Jsou vlaky maglev dopravou budoucnosti? Jak funguje maglev vlak?

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Naposledy změněno: 2023-12-17 10:22

Od chvíle, kdy lidstvo vynalezlo první parní lokomotivy, uplynulo již více než dvě stě let. Pozemní železniční doprava přepravující cestující a těžké náklady s využitím síly elektřiny a motorové nafty je však stále velmi běžná.

Stojí za zmínku, že celá ta léta inženýři a vynálezci aktivně pracovali na vytvoření alternativních způsobů pohybu. Výsledkem jejich práce byly vlaky na magnetických polštářích.

Historie vzhledu

Samotná myšlenka vytvořit vlaky na magnetických polštářích byla aktivně vyvinuta na začátku dvacátého století. Tento projekt však v té době nebylo možné z řady důvodů realizovat. Výroba takového vlaku začala až v roce 1969. Tehdy byla na území Spolkové republiky Německo položena magnetická dráha, po které mělo projíždět nové vozidlo, které bylo později nazváno maglev vlak. Byl vypuštěn v roce 1971. První maglev vlak, který se jmenoval Transrapid-02, projel po magnetické dráze.

Zajímavým faktem je, že němečtí inženýři vyrobili alternativní vozidlo na základě záznamů zanechaných vědcem Hermannem Kemperem, který v roce 1934 obdržel patent potvrzující vynález magnetické roviny.

„Transrapid-02“lze jen stěží nazvat velmi rychlým. Mohl se pohybovat maximální rychlostí 90 kilometrů za hodinu. Jeho kapacita byla také nízká – pouze čtyři lidé.

V roce 1979 byl vytvořen pokročilejší model maglev. Tento vlak, nazvaný „Transrapid-05“, mohl přepravovat již šedesát osm cestujících. Pohyboval se po trati nacházející se ve městě Hamburk, jejíž délka byla 908 metrů. Maximální rychlost, kterou tento vlak vyvinul, byla sedmdesát pět kilometrů za hodinu.

Ve stejném roce 1979 byl v Japonsku uveden na trh další model maglev. Říkalo se jí „ML-500“. Japonský vlak na magnetickém polštáři vyvinul rychlost až pět set sedmnáct kilometrů za hodinu.

Konkurenceschopnost

Rychlost, kterou mohou vyvinout vlaky s magnetickým polštářem, lze přirovnat k rychlosti letadel. V tomto ohledu se tento druh dopravy může stát vážným konkurentem těch leteckých linek, které operují na vzdálenost až tisíc kilometrů. Rozšíření maglevů brání skutečnost, že se nemohou pohybovat po tradičních železničních površích. Vlaky na magnetických polštářích potřebují postavit speciální dálnice. A to vyžaduje velkou investici kapitálu. Také se věří, že magnetické pole vytvořené pro maglevy může negativně ovlivnitlidské tělo, což nepříznivě ovlivní zdraví řidiče a obyvatel regionů nacházejících se v blízkosti takové trasy.

Funkční princip

Vlaky s magnetickým polštářem jsou zvláštním druhem dopravy. Během pohybu se maglev jakoby vznáší nad železniční tratí, aniž by se jí dotkl. Je to dáno tím, že vozidlo je ovládáno silou uměle vytvořeného magnetického pole. Během pohybu maglevu nedochází k žádnému tření. Brzdná síla je aerodynamický odpor.

Jak to funguje? Základní vlastnosti magnetů zná každý z nás z hodin fyziky šesté třídy. Pokud se dva magnety přiblíží svými severními póly, budou se navzájem odpuzovat. Vznikne tzv. magnetický polštář. Při spojování různých pólů se magnety k sobě přitahují. Tento poměrně jednoduchý princip je základem pohybu maglevského vlaku, který doslova klouže vzduchem v nepatrné vzdálenosti od kolejí.

V současné době jsou již vyvinuty dvě technologie, s jejichž pomocí se aktivuje magnetický polštář nebo odpružení. Třetí je experimentální a existuje pouze na papíře.

Elektromagnetické zavěšení

Tato technologie se nazývá EMS. Vychází ze síly elektromagnetického pole, které se v čase mění. Způsobuje levitaci (vzestup ve vzduchu) maglevu. Pro pohyb vlaku jsou v tomto případě zapotřebí kolejnice ve tvaru T, které jsou vyrobeny zvodič (obvykle kovový). Tímto způsobem je provoz systému podobný běžné železnici. Ve vlaku jsou však místo párů kol instalovány nosné a vodicí magnety. Jsou umístěny paralelně s feromagnetickými statory umístěnými podél okraje stojiny ve tvaru T.

Hlavní nevýhodou technologie EMS je nutnost řídit vzdálenost mezi statorem a magnety. A to i přesto, že to závisí na mnoha faktorech, včetně nestabilního charakteru elektromagnetické interakce. Aby se zabránilo náhlému zastavení vlaku, jsou na něm instalovány speciální baterie. Jsou schopny dobíjet lineární generátory zabudované v nosných magnetech, a tak udržovat proces levitace po dlouhou dobu.

Vlaky založené na EMS jsou brzděny synchronním lineárním motorem s nízkou akcelerací. Představují jej podpůrné magnety a také vozovka, nad kterou se maglev vznáší. Rychlost a tah kompozice lze řídit změnou frekvence a síly generovaného střídavého proudu. Pro zpomalení stačí změnit směr magnetických vln.

Elektrodynamické odpružení

Existuje technologie, ve které k pohybu maglev dochází při interakci dvou polí. Jeden z nich je vytvořen na plátně dálnice a druhý je vytvořen na palubě vlaku. Tato technologie se nazývá EDS. Na jeho základě byl postaven japonský maglev vlak JR–Maglev.

Tento systém má určité odlišnosti od EMS, kdeobyčejné magnety, do kterých je elektrický proud přiváděn z cívek pouze při napájení.

Technologie EDS znamená neustálý přísun elektřiny. K tomu dochází, i když je vypnuto napájení. V cívkách takového systému je instalováno kryogenní chlazení, které šetří značné množství elektřiny.

Výhody a nevýhody technologie EDS

Pozitivní stránkou systému běžícího na elektrodynamickém odpružení je jeho stabilita. I nepatrné zmenšení nebo zvětšení vzdálenosti mezi magnety a plátnem je regulováno silami odpuzování a přitažlivosti. To umožňuje, aby byl systém v nezměněném stavu. S touto technologií není potřeba instalovat řídicí elektroniku. Není potřeba, aby zařízení upravovala vzdálenost mezi webem a magnety.

Technologie EDS má určité nevýhody. Síla dostatečná k levitaci kompozice tedy může vzniknout pouze při vysoké rychlosti. Proto jsou maglevy vybaveny kolečky. Zajišťují jejich pohyb rychlostí až sto kilometrů za hodinu. Další nevýhodou této technologie je třecí síla generovaná na zadní a přední straně odpudivých magnetů při nízkých rychlostech.

Vzhledem k silnému magnetickému poli v části určené pro cestující je nutné instalovat speciální ochranu. V opačném případě nesmí člověk s kardiostimulátorem cestovat. Ochrana je také nutná pro magnetická paměťová média (kreditní karty a HDD).

Vyvinutétechnologie

Třetím systémem, který zatím existuje pouze na papíře, je použití permanentních magnetů ve variantě EDS, které k aktivaci nevyžadují energii. Donedávna se věřilo, že to není možné. Vědci se domnívali, že permanentní magnety nemají takovou sílu, která by mohla způsobit, že vlak bude levitovat. Tomuto problému se však podařilo předejít. Aby se to vyřešilo, byly magnety umístěny v Halbachově poli. Takové uspořádání vede k vytvoření magnetického pole nikoli pod polem, ale nad ním. To pomáhá udržet levitaci vlaku i při rychlosti kolem pěti kilometrů za hodinu.

Tento projekt dosud neprošel praktickou implementací. To je způsobeno vysokými náklady na pole vyrobená z permanentních magnetů.

Důstojnost maglevů

Nejatraktivnější stránkou vlaků maglev je vyhlídka na dosažení vysokých rychlostí, které v budoucnu umožní maglevům konkurovat dokonce i proudovým letadlům. Tento druh dopravy je z hlediska spotřeby elektrické energie poměrně ekonomický. Nízké jsou i náklady na jeho provoz. To je možné díky absenci tření. Potěšující je také nízká hlučnost maglevů, což bude mít pozitivní dopad na ekologickou situaci.

Vady

Nevýhodou maglevů je, že jejich výroba trvá příliš mnoho. Vysoké jsou také náklady na údržbu trati. Uvažovaný způsob dopravy navíc vyžaduje složitý systém kolejí a ultra-přesnézařízení, která řídí vzdálenost mezi plátnem a magnety.

Implementace projektu v Berlíně

V hlavním městě Německa v 80. letech 20. století došlo k otevření prvního systému maglev nazvaného M-Bahn. Délka plátna byla 1,6 km. Mezi třemi stanicemi metra jezdil o víkendech vlak maglev. Cestování pro cestující bylo zdarma. Po pádu Berlínské zdi se počet obyvatel města téměř zdvojnásobil. Vyžadovalo to vytvoření dopravních sítí se schopností zajistit vysokou osobní dopravu. Proto bylo v roce 1991 magnetické plátno demontováno a na jeho místě začala stavba metra.

Birmingham

V tomto německém městě se v letech 1984 až 1995 připojoval nízkorychlostní maglev. letiště a nádraží. Délka magnetické dráhy byla pouhých 600 m.

Silnice fungovala deset let a byla uzavřena kvůli četným stížnostem cestujících na existující nepříjemnosti. Následně jednokolejka nahradila maglev v této sekci.

Shanghai

První magnetickou silnici v Berlíně postavila německá společnost Transrapid. Neúspěch projektu vývojáře neodradil. Pokračovali ve výzkumu a dostali zakázku od čínské vlády, která se rozhodla postavit v zemi dráhu maglev. Tato vysokorychlostní (až 450 km/h) trasa spojovala Šanghaj a letiště Pudong.30 km dlouhá silnice byla otevřena v roce 2002. Plány do budoucna zahrnují její prodloužení na 175 km.

Japonsko

Tato země hostila výstavu v roce 2005Expo-2005. Jeho otevřením byla uvedena do provozu magnetická dráha v délce 9 km. Na trati je devět stanic. Maglev obsluhuje oblast přilehlou k výstavišti.

Maglevy jsou považovány za dopravu budoucnosti. Již v roce 2025 se plánuje otevření nové superdálnice v zemi jako Japonsko. Vlak maglev přepraví cestující z Tokia do jedné ze čtvrtí centrální části ostrova. Jeho rychlost bude 500 km/h. Na realizaci projektu bude potřeba asi čtyřicet pět miliard dolarů.

Rusko

Vytvoření vysokorychlostního vlaku plánují také ruské dráhy. Do roku 2030 spojí maglev v Rusku Moskvu a Vladivostok. Cestující zdolají cestu 9300 km za 20 hodin. Rychlost vlaku maglev dosáhne až pěti set kilometrů za hodinu.