ЗМІСТ
Введення
1. Левітація проти гравітації: імпульс до створення транспорту на магнітній подушці
2. Потяги MAGLEV: основні характеристики і перспективи експлуатації
3. Літаючі експреси. Вітчизняні та зарубіжні розробки
3.1 Розробки нових видів транспорту
3.2 Високошвидкісний транспорт на магнітному підвісі
Висновок
Список літератури
Введення
Нещодавно знаменитий англійський письменник-фантаст Артур Кларк зробив чергове пророцтво. «... Ми, можливо, стоїмо на порозі створення космічного апарату нового типу, який зможе залишати Землю з мінімальними витратами за рахунок подолання гравітаційного бар'єру, - вважає він. - Тоді нинішні ракети стануть тим же, чим були повітряні кулі до першої світової війни ». На чому ж грунтується таке судження? Відповідь потрібно шукати в сучасних ідеях створення транспорту на магнітній подушці.
Ще півстоліття тому магнітна подушка була чимось з області фантастики. Однак сьогодні вчені багатьох країн працюють зі створення транспорту на магнітній подушці. Потяги майбутнього будуть «парити» над землею, вони ніби «підвішуються» до рейок, або відштовхуються від них, в залежності від того, яка буде застосована система, тобто електромагнітний або електродинамічний підвіс. У першому випадку шлях представляє собою сталеві рейки з «підвішеним» до них екіпажем. У другому випадку склад піде по металевому полотну, в якій виникають електричні струми. Як тягового механізму в таких поїздах будуть використані лінійні двигуни.
Слід зазначити, що поїзд на магнітній підвісці почали експлуатувати вісімдесятих роках минулого століття в Бірмінгемі. Щоправда, після одинадцяти років роботи цей поїзд був знятий з лінії із-за технічних проблем. В даний час транспортна система на магнітній подушці діє в Китаї, з'єднуючи центр Шанхаю з міжнародним аеропортом Пудон. А в Японії експериментальний потяг на магнітній подушці MLX01 в 2003 році встановив абсолютний для даного виду транспорту рекорд швидкості, розігнавшись до 581км / ч.
Мета даної контрольної роботи - описати основні характеристики транспорту на магнітній подушці і подальші перспективи використання транспорту майбутнього.
Реалізація досягнення мети досягається за допомогою вирішення наступних завдань:
дати опис теоретичних передумов до створення транспорту на магнітній подушці;
дати опис технічних характеристик і перспектив експлуатації потягів на магнітній подушці;
дати опис новітніх вітчизняних та зарубіжних розробок транспортних засобів, що функціонують на основі ефекту левітації.
1. Левітація проти гравітації: імпульс до створення транспорту на магнітній подушці
Буквальне значення слова «левітація» - підйом. Принаймні, так визначається Британської енциклопедією можливість підняття будь-якого тіла (у тому числі й людського) без контакту з чим би то не було. У технічний ужиток воно увійшло порівняно недавно, у зв'язку зі спробами створення транспорту на магнітній подушці.
Її суть можна зрозуміти з наочного досвіду, часто демонструють у школі. Беруть дві феритових колечка, що представляють собою сильні постійні магніти, і нанизують їх на скляну паличку, поставлену вертикально. При цьому верхній з магнітів як би зависає в повітрі. Проте варто прибрати паличку, і магнітне кільце перевернеться і впаде. Ось чому інженерам доводиться докладати чималих зусиль, щоб стабілізувати магнітну подушку. Ось чому магнітний левітаційні транспорт, над яким працюють ось уже чверть століття, так і не вийшов за межі полігонів.
Тим дивніше фокус, який продемонстрував винахідник-дослідник Олександр Кушелєв. На столі він розмістив керамічний магніт від гучномовця діаметром 80 мм. Ретельно от'юстіровал дерев'яними клинами горизонтальність його положення. Прикрив магніт зверху платівкою оргскла, на якій розкрутив особисто зроблений ним дзига. І сталося непередбачуване: магніт відірвався від поверхні оргскла і завис у повітрі.
Секунд через 40 він уповільнив своє обертання, втратив стійкість і перекинувся вниз. Пояснити це можна так: дзига теж магнітний, а обертання за рахунок гіроскопічного ефекту стабілізує його положення точно так само, як згадувана скляна паличка. На питання, чи не можна на основі даного ефекту побудувати будь-яке левитирующий транспортний засіб, Кушелєв відповів, що саме над цим він і розмірковує.
Крім того, магнітну левітацію можна в принципі здійснити і за допомогою надпровідності. Якщо взяти надпровідник, пропустити через нього електрострум і помістити над магнітом, то він зависне в повітрі і буде перебуватимуть доти, поки не відключать харчування. Тут стабілізація здійснюється як би сама собою - будь-яке переміщення надпровідника викликає в ньому вихрові струми, магнітні поля яких, точно-дзеркальні по відношенню до поля магніту, заганяють його на колишнє місце. Природно, це справедливо і до будь-якого переміщення магніту (при нерухомому надпровіднику). Подібний спосіб магнітної підвіски вже знайшов застосування в техніці при створенні надточних гіроскопів для систем наведення ракет і літаків. Більше того: як з'ясувалося зовсім недавно, використання надпровідності дає унікальний побічний ефект.
Чи можливо приборкати гравітацію? У 1996 р. в тому переконався фізик Джон Шнурер з Еніочского коледжу в Йеллоу-Спрінг, штат Огайо. Коли над висить у повітрі надпровідним диском діаметром в 2,5 см він помістив маленький шматочок пластику, прикріплений до точних ваг, ті показали зменшення ваги приблизно на 5%. Спочатку Шнурер не повірив власним очам. Він 12 разів провів експеримент, перш ніж прийшов до остаточного висновку: феномен повторюється регулярно. Тут він згадав, що ще на початку 90-х років подібне ж явище помітив наш співвітчизник, фахівець у галузі матеріалознавства Євген Подклетнов, що працював у той час в Технологічному університеті м. Тампере (Фінляндія). Але тоді спостерігалися результати визнали помилкою експерименту.
Тепер же аналогічні досліди намагаються відтворити в Центрі космічних польотів імені Дж. Маршала, NASA і ще кількох державних лабораторіях США. За словами керівника Відділення перспективних концепцій NASA Уіта Брентлі, люди так захоплені дослідженнями, що часом витрачають власні гроші на купівлю відсутнього обладнання. До справи підключилися і теоретики. Скажімо, італієць Джованні Моданезі з Національного агентства ядерної фізики та фізики високих енергій вважає, що в даному випадку ми маємо справу з виникненням «гравітаційного екрану». А провідний спеціаліст Алабамського університету Нінг Лі вважає, що за певних умов поля атомів надпровідника здатні так екзотично взаємодіяти один з одним, що виникає левітація.
Проте існує й інший спосіб створення левітації. «Одним із напрямків подальшого пошуку стане перегляд природи тяжіння - на базі електромагнітних і електростатичних явищ, - вважає кандидат технічних наук з підмосковного м. Литкаріно Володимир Пономарьов .- Звернути увагу на електростатики змушує хоча б вже той факт, що математичні формулювання закону Ньютона і закону Кулона зовні дуже схожі, тільки в першому виразі в чисельнику стоять маси взаємодіючих тіл, а в другому - їх електричні заряди ».
Причому при уважному розгляді з'ясовується, що аналогії йдуть глибше зовнішньої схожості. Згідно загальноприйнятим уявленням, явище гравітації грунтується на взаємодії деяких квантів тяжіння - гравітонів; проте до цих пір ніхто експериментально не виявив ні їх самих, ні випромінюваних ними гравітаційних хвиль. А що якщо Гравітон в якійсь мірі тотожні елементарним електростатичним зарядам (назвемо їх кулонами)?
Таке припущення підштовхує ось до наступних міркувань. Оскільки будь-яке тіло у Всесвіті має температуру вище абсолютного нуля, всередині нього атоми відчувають теплові коливання. А ці коливання, відповідно до принципів електромагнітної теорії Максвелла-Лоренца, неминуче призводять до флуктуації мікроскопічних поляризованих зарядів. Сумуючись, ті й утворюють загальний заряд. Таким чином, гравітаційне тяжіння, в принципі, може бути замінено електростатичним. Скажімо, система Земля-Сонце знаходиться в рівновазі тому, що відцентрова сила, що біжить по своїй орбіті Землі, дорівнює силі взаємного притягання різнойменних електростатичних зарядів її і Сонця. А ось в системі Земля-Місяць таке рівновагу порушено. І через це Місяць поступово віддаляється від нашої планети, справедливість, потроху - лише на 1,3 см в рік.
Використання ефекту левітації на базі електромагнітних і електростатичних явищ відкриває широкі перспективи на практиці. Електростатичні поля треба використовувати для створення літального апарату нового типу, вважає Пономарьов. Його рух в навколоземному просторі буде обумовлено взаємодією електростатичних полів планети і створюваного в робочому органі машини.
Поки в апараті відсутні вільні електричні заряди необхідної величини і знака, він спочиває на поверхні планети. Але як тільки всередині нього накопичуються іони, одержувані іонізірованіем газу того ж знака, що і електростатичне поле планети, апарат злетить. Причому, згідно з розрахунками В. І. Пономарьова, виходить, що така схема, як мінімум, на порядок збільшить ефективність літальних апаратів в порівнянні з нинішніми літаками і ракетами. Конструкція такого літального апарата цілком може бути застосована не тільки при дослідженні малих планет або астероїдів Сонячної системи, але й у відкритому міжзоряному просторі.
Чергову спробу приборкання левітації зробили в кінці 1997 р. японські дослідники, які працюють за контрактом з міжнародною корпорацією «Мацусіта». Вони вирішили використовувати для створення машини, що долає силу тяжіння, звичайний гіроскоп. Їх досліди підкупливо прості. Невеликий гіроскоп розкручують до 18 000 об / хв і поміщають в герметичний контейнер, з якого викачано повітря, і той скидають вниз. При падінні контейнер долає фіксовану дистанцію близько 2 м, причому час заміряється найточнішим чином за допомогою двох лазерних променів. Коли перетинається один (старт), запускається електронний секундомір, коли ж інший (фініш) - він зупиняється.
До сказаного залишається додати, що при вільному падінні контейнер не відчуває жодного стороннього обурення, крім земного тяжіння, оскільки повітря з башти, де проводяться досліди, теж викачано. Єдина відмінність в серії повторюваних експериментів, це те, що гіроскоп або обертається проти годинникової стрілки, або не обертається. І що ж з'ясувалося? У першому випадку час падіння на незначні частки секунди на 0,025 с - більше, ніж у другому. Інакше кажучи, виходить, що обертається гіроскоп на 1 / 7000 легше.
Примітний ще й той факт, що гравітація слабшала, лише коли дзига розкручували проти годинникової стрілки. Коли ж - за годинниковою, ніякого ефекту не було. «Те ж саме, - стверджують дослідники, - ми спостерігали і в дослідах 1989 року. Тільки тоді гіроскоп зважували на точних вагах »... А тому нова серія дослідів, на їхню думку, дозволяє відкинути всякі сумніви - ефект дійсно існує.
Проте, багато фахівців поставилися до затії японців з великим скепсисом. Наприклад, англійський учений Ерік Лейтон, який є основоположником використання принципу магнітної подушки на транспорті і ось вже багато років займається проблемами її впровадження, стверджує: оскільки гіроскоп - прилад суто механічний, властивості його симетричні; і обертайся він чи ні, нічого особливого не відбудеться.
Інші дослідники виражаються і того різкіше. Аж до того, що японські експерименти не стоять і того паперу, на якій вони описані. Тим часом деякі натяки на пояснення можна відшукати. Скажімо, подібний ефект, ще років тридцять тому, виявив наш співвітчизник, професор А. М. Козирєв, який вважав: він цілком укладиваестя в теорію відносності, як одне з її наслідків. Суть справи полягає в наступному. У кожній точці Всесвіту вектор тяжіння має певний напрямок. Якщо момент обертання гіроскопа збігається з цим вектором, то сумарна сила тяжіння збільшується, в іншому випадку - зменшується. (Проте залишається незрозумілим, чому японці помітили ефект лише при певному напрямку обертання і нічого - в протилежному.)
Ще одне можливе пояснення пов'язані з силою Коріоліса. Коли напрямок обертання гіроскопа збігається з обертанням Землі, траєкторія падіння контейнера буде дещо іншою, ніж якщо б гіроскоп був нерухомим чи обертався у зворотний бік. Ну а оскільки дистанції різні, то і час їх подолання різному.
2. Потяги MAGLEV: основні характеристики і перспективи експлуатації
Необхідність поїздів на магнітній подушці (MAGLEV) [Magnetic Levitation] обговорюється вже довгі роки, однак результати спроб їх реального застосування виявились бентежить. Найважливіший недолік поїздів MAGLEV полягає в особливості роботи електромагнітів, які і забезпечують левітацію вагонів над полотном. Електромагніти, не охолоджувані до стану надпровідності, споживають гігантські обсяги енергії. При використанні ж надпровідників в полотні вартість їх охолодження зведе нанівець всі економічні переваги і можливість здійснення проекту.
Альтернатива запропонована фізиком Річардом Постом з Lawrence Livermore National Laboratory, Каліфорнія. Її суть полягає у використанні не електромагнітів, а постійних магнітів. Раніше застосовувані постійні магніти були занадто слабкі, щоб підняти поїзд, і Пост застосовує метод часткової акселерації, розроблений відставним фізиком Клаусом Хальбахом з Lawrence Berkley National Laboratory. Хальбах запропонував метод розташування постійних магнітів таким чином, що б сконцентрувати їх сумарні поля в одному напрямку. Inductrack - так Пост назвав цю систему - використовує установки Хальбаха, вмонтовані в днищі вагону. Полотно, саме по собі, - це упорядкована укладання витків ізольованого мідного кабелю.
Установка Хальбаха концентрує магнітне поле в певній точці, знижуючи її в інших. Будучи вмонтованою в днищі вагону, вона генерує магнітне поле, яке індукує достатні струми в обмотках полотна під рухомим вагоном, щоб підняти вагон на кілька сантиметрів і стабілізувати його [рис. 1]. Коли потяг зупиняється, ефект левітації зникає, вагони опускаються на додаткові шасі.
Рис. 1 Установка Хальбаха
На малюнку представлено 20 метрове дослідне полотно для випробування MAGLEV поїздів типу Inductrack, яке містить близько 1000 прямокутних індуктивних обмоток, кожна шириною 15 см. На передньому плані випробувальна візок і електричний контур. Алюмінієві рейки вздовж полотна підтримують візок до моменту досягнення стійкої левітації. Установки Хальбаха забезпечують: під днищем - левітацію, з боків - стійкість.
Коли поїзд досягає швидкості 1-2 км / год, магніти виробляють достатні для левітації поїзда струми в індуктивних обмотках. Сила, рушійна поїзд, генерується електромагнітами, встановленими з інтервалами вздовж шляху. Поля електромагнітів пульсують таким чином, що відштовхують від себе установки Хальбаха, змонтовані в поїзді, і рухають її вперед. Згідно Посту, при правильному розташуванні установок Хальбаха, вагони не втратять рівноваги ні за яких обставин, аж до землетрусу. В даний час, виходячи з успіхів демонстраційної роботи Посту в масштабі 1 / 20, NASA підписало 3-х річний контракт з його колективом в Ліверморі для подальшого дослідження даної концепції для більш ефективного запуску супутників на орбіту. Передбачається, що ця система буде використовуватися в якості багаторазового розгінного носія, який розганяв б ракету до швидкості близько 1 Маха, перед включенням на ній основних двигунів.
Однак, незважаючи на всі складнощі перспективи використання транспорту на магнітній подушці залишаються досить привабливими. Так, японський уряд готується відновити роботу над принципово новим видом наземного транспорту - потягами на магнітній подушці. За запевненням інженерів, вагони «маглева» здатні покривати відстань між двома найбільшими населеними центрами Японії - Токіо і Осакою - всього за 1 годину. Нинішнім швидкісним залізничним експрес для цього потрібно часу в 2,5 рази більше.
Секрет швидкості «маглева» полягає в тому, що вагони, підвішені в повітря силою електромагнітного відштовхування, рухаються не по колії, а над нею. Це геть-чисто виключає втрати, неминучі при терті коліс об рейки. Багаторічні випробування, що проводилися в префектурі Яманасі на пробному ділянці довжиною 18,4 км, підтвердили надійність і безпеку цієї транспортної системи. Вагони, що рухалися в автоматичному режимі, без пасажирської навантаження розвивали швидкість в 550 км / год. Поки що рекорд швидкісного пересування по рейках належить французам, чий потяг TGV у 1990 році на випробуваннях розігнався до 515 км / год.
Японців також турбують економічні проблеми, і в першу чергу питання рентабельності надшвидкісний лінії «маглева». Нині щорічно між Токіо і Осакою здійснюють подорож близько 24 млн. осіб, 70% пасажирів користуються при цьому швидкісної залізничної лінією. Чи зможе «маглев» витримати конкуренцію з «Сінкансен»? Адже, за підрахунками футурологів, революційний розвиток мережі комп'ютерного зв'язку неминуче призведе до зниження пасажиропотоку між двома найбільшими центрами країни. На завантаженості транспортних ліній може позначитися і намітилося падіння чисельності активного населення країни
Транспортом на магнітній подушці займаються не тільки японці. У ФРН протягом ряду років йшли власні дослідження по цій тематиці, і в минулому році німці відмовилися від ідеї прокладання лінії «маглева» між Берліном і Гамбургом через непомірною дорожнечу проекту. А от у Китаї, навпаки, нині серйозно розглядається можливість включення будівництва лінії «маглева» між Пекіном і Шанхаєм в 10-річний план розвитку національного господарства.
Влада Шанхая мають намір продовжити єдину в світі комерційну залізничну гілку на магнітній подушці з тим, щоб швидкісні потяги курсували між двома міжнародними аеропортами міста. В даний час поїзда, розвиваючі максимальну швидкість 430 км / год, ходять від аеропорту Пудун до банківського центру. Тепер планується з'єднати обидва міжнародних аеропорту на протилежних околицях міста, що дозволить пасажирам добиратися з одного в інший всього за 15 хвилин.
Шанхай обрано місцем проведення Всесвітньої виставки в 2010 році. У боротьбі за це право місто витратило понад $ 1 млрд на запуск поїзда на магнітній подушці. Поки що проект має обмежений успіх: поїзди ходять напівпорожніми, оскільки квитки на них дороги для китайців, а зупинки не з'єднані з будь-якими іншими видами громадського транспорту. У цій країні вже побудовано 30 кілометрів ліній для поїздів на магнітній подушці, а до Олімпіади 2008 року планується побудувати лінію довжиною 800 кілометрів від Пекіна від Шанхаю. Час у дорозі становитиме 2 години.
Російський проект відкриття руху поїздів на магнітній подушці з Москви до Санкт-Петербурга найближчим часом не буде реалізований, повідомив на прес-конференції в Москві в кінці лютого 2006 року керівник Федерального агентства залізничного транспорту Михайло Акулов. З цим проектом можуть бути проблеми, оскільки немає досвіду експлуатації потягів на магнітній подушці в умовах зими, сказав Акулов, повідомивши, що такий проект розроблений групою російських розробників, які взяли на озброєння досвід Китаю. Разом з тим Акулов зазначив, що ідея створення високошвидкісної магістралі Москва - Санкт-Петербург сьогодні знову актуальна. Зокрема, запропоновано поєднати створення високошвидкісної магістралі з паралельним будівництвом автомобільного шосе. Голова агентства додав, що потужні бізнес-структури з Азії готові брати участь у цьому проекті, не уточнивши, про які саме структурах йде мова.
3. Літаючі експреси. Вітчизняні та зарубіжні розробки
3.1 Розробки нових видів транспорту
Роботи зі створення швидкісних бесколесних поїздів на магнітній подушці ведуться досить давно, зокрема в Радянському Союзі з 1974 року. Однак і в 2006 році проблема найбільш перспективного транспорту майбутнього залишається відкритою і є широким полем діяльності для сучасних вчених. У даному розділі мова йде про переваги і недоліки новітніх розробок абсолютно нового виду транспорту.
Рис. 2 Модель поїзда на магнітній подушці
На малюнку 2 представлена модель поїзда на магнітній подушці, де розробники вирішили перевернути всю механічну систему з ніг на голову. Залізнична траса являє собою сукупність розставлених через певні рівні відстані залізобетонних опор зі спеціальними отворами (вікнами) для поїздів. Рейок немає. Чому? Справа в тому, що модель перегорнута, і як рейки служить сам поїзд, а у вікнах опор встановлені колеса з електромоторами, швидкістю обертання яких дистанційно управляє машиніст поїзда. Таким чином, потяг як би летить по повітрю. Відстані між опорами підібрані таким чином, щоб у кожен момент свого руху поїзд знаходився, як мінімум, у двох-трьох із них, а один вагон має довжину більшу, ніж один проліт. Це дозволяє не тільки утримувати поїзд на вазі, але і, разом з тим, при відмові одного з коліс в якій-небудь опорі рух буде продовжуватися.
Переваг використання саме цієї моделі достатньо. По-перше, це економія на матеріалах, по-друге, вага поїзда значно зменшується (не потрібно ні двигунів, ні коліс), по-третє, така модель надзвичайно екологічна, а по-четверте, прокласти таку трасу в умовах густонаселеного міста або місцевості з нерівним ландшафтом набагато простіше, ніж у стандартних видах транспорту.
Але не можна не сказати і про недоліки. Наприклад, якщо в рамках траси одна з опор сильно відхилиться, це призведе до катастрофи. Хоча, катастрофи можливі і в рамках звичайних залізних доріг. Інше питання, який веде до сильного подорожчання технології, це фізичні навантаження на опори. Наприклад, хвіст поїзда, тільки що виїхав з якого-небудь конкретного отвору, якщо говорити простими словами, як би "повисає" і надає велике навантаження на наступну опору, при цьому зміщується і центр ваги самого поїзда, що впливає на всі опори, в цілому. Приблизно така ж ситуація виникає, коли голова поїзда виїжджає з отвору і так само "повисає", поки не досягне наступної опори. Виходять свого роду гойдалки. Як цю проблему мають намір вирішувати конструктори (за допомогою несучого крила, величезній швидкості, зменшенням відстані між опорами ...), поки неясно. Але рішення є. І третя проблема - повороти. Оскільки розробники вирішили, що довжина вагони більше, ніж один проліт, стоїть питання поворотів.
Рис. 3 Т-образній монорейка
Американський проект Airtrain припускає використання перевернутого догори ногами Т-подібного монорейки, до якого підвішено якусь подобу літака. Під час руху він не стосується самого рейки, за винятком підпружиненого контакту, яке живить Airtrain електроенергією. З поворотами, гальмуванням і т.п. проблем немає. Наприклад, при гальмуванні на високій швидкості змінюється кут пропелерів, а на низькій - Airtrain поводиться точно так само, як і монорейкові поїзда. Середня швидкість - 320 км / год, обсяг пасажирів в одному вагоні - близько 92 людей. Насправді це один із найбільш реальних перспектив розвитку транспорту майбутнього. Це зрозуміло, оскільки над створенням цього проекту працювали два дуже авторитетних спеціаліста - Елвест Лель (Elvest L. Lehl), що має 30-річний стаж роботи інженером в компанії Being, і професор аерокосмічної інженерії Глен Зумволт (Glen W. Zumwalt), працював у проектах NASA, FAA і USAF. Перші випробування Airtrain поки тільки на модельному рівні не виявили будь-яких істотних недоліків. Але цікаво інше - судячи з розрахунків, вся система, включаючи рейки, транспортні засоби тощо на протяжність 450 км, коштує $ 2,06 мільярда, де один літак Airtrain має ціну від 11 до 16 мільйонів доларів, а півтора кілометра траси - $ 7.3 млн.
Рис. 3 Високошвидкісний Струнний Транспорт Юницького
Як альтернатива цьому існує чисто російська розробка, іменована високошвидкісним струнний транспорт Юницького (Стю). У її рамках пропонується використовувати підняті на опорах на висоту 5-25 метрів попередньо напружені рейки-струни, по яких рухаються чотириколісний транспортні модулі. Собівартість у Стю виявляється набагато меншою - $ 600-800 тисяч за один кілометр, а з інфраструктурою та рухомим складом - $ 900-1200 тисяч за км.
Рис. 4 Приклад монорельсового транспорту
Але найближче майбутнє бачиться все-таки за звичайним монорейковим поданням. Причому в рамках монорейкових систем зараз відкочуються новітні технології з автоматизації транспорту. Наприклад, американська корпорація Taxi 2000 створює монорельсову систему автоматичних таксі SkyWeb Express, які можуть їздити як у рамках міста, так і за його межами. Водій у таких таксі не потрібен (прямо як у фантастичних книгах і фільмах). Ви вказуєте точку призначення, і таксі саме вас туди відвозить, самостійно вибудовуючи оптимальний маршрут. Тут виходить все - і безпеку, і точність. Taxi 2000 на даний момент - найбільш реальний і здійсненний проект
Німці з проекту Modular Automated Individual Transport пропонують застосовувати для перевезення людей і вантажів якісь контейнери. Ідея насправді проста. Ви заходите в контейнер, вказуєте точку призначення. Система розраховує оптимальний маршрут з урахуванням усіх транспортних магістралей. При цьому в рамках MEIT розроблені спеціальні системи для перенесення контейнерів за допомогою спеціального "тягача", підвішеного до рейки, або транспортні "візки" для його перевезення за звичайною асфальтованою дорогою. І при цьому не виключаються варіанти взаємодії зі стандартними видами транспорту - потягами, кораблями, літаками. Тобто ви сіли в контейнер, і більше нічого не потрібно думати, за вас це зробить якась розумна транспортна система.
3.2 Високошвидкісний транспорт на магнітному підвісі
Новим і перспективним напрямком розвитку високошвидкісного залізничного транспорту є потягу на магнітному підвісі. Дослідження даного виду транспорту почалися ще в середині минулого століття. Так перший патент на потяг на магнітному підвісі був отриманий в червні 1941 року. У свою чергу перша комерційна лінія з використанням даного типу поїздів була введена в 1984 році в Британії. Ця лінія була мало швидкісна. У 1995 році лінію закрили, визнавши небезпечною.
З впровадженням в даній галузі надпровідників дозволило перевести даний вид транспорту в високошвидкісний залізничний транспорт. На даний момент основними представниками зі створення такого виду транспорту є Японія та Німеччина.
Лідером у цій галузі є Японія. Його поїзд на магнітних підвісах встановив новий рекорд 580 км / год в грудні 2003 року. Всі тестування нових технологій проводяться на лінії Яманаші, яка протяжністю 18,4 км. Під час руху під дією електромагніта поїзд "пливе" у 10 міліметрах від поверхні шляху. Магніти знаходяться в самому складі і з боків шляху. Японія почала розробляти програму поїздів на магнітній подушці "у 60-х роках минулого століття. До цих пір японські моделі таких поїздів є найшвидшими і тихими у світі.
Іншим представником магнітних швидкісних доріг є Німеччина (компанія Transrapid) зі своєї магнітної швидкісний дорогою Transrapid. Електромагнітна система цієї дороги залежить від притягують сил окремо відрегульованих електромагнітів, які в якості реактивної частини стрічково встановлені на обох сторонах транспортного засобу та від змонтованих на внутрішній стороні шляху пакетів активної сталі статора. Магніт притягують транспортний засіб знизу до шляху до зазору в 10 мм, направляючі магніти утримують його збоку в колії. Високонадійна електронна система регулювання забезпечує при цьому стабільне «ширяюче» стан.
Безконтактний привід здійснюється від синхронного лінійного електродвигуна з довгим статором, який служить також і як гальма для службового гальмування. На відміну від звичайних транспортних систем в поїздах Transrapid первинна приводна частина розташована не в транспортному засобі, а в шині. Для цього змонтовані феромагнітние пакети активної сталі статора з трифазною кабельної обмоткою. У цих обмотках утворюється електромагнітне переміщається поле, яке спільно з полем несучих магнітів сприяє одержанню необхідної для поступального руху транспортного засобу тяги. Зміною сили і частоти трифазного струму можна безступінчатий регулювати маршрутну швидкість до 500 км / ч. Зміною полярності магнітного поля здійснюється зміна напрямку тяги і, в цьому випадку, привід стає безконтактним гальмом.
Transrapid переміщається по одно - або двоколійній шині, яка складається з окремих несучих елементів шини із сталі або бетону, довжиною від 25 до 31 м. Ці несучі елементи встановлюються звичайно на стійках на висоті 5 м.
Маршрутна швидкість до 500 км / год скорочує час подорожей до такого, яке до цих пір було відомо тільки в авіації. Transrapid - це не тільки швидкість, але і безпеку і комфорт. Його комфортабельність робить з кожної поїздки вражаюче подія. Transrapid ковзає м'яко без будь-яких поштовхів і безпечно як ніяка інша транспортна система. Схід з рейок виключається завдяки тому, що Transrapid як би «охоплює» свою шину.
Розвиток абсолютно нової транспортної технології має сенс тільки в тому випадку, якщо вона пропонує також і нові рішення в галузі економіки та екології. У звичайних транспортних системах підвищення потужностей означає одночасно і підвищення витрат. Transrapid порушує цю закономірність. Техніка переміщення на магнітній подушці працює без опору і, таким чином, без зносу. Незважаючи на високу потужність це призводить до значно зниженими витратам на догляд та технічне обслуговування, а завдяки цьому і до більш низьких експлуатаційних витрат. Не дивлячись на те, що особливо висока частка інвестиційних витрат для цієї транспортної системи випадає на прокладання шляхів, інвестиції на виготовлення лінії для магнітної швидкісної дороги Transrapid не вище, а в важкопрохідної місцевості навіть набагато нижче, ніж для сучасної залізниці. Шлях руху може гнучко узгоджуватися з умовами ландшафту завдяки підвищеній здатності долати підйоми (10% і більше) та невеликому радіусу кривих (4000 м при 400 км / год).
Таким чином, для магнітної швидкісної дороги не потрібно дорогих тунелів, виїмок і насипів, що в свою чергу є великим економічним та екологічним перевагою. Розташовані зазвичай на стійках шини займають небагато місця і не перетинають ландшафт і забудовані площі. Крім цього, ландшафт уздовж шляху не забруднюється вихлопними газами та іншими шкідливими речовинами. Завдяки своїм безконтактним несучої направляє і привідної системам Transrapid не створює шумів від руху і приводних шумів. Він примирює людину і природу з сучасною транспортною технікою. З усього вищесказаного видно, що Transrapid виправдовує свій девіз: «Швидкість, економічність, захист навколишнього середовища».
Перший у світі поїзд, який використовує магнітну левітацію поїхав 1 січня 2003. З Шанхаю. На випробуваннях поїзд досяг швидкості 500 км / год, проте пасажири насолоджуються швидкістю "всього" 400 км / ч.
Назва поїзда - Transrapid 08, маршрут - Шанхай-Пудонг, довжина маршруту всього 30 км, час доставки - якихось 7 хвилин.
З огляду двох представників магнітних залізних доріг ми бачимо, що даний напрямок розвитку високошвидкісного залізничного транспорту має великі перспективи і на практиці впроваджується вже сьогодні.
Завдання
У холодильнику потрібно охолодити від температури t 1 = 90 0 С до 40 0 С 5000 кг рідини з теплоємністю С = 3350 Дж / кг * гр. Початкова температура охладжающей води t 2 = 20 0 С. Теплоємність води З = 4190 Дж / кг * гр. Коефіцієнт теплопередачі К = 250 Вт / м 2 * грд. Визначити необхідну поверхня теплообмінника і витрата води при противотоке.
Температура конденсації водяної пари t 1 = 90 ° C.
Середня різниця температур:
Розрахуємо середню температуру:
Розрахуємо витрати тепла на нагрівання:
Орієнтовно визначимо max величину площі поверхні нагрівання теплообмінника.
Витрата води при противотоке:
Висновок
Потяги на магнітній подушці вважаються одним з найбільш перспективних видів транспорту майбутнього. Від звичайних поїздів і монорельсів поїзда на магнітній подушці відрізняються повною відсутністю коліс - при русі вагони як би ширяють над одним широким рейкою за рахунок дії магнітних сил. У результаті швидкість руху такого поїзда може досягати 400 км / год, і в ряді випадків такий транспорт може замінити собою літак. В даний час в світі реалізується на практиці лише один проект магнітної дорозі, званої також Transrapid.
Багатьом розробок та проектів вже по 20-30 років. І головним завданням для їх творців є залучення інвесторів. Сама проблема транспорту досить істотна, адже часто ми купуємо деякі продукти так дорого, тому що багато витрачено на їх перевезення. Друга проблема - це екологія, третя - велика завантаженість транспортних шляхів, що збільшується рік від року, і для деяких видів транспорту на десятки відсотків.
Ще одне питання, яке може з'явитися в найближчому майбутньому, - це швидке проходження митниці. Насправді він вирішуємо шляхом повної чіпізаціі всіх товарів. Чіпізація ще вигідна і тим, що ви, вірніше, вже ваші діти, зможуть прийти в магазин і отримати повну інформацію про товар за допомогою пристрою, що зчитує. Час рухається ...
Список літератури
Дроздова Т.Є. Теоретичні основи прогресивних технологій. - Москва: МГОУ, 2001. - 212 с.
Матеріалознавство і технологія конструкційних матеріалів / Тяліна Л.М., Федорова Н.В. Навчальний посібник. - Тамбов: ТДТУ, 2006. - 457 с.
Методи охорони внутрішніх вод від забруднення та виснаження / під ред. Гавіч І.К. - М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2002. - 287 с.
Методи очищення виробничих стічних вод / Жуков О.І. Монгайт І.Л., Родзіллер І.Д. - М.: Инфра-М, 2005. - 338 с.
Основи технологій найважливіших галузей промисловості / під ред. Сидорова І.А. Підручник ВНЗ. - М.: Вища школа, 2003. - 396 с.
Система технологій найважливіших галузей народного господарства / Дворцин М.Д., Дмитрієнко В.В., Крутікова Л.В., Машихіна Л.Г. Навчальний посібник. - Хабаровськ: ХПІ, 2003. - 523 с.