Магнитный подвес на основе объёмных высокотемпературных сверхпроводников для высокоскоростного наземного транспорта

• Автор: Ильясов, Роман Ильдусович
• Шифр специальности: 05.09.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 123 с. : ил.

I СОСТОЯНИЕ РАЗРАБОТОК В ОБЛАСТИ СИСТЕМ БЕСКОНТАКТНЫХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОДВЕСОВ

1.1 Классификация типов бесконтактных электромагнитных подвесов

1.2 Характеристики токонесущих элементов на основе ВТСП

материалов

1.2.1 Композитные ВТСП провода

1.2.2 Объемные ВТСП элементы

1.3 Состояние работ по исследованию элементов магнитных ВТСП подвесов

1.4 Действующие и экспериментальные системы высокоскоростного наземного транспорта с бесконтактными подвесами
ВЫВОДЫ
II АНАЛИТИЧЕСКАЯ МЕТОДИКА РАСЧЕТА МАГНИТНЫХ ПОДВЕСОВ С ПОСТОЯННЫМИ МАГНИТАМИ И ОБЪЕМНЫМИ ВТСП.ЭЛЕМЕНТАМИ

2.1 Режимы активации магнитных подвесов

2.2 Конструктивные схемы опор с постоянными магнитами
2.3 Двухмерные магнитные поля в магнитных подвесах с постоянными магнитами
2.4 Распределение магнитных полей в рабочей зоне подвеса
2.5 Удельные и интегральные силы в магнитных подвесах
2.6 Результаты расчета сил в магнитных подвесах
2.6.1 Вертикальный подвес
2.6.2 Боковой подвес
ВЫВОДЫ
III АНАЛИТИЧЕСКАЯ МЕТОДИКА РАСЧЕТА МАГНИТНОГО ПОДВЕСА С РЕЙСТРЕКОВЫМИ КАТУШКАМИ И ОБЪЕМНЫМИ ВТСП ЭЛЕМЕНТАМИ
3.1 Двухмерные магнитные поля в магнитном подвесе с рейстрековыми катушками
3.2 Линейная аппроксимация магнитных свойств сердечников
3.3 Распределение магнитных полей в рабочей зоне магнитной системы подвеса
3.4 Удельные и интегральные силы в магнитном подвесе
ВЫВОДЫ
IV ЧИСЛЕННАЯ МЕТОДИКА РАСЧЕТА МАГНИТНЫХ ПОДВЕСОВ
4.1 Использование метода конечных элементов для расчета параметров подвесов
4.2 Результаты численного расчета распределения магнитных полей в активной зоне подвесов и сил левитации
ВЫВОДЫ
V ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ МОДЕЛЕЙ ТРАНСПОРТНОЙ СИСТЕМЫ С МАГНИТНЫМ ПОДВЕСОМ НА ОСНОВЕ ОБЪЕМНЫХ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ СВЕРХПРОВОДНИКОВ
5.1 Магнитная система экспериментальных ВТСП подвесов
5.2 Модельные эксперименты на малых макетах
5.3 Влияние ориентации и толщины ВТСП элементов на силу
левитации
5.4 Нагрузочные характеристики макета подвеса МЛП
5.5 Описание экспериментальной крупномасштабной модели

5.6 Результаты экспериментальных исследований левитационных характеристик одноместной модели МВТ
ВЫВОДЫ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

В настоящее время в промышленно развитых странах (Япония, Германия, Китай, Бразилия и др.) активно ведутся работы по созданию новых типов высокоскоростных транспортных систем (ВТС) на магнитных подвесах различных типов. Уже сейчас в Японии, Германии, и Китае созданы опытные участки пути длиной от 1 до 30 км и поезда из 1 - 3 вагонов на магнитном подвесе. В стадии разработки находятся аналогичные проекты в США, Бразилии, ЮАР и др. Лидерами в этом направлении являются немецкий проект Transrapid и японский проект Maglev /101/.
По предварительным оценкам, наземные высокоскоростные транспортные системы (ВТС) могут составить серьезную конкуренцию авиации /9/. И это при более низких энергозатратах связанных с возможностью рекуперации энергии в процессе торможения /10/. Ожидается, что будущие ВТС позволят разгрузить плотность железнодорожных пассажироперевозок на перспективных участках, связывающих крупные мегаполисы /9/. Актуальным применением такого транспорта связывают также с созданием высокоскоростных участков, соединяющих разные аэропорты города с центром города и между собою с целью объединения в единую систему.
Важнейшей частью перспективных ВТС являются бесконтактные подвесы. Исследования показали, что при скоростях движения свыше 300-400 км/ч необходимо отказаться от использования колесного транспорта, так как аэродинамическое сопротивление начинает превышать силу тяги ведущих колесных пар.
Известно, что подвижные силовые опоры и подвесы (механические, газодинамические, электромагнитные, магнитные ВТСП опоры и др.) широко используются в подавляющем большинстве устройств современной науки и техники. Наиболее развитыми в настоящее время являются механические опоры, составляющие основу современного транспорта и общего машиностроения. Газодинамические опоры, как правило, используются для обеспечения высоких скоростей вращения валов (40 -100 тыс. мин'1) при малых потерях на трение. Электромагнитные и магнитные опоры активно исследуются для задач специальной техники, высокоскоростного транспорта и будущей аэрокосмической техники (в частности, для гироскопической стабилизации крупных космических платформ и станций) /26/. В последние годы, в ряде зарубежных стран активно ведутся разработки новых типов перспективной техники с бесконтактными электромагнитными и магнитными подвесами и опорами,

зависимость напряженности проникающего в ВТСП элемент магнитного поля Нх от координаты у для модели Кима /21/:
где НхВ - возмущение напряженности магнитного поля при смещении ВТСП элемента из начального положения у50, при котором происходит активация ВТСП подвеса, в текущее (у = у5). Величина НхВ определяется соотношениями (10) и (14).
Из (19) при Нх= 0 можно найти глубину полного проникновения магнитного поля в ВТСП элемент при использовании модели Кима:
Удельная и полная силы левитации в этом случае определяются численным интегрированием как:
где Я £ = Я вм + Я х - суммарное магнитное поле в ВТСП пластине, состоящее из «вмороженного» Нвм и возмущенного Нх магнитных полей.
(19)
(20)
(21)