Индуктрек

Пассивная, отказоустойчивая электродинамическая система магнитной левитации.

Inductrack — это пассивная , отказоустойчивая система электродинамической магнитной левитации , в которой для достижения магнитной левитации на транспортном средстве используются только проволочные петли без питания на путях и постоянные магниты (сгруппированные в массивы Хальбаха ) . Трек может иметь одну из двух конфигураций: «лестничный трек» и «ламинированный трек». Лестничная направляющая изготовлена ​​из непитаемых многожильных кабелей, а ламинированная направляющая изготовлена ​​из сложенных друг на друга медных или алюминиевых листов.

Существует три конструкции: Inductrack I, оптимизированная для работы на высоких скоростях, Inductrack II, более эффективная на более низких скоростях, и Inductrack III, предназначенная для тяжелых нагрузок на низкой скорости.

Inductrack (или Inductrak) был изобретен группой ученых Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса в Калифорнии под руководством физика Ричарда Ф. Поста для использования в поездах на магнитной подвеске на основе технологии, используемой для левитации маховиков. ^{[1] [2] [3]} При постоянной скорости энергия требуется только для того, чтобы толкать поезд вперед, преодолевая сопротивление воздуха и электромагнитного сопротивления . Выше минимальной скорости, по мере увеличения скорости поезда, левитационный зазор, подъемная сила и используемая мощность в основном остаются постоянными. Система может поднять вес, в 50 раз превышающий вес магнита.

Описание

Название «индуктивность» происходит от слова индуктивность или индуктор ; электрическое устройство, сделанное из петель проволоки. Когда магнитная матрица Хальбаха проходит по проволочным петлям, синусоидальные изменения поля индуцируют напряжение в рельсовых катушках. На низких скоростях контуры имеют в значительной степени резистивный импеданс, и, следовательно, индуцированные токи самые высокие там, где поле меняется быстрее всего, то есть вокруг наименее напряженных частей поля, поэтому подъемная сила создается мало.

Однако на скорости импеданс катушек увеличивается пропорционально скорости и доминирует над суммарным импедансом катушек в сборе. Это задерживает фазу пика тока, так что индуцированный ток на дорожке стремится более точно совпасть с пиками поля магнитной решетки. Таким образом, дорожка создает собственное магнитное поле, которое выравнивается с постоянными магнитами и отталкивает их, создавая эффект левитации. ^[1] Трасса хорошо моделируется как массив последовательных цепей RL .

При использовании постоянных магнитов неодим-железо-бор левитация достигается на низких скоростях. Тестовая модель левитировала на скорости выше 22 миль в час (35 км/ч), но Ричард Пост полагает, что на реальных трассах левитация может быть достигнута « всего лишь со скоростью от 1 до 2 миль в час (от 1,6 до 3,2 км/ч) ». ^{[ нужна цитация ]} Ниже переходной скорости магнитное сопротивление увеличивается со скоростью транспортного средства; выше скорости перехода магнитное сопротивление уменьшается со скоростью. ^[4] Например, на скорости 500 км/ч (310 миль в час) отношение подъемной силы к лобовому сопротивлению составляет 200:1, ^[5] намного выше, чем у любого самолета, но намного ниже, чем у классической стали на стальном рельсе, которая достигает 1000:1 ( сопротивление качению). ). Это происходит потому, что индуктивный импеданс увеличивается пропорционально скорости, что компенсирует более высокую скорость изменения поля, наблюдаемого катушками, обеспечивая таким образом постоянный поток тока и потребляемую мощность для левитации.

Вариант Inductrack II использует две матрицы Хальбаха, одну над гусеницей и одну под гусеницей, чтобы удвоить магнитное поле без существенного увеличения веса или площади решеток, а также уменьшить сопротивление на низких скоростях. ^[6]

Несколько предложений по железным дорогам на магнитной подвеске основаны на технологии Inductrack. Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства США (НАСА) также рассматривает возможность использования технологии Inductrack для запуска космических самолетов. ^[7]

General Atomics разрабатывает технологию Inductrack в сотрудничестве с многочисленными партнерами по исследованиям.

Эволюция InducTrack

В зависимости от применения предпочтение отдается отношению подъемной силы к лобовому сопротивлению на низкой или более высокой скорости. Три варианта Inductrack предназначены для разных целей. Inductrack I был разработан для высокоскоростных поездов. Отношение подъемной силы к лобовому сопротивлению снижается, а скорость увеличивается. Inductrack II имеет больше возможностей левитации на относительно низкой скорости для использования в индивидуальном ( PRT ) или городском транспорте и использует консольную гусеницу. InducTrack III рассчитан на большие нагрузки и грузы, а гусеницы лишь частично консольные, чтобы выдерживать высокие нагрузки.

Демпфирование

Активного демпфирования нет, демпфирование обеспечивается только геометрией гусеницы. Испытания показали, что возникают низкочастотные колебания (1 Гц) и выдан патент США на механическое демпфирование самой гусеницы (на Inductrack II) (7478598). Трасса разрезается на сегменты, каждый сегмент механически демпфируется.

Приложения

В марте 2016 года Hyperloop Transportation Technologies объявила, что они будут использовать пассивные системы Inductrack для своего титульного Hyperloop . ^{[8] [9]}

Рекомендации

1. «Новый подход к поездам на магнитной подушке и ракетам». llnl.gov . Проверено 7 сентября 2009 г.
2. Ричард Ф. Пост (январь 2000 г.). «Маглев: новый подход». Научный американец . Архивировано из оригинала 9 марта 2005 года.
3. Ричард Ф. Пост. «Подход Inductrack к магнитной левитации» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 7 июля 2011 года . Проверено 17 апреля 2010 г.
4. Путь в будущее: поезда на магнитной подвеске на постоянных магнитах. Архивировано 27 марта 2014 г. в Wayback Machine - Скотт Р. Горли - Популярная механика.
5. В «Маглев: новый подход» выше, раздел «Проблема эффективности». Архивировано 21 августа 2007 г. на Wayback Machine.
6. На пути к более эффективному транспорту: система Inductrack Maglev - представлено Ричардом Ф. Постом, 10 октября 2005 г.
7. AIP: Массивы Хальбаха вступают в гонку на магнитной подвеске (PDF) , заархивировано из оригинала (PDF) 6 июля 2008 г. , получено 22 октября 2015 г.
8. AIP: Hyperloop Transportation Technologies, Inc. представляет систему левитации Hyperloop™ , получено 9 мая 2016 г.
9. «Hyperloop использует правительственные исследования для запуска капсул» . Engadget . АОЛ . Проверено 11 мая 2016 г.

Внешние ссылки

• General Atomics, Urban Maglev (поступило 28 мая 2013 г.)
• Ливерморская национальная лаборатория Лоуренса: вклад Ричарда Поста
• Статья S&TR на Inductrack
• Статьи в СМИ и технические отчеты об Inductrack, 1998–2005 гг.
• Электрическая грузовая конвейерная система с Inductrack, General Atomics, итоговый отчет, октябрь 2006 г.
• Международный Маглевборд
• Система Inductrack Maglev, презентация 10 октября 2005 г. Архивировано 4 апреля 2023 г. в Wayback Machine.

Патенты

• Патент США 5722326, Пост, Ричард Ф., «Система магнитной левитации для движущихся объектов», выдан 3 марта 1998 г. 
• Патент США 6664880, Пост, Ричард Фриман, «Конфигурация магнита Inductrack», выдан 16 декабря 2003 г. 
• Патент США 6758146, Пост, Ричард Ф., «Конструкция ламинированных гусениц для систем на магнитной подвеске с индукционными путями», выдан 6 июля 2004 г. 
• Патент США 6816052, Зиглер, Эдвард, «Конструкция гусеничных перекладин и закорачивающих стержней для городской индукционной траки на магнитной подвеске и способ их изготовления», выдан 9 ноября 2004 г. 
• Патент США 7478598, Пост, Ричард Ф., «Средства гашения колебаний для систем на магнитной подвеске», выдан 14 июня 2007 г. 
• Патент США 7096794, Пост, Ричард Фриман, «Конфигурация Inductrack», выдан 29 августа 2006 г. 
• Патент США 6393993, Риз, Юджин А., «Система переключения транзита для монорельсовых транспортных средств», выдан 28 мая 2002 г. 
• Патент США 8578860, Пост, Ричард Ф., «Конфигурация Inductrack III – система на магнитной подвеске для высоких нагрузок», выдан 12 ноября 2013 г.