Introducción a la tecnología de levitación electromagnética espacial
Con el desarrollo de la industria aeroespacial, la tecnología de levitación espacial en entornos de microgravedad simulados se ha convertido en un medio importante para llevar a cabo actividades de alta tecnología relacionadas. investigación. Las tecnologías de levitación actuales incluyen principalmente levitación electromagnética, levitación óptica, levitación acústica, levitación de flujo de aire, levitación electrostática y levitación por haz de partículas, entre las cuales la tecnología de levitación electromagnética es relativamente madura.
La tecnología de levitación electromagnética se llama tecnología EML. Su principio fundamental es utilizar las corrientes parásitas generadas por campos electromagnéticos de alta frecuencia en la superficie del metal para lograr la suspensión de bolas de metal.
Cuando se coloca una muestra de metal en una bobina que transporta corriente de alta frecuencia, el campo electromagnético de alta frecuencia generará corrientes parásitas de alta frecuencia en la superficie del material metálico. Esta corriente parásita de alta frecuencia interactúa con el campo magnético externo, sometiendo la muestra de metal a la fuerza de Lorentz. Bajo una configuración espacial apropiada, la fuerza de Lorentz puede ser opuesta a la gravedad y, al cambiar la potencia de la fuente de alta frecuencia, la fuerza electromagnética puede igualarse a la gravedad, logrando así la levitación electromagnética. Normalmente, la frecuencia de la corriente alterna que pasa a través de la bobina es de 104 a 105 Hz.
Al mismo tiempo, el calor Joule generado por la corriente parásita sobre el metal puede fundir el metal, logrando así el propósito de fundir el metal sin un recipiente. Actualmente, en el campo de la investigación de materiales espaciales, la tecnología EML juega un papel importante en la investigación del crecimiento, solidificación, nucleación y sobreenfriamiento profundo de cristales en entornos de microgravedad y sin contenedores.
Actualmente existen tres tipos de levitación magnética en el mundo. Una es la levitación magnética normalmente conductora representada por Alemania y la otra es la levitación electromagnética superconductora representada por Japón. Ambos tipos de levitación magnética requieren electricidad para generar energía de levitación magnética. El tercer tipo es la levitación magnética permanente de mi país, que utiliza materiales magnéticos permanentes especiales y no requiere ningún otro soporte energético.
¿Tiene China tecnología de levitación magnética?
Ayer, el modelo de vehículo de carretera de levitación magnética permanente "China 01" fue presentado en la Feria Internacional de Tecnología y Productos Patentados de China 2006 celebrada en Dalian. Este modelo es un modelo en miniatura de simulación de la línea de prueba de levitación magnética permanente de 3.000 metros de Dalian, especialmente diseñado para el transporte regional entre ciudades. El tren circula sobre carriles magnéticos elevados con una velocidad prevista de 230 kilómetros por hora y puede utilizarse tanto para el transporte de mercancías como de pasajeros y es adecuado para el transporte en áreas metropolitanas.
Según el Peninsula Morning News, el tren "suspendido", que sólo puede verse en novelas y películas de ciencia ficción, pronto aparecerá entre la gente de Dalian. El periodista se enteró en la Expo de ayer que está previsto construir una línea de prueba de levitación magnética permanente de 3.000 metros en la zona de desarrollo a finales de año.
Ayer por la mañana, en la "Feria Internacional de Tecnología y Productos Patentados de China 2006" celebrada en la Dalian World Expo Plaza, el microvehículo de carretera de levitación magnética permanente tipo 1/10 con pista ranurada "Zhonghua 01" atrajo especial atención. . El automóvil está miniaturizado según una proporción de 1/10, y las dimensiones geométricas están miniaturizadas de acuerdo con el automóvil real; la estructura de la carretera y el puente, la estructura de la vía, la estructura del vehículo y las funciones de suspensión son todos modelos en miniatura simulados. Bajo la dirección de los técnicos, el tren en miniatura suspendido en la vía "funciona" muy suavemente, y su arranque y frenado son muy flexibles y silenciosos.
Se entiende que actualmente existen tres tecnologías de levitación magnética en el mundo, a saber, la levitación electromagnética superconductora japonesa, la levitación magnética de conducción normal alemana y la levitación magnética de imán permanente china. La tecnología de levitación magnética permanente es una tecnología innovadora original que Dalian, China, tiene patentes de invención de tecnología central y relacionada. Según los técnicos, cuando los trenes maglev en Japón y Alemania no están encendidos, la carrocería y la vía están en contacto entre sí, mientras que los trenes maglev fabricados con tecnología de levitación magnética permanente no entran en contacto con la vía bajo ninguna circunstancia.
En comparación con la levitación magnética extranjera, la levitación magnética de imán permanente de China tiene cinco ventajas principales: en primer lugar, tiene una fuerte levitación. En segundo lugar, es económico y asequible. El tercero es el ahorro de energía. Cuarto, seguridad. Quinto, equilibrio y estabilidad.
La levitación magnética permanente sobre carriles está especialmente diseñada para el transporte regional entre ciudades. El tren circula sobre carriles elevados ranurados con una velocidad prevista de 230 kilómetros por hora y puede transportar tanto pasajeros como mercancías. Su Xun, director general del Instituto de Investigación Co., Ltd. de Ciencia y Tecnología del Valle Magnético de Dalian, dijo a los periodistas que se espera que la línea permanente del tren maglev de 3.000 metros esté terminada a finales de este año y está previsto que esté ubicada en el zona de desarrollo.
Tren de levitación magnética
El tren de levitación magnética utiliza el principio de "el mismo sexo se repele y el sexo opuesto se atrae" para hacer que los imanes tengan la capacidad de resistir la gravedad, de modo que el vagón El cuerpo está completamente separado de la pista y suspendido en la pista en una posición de aproximadamente 1 cm, voló en el aire, creando el milagro del vuelo espacial a una altitud casi cero.
El Tren Maglev de Shanghai es la primera línea de operación de demostración de tren maglev del mundo. Una vez finalizado, solo tardará de 6 a 7 minutos desde la estación Pudong Longyang Road hasta el Aeropuerto Internacional de Pudong.
El Tren Maglev de Shanghai es un "tipo de atracción magnética constante" (denominado "tipo de conductancia constante"). Está diseñado según el principio de "los opuestos se atraen" y es un sistema de atracción y levitación. Utilizando electroimanes de levitación instalados en los bogies a ambos lados del tren e imanes colocados en la vía, la fuerza de succión generada por el campo magnético hace que el vehículo levite.
Los electroimanes se instalan en la parte inferior del tren y en la parte superior de los bogies a ambos lados. La placa de inducción y la placa de acero de inducción se instalan encima del riel de la viga I y debajo del brazo superior, respectivamente. Controlar la corriente del electroimán para mantener un espacio de 65.438±0cm entre el electroimán y la vía, de modo que la atracción entre el bogie y el tren se equilibre con la gravedad del tren. Mediante la atracción de imanes, el tren puede flotar aproximadamente 65,438+0 cm y el tren puede flotar sobre los rieles. Esto requiere un control preciso de la corriente que llega al electroimán.
El principio de accionamiento del tren suspendido es exactamente el mismo que el del motor lineal síncrono. En términos generales, la corriente alterna que fluye en bobinas ubicadas a ambos lados de la vía puede hacer que las bobinas se conviertan en electroimanes y el tren arrancará debido a la interacción con los electroimanes del tren.
El polo N del electroimán de cabecera del tren es atraído por el polo S del electroimán instalado en la vía delantera, y al mismo tiempo, es repelido por el polo N del electroimán instalado en la vía trasera. Cuando el tren avanza, la dirección del flujo de corriente en la bobina es opuesta, es decir, el polo S original se convierte en polo N y el polo N se convierte en polo S. Cuando el ciclo se alterna, el tren avanzará.
La estabilidad está controlada por el sistema de navegación. El sistema de guiado de "succión magnética normal" es un conjunto de electroimanes instalados en el lateral del tren específicamente para guiarlo. Cuando el tren se desvía hacia la izquierda o hacia la derecha, el electroimán guía del tren interactúa con el costado del riel guía para generar una fuerza repulsiva, lo que hace que el vehículo regrese a su posición normal. Cuando el tren circula en una curva o pendiente, el sistema de control puede controlar la operación controlando la corriente en el imán guía.
La idea de un tren maglev "normalmente guiado" fue propuesta por el ingeniero alemán Hermann Corpster en 1922.
Para los trenes maglev "normalmente guiados", los principios de funcionamiento de las vías y los motores son exactamente los mismos. Simplemente coloque el "rotor" del motor en el tren y coloque el "estator" del motor en la vía. A través de la interacción entre el "rotor" y el "estator", la energía eléctrica se convierte en energía cinética directa. Sabemos que cuando el "estator" del motor se energiza, puede hacer que el "rotor" gire mediante inducción electromagnética. Cuando la potencia se transmite al "estator" de la vía, el tren es empujado a moverse en línea recta como el "rotor" del motor mediante inducción electromagnética.
El tren Maglev de Shanghai tiene una velocidad de 430 kilómetros por hora y sólo un tren puede circular en una zona de suministro de energía. Existen redes de aislamiento de 25 metros a ambos lados de la pista y equipos de protección a ambos lados. El radio de la curva es de 8.000 metros, lo que a simple vista es casi una línea recta; el radio mínimo es de 1.300 metros. Los pasajeros no se sentirán incómodos. Los dispositivos de aislamiento más avanzados del mundo están instalados a 50 metros a ambos lados de toda la vía. La línea de Shanghai eventualmente se extenderá hasta Hangzhou, conectando directamente con la Exposición Universal.
Ventajas de los trenes maglev
Los trenes de levitación magnética tienen muchas ventajas: los trenes están suspendidos sobre los rieles, y los rieles no entran en contacto con los vehículos, además de ser rápidos. , superior a 500 km/h, pero también estable y cómodo. Control automático fácil de realizar; sin ruido, sin gases de escape nocivos, bueno para la protección del medio ambiente; puede ahorrar costos de operación, mantenimiento y consumo de energía; Es el tren súper expreso ideal del siglo XXI. Los países de todo el mundo conceden gran importancia al desarrollo de los trenes maglev. Actualmente, China, Japón, Alemania, Reino Unido, Estados Unidos y otros países están investigando activamente este tipo de coches. El tren maglev superconductor de Japón ha sido sobrecargado de pasajeros y está a punto de entrar en la etapa práctica, operando a una velocidad de más de 500 kilómetros por hora.