Индуктрак: Пассивті электродинамикалық магниттік левитация жүйесі
Inductrack
Inductrack: Қалыпты магниттік левитация жүйесі. Электр қуатысыз жол мен тұрақты магниттер арқылы жылдамдықты, тиімділікті және жүк көтеру қабілетін ұсынады.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Пассивті, қауіпсіз электродинамикалық магниттік левитация жүйесі
Passive, fail safe electrodynamic magnetic levitation system
Inductrack – бұл магниттік левитацияға қол жеткізу үшін трассадағы қуаттандырылмаған сымдар мен көліктің тұрақты магниттерін (Хальбах тізілімдеріне орналастырылған) пайдаланатын пассивті, қауіпсіз электродинамикалық магниттік левитация жүйесі. Трасса екі конфигурацияның бірінде болуы мүмкін: "баспақы жол" және "ламинатталған жол". Баспақы жол қуаттандырылмаған Litz сымдарынан, ал ламинатталған жол үйілген мыс немесе алюминий парақтарынан жасалады. Үш түрлі конструкция бар: Inductrack I, жоғары жылдамдықпен жұмыс істеуге бағытталған, Inductrack II, төмен жылдамдықтарда тиімдірек, және Inductrack III, төмен жылдамдықтарда ауыр жүктерді көтеруге арналған. Inductrack (немесе Inductrak) Калифорниядағы Лоуренс Ливермор Ұлттық зертханасындағы ғалымдар тобы, физик Ричард Ф. Пост басшылығымен, магниттік левитациялық пойыздар үшін ойлап тапқан, бұл технология әртүрлі дөңгелектерді левитациялау үшін қолданылған. Тұрақты жылдамдықпен, пойызды ауа мен электромагниттік қарсылыққа қарсы итеру үшін ғана қуат қажет. Белгілі бір ең төменгі жылдамдықтан асып кеткенде, пойыздың жылдамдығы артқан сайын, левитациялық аралық, көтеру күші және қолданылатын қуат көбінесе тұрақты болады. Жүйе магнит салмағынан 50 есе көп салмақты көтере алады.
Inductrack is a passive, fail safe electrodynamic magnetic levitation system, using only unpowered loops of wire in the track and permanent magnets (arranged into Halbach arrays) on the vehicle to achieve magnetic levitation. The track can be in one of two configurations, a "ladder track" and a "laminated track". The ladder track is made of unpowered Litz wire cables, and the laminated track is made out of stacked copper or aluminium sheets. There are three designs: Inductrack I, which is optimized for high speed operation, Inductrack II, which is more efficient at lower speeds, and Inductrack III, which is intended for heavy loads at low speed. Inductrack (or Inductrak) was invented by a team of scientists at Lawrence Livermore National Laboratory in California, headed by physicist Richard F. Post, for use in maglev trains, based on technology used to levitate flywheels. At constant velocity, power is required only to push the train forward against air and electromagnetic drag. Above a minimum speed, as the velocity of the train increases, the levitation gap, lift force and power used are largely constant. The system can lift 50 times the magnet weight.
Сипаттама
Индуктор деген сөз индукция немесе индуктор сөзінен туындаған. Сым орамдарынан жасалған электр құрылғысы. Гальбах магнит массиві сым орамдарының үстінен өтетін кезде, өрістегі синусоидальдық өзгерістер тректік орамдарда кернеуді тудырады. Төмен жылдамдықтарда орамдар негізінен кедергілі кедергі болып табылады, сондықтан индукцияланған токтар өрістің ең жылдам өзгеріп жатқан жерінде, яғни өрістің ең әлсіз бөліктерінің маңында ең жоғары болады, демек, көтерілу өте аз. Бірақ жылдамдық артқанда, орамдардың импедансы жылдамдыққа пропорционалды түрде өседі және орамдар жинауының жалпы импедансына басымдық етеді. Бұл ток шыңының фазасын кешіктіреді, сондықтан тректегі индукцияланған ток магнит массивінің өріс шыңдарымен жақын сәйкестікке ие болады. Осылайша, трек өзінің магниттік өрісін жасайды, ол тұрақты магниттермен сәйкес келіп, оларды итермелейді, осылайша левитация әсері пайда болады. Мысалы, көтеруге және сүйреуге қатынас 200:1-ге жетеді, бұл кез келген ұшақтан әлдеқайда жоғары, бірақ классикалық болат рельстегі болаттан әлдеқайда төмен, ол 1000:1-ге (дөңгелектердің қарсылығы) жетеді. Бұл индукциялық импеданстың жылдамдықпен пропорционалды түрде өсуіне байланысты, бұл орамдар көретін өрістің өзгеру жылдамдығын өтеуге мүмкіндік береді, соның салдарынан левитация үшін тұрақты ток ағыны мен қуат тұтынуы қамтамасыз етіледі. Inductrack II нұсқасы екі Гальбах массивін қолданады, біреуі тректің үстінде, екіншісі астында, массивтердің салмағын немесе ауданын едәуір арттырмай магниттік өрісті екі есеге арттыру үшін, сонымен қатар төмен жылдамдықтарда сүйреуді азайту үшін. Бірнеше магниттік көліктік теміржол жобалары Inductrack технологиясына негізделген. АҚШ Ұлттық аэронавтика және ғарыш басқармасы (NASA) сонымен қатар ғарыш ұшақтарын ұшыру үшін Inductrack технологиясын қарастырып жатыр. General Atomics көптеген зерттеу серіктестерімен бірлесіп Inductrack технологиясын дамытып жатыр.
The name inductrack comes from the word inductance or inductor; an electrical device made from loops of wire. As a Halbach magnet array passes over the loops of wire, the sinusoidal variations in the field induce a voltage in the track coils. At low speeds the loops are a largely resistive impedance, and hence the induced currents are highest where the field is changing most quickly, which is around the least intense parts of the field, thus little lift produced. However, at speed, the impedance of the coils increases, proportionate to speed, and dominates the composite impedance of the coil assemblies. This delays the phase of the current peak so that induced current in the track tends more closely to coincide with the field peaks of the magnet array. The track thus creates its own magnetic field which lines up with and repels the permanent magnets, creating the levitation effect. For example, at the lift to drag ratio is 200:1, far higher than any aircraft but much lower than classic steel on steel rail which reaches 1000:1 (rolling resistance). This occurs because the inductive impedance increases proportionately with speed which compensates for the faster rate of change of the field seen by the coils, thus giving a constant current flow and power consumption for the levitation. The Inductrack II variation uses two Halbach arrays, one above and one below the track, to double the magnetic field without substantially increasing the weight or area of the arrays, while also reducing drag at low speeds. Several maglev railroad proposals are based upon Inductrack technology. The U. S. National Aeronautics and Space Administration (NASA) is also considering Inductrack technology for launching space planes. General Atomics is developing Inductrack technology in cooperation with multiple research partners.
InducTrack-тің дамуы
Қолданылуына қарай, төмен жылдамдықтарда немесе жоғары жылдамдықтарда көтеруге/соқтыру қатынасы басым болуы мүмкін. Индуктрек жүйесінің үш түрі әртүрлі мақсаттар үшін жасалған. Индуктрек I жоғары жылдамдықты пойызға арналған. Жылдамдық артқан сайын көтеруге/соқтыру қатынасы төмендейді. Inductrack II жеке (PRT) немесе қалалық көлікте пайдалану үшін салыстырмалы түрде төмен жылдамдықтарда көтерілуге қабілетті және консольді рельстерді пайдаланады. Inductrack III жоғары жүк көтеруге және тасымалдауға арналған, рельстері тек жартылай консольдік болып, ауыр жүктемелерді ұстап тұруға мүмкіндік береді.
Depending the application, lift to drag ratio at low speed or higher speed are favored. The three variation of the Inductrack are designed for different purposes. The Inductrack I was designed for high speed trains. The lift to drag ratio is lowering while speed increase. The Inductrack II have more capabilities of levitation at relatively low speed for use in individual (PRT) or urban transport and use a cantilevered track. The InducTrack III is designed for high load and cargo with track only partly cantilevered to sustain high loads.
Тығыздау
Белсенді демпферлеу жүйесі жоқ, демпферлеу тек жолдың геометриясы арқылы қамтамасыз етіледі. Тәжірибелер көрсеткендей, төмен жиілікті тербелістер (1 Гц) пайда болады және жолдың өзін механикалық түрде демпферлеуге арналған АҚШ патенты (Inductrack II) тіркелді (7478598). Жол сегменттерге бөлінген және әрбір сегмент механикалық түрде демпферленеді.
There is no active damping and the damping is only provided by the geometry of the track. Tests have shown that low frequency oscillations (1 Hz) occur and a US patent for mechanically damping the track itself (on Inductrack II) was issued (7478598). The track is cut in segments and each segment is mechanically dampened.
Қолданбалар
Hyperloop Transportation Technologies компаниясы 2016 жылдың наурыз айында өздерінің Hyperloop жобасында пассивті Inductrack жүйелерін пайдаланатынын хабарлады.
Hyperloop Transportation Technologies announced in March 2016 that they would be using passive Inductrack systems for their titular Hyperloop.