Развитие железнодорожного высокоскоростного транспорта на базе новых принципов перемещения (магнитной левитации) с учетом экономико-эко

Федеральное агентство  по образованию

Государственное образовательное  учреждение высшего

профессионального образования

Государственный университет  управления

Институт управления в промышленности, энергетики и строительстве

Кафедра Управление природопользованием и экологической безопасностью

 

 

 

 

Курсовой проект по дисциплине

Инновационный менеджмент

На тему:

"Развитие железнодорожного высокоскоростного транспорта на базе новых принципов перемещения (магнитной левитации) с учетом экономико-экологических проблем"

 

 

 

Выполнил студент

4 курса

Группы УЭБ 4-1

Зиновьев Сергей Игоревич

Руководитель проекта

д.э. н., профессор

Кирсанов Константин Александрович

Проект принят на проверку

"22" марта 2013 года

________________

Проект допущен к защите

"29" марта 2013 года

_________________

Проект защищен с  оценкой 

                                                                                                      _______________

"5" апреля 2013 года

 

 

 

Москва 2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ.

 

ГЛАВА 1. Современное состояние  развитие железнодорожного высокоскоростного транспорта на базе новых принципов перемещения (магнитной левитации) с учетом экономико-экологических проблем (литературный обзор).

 

1.  Проблемы технического совершенствования железнодорожного транспорта: ретроспектива и перспективы (от паровоза к маглевам).
2. Поезда MAGLEV: характеристика и перспективы эксплуатации.
3. Современные вопросы экономики высокоскоростного транспорта на примере маглевов с учетом страновых различий.
4. История поездов на магнитной подушке.
5. Российская история. От паровозов до поездов на магнитной подушке.
6. Экологические проблемы развития маглевов.

 

 

 

ГЛАВА 2. Разработка инновационного проекта в области высокоскоростного железнодорожного транспорта на базе ускоренного внедрения маглевовских систем.

1. Мировые отечественные тенденции развития высокоскоростного железнодорожного транспорта на базе маглевовских систем.
2. Совершенствование принципов функционирования маглевов с учетом современных технических возможностей.
3. Формирование структуры научно-производственного цикла создания маглевов в России.

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

ЛИТЕРАТУРА.

 

Введение

 

Недавно знаменитый английский писатель-фантаст Артур Кларк  сделал очередное предсказание. «...Мы, возможно, стоим на пороге создания космического аппарата нового типа, который сможет покидать Землю с минимальными затратами за счет преодоления гравитационного барьера, - считает он. - Тогда нынешние ракеты станут тем же, чем были воздушные шары до первой мировой войны». На чем же основано такое суждение? Ответ нужно искать в современных идеях создания транспорта на магнитной подушке.

Еще полвека назад  магнитная подушка была чем-то из области фантастики. Однако сейчас ученые многих стран работают по созданию транспорта на магнитной подушке. Поезда будущего будут «парить» над землей, они как бы «подвешиваются» к рельсам, или отталкиваются от них, в зависимости от того, какая будет применена система, то есть электромагнитный или электродинамический подвес. В первом случае путь представляет собой стальные рельсы с «подвешенным» к ним экипажем. Во втором случае состав пойдет по металлическому полотну, в котором возникают электрические токи. В качестве тягового механизма в таких поездах будут использованы линейные двигатели.

Следует отметить, что  поезд на магнитной подвеске начали эксплуатировать восьмидесятых годах прошлого века в Бирмингеме. Правда, после одиннадцати лет работы этот поезд был снят с линии из-за технических проблем. В настоящее время транспортная система на магнитной подушке действует в Китае, соединяя центр Шанхая с международным аэропортом Пудон. А в Японии экспериментальный поезд на магнитной подушке MLX01 в 2003 году установил абсолютный для данного вида транспорта рекорд скорости, разогнавшись до 581км/ч.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ГЛАВА 1. Современное  состояние развитие железнодорожного высокоскоростного транспорта на базе новых принципов перемещения (магнитной левитации) с учетом экономико-экологических проблем.

1.1. Проблемы  технического совершенствования  железнодорожного транспорта: ретроспектива  и перспективы (от паровоза  к маглевам)

ЭРСТЕД Ганс Христиан (1777-1851) [http://www.calend.ru/event/4684/]

Датский физик, почетный член Петербургской AH (1830) Труды по электричеству, акустике, молекулярной физике. Открыл (1820) магнитное действие электрического тока.

 

 

 

 

 

 

Майкл Фарадей [http://aktualizer.ru/majkl-faradej/]

«Английский физик, член Лондонского королевского общества».

«Исследования в области электричества, магнетизма, магнитооптики, электрохимии. В 1821г. Фарадей впервые осуществил вращение магнита вокруг проводника с током и проводника с током вокруг магнита».

«Левитация» - подъем. Так определяется Британской энциклопедией возможность поднятия какого-либо тела (в том числе и человеческого) без контакта с чем бы то ни было. В технический обиход оно вошло сравнительно недавно, в связи с попытками создания транспорта на магнитной подушке.

В 1996 г. физик Джон Шнурер из Эниочского колледжа в Йеллоу-Спринг, штат Огайо. Когда над висящим в воздухе сверхпроводящим диском диаметром в 2,5 см он поместил маленький кусочек пластика, прикрепленный к точным весам, те показали уменьшение веса примерно на 5%. Сначала Шнурер не поверил собственным глазам. Он 12 раз провел эксперимент, прежде чем пришел к окончательному выводу: феномен повторяется регулярно. Тут он вспомнил, что еще в начале 90-х годов подобное же явление заметил наш соотечественник, специалист в области материаловедения Евгений Подклетнов, работавший в то время в Технологическом университете г. Тампере (Финляндия).

[http://ref.rushkolnik.ru/v34992/]

Аналогичные опыты проводят в Центре космических полетов имени Дж. Маршала, NASA и еще нескольких государственных лабораториях США. По словам руководителя Отделения перспективных концепций NASA Уита Брэнтли, люди так увлечены исследованиями, что порой тратят собственные деньги на покупку недостающего оборудования. К делу подключились и теоретики. Скажем, итальянец Джиованни Моданези из Национального агентства ядерной физики и физики высоких энергий полагает, что в данном случае мы имеем дело с возникновением «гравитационного экрана». А ведущий специалист Алабамского университета Нинг Ли считает, что при определенных условиях поля атомов сверхпроводника способны так экзотически взаимодействовать друг с другом, что возникает левитация.

Существует и другой способ создания левитации. «Одним из направлений дальнейшего поиска стал пересмотр природы тяготения - на базе электромагнитных и электростатических явлений, - полагает кандидат технических наук из подмосковного г. Лыткарино Владимир Пономарев.- Обратить внимание на электростатику заставляет хотя бы уже тот факт, что математические формулировки закона Ньютона и закона Кулона внешне весьма схожи, только в первом выражении в числителе стоят массы взаимодействующих тел, а во втором - их электрические заряды».

[http://ref.rushkolnik.ru/v34992/]

Использование эффекта  левитации на базе электромагнитных и электростатических явлений открывает  широкие перспективы на практике. Электростатические поля надо использовать для создания летательного аппарата нового типа, полагает Пономарев. Его движение в околоземном пространстве будет обусловлено взаимодействием электростатических полей планеты и создаваемого в рабочем органе машины.

Очередную попытку укрощения  левитации предприняли в конце 1997 г. японские исследователи, которые  работают по контракту с международной  корпорацией «Мацусита». Они решили использовать для создания машины, преодолевающей силу тяжести, обыкновенный гироскоп. Их опыты подкупающе просты. Небольшой гироскоп раскручивают до 18 000 об/мин и помещают в герметичный контейнер, из которого выкачан воздух, и тот сбрасывают вниз. При падении контейнер преодолевает фиксированную дистанцию около 2 м, причем время замеряется точнейшим образом с помощью двух лазерных лучей. Когда пересекается один (старт), запускается электронный секундомер, когда же другой (финиш) - он останавливается.

К сказанному остается добавить, что при свободном падении контейнер не испытывает никакого постороннего возмущения, кроме земного тяготения, поскольку воздух из башни, где проводятся опыты, тоже выкачан. Единственное различие в серии повторяющихся экспериментов, это то, что гироскоп либо вращается против часовой стрелки, либо не вращается. И что же выяснилось? В первом случае время падения на ничтожные доли секунды на 0,025 с - больше, чем во втором. Иначе говоря, получается, что вращающийся гироскоп на 1/7000 легче.

Примечателен еще и тот факт, что гравитация ослабевала, лишь когда волчок раскручивали против часовой стрелки. Когда же - по часовой, никакого эффекта не было. «То же самое, - утверждают исследователи, - мы наблюдали и в опытах 1989 года. Только тогда гироскоп взвешивали на точнейших весах»... А потому новая серия опытов, по их мнению, позволяет отбросить всякие сомнения - эффект действительно существует.

[http://ref.rushkolnik.ru/v34992/]

Однако, многие специалисты отнеслись к затее японцев с великим скепсисом. Например, английский ученый Эрик Лейтон, который является основоположником использования принципа магнитной подушки на транспорте и вот уже многие годы занимается проблемами ее внедрения, утверждает: поскольку гироскоп - прибор чисто механический, свойства его симметричны; и вращайся он или нет, ничего особенного не произойдет.

Другие исследователи выражаются и того резче. Вплоть до того, что японские эксперименты не стоят и той бумаги, на которой они описаны. Между тем кое-какие намеки на объяснение можно отыскать. Скажем, подобный эффект, еще лет тридцать назад, обнаружил наш соотечественник, профессор А.Н.Козырев, который полагал: он вполне укладываестя в теорию относительности, как одно из ее следствий. Суть дела заключается в следующем. В каждой точке Вселенной вектор тяготения имеет определенное направление. Если момент вращения гироскопа совпадает с этим вектором, то суммарная сила тяготения увеличивается; в противном случае - уменьшается. (Однако остается непонятным, почему японцы заметили эффект лишь при определенном направлении вращения и ничего - в противоположном.) Еще одно возможное объяснение связано с силой Кориолиса. Когда направление вращения гироскопа совпадает с вращением Земли, траектория падения контейнера будет несколько иной, чем если бы гироскоп был неподвижным или вращался в обратную сторону. Ну а поскольку дистанции разные, то и время их преодоления различно.

1.2. Поезда MAGLEV: характеристика и перспективы эксплуатации.

 

Необходимость поездов на магнитной  подушке (MAGLEV) [Magnetic Levitation] обсуждается уже долгие годы, однако результаты попыток их реального применения оказались обескураживающими. Важнейший недостаток поездов MAGLEV заключается в особенности работы электромагнитов, которые и обеспечивают левитацию вагонов над полотном. Электромагниты, не охлаждаемые до состояния сверхпроводимости, потребляют гигантские объемы энергии. При использовании же сверхпроводников в полотне стоимость их охлаждения сведет на нет все экономические преимущества и возможность осуществления проекта.

[http://ref.rushkolnik.ru/v34992/]

Альтернатива предложена физиком  Ричардом Постом из Lawrence Livermore National Laboratory, Калифорния. Ее суть заключается в  использовании не электромагнитов, а постоянных магнитов. Ранее применяемые постоянные магниты были слишком слабы, что бы поднять поезд, и Пост применяет метод частичной акселерации, разработанный отставным физиком Клаусом Хальбахом из Lawrence Berkley National Laboratory. Хальбах предложил метод расположения постоянных магнитов таким образом, что бы сконцентрировать их суммарные поля в одном направлении. Inductrack – так Пост назвал эту систему – использует установки Хальбаха, вмонтированные в днище вагона. Полотно, само по себе, - это упорядоченная укладка витков изолированного медного кабеля.

Установка Хальбаха концентрирует  магнитное поле в определенной точке, снижая ее в других. Будучи вмонтированной в днище вагона, она генерирует магнитное поле, которое индуцирует достаточные токи в обмотках полотна под движущимся вагоном, чтобы поднять вагон на несколько сантиметров и стабилизировать его [рис. 1]. Когда поезд останавливается, эффект левитации исчезает, вагоны опускаются на дополнительные шасси.

Рис. 1 Установка Хальбаха

[http://tti.sfedu.ru/e-journal/spectrum/spect_01_99/spect_15-2.htm]

На рисунке представлено 20 метровое опытное полотно для испытания MAGLEV поездов типа Inductrack, которое  содержит около 1000 прямоугольных индуктивных обмоток, каждая шириной 15 см. На переднем плане испытательная тележка и электрический контур. Алюминиевые рельсы вдоль полотна поддерживают тележку до момента достижения устойчивой левитации. Установки Хальбаха обеспечивают: под днищем – левитацию, по бокам – устойчивость.

Когда поезд достигает скорости 1-2 км/ч, магниты производят достаточные  для левитации поезда токи в индуктивных  обмотках. Сила, движущая поезд, генерируется электромагнитами, установленными с  интервалами вдоль пути. Поля электромагнитов пульсируют таким образом, что отталкивают от себя установки Хальбаха, смонтированные в поезде, и двигают его вперед. Согласно Посту, при правильном расположении установок Хальбаха, вагоны не потеряют равновесия ни при каких обстоятельствах, вплоть до землетрясения. В настоящее время, исходя из успехов демонстрационной работы Поста в масштабе 1/20, NASA подписало 3-х годичный контракт с его коллективом в Ливерморе для дальнейшего исследования данной концепции для более эффективного запуска спутников на орбиту. Предполагается, что эта система будет использоваться в качестве многоразового разгонного носителя, который разгонял бы ракету до скорости около 1 Маха, перед включением на ней основных двигателей.