Том 1, № 1 (2015)

Север России в ближайшей перспективе остается не охваченным высокоскоростным движением. Такое положение может быть исправлено применением магнитолевитационных и струнных эстакадных технологий. Однако использованию таких технологий должно предшествовать тщательное эколого-экономическое обоснование, а также адаптация конструктивных элементов и самих технологий к условиям Севера.

В целях развития железнодорожного высокоскоростного и скоростного сообщения следует создавать кольца высокоскоростного и скоростного движения. При этом изначально будет формироваться ячеистая сетевая структура, которая намного эффективнее существующих древовидных, имеющих место в Республике Коми, Архангельской и Мурманской областях.

Возможным применением на Севере России магнитолевитационной технологии может стать контейнерное сообщение эстакадного типа Ивдель – Индига протяженностью примерно 1100 км. От Ивдели контейнерная магистраль может быть продолжена в южном направлении до границы с Китаем.

При организации высокоскоростного движения следует разделять пассажирские и грузовые транспортные потоки. Если пассажирские модули исполнять в виде индивидуальных транспортных средств (четырех-пятиместными), элементы инфраструктуры будут менее дорогостоящими. Размеры и грузоподъемность контейнеров для высокоскоростных перевозок также могут быть уменьшены.

Разработчики струнных транспортных систем активно прорабатывают вопросы дизайна транспортных модулей различного предназначения, создания малозатратной транспортной инфраструктуры.

В условиях Севера России интерес представляет разработка транспортной системы, которая бы сочетала преимущества магнитолевитационного и струнного транспорта. Устойчивость такой системы может быть обеспечена при использовании эффекта «магнитной потенциальной ямы».

Реализация крупных транспортных проектов высокоскоростного движения в Российской Федерации может способствовать укреплению международного сотрудничества и осуществляться на его основе.

В статье выделяются основные недостатки существующих видов городского транспорта; описана новая форма расселения – «конурбация», дана классификация городского пассажирского транспорта; уточнено понятие «скоростной городской транспорт»; обоснована необходимость создания нового вида пассажирского транспорта с точки зрения стратегических и социально-экономических целей и задач развития Санкт-Петербурга; отражено создание магнитолевитационного транспорта (Маглев), позволяющего существенно улучшить транспортное обслуживание населения, снизить затраты времени на поездки, снять часть нагрузки на автомагистрали за счет переключения населения с пользования легковыми автомобилями на транспорт на магнитной подушке, уменьшить загрязнение окружающей среды.

Маглев не сможет заменить общественный транспорт, а лишь займет свою нишу. Маглев целесообразен там, где происходит контакт с плотной застройкой и скапливаются большие пассажиропотоки, которые не в состоянии обеспечить метрополитен. Особенность конструкции Маглева в том, что тележка охватывает несущие балки, препятствует сходу с полосы движения (схода с рельс); выбросы загрязняющих веществ в атмосферный воздух при движении поездов исключены; уровень шума меньше на 10 дБ, чем у трамвая; вибрация в 8 раз меньше, чем у легкорельсового транспорта. Маглев обладает самой высокой скоростью из всех видов общественного наземного транспорта.

В последнее время все чаще рассматриваются перспективы применения высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП) в качестве обмоточных токонесущих элементов магнитных систем различного назначения [1], [2], [6]. Особенно привлекательной кажется возможность работы таких систем при температуре жидкого азота.

В предлагаемой статье описывается макет модуля магнитной системы, выполненный на основе высокотемпературных сверхпроводящих лент ВТСП-2, разработанный для установки и испытаний на действующем макете статической левитации. В действующем макете левитация платформы осуществляется за счет взаимодействия магнитного поля сборки постоянных магнитов, установленных на платформе, с полем аналогичных сборок, расположенных в путевой структуре. Компактный ВТСП модуль замещает две сборки постоянных магнитов, установленных на платформе. Каждый из блоков модуля представляет собой ВТСП-2 обмотку рейстрековой формы с токовыми вводами, силовой структурой, системой позиционирования и раскрепления, размещенную в криостате, обеспечивающем при минимальной толщине стенки требуемую механическую прочность и тепловую изоляцию при азотной температуре.

Макет унифицированного сверхпроводникового модуля успешно прошел предварительные испытания.

В работе рассматривается задача управления траекторией движения магнитолевитационного экипажа относительно программной траектории движения вдоль путевой структуры с учетом возмущения гравитационных и магнитных полей систем левитации, боковой стабилизации и тяги. Экипаж представлен как система твердых тел, движение которых подчиняется гравитационным и электромагнитным силам. При составлении расчетных уравнений динамики экипажа в качестве инерциальных координат центров масс твердых тел выбраны пространственные перемещения, ограниченные силами левитации и боковой стабилизации относительно дискретной путевой структуры. Для приведения точек приложения внешних сил к центру инерции экипажа выполнены преобразования координат произвольной точки на экипаже в локальной системе координат в систему координат, связанную с центром инерции экипажа. Общая модель динамики экипажа составлена на основе уравнения Лагранжа-Максвелла, которое связывает действующие на массы внешние силы тяготения, управляющие электромагнитные силы, силы инерции и трения. Кинетическая энергия механической системы определена в виде квадратичной формы проекций скоростей на оси неподвижной системы координат. Изменение потенциальной энергии магнитной левитации и боковой стабилизации при деформации объекта, или при смещении и вращении центра масс экипажа в трехмерном пространстве, моделируется магнитоупругими связями экипажа с путевой структурой. Для определения управляющих сил по заданной траектории движения экипажа решена обратная задача динамики. Уравнения движения магнитолевитационного экипажа линеаризованы относительно вектора приращений координат центров масс экипажа и представлены в форме уравнений фазового пространства состояний.

В работе представлена конструкция тягового электропривода на базе линейного синхронного двигателя (ЛСД) с возбуждением от постоянных магнитов. Электропривод служит для линейного перемещения грузовой транспортной платформы (ГТП), подвешенной с помощью магнитного поля. Модульная конструкция статора двигателя, а также секционирование электропитания его обмоток позволяют использовать его для создания полномасштабного макета с произвольной величиной хода ГПТ.

В течение последних десятилетий большое внимание было сосредоточено на повышении пассивной безопасности автомобильных, авиационных, железнодорожных и судостроительных транспортных средств за счет разработки специальных устройств поглощения энергии (УПЭ). Принцип действия таких устройств заключается в поглощении кинетической энергии соударения с препятствием путем контролируемой необратимой деформации собственной конструкции [1]. В статье предлагается внедрить данные устройства системы пассивной безопасности и провести оценку их эффективности. Решение такой задачи осуществлялось посредством разработанной авторами методики численного моделирования аварийного столкновения подвижного состава с препятствием [2–4]. В статье представлен проект аварийной крэш-системы пассажирского поезда на магнитной подушке. Она состоит из торцевого и подвагонного крэш-модулей. Первый устанавливается на торцевую часть головного вагона поезда для поглощения энергии столкновения с крупным препятствием в случае аварии. Второй предназначен для снижения последствий столкновения с препятствиями относительно малых размеров, способных пробить пол или повредить подвагонное оборудование при высокой скорости движения. Различные виды конструкций и материалов изготовления УПЭ были теоретически исследованы с применением разработанной модели аварийного столкновения. В результате была произведена оценка работоспособности спроектированной аварийной крэш-системы в соответствии с существующими нормативными требованиями по безопасности движения.