Построение многоканальных магнитолевитационных систем

Полный текст

ВВЕДЕНИЕ

По виду оборудования путепроводов большинство реализованных транспортных систем на основе магнитной левитации (маглев) можно определить как одноканальные – все оборудование в одном коробе (трубе) или вокруг одной балки [1, 2]. Статорная обмотка путепровода подразделяется на ускоряющую обмотку и обмотку, обеспечивающую поднятие или подвешивание транспортных модулей. Транспортные модули перемещаются при создании бегущего магнитного поля в ускоряющей обмотке.

Предлагается задавать бегущее магнитное поле в специальном управляющем канале (балке, трубе), сопряженном с несколькими управляемыми каналами – малогабаритными транспортными системами.

ВМЕСТО ПОЕЗДА – МАЛОГАБАРИТНАЯ СИСТЕМА

В настоящее время проявляется тенденция рассматривать маглев-системы как разновидность железнодорожного транспорта, а именно магистральных высокоскоростных поездов [3]. Подвижной состав состоит из вагонов, имеющих довольно значительные габариты и стоимость. Соответственно, велика стоимость и путевой инфраструктуры.

Наибольший прогресс в развитии магистральных маглев-систем достигнут в Китайской Народной Республике [4].

В транспортных системах Hyperloop капсулы-челноки будут перемещаться внутри системы трубопроводов в среде низкого давления со скоростью порядка 1200 км/ч с использованием магнитной левитации [5]. Двухместная капсула XP-2 прошла испытания на специальном полигоне 500 м [6]. Тем не менее, существуют опасения, что эксплуатировать подобную систему небезопасно и слишком дорого [7].

В монографии [8] рассмотрены факторы, осложняющие развитие и содержание высокоскоростных магистралей на примере Транссибирской железнодорожной магистрали.

Действие некоторых из них можно уменьшить при использовании малогабаритных транспортных систем [9]. Также малогабаритные транспортные системы будут быстрее окупаться там, где нет больших грузовых и пассажиропотоков.

Вместе с тем каждая из предлагаемых систем имеет какое-либо рациональное зерно, побуждающее разработчиков к созданию нового вида транспорта.

События, связанные с распространением коронавирусной инфекции, привели к падению объемов производства во многих странах, соответственно, это сказалось и на развитии новых видов транспорта во всем мире. Отмечается рост скептицизма по проектам высокоскоростного транспорта в связи со значительными капитальными вложениями в строительство и долгими сроками окупаемости, ставятся под сомнение их реализуемость и экономическая эффективность. Некоторые исследователи считают [10], что именно проекты высокоскоростных магистралей могут способствовать восстановлению экономики, если цели их реализации будут поставлены в рамках национальных проектов, а также при успешной интеграции новых видов транспорта с другими видами транспорта в национальных транспортных системах.

Возможное взаимодействие магистральной и малогабаритных маглев-систем показано на Рис. 1. Магистральные пути подходят к узловому пересадочному пункту, от которого обеспечиваются сообщения-привязки к нескольким удаленным объектам.

Сообщения-привязки могут быть реализованы посредством  малогабаритной транспортной системы с эстакадой арочного типа, показанной на Рис. 2. Источники магнитного поля эстакады и транспортного модуля размещены в двух сопряженных каналах (балках).  В одном из каналов (верхний на Рис. 2) размещены источники магнитного поля муверы, имеющие кольцевую форму. Данный канал будет управляющим. Он представляет собой трубу, внутри которой созданы идеальные условия для движения муверов каким-либо из способов (среда низкого давления, движение в потоке жидкости [11] или др.).

 

Рис. 1. Взаимодействие магистральной и малогабаритных маглев-систем

 

В результате задания ускорения одному или нескольким муверам вся эта последовательность приходит в движение.

Транспортный модуль (ТМ) в системе на Рис. 1 состоит из кабины и нескольких источников магнитного поля также кольцевой формы, соединенных с кабиной, например, при помощи тяг. Магнитные источники ТМ размещены во втором канале (нижний на Рис. 1), который является управляемым. В случае применения соединительных тяг управляемый канал имеет вырез для их перемещения, а для левитации ТМ он оборудован источниками постоянного магнитного поля прямоугольной формы (магнитными рельсами).

 

Рис. 2. Общий вид малогабаритной транспортной системы с эстакадой арочного типа

 

Некоторые из муверов взаимодействуют с источниками транспортного модуля. При приведении последовательности муверов в движение начинают двигаться и магнитные источники ТМ. Поэтому назовем их попутчиками (ф-тревелерами). Вместе с ф-тревелерами перемещается и сам ТМ.

Вся двухканальная конструкция устанавливается на арочных опорах, образуя эстакаду.

Как видно на Рис. 2, в отличие от системы по проекту Hyperloop, кабина выносится из канала (трубы), где создается среда низкого давления или другие меропрития, обеспечивающие идеальные условия для движения муверов.

ОСОБЕННОСТИ СИСТЕМЫ С МЕХАНИЧЕСКИМ СОЕДИНЕНИЕМ КАБИНЫ И МУВЕРОВ

Преимущества предлагаемой транспортной системы.

Внутри короба муверам могут быть созданы идеальные условия для движения, что позволяет не использовать электрический ток большой величины.

Эстакадное исполнение позволяет обеспечить безопасное удаление кабины от активных магнитных источников, а также преодолевать труднодоступные участки местности.

Малогабаритная транспортная система быстрее окупится в случаях небольших пассажирских и грузовых потоков.

Особенности транспортной системы, ограничивающие её применение.

Макетные испытания выявили особенности данной транспортной системы, ограничивающие ее применение. А именно:

Возможное преодоление ограничивающих особенностей.

Следующим шагом в развитии таких транспортных систем может стать бесконтактное соединение муверов и кабины, которое обеспечивается при помощи эффекта «магнитной потенциальной ямы» [12].

ВОЗМОЖНОСТИ СИСТЕМЫ НА ОСНОВЕ ЭФФЕКТА «МАГНИТНОЙ ПОТЕНЦИАЛЬНОЙ ЯМЫ»

Эффект «Магнитной потенциальной ямы» при взаимодействии идеальнопроводящих кольцевых структур был открыт В.В. Козорезом [13]. Причем это взаимодействие проявляется как при расположении колец в параллельных плоскостях (Рис. 3а), так и при расположении этих колец в одной плоскости (Рис. 3б).

Размеры колец и расстояний между ними определяются из соотношений (1) и (2):

 ${\Psi }_1{\Psi }_2\ne 1$                                            (1)

 ${а}_1{R}^{-1}, a_2{R}^{-1}\le \frac{1}{2}$                               (2)

где:

 

Рис. 3. Магнитная система двух идеально проводящих токовых колец и область устойчивых траекторий:

а) в параллельных плоскостях; б) в одной плоскости

 

ТИП ДВИЖИТЕЛЯ: УЧИМСЯ У ЗВЕЗД И ПЛАНЕТ

Чтобы определиться с типом движителя, обратимся к движению во Вселенной [14]. Космические тела, обладая магнитными полями, движутся по эллиптическим орбитам [15] относительно более массивных тел как планеты относительно звезд, так и вращаясь относительно своих осей.

Этот принцип можно заложить в основу функционирования магнитолевитационных систем. Планетарная модель многоканальной маглев-системы показана на Рис. 4.

В центре системы расположен управляющий канал, внутри которого движутся муверы (звезды). Управляющий канал сопряжен с управляемыми каналами, число которых может достигать четырех в соответствии с числом сторон света: верхний (восток), правый (юг), нижний (запад), левый (восток). Совместно с муверами перемещаются попутчики (планеты), расположенные в управляемых каналах.

 

Рис. 4. Планетарная модель многоканальной маглев-системы

 

Транспортная система (Рис. 2) является частным случаем системы, изображенной на Рис. 4, а именно, двухканальной системой с нижним расположением управляемого канала. Внутренние стенки каналов в поперечном сечении повторяют форму муверов и попутчиков, имея некоторый зазор. Что должно способствовать свободному перемещению магнитных источников при предотвращении их переворачивания.

В простейшем случае управляющий канал имеет эллиптическую форму. Каждый из муверов взаимодействует с двумя соседними, при этом все муверы образуют замкнутую или сколь угодно длинную последовательность (Рис. 5). Последовательность муверов двигается под воздействием одного или нескольких источников вращательного движения. Управляющий канал сопряжен с одним или несколькими рабочими каналами. В рабочих каналах тревелеры, взаимодействуя с муверами управляющего канала, перемещаются линейно. Также перемещается и транспортный модуль, состав которого входят тревелеры перемещается линейно.

 

Рис. 5. Расположение управляющего канала в горизонтальной плоскости (вид сверху) и сопряжение его управляемым каналом, находящимся слева

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Многоканальная транспортная система может быть образована при сопряжении нескольких малогабаритных маглев-систем с управляющим каналом, внутри которого осуществляется движение последовательности муверов.

Авторы заявляют что:

1. У них нет конфликта интересов;
2. Настоящая статья не содержит каких-либо исследований с участием людей в качестве объектов исследований.

Об авторах

Евгений Юрьевич Сундуков

Сыктывкарский лесной институт – филиал Санкт-Петербургского государственного лесотехнического университета им. С.М. Кирова

Автор, ответственный за переписку.
Email: jek-sun@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-0141-8292
SPIN-код: 8735-7995

кандидат экономических наук, доцент

Россия, Сыктывкар

Борис Маркович Шифрин

Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет
им. С.М. Кирова

Email: shifrinb@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-5377-741X
SPIN-код: 5125-4307

кандидат технических наук, доцент

Россия, Санкт-Петербург

Вероника Евгеньевна Сундукова

Сыктывкарский лесной институт – филиал Санкт-Петербургского государственного лесотехнического университета им. С.М. Кирова

Email: v.sunduckova@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-9367-5693
SPIN-код: 4136-6297

студент

Россия, Сыктывкар

Список литературы

Дополнительные файлы