и истощения / под ред. Гавич И.К. — М.:ЮНИТИ-ДАНА, 2002. — 287 с.
4) Методы очисткипроизводственных сточных вод / Жуков А.И. Монгайт И.Л., Родзиллер И.Д. — М.:Инфра-М, 2005. — 338 с.
5) Основы технологийважнейших отраслей промышленности / под ред. Сидорова И.А. Учебник ВУЗов. — М.:Высшая школа, 2003. — 396 с.
6) Систематехнологий важнейших отраслей народного хозяйства / Дворцин М.Д., ДмитриенкоВ.В., Крутикова Л.В., Машихина Л.Г. Учебное пособие. — Хабаровск: ХПИ, 2003. — 523 с.