Важно отметить, что данный метод не был еще реализован, но его достоверность была доказана теоритически.
Рис. 9. Изображение, демонстрирующее конструкцию «рельс»
Заключение
Рассмотрев вышеуказанные методы, хотелось бы предложить некоторые способы модернизации технологии транспорта на магнитной подушке, одним из которых является метод ускорения маглева при помощи пушки Гаусса.
Пушка Гаусса - это одна из разновидностей ускорителя масс. В конструкции пушки Гаусса используется соленоид, т.е. разновидность катушки индуктивности. Внутри соленоида находится диэлектрический ствол. «Выстрел» из пушки происходит благодаря силе магнитного поля при протекании электрического тока через соленоид, выталкивающий тело, которое обычно состоит из ферромагнетика. Распространенность использования именно ферромагнетиков связана с особым свойством, присущего им - намагниченность ферромагнетиков легко меняется под действием внешних воздействий.
Маглев будет подниматься в воздух аналогично способу Electrodynamic. э Главным образом это объясняется следующими причинами:
• Метод Electromagnetic довольно неустойчив и менее безопасен, т.к. как уже было сказано ранее, требует постоянного контроля;
• Метод Inductrack также предполагает оснащения путей катушек индуктивности, однако в других целях. Тем не менее, чтобы не привести к конфликту двух катушек индуктивности, мы исключим данный метод.
Ускорение поезду и его торможению будут придавать пушки Гаусса, установленные в начале пути, и на всем пути с определенным интервалом. Маглев будет сделан из ферромагнетика, тем самым проходя через соленоид, маглев будет получать значительное ускорение. Торможение поезда будет осуществляться посредством изменения направления тока в соленоиде противоположно направлению движения, т.е. возникнет «отрицательное» ускорение. К первой пушке Гаусса, у старта, маглев будет приближаться на выдвижных колесах аналогично уже построенному японскому маглеву близ г. Яманаси.
В качестве проводника традиционно используют медь. В качестве сердечника возможно использовать ферромагнетик. В процессе работы над совершенствованием собственного варианта реализации технологии маглева, мы столкнулись с определенной трудностью. Снаряд, роль которого играет маглев, после прохождения середины расстояния соленоида начинает двигаться с отрицательным ускорением. Данный парадокс возникает главным образом, потому что маглев и пушка Гаусса имеют одинаковую полярность.
Это значит, что преодолев полпути, отталкиваясь от одинакового полюса, маглеву будет легче отталкиваться от другого полюса, что приведет к торможению. Здесь возможно несколько решений. Одно из них: отключение пушки Гаусса от питания в момент прохождения снарядом половины пути. Кроме того можно использовать конденсатор такой мощности, чтобы он мог разрядиться к моменту прохождения середины пушки Гаусса.
Наше решение заключается в дополнительной обмотке соленоидом, т.е. конструирование дополнительных пушек Гаусса поверх предыдущей. Начало последующей пушки Гаусса будет в середине предыдущей пушечной установки. Обязательно должно выполняться условие: сила магнитного поля последующей пушки должна быть сильней предыдущей. Данный фактор позволяет:
* преодолеть замедленное движение;
* позволяет создать условия «постепенного» и «мягкого» ускорения.
Определение времени момента включения пушки Гаусса возможно благодаря датчикам, расположенным на корпусе маглева и в зоне «тоннеля».
Для теоретического расчёта энергии, которой необходимо запастись в конденсаторе, воспользуемся следующими формулами:
E = CU2/2 или E = q2/2C - энергия, запасаемая в конденсаторе, где C - емкость конденсатора. (1)
Eк = mv2/2 - кинетическая энергия маглева. (2)
Учитывая, что КПД пушки Гаусса ? 27%, то справедлива следующая запись:
Разделим (2) на (1), получим КПД:
КПД=mv2/CU2=0,27 (3)
Важно указать, что не существует универсальной формулы нахождения емкости конденсатора, существуют лишь отельные формулы для отдельных форм конденсатора.
В нашем случае логичнее было бы использовать конденсатор плоской формы, формула вычисления емкости которого:
C= е е0 S/d,
где е0 - электрическая постоянная, ? 8,8542 • 10-12 Ф•м-1; d - расстояние между 2 платинами, S - площадь конденсатора, е - относительная диэлектрическая проницаемость (табличное значение).
Подставив в формулу (3), получим следующее:
0,27=mv2d/ е е0 SU2
Отсюда (3) найдем скорость.
v=?0,27 е е0 SU2/md. (4)
В ходе расчета нельзя не отметить, что если маглев будет использоваться не только в качестве грузового, но и пассажирского транспорта, то необходимо принять ускорение a < g (ускорение свободного падения ? 10 м/с2), чтобы человеческий организм мог выдержать перегрузку.
Примем a=0,5g=0,5 м/с2, тогда возможно рассчитать время и путь, необходимые для достижения необходимой скорости при проходе через первую катушку, т.е. v начальное=0 м/с.
a=v/t
v=at, или v= 0,5gt, подставим в (4)
t=?0,27 е е0 SU2/0,5mdg
Аналогично рассчитаем путь, необходимый для достижения скорости.
S=v2/2a = v2/g
V=vSg, подставим в (4)
?Sg=?0,27 е е0 SU2/md
Sg=0,27 е е0 SU2/md
S=0,27 е е0 SU2/mdg
Следует отметить, что при проведении аналогичных расчетов, в момент прохода через последующие катушки необходимо учитывать и скорость до прохода через нее, т.к. v ? 0.
Применение и перспективы в России.
Мы предлагаем построить железнодорожную систему маглев на маршруте Санкт-Петербург - Казань. На данный момент время, затраченное на путь, равно 22 часам. Расстояние из Санкт-Петербурга до Казани (согласно Яндекс. Карты), учитывая обход Рыбинского водохранилища, равно 1260 км. Если принять скорость v =400 км/ч, то время пути составляет t=1260/400= 3,15 ч. Следует учитывать, что значение вышеприведенной скорости использовано согласно планам РЖД, по планам которого высокоскоростной поезд на территории РФ будет развивать скорость до 400 км/ч.
Перспектива строительства и реализации технологии маглев в России актуальна на сегодняшний день. К примеру, ОАО «РЖД» уже с 2011 года является инициатором и координатором технологической платформы «Высокоскоростной интеллектуальный железнодорожный транспорт», задачей которого как раз является поддержка создания и внедрения технологии маглев на территории РФ.
Таким образом в 2015 году планировались изготовления и презентации модели «транспортной системы на магнитном подвесе с минимальной начальной скорости левитации».
Строительство данной линии обеспечит развитие двух развивающихся регионов.
В завершении хотелось бы подчеркнуть важность и актуальность внедрения технологии магнитной левитации в повседневность. Как было указано в примере, поезд на магнитной подушке заметно уменьшает время в пути, главным образом благодаря высокой скорости движения. Быстрое сообщение между городами не может не сказываться положительно - это увеличит такие показатели, как степень глобализации, туристические и торговые связи. Нельзя умолчать, что соединив магнитной дорогой два близко расположенных населённых пункта, быстрыми темпами возникнет мощная и устойчивая к изменениям агломерация. Среди перспективных пар: Москва - Санкт-Петербург, Москва-Тверь. Санкт-Петербург-Тверь, Екатеринбург-Тюмень. Такие «союзы» принесут огромную пользу экономическому развитию.
Кроме вышесказанного, следует отметить, что предложенный нами способ подойдет для строительства не только, как путь, соединяющий 2 населенных пункта, но и как внутригородской транспорт, так как с помощью ускорителей на пушке Гаусса легче контролировать и регулировать скорость данного транспорта. Создание такой общественной городской транспортной системы обеспечит снижение загруженности дороги.
Источники
1. http://nasos-pump.ru/elektrodvigateli-peremennogo-toka-2/
2. http://www.berliner-verkehrsseiten.de/m-bahn/Geschichte/geschichte.html
3. http://transphoto.ru/articles/3653/
4. http://itc.ua/articles/poezda-na-magnitnoy-podushke-transport-sposobnyiy-izmenit-mir/
5. http://ninpope-physics.comuv.com/maglev/howitworks.php
6. А.В. Перышкин «Физика 8 класс»
7. А.В. Перышкин «Физика 9 класс»
8. В.П. Дронов, В.Я. Ром «География России»
9. http://download04.atrexz.ru/%D0% BB % D0% B5% D0% B2% D0% B8% D1% 82% D1% 80% D0% BE % D0% BD/
10. https://str.llnl.gov/str/Post.html