کانال تلگرام تحقیقستان

مقاله کامل قطار مغناطیسی

مقاله کامل قطار مغناطیسی

یک کمپانی ژاپنی توانسته قطاری با سرعت ۶۰۳ کیلومتر آزمایش کند، این قطار تا به این تاریخ رکورددار سرعت در بین قطارهاست.این قطار پرسرعت که هفت واگن دارد در آزمایشی که در نزدیکی کوههای فوجی انجام شد به سرعت خیره کننده ۶۰۳ کیلومتر بر ساعت رسید و حدود ۱۱ ثانیه در سرعت بیش از ۶۰۰ کیلومتر بر ساعت حرکت کرد.

این قطار ۱۰ سانتی متر بالاتر از ریل قطار میگیرد و بوسیله نیروی مغناطیسی به جلو حرکت می‌کند.یوسوکازو اندو رئیس مرکز آزمایش ماگلو در جنوب توکیو به خبرنگاران گفت: هرچه سرعت قطار بیشتر میشود ثبات آن بیشتر می‌شود. فکر میکنم کیفیت سواری این قطار بهتر شده است.ژاپن قصد دارد در سال۲۰۲۷ فاصله ۲۸۶ کیلومتری بین دو شهر توکیو و ناگویا یک قطار پرسرعت برقرار کند.

سرعت این قطار ۵۰۰ کیلومتر است که با این قطار در ۴۰ دقیقه پیموده خواهد شد.انتظار می‌رود ژاپن تا سال ۲۰۴۵ بین دو شهر توکیو و اوزاکا قطار پرسرعت برقرار کند و فاصله این دو شهر ظرف یک ساعت و هفت دقیقه پیموده خواهد شد.

اما هزینه ساخت این خطوط مغناطیسی نجومی است و تنها تا ناگویا حدود ۱۰۰ میلیارد دلار برآورد می‌شود و بیش از ۸۰ درصد مسیر باید تونلهای پرهزینه احداث شود.ژاپن قصد دارد فن آوری این قطار پرسرعت را صادر کند و به دنبال احیای اقتصاد خود از طریق صادرات زیرساخت است.

تاریخچه قطارهای پرسرعت

شاید مهندسانی که آبان سال ۱۲۸۱ خورشیدی، شاهد حرکت قطار برقی خود بودند، تصور هم نمی‌کردند این نوآوری، جرقه تحولاتی شگرف در حمل و نقل ریلی دهه‌های آینده شود.

در این روز، یک قطار کوچک برقی توانست فاصله بین دو شهر «مارین فلد» و «زوسن» آلمان را روی خطوط ریلی با سرعت ۲۰۳ کیلومتر در ساعت بپیماید. این قطار کوچک، اولین قطار سریع‌السیر جهان بود؛ اما دسترسی شهروندان عادی به این فناوری چند دهه به طول انجامید.

امروزه برخی شهرها در اروپا و آسیای شرقی از قطارهای سریع‌السیر بهره می‌برند. حداکثر سرعت معمول ثبت شده قطارهای سریع‌السیر در سال ۲۰۱۲ برای سامانه‌های فعال در کشورهای ژاپن، تایوان، آلمان، ایتالیا و بریتانیا حدود ۳۰۰ کیلومتر در ساعت، در اسپانیا ۳۱۰ کیلومتر در ساعت و در فرانسه ۳۲۰ کیلومتر در ساعت است. همچنین حداکثر سرعت معمول قطارها در چین برابر ۳۴۱ کیلومتر بر ساعت است.

البته این قطارها در حالت آزمایشی سرعتی فراتر از این را نیز به دست آورده‌اند. بالاترین رکورد سرعت قطارهای سریع‌السیر دنیا، در فرانسه به دست آمد. قطار سریع‌السیر فرانسوی TGV در حالت آزمایشی توانست سرعتی برابر ۸/۵۷۴ کیلومتر در ساعت را به خود اختصاص دهد.

قطارهای مغناطیسی نیز که جزو قطارهای سریع‌السیر هستند و از فناوری بالاتری برخوردارند در کشور ژاپن به رکورد بالاتری دست یافتند و توانستند با سرعتی برابر با ۵۸۱ کیلومتر در ساعت قلب جو زمین را بشکافند.

توجیه اقتصادی قطار های مغناطیسی

قطارهای سریع‌السیر در مناطقی که تراکم جمعیتی زیاد است و بنزین نیز قیمت بالایی دارد، بهترین توجیه اقتصادی را دارد و از سایر انواع حمل و نقل با صرفه‌تر خواهد بود. با این‌که تعداد کمی از این قطارها، گازوئیل یا سایر سوخت‌های فسیلی مصرف می‌کنند، اما نیروگاه‌هایی که برق مورد نیاز این قطارها را فراهم می‌کنند بیشتر از سوخت فسیلی بهره می‌برند. به این ترتیب، این قطارها از نظر مصرف انرژی بهینه هستند.

حتی در مواردی که نیروگاه‌های این قطارها از نفت یا زغال‌سنگ استفاده می‌کنند نیز صرفه اقتصادی آنها نسبت به حمل و نقل خودرویی مشهود است. قطارهای سریع‌السیر معمولا برای حمل مسافر طراحی می‌شوند؛ البته در برخی از کشورها نظیر فرانسه از این سیستم برای جابه‌جایی بسته‌های پستی نیز استفاده می‌شود.

مزیت قطارهای سریع‌السیر تنها به هزینه پایین‌تر آنها محدود نمی‌شود و از جنبه‌هایی متفاوت، نسبت به حمل و نقل هوایی از مزیت‌هایی برخوردارند. با این‌که سرعت این قطارها کمتر از سرعت هواپیماهای مسافربری است، اما ایستگاه‌های آنها معمولا در مرکز شهر واقع شده‌اند، حال آن‌که فرودگاه‌ها معمولا در فاصله‌ای بسیار دورتر از مرکز شهر هستند.

همچنین برخلاف سفرهای هوایی، در ایستگاه‌های این‌گونه قطارها، خبری از بازرسی وسایل و مدارک نیست و به ندرت به خاطر شرایط نامطلوب جوی با تاخیر روبه‌رو می‌شوند. همین مزایای گسترده سبب شده تا پرواز بین برخی از شهرهای اروپایی نظیر پاریس ـ بروکسل، کلن ـ فرانکفورت و برخی شهرهای دیگر برچیده شود.

دسترسی به اینترنت و خطوط تلفن در این قطارها سبب ایجاد جذابیت برای مسافرت با قطارهای سریع‌السیر نسبت به سایر روش‌های حمل و نقل شده است.یکی از انواع قطارهای سریع‌السیر که از فناوری پیچیده‌تری بهره می‌برد و به خاطر مزایای فراوانش، توجه بسیاری از کشورها را به خود جلب کرده، قطار مغناطیسی است.

فناوری ساخت

فناوری استفاده شده در سامانه ریلی مغناطیسی (اعم از خود قطار و ریل مورد استفاده)، شباهت چندانی به حمل و نقل معمول و سنتی ریلی ندارد. در حال حاضر دو نوع فناوری متمایز برای ساخت این‌گونه قطارها مورد استفاده قرار می‌گیرد:

تعلیق الکترومغناطیسی Electromagnetic Suspension یا EMS به نوعی فناوری اطلاق می‌شود که در آن آهن‌رباهای الکتریکی موجود در بدنه قطار به شکل مغناطیسی جذب ریل (که معمولا فولادی است) می‌شود. با استفاده از سامانه‌های کنترل الکترونیکی که می‌توانند فاصله بین قطار و ریل را حفظ کنند، از تماس این دو با هم جلوگیری می‌شود.

از آنجا که گاهی ممکن است کنترل میدان مغناطیسی با خطاهای کوچکی روبه‌رو شود، امکان لرزش در واگن‌ها وجود دارد. میدان مغناطیسی با توجه به بار قطار و ناهمواری‌های احتمالی ریل تغییر می‌کند تا این فاصله همچنان حفظ شود. لازم به ذکر است که در این فناوری دیگر نیازی به چرخ نیست.

از معایب این فناوری می‌توان به مشکلاتی که میدان مغناطیسی قوی آن برای مسافران ایجاد می‌کند، اشاره کرد. این میدان مغناطیسی قوی سبب آسیب‌رسانی به کارت‌های اعتباری مغناطیسی و همچنین ابزارهای ذخیره اطلاعات (نظیر هارددیسک) می‌شود، لذا برای محافظت از آنها باید از پوشش ضد مغناطیسی بهره گرفت. همچنین این میدان مغناطیسی اختلالاتی در دستگاه‌های مصنوعی ضربان‌ساز (قلب مصنوعی) ایجاد می‌کند.

در تعلیق الکترودینامیک Electrodynamic suspension یا EDS، از آهن‌رباهای اَبَررسانای الکتریکی یا آهن‌رباهای دائمی بسیار قوی استفاده می‌شود. میدان مغناطیسی تولید شده توسط این آهن‌رباها در سیم یا سایر رساناهای موجود در ریل، جریان الکتریکی القا می‌کنند و به این ترتیب نیروی دافعه ایجاد می‌شود.

یکی از مزایای این روش این است که در آن میدان مغناطیسی ثابت بوده و برخلاف روش تعلیق الکترومغناطیسی، نیازی به کنترل مداوم و تغییر میدان مغناطیسی نیست. قطارهایی که از این فناوری استفاده می‌کنند در سرعت‌های پایین، نیاز به حرکت روی چرخ دارند که این خود از معایب این روش محسوب می‌شود؛ اما در هر صورت این روش، از تعلیق الکترومغناطیسی به صرفه‌تر است.

البته روش سومی نیز بتازگی طراحی شده که شاید در آینده‌ای نه چندان دور به کار گرفته شود. این روش تعلیق مغناطیسی ـ دینامیکی (magnetodynamic) یا MDS نام دارد. در این روش یک ردیف آهن‌ربای دائمی موجود در زیر قطار سبب تعلیق و فاصله گرفتن آن از ریل می‌شود.

انرژی مورد استفاده در قطارهای مغناطیسی، صرف شتاب بخشیدن به قطار می‌شود.

قطار مغناطیسی انرژی دریافتی را صرف بلند شدن از روی ریل و ثابت کردن حرکت می‌کند. بیشتر انرژی مصرفی این‌گونه قطارها، صرف غلبه بر مقاومت هوا می‌شود. البته می‌توان مقداری از انرژی مصرفی را با استفاده از فناوری نوینی که برای تولید انرژی از ترمز کردن وجود دارد، بازیابی کرد.

قطارهای مغناطیسی جذابیت‌های فراوانی برای بسیاری از کشورها داشته است و بسیاری از آنها در حال بررسی امکان ایجاد سامانه ریلی مغناطیسی در کشور خود هستند. در این میان می‌توان به کشورهایی نظیر سوئیس، اندونزی، آلمان، ایالات متحده و پروتوریکو اشاره کرد.

با توجه به مزیت های فراوان این سیستم حمل و نقل شاید بهتر باشد کشور عزیزمان نیز قدم هایی در این راه بردارد.

پرواز بر روی ریل

قطارهای مغناطیسی به نوعی از سامانه حمل و نقل ریلی اطلاق می‌شود که از ویژگی شناوری مغناطیسی (maglev یا magnetic Levitation)‌ استفاده می‌کند. در این شیوه، قطار با استفاده از میدان مغناطیسی از ریل ویژه خود بلند شده و به جلو رانده می‌شود و به این صورت نیازی به تجهیزات قطارهای معمولی نظیر چرخ و محور نیست.

قطارهای مغناطیسی سریع‌تر و هموارتر از قطارهای معمولی حرکت می‌کنند. یکی از باورهای نادرستی که در مورد قطارهای مغناطیسی وجود دارد این است که این قطارها روی تک‌ریل (منوریل) حرکت می‌کنند. در حالی که این‌گونه نیست و فقط برخی از قطارهای مغناطیسی روی تک ریل جابه‌جا می‌شوند.

اولین قطار مغناطیسی دنیا در سال ۱۹۸۴ در شهر بیرمنگام انگلستان راه‌اندازی شد. این قطار می‌توانست با سرعت ۴۲ کیلومتر در ساعت فاصله بین فرودگاه بیرمنگام تا ایستگاه قطار این شهر را طی کند.

اما این سامانه در سال ۱۹۹۵ به خاطر پاره‌ای از مشکلات بسته شد. در گذشته در شهر ونکوور کانادا و نیز شهرهای برلین و هامبورگ آلمان نیز برای مدتی از این شکل حمل و نقل استفاده می‌شد، اما هر دو آنها بنا به دلایلی تعطیل شد.

در حال حاضر تنها دو سامانه حمل و نقل ریلی مغناطیسی برای استفاده عموم در دنیا در حال فعالیت است.

سال ۲۰۰۴، قطار مغناطیسی شانگهای آغاز به کار کرد و سال ۲۰۰۵ نیز سامانه قطار مغناطیسی در ژاپن تاسیس شد. جالب اینجاست که در سه ماه اول تاسیس سامانه قطار مغناطیسی در ژاپن، دو میلیون نفر از آن استفاده کردند. همچنین قرار است دو سامانه حمل و نقل مغناطیسی دیگر در چین و کره جنوبی راه‌اندازی شود.

پرسرعت ترین قطار های دنیا که اکنون فعال هستند

ترین CRH380A

این ترن چینی می تواند مسیر شانگهای تا پکن را که ۱۰۳۰ کیلومتر فاصله دارند در مدت چهار ساعت ۴۸ دقیقه طی کند . این ترن می تواند با سرعتی برابر با ۴۸۰ کیلومتر بر ساعت ، ۵۰۰ مسافر را جا به جا کند.

ترن TR-09

این ترن آلمانی میتواند با سرعت ۴۵۰ کیلومتر بر ساعت ریل های آلمان را در نوردد و مسافران را از کلن به فرانکفورت منتقل کند . این قطار مسیر ۲۰۰ کیلومتری را تنها در نیم ساعت طی می کند . عده زیادی در آلمان این برای این مسیر سعی می کنند تا از این قطار استفاده کنند و وقت خود را در فرودگاه تلف نکنند.

ترن Shinkansen

از دیگر ترن های پر سرعت ، قطاری است که در ژاپن قرار دارد . این ترن با سرعت ۴۴۳ کیلومتر بر ساعت حرکت می کند و می تواند مسیر ۷۱۳ کیلومتری توکیو تا آموری را در سه ساعت و ۱۰ دقیقه می رود

منبع: تحقیقستان

درباره نویسنده: حسین شریفی

راه موفقیت، همیشه در حال ساخت است؛ موفقیت پیش رفتن است، نه به نقطه پایان رسیدن . ما در تحقیقستان تلاش میکنیم تا بهترین ها را برای شما به ارمغان آوریم.

مطالب زیر را حتما بخوانید

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *