Die Grundlagen der Magnetschwebebahnen (Maglev)

Magnetschwebebahn (Magnetic Levitation, Maglev) ist eine relativ neue Transporttechnologie, bei der berührungslose Fahrzeuge mit Geschwindigkeiten von 250 bis 300 Meilen pro Stunde oder mehr sicher fahren, während sie durch Magnetfelder über einer Fahrbahn aufgehängt, geführt und angetrieben werden. Die Führungsbahn ist die physische Struktur, entlang derer Magnetschwebefahrzeuge schweben. Es wurden verschiedene Führungsbahnkonfigurationen vorgeschlagen, z. B. T-förmig, U-förmig, Y-förmig und Kastenträger aus Stahl, Beton oder Aluminium.

Es gibt drei Hauptfunktionen, die für die Magnetschwebetechnik grundlegend sind: (1) Schweben oder Aufhängen; (2) Antrieb; und (3) Anleitung. In den meisten aktuellen Konstruktionen werden Magnetkräfte verwendet, um alle drei Funktionen auszuführen, obwohl eine nichtmagnetische Antriebsquelle verwendet werden könnte. Es besteht kein Konsens über ein optimales Design, um jede der primären Funktionen auszuführen.

Aufhängungssysteme

Elektromagnetische Aufhängung (EMS) ist ein Schwebesystem mit attraktiver Kraft, bei dem Elektromagnete am Fahrzeug mit ferromagnetischen Schienen auf der Führungsbahn interagieren und von diesen angezogen werden. EMS wurde durch Fortschritte in elektronischen Steuersystemen, die den Luftspalt zwischen Fahrzeug und Fahrbahn aufrechterhalten und so den Kontakt verhindern, praktisch gemacht.

Schwankungen des Nutzlastgewichts, der dynamischen Belastungen und der Fahrbahnunregelmäßigkeiten werden durch Ändern des Magnetfelds in Abhängigkeit von Fahrzeug- / Fahrbahnluftspaltmessungen ausgeglichen.

Die elektrodynamische Aufhängung (EDS) verwendet Magnete am fahrenden Fahrzeug, um Ströme in der Führungsbahn zu induzieren. Die resultierende Abstoßungskraft erzeugt eine inhärent stabile Fahrzeugunterstützung und -führung, da die magnetische Abstoßung zunimmt, wenn der Abstand zwischen Fahrzeug und Führungsbahn abnimmt. Das Fahrzeug muss jedoch mit Rädern oder anderen Trägern für "Start" und "Landung" ausgestattet sein, da das EDS bei Geschwindigkeiten unter etwa 40 km / h nicht schwebt. EDS hat Fortschritte in der Kryotechnik und der supraleitenden Magnettechnologie erzielt.

Antriebssysteme

"Langstator" -Antrieb mit einer elektrisch angetriebenen Linearmotorwicklung in der Führungsbahn scheint die bevorzugte Option für Hochgeschwindigkeits-Magnetschwebebahnsysteme zu sein. Es ist auch das teuerste wegen der höheren Kosten für den Bau von Führungsbahnen.

Der "Kurzstator" -Antrieb verwendet einen an Bord befindlichen Linearinduktionsmotor (LIM) und eine passive Führungsbahn. Während der Kurzstatorantrieb die Kosten für die Führung senkt, ist der LIM schwer und verringert die Nutzlast des Fahrzeugs. Dies führt zu höheren Betriebskosten und einem geringeren Ertragspotenzial im Vergleich zum Langstatorantrieb. Eine dritte Alternative ist eine nichtmagnetische Energiequelle (Gasturbine oder Turboprop), aber auch dies führt zu einem schweren Fahrzeug und einer verringerten Betriebseffizienz.

Leitsysteme

Führung oder Lenkung bezieht sich auf die Seitwärtskräfte, die erforderlich sind, damit das Fahrzeug der Führungsbahn folgt. Die notwendigen Kräfte werden in genau analoger Weise zu den Aufhängungskräften zugeführt, entweder anziehend oder abstoßend. Die gleichen Magnete an Bord des Fahrzeugs, die den Aufzug versorgen, können gleichzeitig zur Führung verwendet werden, oder es können separate Führungsmagnete verwendet werden.

Maglev und US-Transport

Magnetschwebebahnsysteme könnten eine attraktive Transportalternative für viele zeitkritische Fahrten mit einer Länge von 100 bis 600 Meilen darstellen, wodurch Luft- und Autobahnstaus, Luftverschmutzung und Energieverbrauch verringert und Zeitnischen für einen effizienteren Langstreckendienst auf überfüllten Flughäfen freigegeben werden. Der potenzielle Wert der Magnetschwebetechnologie wurde im Intermodal Surface Transportation Efficiency Act von 1991 (ISTEA) anerkannt..

Vor der Verabschiedung der ISTEA hatte der Kongress 26,2 Mio. USD bereitgestellt, um Konzepte für Magnetschwebebahnsysteme zur Verwendung in den USA zu ermitteln und die technische und wirtschaftliche Machbarkeit dieser Systeme zu bewerten. Studien waren auch darauf gerichtet, die Rolle von Magnetschwebebahnen bei der Verbesserung des Intercity-Verkehrs in den Vereinigten Staaten zu bestimmen. Anschließend wurden weitere 9,8 Mio. USD für die Durchführung der NMI-Studien bereitgestellt.

Warum Maglev??

Was sind die Eigenschaften von Magnetschwebebahn, die die Verkehrsplaner in Betracht ziehen??

Schnellere Fahrten - Hohe Spitzengeschwindigkeiten und hohe Beschleunigungen / Bremsen ermöglichen Durchschnittsgeschwindigkeiten, die das Drei- bis Vierfache der nationalen Autobahngeschwindigkeit von 30 m / s und eine kürzere Fahrtzeit von Tür zu Tür als bei Hochgeschwindigkeitszügen oder -flügen (z Fahrten unter 500 km). Noch höhere Geschwindigkeiten sind möglich. Maglev setzt dort an, wo die Hochgeschwindigkeitsstrecke abfährt, und ermöglicht Geschwindigkeiten von 112 bis 134 m / s und höher.

Maglev hat eine hohe Zuverlässigkeit und ist weniger stau- und wetteranfällig als Flug- oder Autobahnfahrten. Abweichungen vom Fahrplan können aufgrund ausländischer Erfahrungen mit Hochgeschwindigkeitszügen im Durchschnitt weniger als eine Minute betragen. Dies bedeutet, dass intra- und intermodale Verbindungszeiten auf einige Minuten verkürzt werden können (anstelle von einer halben Stunde oder mehr, die derzeit bei Fluggesellschaften und Amtrak erforderlich ist) und Termine ohne Verzögerungen sicher geplant werden können.

Maglev verleiht Erdöl Unabhängigkeit - in Bezug auf Luft und Auto, da Maglev elektrisch betrieben wird. Erdöl ist für die Stromerzeugung nicht erforderlich. Im Jahr 1990 stammten weniger als 5 Prozent des Stroms der Nation aus Erdöl, wohingegen das sowohl für die Luft- als auch für die Automobilindustrie verwendete Erdöl hauptsächlich aus ausländischen Quellen stammte.