Том 3, № 4 (2017)
Обзоры
Предпосылки создания высокоскоростной контейнерной транспортной системы
Аннотация
Цель. Исследовать возможности создания скоростной транспортной системы с магнитным подвесом для контейнерных перевозок по Евро-Азиатскому сухопутному мосту.
Методы. Использованы методы ситуационного анализа, компьютерного моделирования, транспортной географии, технико-экономического анализа.
Результаты. Анализ ситуации на рынке транзитных контейнерных перевозок показал, что основным препятствием реализации транзитного потенциала России является ограниченная пропускная способность транспортных коридоров. Кардинальным решением проблемы может стать строительство новой высокоскоростной транспортной системы. Выявлены условия создания новой транспортной системы: использование транспортных возможностей Азово-Черноморского бассейна, обеспечение доступности северных территорий, разработка технических решений для создания транспортной системы с низкозатратной инфраструктурой. Разработана комбинированная тягово-левитационная система на основе предельно простого варианта линейного реактивного индукторного двигателя. Проведены экспериментальные исследования полнофункциональной физической модели транспортной платформы. Несмотря на большие первоначальные капиталовложения в путевую инфраструктуру, инвестиционный проект имеет положительную экономическую оценку.
Практическая значимость. Разработана компьютерная модель комбинированной тягово-левитационной системы на основе линейного реактивного индукторного двигателя. Предложена концепция построения новой транспортной системы с учетом характеристик предполагаемого полигона эксплуатации на слабо освоенных территориях. Предложен маршрут высокоскоростной трассы, связывающий Азово-Черноморского бассейн с побережьем Тихого океана, полностью проходящий по территории России, затрагивая северные регионы. Оценка транзитного потенциала показала, что за счет сокращения времени транзита можно привлечь на маршрут контейнерные грузы с объемом перевозок 1,52 млн в 20-футовом эквиваленте.
5-41
Оригинальные статьи
Сравнительный анализ методов частотного масштабиро-вания для обработки сигналов в малогабаритных подвижных платформах
Аннотация
Введение. С развитием аппаратных и вычислительных систем, позволяющих улучшить качественные характеристики радаров с синтезированием апертуры при их ограниченных габаритах, появилось множество новых систем, благодаря которым можно использовать более доступные и распространенные подвижные платформы, такие как автомобили, квадрокоптеры, беспилотные летательные аппараты.
Постановка проблемы. Из-за новых типов платформ возникают дополнительные искажения, связанные с особенностями геометрических параметров работы радара и с более сильными траекторными нестабильностями. Таким образом, к новым системам радаров с синтезированием апертуры должны предъявляться особые требования к программной и к аппаратной частям, которые отличаются от классических систем.
Цель. Сравнить алгоритмы, которые используются в современных системах радиовидения для получения качественных радиолокационных изображений и которые могут интегрироваться в подвижные платформы.
Методы. В качестве базового алгоритма взят метод частотного масштабирования и его модификации, включая дополнительные алгоритмы компенсации траекторных нестабильностей. Для сравнения алгоритмов рассмотрены геометрические параметры работы системы для автомобильных и самолетных систем и проведено имитационное моделирование с точечными отражателями при разных показателях дальности и характере движения платформы.
Результаты. Показано различие рассматриваемых алгоритмов на примере блок-схем и математических формул. Согласно результатам моделирования, использование базового алгоритма частотного масштабирования на расстояниях, соответствующих геометрическим параметрам работы автомобильной системы, приводит к искажению отклика вдоль азимута. Кроме того, модифицированный алгоритм компенсации траекторных искажений позволяет корректно сфокусировать цели на разной дальности.
Заключение. Предлагаемая комбинация модифицированных алгоритмов траекторных искажений и частотного масштабирования позволяет равномерно сфокусировать изображение по всему кадру и улучшить качество изображения в ближней зоне.
42-74
Определение индуктивности экипажного электромагнита магнитолевитацинной транспрортной системы
Аннотация
Цель. Получить новые аналитические выражения для определения индуктивности экипажных электромагнитов транспортных левитационных систем.
Методы. Главная особенность расчетной модели бортовых катушек по определению их индуктивности на примере электромагнитов прямоугольной формы – допущение о малой величине высоты по сравнению с другими геометрическими размерами. Принято также допущение, что толщина скин-слоя проводника существенно превосходит поперечный размер провода, составляющего катушку. Рассматривается одновитковая катушка, индуктивность реального электромагнита принимается пропорциональной квадрату числа витков. При расчете индуктивности используются безразмерные величины. В качестве нормировки выбрана четверть периметра катушки по средней линии. Условием получения приближенной формулы расчета индуктивности плоской прямоугольной катушки является меньшая толщина обмотки по сравнению с геометрическими размерами катушки.
Результаты. Получено точное аналитическое выражение для величины индуктивности «тонкого» источника магнитного поля прямоугольной формы в виде алгебраической суммы элементарных функций. Результаты численного анализа показывают зависимость относительной индуктивности плоской катушки прямоугольной формы от отношения толщины к ее минимальному размеру. Исследовано влияние «вытянутости» катушки (отношения длины к ширине). Отмечено, что индуктивность уменьшается с уменьшением «вытянутости», а также с увеличением отношения толщины к минимальному размеру.
Практическая значимость. Получено приближенное выражение для вычисления значения индуктивности, погрешность которого не превышает 14 % в области изменений всех геометрических параметров электромагнита. Установлены границы практического применения полученных аналитических выражений при принятых допущениях. Выведенные выражения относительно просты по структуре и легко программируются.
75-88
Новый метод расчета напряженного состояния в сыпучих материалах при плоскодеформированном состоянии
Аннотация
Введение. Система уравнений, состоящая из условия текучести Кулона – Мора и уравнений равновесия, может быть исследована независимо от закона течения. Эта система уравнений является гиперболической, поэтому для решения рассматриваемой системы уравнений целесообразно использовать метод характеристик. В частном случае теории пластичности для материалов, условие текучести которых не зависит от среднего напряжения, применяют два метода для построения ортогональной сетки характеристик и определения поля напряжений: R–S метод и метод координат Михлина. При условии текучести Кулона – Мора угол между характеристическими направлениями зависит от угла внутреннего трения. В связи с этим названные выше методы должны быть обобщены с учетом этого свойства характеристик.
Цель. В теории пластичности материалов, условие текучести которых не зависит от среднего давления, для расчета поля напряжений широко применяется метод координат Михлина. Цель нашей работы – обобщить этот метод в систему уравнений, состоящую из условия текучести Кулона – Мора и уравнений равновесия.
Метод. Использованы геометрические свойства характеристик системы уравнений, состоящей из условия текучести Кулона – Мора и уравнений равновесия, для введения обобщенных координат Михлина.
Результаты. Показано, что решение системы уравнений, состоящей из условия текучести Кулона – Мора и уравнений равновесия, сводится к решению телеграфного уравнения и к последующему интегрированию.
Практическая значимость. Развитый метод решения системы уравнений, состоящей из условия текучести Кулона – Мора и уравнений равновесия, позволяет получать решения с высокой точностью при незначительных затратах машинного времени.
89-106
Комбинированная система тяги и боковой стабилизации для магнитнолевитационного транспорта
Аннотация
Вопросы совершенствования имеющихся и создания новых видов транспорта важны и актуальны для развития человеческого общества. Одним из наиболее перспективных и экологически чистых новых видов транспортных средств является высокоскоростной магнитнолевитационный транспорт, перемещающийся со скоростями до 500 км/ч.
Цель. Обосновать целесообразности использования линейного асинхронного двигателя; разработать и исследовать варианты конструкции двигателей данного типа.
Методы. Описана конструкция линейного асинхронного двигателя с продольно-поперечным магнитным потоком для комбинированной системы тяги и боковой стабилизации магнитолевитационного транспорта, развивающая повышенные усилия боковой стабилизации. Выполнено математическое моделирование магнитодвижущих сил (МДС) в зазоре тягового линейного двигателя данного типа. Для анализа были приняты допущения о равномерности распределения магнитной индукции в воздушном зазоре в поперечном направлении и о ее синусоидальности в продольном направлении, позволившие разработать новую математическую модель распределения МДС в воздушном зазоре линейного асинхронного двигателя с продольно-поперечным магнитным потоком.
Результаты. Разработанная математическая модель для расчета МДС тяговой линейной машины позволит повысить точность расчета тяговых и стабилизирующих боковых усилий комбинированной системы для магнитнолевитационного транспорта, в том числе при разных вариантах взаимного расположения индуктора относительно вторичного элемента. Это подтверждает успешный десятилетний опыт коммерческой эксплуатации высокоскоростного поезда на магнитном подвесе, перевозящего пассажиров из аэропорта в город Шанхай в Китайской народной республике.
На величину тягового и бокового усилий линейного асинхронного двигателя с продольно-поперечным магнитным потоком для высокоскоростного транспорта влияет характер распределения тока во вторичном элементе, который существенным образом зависит от распределения магнитодвижущих сил в воздушном зазоре машины.
107-126
Регулируемый линейный асинхронный двигатель с короткозамкнутой обмоткой для магнитнолевитационного транспорта
Аннотация
Рассматривается регулируемый линейный асинхронный двигатель (ЛАД) с короткозамкнутой обмоткой вторичного элемента (ВЭ), который выполняет функции якоря машины. Линейное расположение короткозамкнутой обмотки вторичного элемента ЛАД позволило предложить конструктивные варианты регулирования сопротивления обмотки ВЭ.
Цель. Разработать и исследовать ЛАД с регулируемым сопротивлением короткозамкнутой обмотки вторичного элемента для магнитнолевитационного транспорта.
На современном уровне развития электромеханики, асинхронного электропривода и магнитнолевитационного транспорта основным методом изменения частоты вращения двигателей и скорости линейного перемещения высокоскоростных транспортных экипажей является частотное регулирование. Частотное регулирование позволяет изменять частоту вращения машин и линейную скорость ЛАД плавно и в широком диапазоне. Высокая стоимость статических электронных преобразователей большой мощности ограничивает широкомасштабное применение частотного регулирования. Кроме того, повышение частоты тока снижает вращающий момент и тяговое усилие.
Результаты. Применение регулируемых линейных асинхронных двигателей с изменяемыми сопротивлениями короткозамкнутых обмоток вторичных элементов позволит расширить диапазон регулирования ЛАД, предназначенных для высокоскоростного магнитнолевитационного транспорта при больших тяговых усилиях (в том числе при пуске в ход) методом вытеснения тока в пазу вторичного элемента ЛАД.
Выводы. Рассмотрены конструкции линейных асинхронных двигателей, вопросы расчета магнитного поля в пазу вторичного элемента, дана оценка влиянию вытеснения тока на пускорегулировочные характеристики машины.
127-149
Проблемы экономической оценки скорости в транспортно-логистических системах в новом технологическом укладе
Аннотация
Предложен методологический подход к оценке стоимости скорости транспортных систем в новом технологическом укладе (The Fourth Industrial Revolution).
Цель. Исследовать экономические эффекты работы транспортно-логистических систем (ТЛС) как инфраструктуры экономики высоких скоростей.
Методы. Дан углубленный анализ железнодорожной инфраструктуры как подсистемы, имеющей выраженные конкурентные преимущества и обеспечивающей приоритетность вхождения транспортной системы в новый технологический уклад. Описаны основные параметры влияния нового технологического уклада на транспортные системы, в частности, доминанта глобального сетевого производства и потребления, управление цепочками поставок и создание добавленной стоимости через интеграцию продуктов и услуг.
Методология исследования основана на квантовом описании экономики как совокупности первичных неделимых (квантовых) экономических структур (модели или образа), действий и отношений между ними (сервисной бизнес-модели), процессов (прогнозного обслуживания, отслеживания состояния), экономического взаимодействия между объектами (совместного использования ресурсов, мгновенного реагирования) в пространстве и времени.
Введено понятие экономики высоких скоростей как меры принятия обществом инноваций, что видоизменяет все глобальные и национальные рынки, систему доступа к ним, межотраслевые цепочки создания стоимостей. Управление временем, высокие скорости становятся ключевым конкурентным преимуществом в схеме: «заказ – услуга по исполнению заказа (сервисная бизнес-модель)».
Результаты. Разработаны методология оценки скорости в ТЛС, новый понятийный аппарат, метод оценки эффектов от высокоскоростных магистралей. Обоснован алгоритм принятия решений об их ценности для потребителей транспортных услуг в новом технологическом укладе.
На основе анализа трех трансформаций расстояния: длины, соединяющей два объекта (выражается в единицах длины), затрат на преодоление расстояния и времени на его преодоление (скорости) – обосновано практическое применение векторного коэффициента интенсивности процессов перемещения в качестве единицы измерения любого движения, а в качестве оценки временной и пространственной эффективности проектов развития ТЛС – произведение массы перевозимого товара на векторный коэффициент интенсивности перемещения.
150-178
Обоснование системы показателей оценки социально-экономической эффективности стратегии развития
Аннотация
Введение. На современном этапе развития методических подходов к оценке социально-экономической эффективности все внешние эффекты проекта делятся на те, которые можно и которые нельзя выразить в денежных единицах. В свою очередь, последние разделяются на имеющие количественное выражение и описываемые только на качественном уровне. Внешние эффекты, которые можно оценить в денежном выражении, непосредственно включаются в расчеты социально-экономической эффективности проекта в виде дополнительных притоков и оттоков денежных средств.
Постановка проблемы. Концептуальной основой оценки социально-экономической эффективности новых скоростных линий является всесторонний учет всех внешних эффектов от реализации инвестиционного проекта (экономических и неэкономических), которые не отражаются на стоимостных показателях деятельности участников проекта.
Цель. Разработать систему показателей для оценки социально-экономической эффективности стратегии развития скоростного городского транспорта.
Методы. Изучение существующих методик оценки социально-экономической эффективности, поиск недостатков и преимуществ, исследование преимуществ магнитолевитационной технологии.
Результаты. Особое значение приобретает разработка данной системы показателей для магнитолевитационного транспорта, отличающегося такими преимуществами, как невозможность схода с рельсов, большая маршрутная скорость, следовательно, меньшие затраты времени в пути, меньший уровень шума и вибрации, чем у легкорельсового транспорта и метро, полное отсутствие пыли.
Заключение. Предлагаемая система показателей для оценки социально-эконо-мической эффективности стратегии развития скоростного городского транспорта учитывает все преимущества магнитолевитационной технологии и делает ее приоритетной при выборе скоростного городского транспорта.
179-203
Оценка эффективности видов наземного транспорта для массовых грузовых перевозок
Аннотация
Рассматриваются различные виды наземного транспорта для регулярных массовых грузовых перевозок. Оценивается их эффективность на основе стоимостных, эксплуатационных и экологических характеристик.
Введение. Чтобы обеспечить регулярные массовые грузовые перевозки между Юго-Восточной Азией и Европой, необходимо эффективно использовать различные виды наземного транспорта, новейшие достижения в технике и технологиях, повышать скорость грузовых перевозок на дальние расстояния и увеличивать их экологичность и безопасность.
Анализ. Стоимостные характеристики различных видов транспорта для массовых грузовых перевозок показывают, что самая низкая стоимость инфраструктуры – у традиционного железнодорожного транспорта; наименьшая себестоимость перевозок обеспечивается магнитолевитационным транспортом на постоянных магнитах по технологии «РосМаглев»; наименьшую коммерческую выгоду на современном уровне развития техники и технологии предлагает вакуумный транспорт.
По эксплуатационным характеристикам лидирует проект «РосМаглев», наименьшая эффективность достигается при использовании вакуумного транспорта.
С точки зрения экологичности и безопасности перевозок железнодорожный транспорт за последние десятилетия добился существенного прогресса. Однако более экологичными оказываются магнитолевитационный и вакуумный виды транспорта, что обусловлено отсутствием от них выбросов и иных видов загрязнения, в том числе шумовых.
В области безопасности магнитолевитационный транспорт является самым конкурентоспособным, вакуумный – наиболее опасным.
Результаты. Для массовых грузовых перевозок транспортом будущего, по мнению авторов, является магнитолевитационный на постоянных магнитах по российской технологии «РосМаглев», позволяющей существенно оптимизировать затраты на строительство инфраструктуры. Второе место можно отдать традиционному железнодорожному транспорту. Однако при невысоком объеме спроса на перевозки и при внедрении энергоэффективного тягового подвижного состава высокоскоростной грузовой железнодорожный транспорт может составить конкуренцию, особенно в странах с развитой сетью высокоскоростных магистралей. Последнее место уверенно занимает вакуумный транспорт.
Выводы. Целесообразность внедрения магнитолевитационного транспорта для массовых грузовых перевозок очевидна. Используемые в настоящее время в различных странах мира технологии для перемещения пассажиров, базирующиеся на магнитной левитации, уже зарекомендовали себя как выгодные, безопасные и удобные. Техническая «зрелость» таких технологий позволяет учесть все достижения при возведении магнитолевитационных линий для грузового движения, что весьма перспективно в свете острой необходимости поиска альтернативных морским способов перевозок.
204-220