Том 5, № 4 (2019)

Представлены результаты мониторинга изменений состояния и тенденций развития магнитолевитационных транспортных систем. Исследование проводилось на основе контекстного поиска релевантных документов в открытых глобальных библиографических и реферативных базах данных научных публикаций (Scopus, Web of Science), международных патентных базах (Google Patent, WIPO).

Получены статистические оценки скорости и интенсивности генерации новых технических и технологических решений. Эти оценки предлагается использовать в качестве инструментария для прогнозирования перспективных направлений исследований и разработки новых видов транспортных систем.

Обоснование: Новая экономика - инновационная экономика-формирует новые вызовы и новые решения во всех сферах человеческой деятельности.

Ключевой особенностью новых экономических связей является их глобальных характер. Транспортные системы, базирующиеся на существующих технологиях, не могут обеспечить необходимый рост новых экономические связей и эффективное обеспечение действующего бизнеса.

Новые транспортные системы, базирующиеся на новых технологиях транспортировки грузов и пассажиров с соблюдением принципов энергетической и финансовой эффективности, а также экологической безопасности, создают фундамент для устойчивого развития стран и регионов, повышая в том числе качество жизни населения и человеческий потенциал.

Активно формируется экономика высоких скоростей, крайне необходимых для современных торгово-транспортных коммуникаций, а реализация любого транспортного проекта всегда тесно связана и взаимно обусловлена развитием другого проекта – энергетического и, как следствие, проблема экономии энергии и энергосбережения становится ключевым фактором выбора наиболее эффективных базовых систем в любом транспортном комплексе!

Цель: Цель данной статьи – описание динамики развития одного из альтернативных решений – Интегральной Транзитной Транспортной Системы (ИТТС) Российской Федерации на основе высокоскоростных энергосберегающих технологий Вакуумного магнитолевитационного транспорта (ВМЛТ).

Методы: В статье рассматриваются энергетически эффективные логистические, организационные, технические и экономические решения в области проектов высокоскоростных наземных коридоров и «энергопроводов», создаваемых на базе новейших технологий ВМЛТ. Описаны используемые экспериментальные стенды, представлены обзор практических результатов, полученных на лабораторном и производственном оборудовании, и предварительные результаты, моделирования и макетирования ВМЛТ на базе миниатюрных трасс из редкоземельных магнитов и «левитеров» на основе керамики из высокотемпературного сверхпроводника, возможности, а также перспективы и первые экспериментальные результаты отработки основных критических элементов технологии ВМЛТ. В работе описаны результаты использования современных аддитивных производственных технологий (3d-печать) для создания модели системы, микрокриогенных систем, ВТСП и РЗМ, «азотного» уровня температур для создания элементов трассы и модели системы, с возможностью масштабирования в действующую полноразмерную модель следующего поколения.

Результаты: Представленные результаты показывают практическую возможность дальнейшего развития и реализации данного проекта, а также его высокую конкурентоспособность по сравнению с существующими системами по экономической, производственной, энергетической и экологической эффективности.

В рамках студенческих исследований в Санкт-Петербургском архитектурно-строительном университете разрабатываются альтернативные предложения по созданию окружной высокоскоростной магистрали (ВСТМ) общей протяженностью 147,2 км. Схема предложена в виде многоугольника с ТПУ в узлах и состоит из трех основных частей: 1 – надземной (62,6 км), 2 – надводной (29,6 км) и 3 - наземно-подземной (55,0 км). Основные пути размещены в четырехтрубной стальной балке, каждая труба которой организована по технологии вакуумного трубного транспорта с давлением 10 % от нормального для высокоскоростного движения пассажирских поездов на магнитно-левитационной подушке при помощи линейного тягового двигателя (технология Maglev). Рельсовое основание колеи 1520 мм расположено по всей длине пути, как на стоянках, зонах разгона и торможения, так и на основных скоростных участках для движения с максимальной скоростью 500 км в час.

Основным направлением исследований явилась разработка несущих конструкций, обеспечивающих необходимую функциональность, надежность и безопасность ВСТМ. В целях снижения шумового воздействия на мегаполис, преодоления многочисленных искусственных и естественных препятствий, повышения антитеррористической защищенности основной уровень рельсового пути для надземной и надводной конструкции принят на отметке +88,00 в Балтийской системе высот. Выполнены расчеты вариантов с определением внутренних сил в элементах и перемещений узлов с использованием программного комплекса “SCAD Office 21.1”. при учете полного комплекса нагрузок с учетом динамических воздействий и нелинейности. Выполнен подбор сечений элементов по методике предельных состояний по действующим нормам. Показано преимущество арочно-вантового варианта с пролетом 360 м по прочности, устойчивости, жесткости и вертикальному размеру (высоте опор).

Продолжение научно-исследовательских и проектных работ по данной теме должно привести к появлению окружной высокоскоростной транспортной системы на границах связи Санкт-Петербурга и Ленинградской области с пассажиропотоком, вполне сопоставимым с линией метрополитена.

Обоснование: В официальной «Концепции развития транспортной системы Санкт-Петербурга» рассматривается ряд сложных транспортных проблем на границах связи территорий Санкт-Петербурга и Ленинградской области, а именно: недостаточное развитие метрополитена и скоростного трамвая, отсутствие сети транспортно-пересадочных узлов, наличие многочисленных барьеров (железные дороги, парки, реки и каналы и т.п.), исчерпание пропускной способности входных автомагистралей, наличие высокой плотности застройки. На практике проектирование и строительство городских и пригородных автомобильных магистралей в транспортной политике Санкт-Петербурга имеет приоритетное развитие, приводя к дополнительным экологическим потерям.

Цель: разработка окружной высокоскоростной транспортной системы на границах связи Санкт-Петербурга и Ленинградской области с пассажиропотоком, сопоставимым с линией метрополитена.

Материалы и методы: С использованием программного комплекса "SCAD Office 21.1" рассчитаны эстакадные конструкции на сочетания действующих нагрузок, сил и воздействий, включая учет динамических аспектов и нелинейности, а также выбор сечений элементов методом предельных состояний. Для определения оптимальных эстакадных конструкций скоростных транспортных магистралей, а именно высотных и длинномерных металлоконструкций, поддерживающих балку путепровода, проведены расчеты с подбором поперечных сечений для четырех вариантов вантово-стержневых систем (арочно-вантовая; вантово-стержневая с наклонными вантами и стальными решетчатыми пилонами; то же, со стальными трубобетонными пилонами; вантово-стержневая система с подвесками по патенту US5950543 (А).

Результаты: По результатам вариантного проектирования принят арочно-вантовый вариант с пролетом 360 м по критерию металлоемкости, при этом расход стали составил 20,9 тонн на 1 м длины магистрали. Из приближенного расчета следует, что стоимость строительства магистрали на земных участках (двухпутная схема) по сравнению со строительством метрополитена ожидается в 5-6 раз ниже, а на морских участках – в 3-4 раза ниже за счет высоких пилонов и глубоких свайных фундаментов.

Заключение: расчетный объем пассажироперевозок за сутки для четырехпутной высокоскоростной магистрали составит 280 тыс. пассажиров, а в год – 102 млн. пассажиров, который вполне сопоставим с данным показателем для линии метрополитена.

Сверхпроводниковое левитационное устройство содержит стационарный магнитный рельс из постоянных магнитов и криостат на транспортном средстве с размещенным в криостате ленточным высокотемпературным сверхпроводником второго поколения, сложенным стопкой или намотанным катушкой на немагнитный каркас без электрического соединения концов. В охлажденном состоянии ленточный высокотемпературный сверхпроводник второго поколения, сложенный в виде стопки или намотанный на немагнитный каркас в виде осесимметричной или трековой катушки, причем без электрического соединения концов, ведет себя как массивный образец сверхпроводника и, благодаря эффекту Мейсснера-Оксенфельда, магнитное поле, созданное магнитным рельсом, вытесняется из объема сверхпроводника, вследствие чего возникает сила левитации, а транспортное средство зависает над путевой структурой.

Высокие критические параметры ленточного высокотемпературного сверхпроводника второго поколения обеспечивают сверхпроводниковому левитационному устройству эффективную работу.

Цель: Показать техническую возможность и эффективность создания узла левитации на базе использования ленточного высокотемпературного сверхпроводника второго поколения и постоянных магнитов из редкоземельных металлов.

Методы: Расчеты распределения магнитного поля в комбинации магнитный рельс и массивный сверхпроводник, эскизное проектирование узла левитации и экспериментальные исследования на модели.

Результаты: Опыты на экспериментальной модели сверхпроводникового левитационного устройства подтвердили работоспособность данного технического решения и его эффективность.

Заключение: Предложено оригинальное техническое решение, позволяющее значительно улучшить энергетические характеристики узла левитации за счет применения ленточного высокотемпературного сверхпроводника второго поколения, работающего в пассивном режиме без транспортного тока, с использованием частичного эффекта Мейсснера-Оксенфельда и зацепления квантованных нитей магнитного потока на центрах пиннинга.

Обоснование: Согласно мнению экспертов, наиболее востребованным видом городского общественного транспорта для городских агломераций является магнитоле-витационный транспорт. В научной литературе отмечается, что развитие маг-нитолевитационного транспорта может стать реальным ответом на рост требований общества к качеству и скорости перемещения пассажиров в эпоху цифровизации экономики [1]. В связи с новыми трендами в эволюции транспортных систем в литературе обоснована необходимость использования принципиально новых видов транспорта, а также выявлены ограничения, накладываемые на дальнейшее совершенствование технологии «колесо-рельс».

Цель: Ввод в эксплуатацию линий магнитолевитационного транспорта в местах концентрации растущих пассажиропотоков, который будет способствовать сокращению временных затрат в пути, удовлетворению провозной потребности, улучшению качества и роста безопасности поездки при движении по выделенным полосам.

Метод: В статье выделены факторы, определяющие спрос на пользование магнитолевитационным транспортом. Спрогнозирован спрос на передвижение населения на примере линии магнитолевитационного транспорта «Санкт-Петербург - Сертолово» на перспективу до 2030 г. с учетом планов социально-экономического и градостроительного развития зоны тяготения. В статье спрогнозирована численность населения зоны тяготения проектируемой линии магнитолевитационного транспорта до 2030 года.

Результаты: В качестве основы развития транспортной системы городских агломераций предлагается использовать магнитолевитационный транспорт. Для его эксплуатации необходима специальная скоростная инфраструктура, новый подвижной состав. Проекты строительства и эксплуатации линий МЛТ имеют исключительно долгосрочный характер, существенно влияют на развитие городского транспорта, и поэтому их реализация возможна только в рамках стратегического управления развитием городских транспортных систем. Иными словами, появляется необходимость разработки и экономической оценки проектов строительства и эксплуатации линий магнитолевитационного транспорта при формировании и реализации транспортных стратегий городских агломераций современного типа.