Пассивная электродинамическая система магнитной левитации Inductrack
Inductrack
Пассивная магнитная левитация Inductrack: технология Maglev, использующая постоянные магниты и проводящие петли. Три дизайна для разной скорости и нагрузки.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Пассивная, отказоустойчивая электродинамическая система магнитной левитации
Passive, fail safe electrodynamic magnetic levitation system
Inductrack – это пассивная, отказоустойчивая электродинамическая система магнитной левитации, использующая только неподвижные проводящие петли в пути и постоянные магниты (устроенные в массивы Халбаха) на транспортном средстве для достижения магнитной левитации. Путь может иметь одну из двух конфигураций: "лестничная трасса" и "ламинированная трасса". Лестничная трасса изготавливается из неподключенных кабелей Litz, а ламинированная – из уложенных друг на друга медных или алюминиевых листов. Существуют три варианта конструкции: Inductrack I, оптимизированный для работы на высоких скоростях, Inductrack II, более эффективный на низких скоростях, и Inductrack III, предназначенный для тяжелых нагрузок на низких скоростях. Inductrack (или Inductrak) был изобретен командой ученых из Национальной лаборатории Лоуренса Ливермора в Калифорнии под руководством физика Ричарда Ф. Поста для использования в поездах на магнитной подушке, на основе технологии, применяемой для левитации маховиков. При постоянной скорости энергия требуется только для преодоления сопротивления воздуха и электромагнитного торможения. При скорости выше минимальной, по мере увеличения скорости поезда, величина зазора левитации, сила подъема и потребляемая мощность остаются в основном постоянными. Система способна поднимать груз в 50 раз превышающий вес магнитов.
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.
Описание
Название Inductrack происходит от слова «индуктивность» или «индуктор» – электрического устройства, состоящего из витков проволоки. Когда массив магнитов Халбаха проходит над этими витками, синусоидальные изменения поля индуцируют напряжение в катушках пути. На низких скоростях витки представляют собой преимущественно резистивный импеданс, поэтому индуцированные токи максимальны там, где поле изменяется наиболее быстро – в областях наименьшей напряженности поля, что приводит к небольшому подъему. Однако с увеличением скорости импеданс катушек возрастает пропорционально скорости и начинает доминировать над общим импедансом катушечных сборки. Это сдвигает фазу пика тока, так что индуцированный ток в пути начинает более точно совпадать с пиками поля магнитного массива. Таким образом, путь создает собственное магнитное поле, которое выстраивается в противофазе с постоянными магнитами, создавая эффект левитации. Например, отношение подъема к сопротивлению составляет 200:1, что значительно выше, чем у любого самолета, но значительно ниже, чем у классической стальной колеи, где этот показатель достигает 1000:1 (сопротивление качению). Это происходит потому, что индуктивный импеданс увеличивается пропорционально скорости, компенсируя более высокую скорость изменения поля, воспринимаемую катушками, что обеспечивает постоянный ток и потребление энергии для левитации. Модификация Inductrack II использует два массива Халбаха – один над и один под путевой структурой – для удвоения магнитного поля без существенного увеличения веса или площади массивов, а также для снижения сопротивления на низких скоростях. Ряд предложений по строительству магнитных железных дорог основаны на технологии Inductrack. Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства США (NASA) также рассматривает возможность использования технологии Inductrack для запуска космических самолетов. Компания General Atomics разрабатывает технологию Inductrack в сотрудничестве с рядом исследовательских партнеров.
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.
Эволюция InducTrack
В зависимости от области применения, предпочтительнее высокое отношение подъёмной силы к сопротивлению на низких или высоких скоростях. Три варианта Inductrack разработаны для различных целей. Inductrack I был разработан для высокоскоростных поездов. Отношение подъёмной силы к сопротивлению уменьшается с увеличением скорости. Inductrack II обладает более широкими возможностями левитации на относительно низкой скорости и предназначен для индивидуального (PRT) или городского транспорта, используя консольную конструкцию пути. Inductrack III предназначен для перевозки тяжелых грузов, при этом путь имеет лишь частично консольную конструкцию для выдерживания высоких нагрузок.
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.
Опорожнение
Активной амортизации нет, а амортизация обеспечивается только геометрией пути. Испытания показали возникновение низкочастотных колебаний (1 Гц), и был выдан патент США на механическое демпфирование самого пути (на Inductrack II) (7478598). Путь нарезается на сегменты, и каждый сегмент подвергается механическому демпфированию.
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.
Приложения
Hyperloop Transportation Technologies объявила в марте 2016 года о намерении использовать пассивные системы Inductrack в своем проекте Hyperloop.
Hyperloop Transportation Technologies announced in March 2016 that they would be using passive Inductrack systems for their titular Hyperloop.