Модель магнитного поезда вейнберга

Модель магнитного поезда вейнберга

Сибирский магнитоплан и транспорт будущего в США

О гениальном российском ученом и изобретателе Борисе Вейнберге на его родине почти никто не помнит, неизвестно даже место его захоронения, в то время как его труды до сих пор востребованы в мире. Мировые средства массовой информации, в том числе и российское телевидение, с придыханием сообщили недавно о сенсации: супертоннель, по которому пассажиры будут передвигаться в специальных капсулах соединит Лос-Анджелес с Сан-Франциско — 600 километров можно будет преодолевать всего за полчаса.

Среди восторгов по этому поводу как-то незаметно и «в скобках» прозвучали слова о том, что оригинальная идея этого сверхбыстрого транспорта, которую реализуют сегодня американцы, на самом деле принадлежит российскому инженеру Борису Вейнбергу, не только обнародовавшему ее ровно сто лет назад, но и построившему миниатюрную модель «вакуумного поезда».

Давайте сначала подробнее про проект:

Руководитель американского производителя электрокаров Tesla Motors Элон Маск предложил проект сверхскоростного транспорта, который позволит пассажирам передвигаться со скоростью до 1220 километров в час. 57-страничный документ с концепцией новой транспортной системы под названием Hyperloop был опубликован на сайте фирмы SpaceX, которую также возглавляет Маск. Эта компания известна тем, что построила первый частный космический грузовик и отправила его к МКС.

Для реализации проекта необходимо построить систему специальных труб, по которым будут перемещаться алюминиевые капсулы за счет сжатого воздуха и условий низкого давления. Вагоны-капсулы оснастят электрическими турбинами, которые станут питаться от солнечных панелей, установленных поверх трубопровода. Турбины будут засасывать воздух через отверстия спереди пассажирского модуля, сжимать и выдувать его сквозь небольшие отверстия лыжного шасси капсулы, обеспечивая тем самым подъемную силу.

Модули будут приводиться в движение при помощи магнитной левитации, объединенной с электромоторами. Энергия будет восстанавливаться во время торможения и накапливаться в батареях перед последующим ускорением (подобный принцип используется на аттракционе «Американские горки»).

Систему труб планируется установить над землей на специальных опорах. Первый трубопровод предполагается провести между городами Сан-Франциско и Лос-Анджелес, расстояние между которыми достигает 600 километров. Таким образом, время пути из одного мегаполиса в другой составит чуть более получаса. Маск рассчитывает, что цена билета в один конец составит около 20 долларов.

Модули, вмещающие до 28 пассажиров, будут следовать с 30-секундным интервалом. Это обеспечит интервал в восемь километров, которого будет достаточно, чтобы вагон успел затормозить в случае возникновения нештатной ситуации.

Стоимость реализации проекта оценивается в 6 миллиардов долларов (в случае перевозки исключительно людей) или в 10 миллиардов долларов, если система будет предусматривать транспортировку автомобилей. По словам Маска, проект может стать альтернативой высокоскоростной железнодорожной системе в Калифорнии, стоимость постройки которой составляет 70 миллиардов долларов.

Маск считает, что проект является экономически целесообразным для расстояний до 1,5 тысячи километров. Создание демонстрационной модели Hyperloop займет около четырех лет.

А теперь про нашего соотечественника:

Родился великий изобретатель в Петергофе в 1871 году. Окончил гимназию в Петербурге, где сразу заинтересовался физикой. А затем поступил на физико-математический факультет Санкт-Петербургского университета. Стал одним из инициаторов открытия в столице высших женских курсов, но в 1909 году переехал в Томск, заведовал кафедрой в технологическом институте и одновременно читал лекции в местном университете.

Круг интересов молодого энергичного ученого не ограничивался одной только физикой. В 1909 году Борис Вейнберг вместе с группой единомышленников предложил создать в институте кафедру воздухоплавания. А потому обратился в томскую городскую думу с просьбой выделить участок земли под строительство аэротехнической лаборатории и аэродрома на окраине города. В думе — а тогда в Томске самолетов еще почти никто не видел — удивились, но участок все-таки выделили. Однако в Петербурге, куда он отправил свой проект, ему отказали в финансировании, ссылаясь на нехватку средств в бюджете. Может быть потому, что Вейнберг отправил его в министерство народного просвещения, в ведомстве которого сам трудился: министерства авиации тогда еще попросту не существовало.

Но отказ бюрократов не обескуражил смелого изобретателя: в 1910 году в Томске был создан второй в России — первым это сделал в Москве знаменитый Николай Жуковский — аэротехнический кружок.

Там энтузиасты строили летательные аппараты собственной конструкции. В 1911 году первый такой аппарат в Сибири поднялся в воздух. В работах участвовали будущие знаменитые потом в СССР конструкторы Николай Камов и Михаил Миль. Вейнберг поддерживал связи с лучшими авиаторами того времени: американцами братьями Райт, французом Блерио и другими.

В 1913 году в этом кружке была создана первая в мире действующая установка электрической дороги на магнитной подушке. А чуть позже ученый выступил в Петербурге с докладом о «безвоздушной дороге», в котором предложил проект вакуумного транспорта на магнитном подвесе, чем поразил присутствующих. В своей работе «Движение без трения» он рассказал о вагонах, которые силой электромагнитного поля движутся по медной трубе безо всякой опоры с громадной скоростью.

Яков Перельман в своей знаменитой книге «Занимательная физика» так описывал это изобретение: «В железной дороге, которую предлагал устроить проф. Б.П. Вейнберг, вагоны будут совершенно невесомы; их вес уничтожается электромагнитным притяжением. Вы не удивитесь поэтому, если узнаете, что согласно проекту вагоны катятся не по рельсам, не плавают на воде, даже не скользят в воздухе — они летят без всякой опоры, не прикасаясь ни к чему, вися на невидимых нитях могучих магнитных сил… Вагоны движутся внутри медной трубы, из которой выкачан воздух, чтобы его сопротивление не мешало движению вагонов. Подхватываемый все время электромагнитами, вагон мчится без трения, без толчков, в пустоте, как планета в мировом пространстве…».

В опытах Бориса Вейнберга десятикилограммовый вагончик, выполненный из железной трубы с колесами впереди и сзади, двигался внутри медной трубы, изготовленной в виде кольца диаметром 6,5 метра. В таких условиях вагончик достигал скорости 6 километров в час. Автор изобретения был уверен: если сделать соленоид станции отправления длиной в 6 тысяч метров, то легко можно достичь скорости в 800-1000 километров в час.

Весть об удивительном открытии сибирского ученого облетела весь мир.

В 1914 году в Россию специально приехала группа американских кинематографистов, которая сняла фильм «Сибирское чудо» о профессоре Вейнберге и феноменальном безрельсовом поезде, окрестив его «сибирским магнитопланом».

Только через много лет японцы запустили первый скоростной поезд на магнитной подвеске. А теперь в США презентовали на днях проект «Гиперлуп» – «Гиперпетля» — транспорта будущего, представляющего из себя вакуумный туннель, по которому почти со скоростью звука будут передвигаться капсулы с пассажирами. «Если проект удастся построить, и этому не помешают вопросы экологии, политики и огромных затрат, то это будет фантастический скачок вперед, который откроет абсолютно новый рынок и предоставит невиданные по сей день возможности для пассажиров», — уверен президент компании-разработчика.

И как же все это будет работать? «Гиперлуп» представляет собой большую стальную трубу, проложенную под землей или на поверхности, по которой будут летать алюминиевые челноки. Достаточно крупные, чтобы вместить 28 человек или три автомобиля. Давление внутри туннеля будет как в верхних слоях атмосферы. Но пассажиры не должны испытывать никакого дискомфорта. Разве что в начале пути, пока капсула не наберет нужную скорость — почти тысячу километров в час!

А ведь если бы эта идея нашла свое воплощение там, где она возникла, то это мы сегодня могли бы добираться из Москвы в Санкт-Петербург или обратно именно за те же тридцать минут. Не такими ли удивительными отечественными проектами и должны заниматься наши «сколковцы»? В самом деле, зачем мы покупаем сегодня немецкие «Сапсаны», чтобы добираться из Москвы до Санкт-Петербурга за 4,5 часа, если изобретение отечественного инженера, сделанное век назад, позволяет преодолеть этот путь быстрее, чем реактивный самолет?

Ну, а самому изобретателю чудо-транспорта, увы, так и не удалось увидеть воплощения своей смелой идеи в жизнь. Грянула Первая мировая война, а затем революция, и в России быстро забыли о гениальных предложениях русского ученого.

Несмотря ни на что, он не покинул страну, а продолжал работать уже не в Российской империи, а в СССР. Стал автором учебников по физике, по которым учились многие поколения студентов. В 1923 году Борис Вейнберг создал и возглавил Институт изучения Сибири. Позднее стал членом Главной геофизической лаборатории в Санкт-Петербурге, а в 1940 году — руководителем отдела в Научно-исследовательском институте земного магнетизма. Этой теме посвящены 65 его научных работ. Был редактором журнала «Природа в школе», стал автором одного из лучших проектов солнечного двигателя. Вейнберг изучал также арктические ледники, создал в Сибири метеорологическую станцию, руководил экспедициями по изучению ледников Алтая и Средней Азии. Наверное, именно поэтому в энциклопедиях он назван «известным гляциологом».

Во время блокады Ленинграда ученого привлекли — как «специалиста по льдам» — к строительству знаменитой «Дороги жизни» по льду Ладожского озера, которая спасла жизни десятков тысяч горожан. Но лишения и страдания ленинградцев не обошли стороной изобретателя – Борис Вейнберг умер в осажденном городе от голода. Его обледенелое тело сбросили где-то на окраине города в общую могилу.

И еще несколько талантливых соотечественников: Лев Сергеевич Термен — тот, кто опередил Зворыкина, или вот Изобретение инженера Лосева

Источник

Модель магнитного поезда вейнберга

Что следует сделать в модели магнитного поезда Б. Вейнберга, чтобы вагончик большей массы двигался в прежнем режиме? Ответ поясните.

Магнитная подвеска

Средняя скорость поездов на железных дорогах не превышает 150 км/ч. Сконструировать поезд, способный состязаться по скорости с самолётом, непросто. При больших скоростях колёса поездов не выдерживают нагрузку. Выход один: отказаться от колёс, заставив поезд лететь. Один из способов «подвесить» поезд над рельсами — использовать отталкивание магнитов.

В 1910 году бельгиец Э. Башле построил первую в мире модель летающего поезда и испытал её. 50-килограммовый сигарообразный вагончик летающего поезда разгонялся до скорости свыше 500 км/ч! Магнитная дорога Башле представляла собой цепочку металлических столбиков с укреплёнными на их вершинах катушками. После включения тока вагончик со встроенными магнитами приподнимался над катушками и разгонялся тем же магнитным полем, над которым был подвешен.

Практически одновременно с Башле в 1911 году профессор Томского технологического института Б. Вейнберг разработал гораздо более экономичную подвеску летающего поезда. Вейнберг предлагал не отталкивать дорогу и вагоны друг от друга, что чревато огромными затратами энергии, а притягивать их обычными электромагнитами. Электромагниты дороги были расположены над поездом, чтобы своим притяжением компенсировать силу тяжести поезда. Железный вагон располагался первоначально не точно под электромагнитом, а позади него. При этом электромагниты монтировались по всей длине дороги. При включении тока в первом электромагните вагончик поднимался и продвигался вперёд, по направлению к магниту. Но за мгновение до того, как вагончик должен был прилипнуть к электромагниту, ток выключался. Поезд продолжал лететь по инерции, снижая высоту. Включался следующий электромагнит, поезд опять приподнимался и ускорялся. Поместив свой вагон в медную трубу, из которой был откачан воздух, Вейнберг разогнал вагон до скорости 800 км/ч!

Читайте также:  Расписание поездов петрозаводск санкт петербург официальный сайт

Какое из магнитных взаимодействий можно использовать для магнитной подвески?

А) притяжение разноимённых полюсов

Б) отталкивание одноимённых полюсов

Для создания магнитной подвески можно использовать как притяжение, так и отталкивание разноимённых полюсов магнитов. В первом случае электромагниты дороги располагают над поездом, чтобы своим притяжением компенсировать силу тяжести поезда. Во втором случае электромагниты дороги располагают под поездом, что позволяет подвесить поезд над рельсами.

Источник

Модель магнитного поезда вейнберга

Знаете ли вы, что такое
магнитопланы?

Поезда, которые могут парить в воздухе при помощи магнитной подушки, придуманы были в Томске! Причем еще сто лет назад! Физик Борис Вейнберг, профессор томского технологического в 1911 году сконструировал поезд на магнитной подвеске: вагончик, подвешенный под электромагнитами, начинал скользить от одного к другому и из-за отсутствия силы трения мог теоретически развивать огромную скорость до 1000 км/ч!

Интересные факты

100 лет внимания: Popular Science Monthly, «Техника молодежи», «Популярная механика».

Эта статья продолжает разговор об «истории забытых побед» отечественного рельсового транспорта, начатый в статье «Построены и забыты». На этот раз речь пойдет о магнитопланах (в зарубежной литературе – аппаратах магнитной левитации или MAGLEV). Обычно в зарубежных источниках, описывающих зарождение магнитолетов, встречаются только два имени: Роберта Годдарда и Эмиля Башеле. Далее летописцы сразу перескакивают в тридцатые годы.

Две твердыни, или Вейнберг против Башеле

Идейным вдохновителем нового вида транспорта считается американский ученый Роберт Годдард, который еще в 1904 году, будучи студентом-первокурсником, подал идею поезда, опирающегося на магнитные поля. Моментом же, когда об идее летающих поездов стало известно миру, называют статью в Mount Vernon Daily Argus от 15 марта 1912 года. Заголовки вещали: «Письмо из Нью-Йорка до Бостона дойдет за час… Эмиль Башеле, местный изобретатель… демонстрирует новый прибор… Поддерживаемый магнитным полем, он способен развить необычайно высокую скорость». Башеле подал заявку на свой «Летающий поезд» в 1910 году, а в 1912-м получил патент.

Но был еще один первооткрыватель… На другой стороне планеты – в далекой Сибири – известный отечественный геофизик, профессор Томского технологического института Борис Вейнберг, работал над той же самой идеей, воплотив ее в жизнь в 1911 году совершенно иным путем.

«Поезд Башеле» имел электродинамическую подвеску. Судя по фотографиям в июньском номере Scientific American 1914 года, он поддерживался алюминиевыми пластинами, парящими над катушками электромагнитов. Тянули модель вагона катушки соленоидов. Вейнберг же применил электромагнитный подвес – вагон в виде закрытой капсулы подвешивался под электромагнитами, которые как бы передавали его с рук на руки. Так были заложены два фундамента, на которых основывается большинство современных систем MAGLEV’а.

В 1911 году Вейнберг строит установку с вагончиком в 10 килограммов, движущимся по 20-метровому кольцевому пути из медной трубы диаметром 32 сантиметра. Два года экспериментов увенчались успехом, что кажется просто потрясающим при отсутствии полупроводниковых систем регулирования. Правда, из-за малых размеров установки удалось достичь скорости лишь 6 км/ч. Но с подобными проблемами сталкивался и Башеле – в одном из его опытов в лаборатории на Фултон-Авеню разогнавшийся вагон вылетел в окно.

Вскоре Вейнберг создает проект трассы, на которой собирается достичь скорости современного реактивного лайнера: 800–1000 км/ч. Для этого магнитолет Вейнберга должен был перемещаться по трубе, из которой откачан воздух – чтобы уменьшить сопротивление движению. Вагон – сигарообразный стальной цилиндр диаметром 0,9 м и длиной 2,5 м, в котором полулежа, как в спортивном авто, размещался пассажир и система жизнеобеспечения. Его разгоняли и тормозили линейные двигатели длиной около трех верст (одна верста равна 1066,8 м – «ПМ») у каждой станции. Благодаря полной автоматизации в двухпутном варианте дорога должна была пропускать 15 тысяч пассажиров в сутки в одном направлении.

Огромные затраты на сооружение, по расчетам, должны были окупиться за счет технологий, не требующих привлечения человеческого труда: железные дороги тех лет, в отличие от современных, напоминали строительство пирамид – они требовали колоссального количества рабочей силы, и повышение зарплаты могло сделать их невыгодными. Но вскоре началась мировая война, и реализация масштабного замысла была отложена на неопределенный срок.

Суперпоезд рейха

После Первой мировой войны Борис Вейнберг занялся более прозаическими вещами – исследованиями земного магнетизма, движения арктических льдов, а также созданием гелиоустановок. Увлекся другими работами и Эмиль Башеле. Задачи, на которые были нацелены их проекты, были решены другими, менее экзотическими способами. Проблемы быстрой доставки почты решили авиакомпании, а потребность в быстрых пассажирских перевозках была удовлетворена поездами на паровой и дизельной тяге, развивавшими в США уже в то время скорости до 200 км/ч. В СССР же выявились другие, менее дорогостоящие способы сокращения ручного труда на «железке»: реконструкция тяги, внедрение автотормозов и автосцепки, централизованная сигнализация.

Эмиль Башеле продолжал различные исследования на Академической улице в Покипси вплоть до своей кончины в возрасте 83 лет. За четыре года до этого ушел из жизни Борис Вейнберг – он умер от истощения сил в блокадном Ленинграде.

Вслед за Башеле и Вейнбергом дело создания магнитопланов в 1922 году подхватил немецкий ученый Герман Кемпер, который получил в 1934 году патент на свой вариант технического решения. Магнитоплан Кемпера в этом патенте внешне напоминал дорогу Вейнберга – это был металлический закрытый снаряд, перемещавшийся в трубе. С 1939 по 1943 годы в рейхе работали над практическим созданием такого суперпоезда. Однако из-за войны идея не была доведена до конца. Первая модель для практической демонстрации была представлена Кемпером лишь в 1953 году, но мировой сенсацией тогда не стала.

Пятитонный мессер

Практические работы над магнитолетами в 60-е годы прошлого века возродились благодаря прогрессу электроники, позволившей создать надежную систему управления магнитами, а также ошибочным прогнозам. По результатам испытаний первых скоростных электровозов был сделан вывод, что при скоростях порядка 350 км/ч колеса практически полностью потеряют сцепление с рельсами, а при скорости 400–500 км/ч железнодорожные экипажи не смогут устойчиво двигаться в колее. В итоге магнитопланы вновь нашли поддержку государственных и частных инвесторов.

Первая в мире испытательная трасса и макетный экипаж «Трансрапид-01» начали строиться в 1969 году в ФРГ по заказу министерства транспорта. В 1971 усовершенствованный «Трансрапид-02» совершил первую поездку с пассажирами. Вагон был построен знаменитой фирмой Messerschmitt-Bёlkow-Blohm и сдан в эксплуатацию не менее известной Krauss-Maffei. Эта пятитонная угловатая кабина всего на четыре места развивала на 660-метровом пути под Мюнхеном скорость до 90 км/ч.

После этого в ФРГ начался настоящий бум широкомасштабных исследований. В 1979 году первая 900-метровая пассажирская линия Trans-rapid-05 с 30,8-тонным вагоном на 68 человек, развивавшим скорость до 75 км/ч, три недели работала на международной выставке в Гамбурге. И хотя это событие произвело фурор, речь шла пока лишь об эффектном парковом аттракционе.

В Японии начали работы над магнитопланами несколько позднее – в 1972 году, но сосредоточились на использовании сверхпроводимости и реализации сверхвысоких скоростей. К 1979 году они разогнали свой МЛ-500 до 517 км/ч, установив рекорд скорости. Германия приняла вызов, и с 1980 года началось строительство нового полигона под высокоскоростной Transrapid-06 – 54-метровый, 102-тонный, 200-местный поезд, рассчитанный на скорость 400 км/ч. Поезд с пассажирами впервые смог достичь этой скорости в 1988 году.

Быстрые казахи

В СССР первую коммерческую линию маглева решили строить в 1977 году, в столице Казахстана Алма-Ате. Она должна была связать центр города с новыми микрорайонами. Выбор был не случаен – монорельс и метро, как известно, были заветной мечтой Динмухамеда Кунаева, первого секретаря компартии Казахстана. Мечта эта подпитывалась и тем, что столица соседнего Узбекистана – Ташкент – свое метро имела. Но средств на казахское метро не отпускали из-за недостаточной численности населения Алма-Аты. Внимание Кунаева привлек другой транспорт, близкий по пропускной способности к наземному метро, но не подпадающий под известные нормы.

Новый транспорт нарекли СПТС (скоростная пассажирская транспортная система). На эстакаде высотой 5–6 метров должно было пролечь двухколейное полотно шириной семь метров с бегущим магнитным полем. Опоры с двухметровым основанием решили ставить на разделительных полосах проезжей части улиц.

Под Москвой, в Раменском, на полигоне НИИПИтранспрогресс построили 600-метровую трассу. Завод «Газстроймаш» создал для нее экспериментальный 9-метровый вагон весом 8 тонн и вместимостью 35 пассажиров. Высота подвески равнялась 20 миллиметрам, что в условиях сурового казахстанского климата было немаловажным.

Аппарат из Подмосковья хотя и уступал «Трансрапиду-05» по эстетике, зато, если верить данным, опубликованным в 1979 году С.А. Адасинским, на каждого пассажира советского магнитоплана приходилось вдвое меньше веса конструкции, чем у западногерманского – а от этого напрямую зависела стоимость эстакады. Таким образом СССР, а не Китай мог стать страной, первой пустившей поезда на магнитной подвеске в постоянную эксплуатацию.

Тем временем в Алма-Ате произошло радостное и вместе с тем роковое для магнитоплана событие – в конце 1981 года появился на свет миллионный житель. Тут же началось строительство традиционного метро. Одновременно тянуть два дорогостоящих проекта было уже невозможно.

Мечта московского мэра

В конце 1980-х исследованиями в Раменском (теперь организация, проводившая их, называлась ТЭМП) удалось заинтересовать московские власти. Сначала хотели построить трассу из аэропорта Шереметьево-2 через Химки, по берегу Москвы-реки (Щукинская, ул. Живописная, Карамышевская набережная и далее – к Международному выставочному центру на Красной Пресне). К 1992 году были разработаны проекты двух линий – Шереметьево – Дом правительства на Красной Пресне и Чертаново – Бутово. Вагоны из 2–3 секций по 60 мест каждая должны были мчаться на эстакадах высотой 5–6 м. Среднетехническая скорость на первом маршруте должна была быть 100 километров в час, на втором – 40. Стоимость линии, по проекту, должна была быть в три раза ниже стоимости метрополитена.

Для отработки подвески на полигоне обкатывали уменьшенный образец весом 13 тонн, в нем были кресла для 25 пассажиров, а разгонялся он до 60 км/ч – быстрее не позволяла длина трассы. К началу кризиса 1990-х был утвержден проект удлинения трассы до 7 км, чтобы достичь более высокой скорости.

Новый подмосковный магнитоплан имел высокую эффективность подвески за счет компенсации концевого и краевого эффекта: это достигалось особым расположением в пространстве тяговых модулей линейного двигателя. Правительство дало старт работам по строительству линии, более того, в МИИТ даже было открыто обучение студентов по новой специальности. Но с распадом СССР возникли проблемы с выполнением обязательств по поставкам предприятиями, оказавшимися в разных республиках, а последовавший промышленный кризис затруднил финансирование. В итоге к 1993 году программа была фактически заморожена. Через несколько лет о ней снова вспомнили, поскольку формально решение строить никто не отменял, но дефолт конца 1990-х помешал довести дело до конца.

Советский магнитоплан в Раменском, 70-е годы

Летающие электровозы до Сочи

Проекты магнитопланов в СССР не ограничивались коммунальным транспортом. В 1970-х годах велись работы над скоростным поездом на магнитной подвеске для линии Москва – Юг. Согласно техусловиям, разработанным ВНИИЖТ, поезд из 10 вагонов должен был двигаться со скоростью до 400 км/ч. Каждый вагон вместе с 75 пассажирами должен был весить 40 тонн. Таким образом, поезд по основным параметрам не уступал бы созданному в 1980-х германскому Transrapid-06, а по вместимости даже превосходил бы его.

Читайте также:  Поезд саратов соль илецк расписание

Опытный путь НПО НЭВЗ с тележкой без кабины

В 1970-х работы по этой программе шли по всему Союзу. Была большая лаборатория во ВНИИИЖТ, задействовались лаборатории в Ленинграде, Киеве, Днепропетровске, Ереване, ряд организаций в Омске, Белоруссии, Латвии… На самом крупном электровозостроительном заводе страны – Новочеркасском, а точнее – в институте ВЭЛНИИ при заводе, был построен опытный путь, на котором испытывался экипаж, похожий на Transrapid-01.

Изюминкой конструкции была оригинальная система подвески, в которой в отличие от «Трансрапида» и японского HSST направляющие, поддерживающие магниты и линейный двигатель, были объединены в единый тягово-подъемный модуль, спрятанный под нижней поверхностью балки и защищенный тем самым от снега и льда.

Исследовательские полигоны построили также в Ереване и в Омске (для испытаний контактной подвески). Однако к 1980-м годам выяснилось, что как рельсовые экипажи, так и магнитопланы в равной степени способны развивать скорости, необходимые для пассажирского движения. По расчетам, из-за сопротивления воздуха на открытом пути предельную скорость нет смысла делать выше 500 км/ч.


Опытный вагон НПО НЭВЗ с кабиной

В вакуумной трубе скорость обеих систем может быть доведена до нескольких скоростей звука. Еще 35 лет назад японский профессор Кенойя Одзава построил модель поезда на колесах, достигшую скорости 2300 км/ч, и катал на ней животных. Получалось, что магнитопланы имело смысл внедрять лишь там, где рельсовые поезда по каким-то причинам невыгодны – например, при очень интенсивном движении, где надо снизить износ экипажа и рельс и потребность в выправке пути. Не случайно первая коммерческая линия «Трансрапида» построена в Китае, отличающемся большой плотностью населения.

Поколение NEXT: возвращение королей?

Кризис электромагнитной подвески заставил ученых вновь обратить внимание на те ее системы, которые раньше были признаны неперспективными.

Первая их них – электродинамическая подвеска со сверхпроводящими магнитами, которую исследовали на опытном кольце в Эрлангене с 1972 по 1977 год. В такой подвеске подъемная сила растет со скоростью движения, так что при скорости 500–600 км/ч зазор в подвеске может достигнуть 200 миллиметров; при малых же скоростях (менее 100 км/ч) аппарат «приземляется» на колеса, как самолет. Это очень выгодно для высокоскоростного движения, так как обеспечивает безопасность при наличии неровностей пути.

Сейчас наиболее известны работы с электродинамической подвеской, проводимые в Японии на опытном полигоне в Яманаши, где была достигнута скорость около 600 км/ч, а также проект Maglev 2000 (США). Но мало кто знает, что данным направлением также занимались и в СССР. Опытные установки были построены в МИИТ и ЛИИЖТ. После начала промышленного кризиса работы продолжались и при перекрытом финансировании.

Еще один путь, считавшийся почти безнадежным, – использовать для подвески поездов постоянные магниты. В принципе такая система очень хороша для городского и пригородного транспорта: пути и ходовая часть экипажа не изнашиваются, переменные магнитные поля значительно ниже, сама система предельно проста – вагон висит в воздухе без всякой автоматики и подачи электроэнергии и упадет, если только разломать путь. Однако для реализации сколь-нибудь существенной грузоподъемности требовалось столько дорогих магнитов, что проект становился бессмысленным.

Тем не менее в 1980-х годах в СССР было сделано «принципиально невозможное» – построены и успешно испытаны дороги на постоянных магнитах. Правда, не для пассажиров, а для нужд индустрии.

Отечественный ученый Александр Искандеров нашел простое и остроумное решение – установить магниты так, чтобы они работали не «в лоб», а «на сдвиг» – так усилие подвески меньше менялось при увеличении зазора, и при отклонениях экипажа в любую сторону он возвращался обратно. В 1987 году в Орехово-Зуево был построен опытный 250-метровый путь, по которому в течение трех лет гоняли шеститонный состав со щебнем со скоростью 11 км/ч. Смысл применения столь необычного устройства в карьерах был в том, что магнитные силовые линии в отличие от колес и подшипников никогда не изнашиваются, да и энергии на привод требовалось в пять раз меньше. И немудрено – сопротивление движению такого экипажа в 20 раз меньше, чем рельсового поезда.

Грузоподъемность системы была доведена до 500 кг на погонный метр пути. А значит, стало возможным возить и пассажиров. Действительно, были созданы два проекта – для ВДНХ и для зоопарка в Ташкенте, но, к сожалению, оба они были остановлены с началом промышленного кризиса в распавшемся СССР. В дальнейшем Искандеров продолжил свои работы в НПЦ «Магнит».

Все только начинается

Сегодня можно сказать, что в отношении магнитопланов преждевременно ликовать, но и рано ставить точку. То, что было создано в этом направлении в ХХ веке, можно смело считать лишь предысторией магнитной левитации. Открытие высокотемпературной сверхпроводимости, развитие массового производства магнитотвердых ферритов, удешевление цифровых технологий для систем управления и силовой полупроводниковой электроники – все это может в будущем значительно изменить наши представления о магнитопланах и их месте среди других видов транспорта. Самые интересные находки, самые удивительные изобретения, самые необычайные плоды инженерной мысли еще впереди.

Автор выражает искреннюю признательность Виталию Лисову, Константину Рогачеву и Александру Искандерову за любезно предоставленные снимки отечественных аппаратов на магнитной подвеске.

Источник

Безвоздушный электрический путь на магнитной подушке

15 сентября 1909 г. ординарным профессором Томского технологического института по кафедре физики Борисом Петровичем Вейнбергом в своей вступительной лекции «Идеальные и практические цели физики», прочитанной им в присутствии членов Совета института, был изложен его взгляд на прикладные стороны физической науки. Большую часть своей вступительной лекции Борис Петрович посвятил совершенно иному способу передвижения, конструированию безвоздушного электрического пути.

Анализируя различные способы движения человека Борис Петрович предложил новый безвоздушный способ передвижения при участии магнитных и электрических сил. Вакуум, или эфир позволяет по желанию человека ускорить движение вещественных тел без воздействия на них силы трения. Теория движения без трения, предложенная Б.П. Вейнбергом стала основой безвоздушного электрического пути на магнитной подушке.

Впоследствии модель безвоздушной электрической дороги на магнитной подушке была создана Вейнбергом в лаборатории на кафедре физики Томского технологического института в 1911 г. В течение трех лет Б.П. Вейнберг проводил опыты на данной модели безводушного пути, прообраза современных скоростных поездов.

Краткое описание

Кольцеобразная модель электрической дороги представляла собой металлическую трубу, из которой откачивался воздух, поскольку в вакууме нет сопротивления среды, чтобы обеспечить движение вагонов без касания по дну трубы, над ней помещались электромагниты. Электромагниты расставлены по пути следования поезда так, что вагоны летят, не касаясь потолка пола и стен трубы. Электромагнит подтягивает проносящийся под ним вагон вверх, – но вагон не успевает удариться о потолок, так как его влечет сила тяжести; едва он готов коснуться пола, его поднимает притяжение следующего электромагнита… Так, подхватываемый все время электромагнитами, вагон мчится по волнистой линии без трения, без толчков, в пустоте, как планета в мировом пространстве.

Для запуска вагонов в трубу планировалось использовать соленоидные устройства, своего рода электромагнитные орудия – гигантские катушки длиной около 3 км. Такая большая длина требовалась для того, чтобы уменьшить перегрузки при разгоне вагона. Дорога задумывалась двухпутной, то есть состоящей из двух параллельно проложенных труб-туннелей. Кроме поддерживающих электромагнитов требовались тысячи электромагнитов для искривления траектории движения на поворотах трассы, а также — сложные системы автоматических и сигнальных приборов.

Вагоны представляли собой сигарообразные цилиндры герметично закрытые длинной в 2,5 м. Пассажир должен был лежать в такой капсуле. В вагоне предусматривались аппараты, поглощающие углекислоту, запас кислорода для дыхания и электрическое освещение. Вагоны с пассажирами накапливались в особой, плотно закрытой камере. Затем целой обоймой они подвозились к пусковому устройству и один за другим «выстреливались» в трубу-туннель. В минуту по 12 вагонов-капсул, то есть с промежутком в пять секунд. За сутки, таким образом, могли отправиться в путь более 17 тысяч вагонов.

Технические характеристики

Модель безвоздушного электрического пути на магнитной подушке, сконструированного в лаборатории Томского технологического института Б.П. Вейнбергом представляла собой кольцо диаметром более шести метров, сделанное из медной трубы. Диаметр трубы 25 см. Вагоны весили около 10 кг каждый.

Теоретически Б.П. Вейнберг доказал, что при использовании безводушного электрического пути можно достичь скорости движения вагонов в 800 км в час.

Область применения

Группой американских кинематографистов, снявших фильм о Б.П. Вейнберге и его открытии безвоздушная электрическая дорога на магнитной подушке смонтированная в лаборатории ТТИ была названа сибирским чудом. Теория движения без трения принесла мировую известность Борису Петровичу Вейнбергу, и буквально на пол века опередила исследования ученых в области создания скоростных поездов.

Сегодня Китай подготавливает к осуществлению проект рельсового поезда в подземном туннеле с пониженным давлением воздуха. Проект предполагается реализовать к 2020 году. Предположительно, поезд будет способен развивать скорость около 1000 км/ч.

Источники

1.Б.П. Вейнберг. Движение без трения. (Безвоздушный электрический путь). Книгоиздательство «Естествоиспытатель». СПб, 1914. – 56 с.

2. Профессора Томского политехнического университета: биографический справочник. Т. I. / Автор и составитель А.В. Гагарин. – Томск. Изд-во НТЛ, 2000. – С. 50 — 51.

3. Г. Черненко. Победить трение возможно.// Техника молодежи. 2008, № 09.- С. 38 — 39.

Источник

За сто лет до Илона Маска: как в Томске изобрели поезд будущего

Илон Маск, человек, сделавший состояние на высоких технологиях и предлагающий все более смелые проекты, стал «иконой» технологического прогресса. «Железный человек» современности подарил миру электромобили «Тесла», космическую программу SpaceX.

Недавно Илон Маск заявил, что в 2029 году соединит Лос-Анджелес и Сан-Франциско современной дорогой, а точнее — трубой, по которой с короткими интервалами будут ходить суперскоростные поезда, способные за каких-то полчаса пройти 500 километров. Однако мало кто знает, что Маск сегодня успешно претворяет в жизнь идеи человека, жившего 100 лет назад в Российской Империи, профессора Томского технологического института Бориса Вейнберга.

Наука не для пиара

Если проследить биографию Бориса Вейнберга, то можно увидеть, насколько близок по духу этот человек со своим современником Николой Теслой из США, и с нашим современником Илоном Маском. Русский ученый был автором целого ряда проектов и разработок, носивших статус «первый в Сибири» или даже «первый в Азии». Он интересовался не только физикой, но и географией, историей и другими дисциплинами. Всего за 15 лет жизни в Томске ученый сделал столько выдающегося, что некоторые не успевают за всю жизнь. Однако слава обошла Вейнберга стороной — он не заработал на своих идеях ни состояния, ни всемирной известности.

Читайте также:  Таврия поезд написать отзыв

Вейнберг приехал в Сибирь из Петербурга в 1909 году, чтобы преподавать в недавно открытом институте. До этого он учился, занимался наукой и преподавал как в столице империи, так и в Одессе. На момент прибытия в Томск Борис Петрович уже был профессором в ранге статского советника. В Томском технологическом институте он возглавил кафедру физики, а в Императорском университете читал лекции.

Будучи инициатором открытия в Питере высших женских курсов, Вейнберг решил продолжить свое дело в Томске и выступил с инициативой открыть такие же курсы здесь. Сибирские высшие женские курсы открылись через год после прибытия ученого.

Буквально через несколько месяцев после переезда в Сибирь профессор создал кружок воздухоплавания при Томском технологическом институте. Для понимания: это было начало XX века, на заре авиации, в глубинке империи. В итоге Вейнберг и его ученики добились выдающихся результатов: в 1912 они собрали рабочий планер с амортизаторами. Он был способен поднять двух человек в воздух.

А через год на купленном планере «Блерио» будущие авиаторы совершали практические полеты и устраивали шоу для местной публики. Интересный факт — членами кружка Вейнберга были Михаил Миль и Николай Камов. Спустя полвека они прославятся как авторы вертолетов Ми и Ка.

Поезд, который улетел

Идея создания поездов, которые бы двигались на магнитной подушке, в начале прошлого века буквально витала в воздухе. В мировой науке есть немало случаев, когда разработкой схожих технологий одновременно и независимо друг от друга занимаются ученые из разных стран. Так случилось и в этот раз: одновременно созданием технологии суперскоростных поездов занимались в США и в России.

Первым идею создания поезда, который бы двигался за счет магнитных полей, предложил студент-первокурсник Роберт Годдард в 1904 году. Предложил, и благополучно забыл о ней, так как молодого ученого больше заинтересовали ракеты.

Выдвинутая идея была подхвачена американцем французского происхождения Эмилем Башеле, который собрал свою модель, назвав ее «Летающий поезд». В 1910 Башеле подал заявку, а в 1912 году получил патент на свою разработку.

Экспериментируя с электрическим прибором, направленным на борьбу с приступами астмы, Башеле обратил внимание, что электричество воздействует на определенные кровяные клетки. Ученый пришел к выводу, что электроволны могут также действовать на металл, поднимая его на высоту и отталкивая его.

«В нашем понимании электричества мы еще маленькие дети, — рассказывал в июне 1914 журналистам Башеле. — Но мы движемся уверенными темпами. Наступает время летающих железных дорог. Пассажиры пока не смогут летать через пространство. Но перевозка товаров на скорости 300 миль в час — 10 часов от Нью—Йорка до Лондона скоро станет прорывом в торговле и промышленности всего мира».

Вот как описывается принцип работы поезда Башеле на портале «Популярная механика»:

«Поезд Башеле» имел электродинамическую подвеску. Судя по фотографиям в июньском номере «Scientific American» 1914 года, он поддерживался алюминиевыми пластинами, парящими над катушками электромагнитов. Тянули модель вагона катушки соленоидов».

Установка, которую демонстрировал Башеле, была не очень большой: вагончик должен был перемещаться на открытой местности, как бы парить в воздухе. А еще он разгонялся до немыслимой для маленькой модели скорости. Отчасти по этим причинам западный «Летающий поезд» однажды разогнался и просто вылетел в окно.

Разработка Башеле так и не пошла в серию, хотя и была «распиарена» на весь мир. Со временем ученый занялся другими делами. Так что, его идея «летающего поезда», прогремев во всех СМИ, улетела вникуда.

«Движение без трения»

Почти одновременно с западным коллегой эксперименты с магнитным полем и созданием модели «летающего поезда» в томской лаборатории начал Борис Вейнберг. Исследователь и его ученик Александр Добровидов приступили к сборке своей модели, когда Башеле еще ждал патента на свой поезд. А свою тщательно разработанную концепцию «летающего поезда» Вейнберг описал в лекции «Движение без трения», которую прочитал в Петербурге в марте 1914 года, за полгода до того, как свой вариант «магнитного поезда» представил мировой общественности и СМИ Башеле.

Идея так же, как и западному коллеге, пришла Вейнбергу случайно. Однажды он показывал студентам, как металлический сердечник втягивается соленоидом. Заинтересовавшись принципами движения под воздействием электромагнитного поля, Борис Петрович сконструировал модель.

Модель вагона весом в десять килограммов была помещена в 20-метровую медную трубу диаметром. Труба была закольцована, в ней создавались магнитные поля, движущие поезд.

Вот, как описывает свой эксперимент сам Борис Вейнберг:

«Лабораторные опыты, которые я производил последние 2—3 года, показали полную возможность разогнать, при помощи соленоидов со сравнительно небольшим числом витков и пользуясь довольно слабыми токами вагон около десяти килограмм весом внутри медной трубы диаметром 25 сантиметров, подхватить его с полу электромагнитами во время движения и заставить двигаться далее, не касаясь стенок, а также сворачивать его с пути. Правда, опыты, эти пока, за недостатком средств, производились в воздухе, но при тех сравнительно небольших скоростях — порядка нескольких метров в секунду, — какие можно осуществлять при небольшом пространстве для разгона, около одного метра, сопротивление воздуха значения не имеет».

За два года экспериментов Вейнберг разогнал свою модель до шести километров в час, что при тогдашних технологиях и небольшими габаритами экспериментальной установки могло считаться впечатляющим результатом.

Магнитоплан, как назвали разработку томича американские журналисты, должен был стать быстрее западного конкурента и разгоняться до 800—1000 километров в час. По расчетам Вейнберга, вагоны «обоймами» должны были подтягиваться к трубе, по которой потом бы двигались. Подтягивать помогали бы мощные электромагниты. Подтянутые к старту вагоны должны были «выстреливаться» в трубу соленоидными устройствами, так сказать, электромагнитным «орудиями». Вдоль трубы также располагались соленоиды. С их помощью вагоны бы останавливались и ускорялись, меняли траекторию движения. Благодаря создаваемому электромагнитному полю, вагоны бы не ударялись о пол, потолок и стенки трубы. Они бы левитировали в трубе. Также отсутствие воздуха внутри трубы гасило бы воздушное сопротивление и ускоряло вагоны. Вейнберг настолько тщательно продумал, как будут двигаться вагоны, что схемы, которые он показывал на лекциях, предусматривали движение вагонов даже по изогнутой трубе.

По ходу движения предусматривались остановки — промежуточные станции. О приближении вагонов на них сообщалось заранее. Предусматривались специальные камеры, куда вагоны бы загонялись для разгрузки. И каждое движение регулировали бы электромагниты.

Пассажиры вагонов должны были полулежать в вагоне. Возможно, это было сделано для безопасности людей и увеличения аэродинамики, ведь скорость реального магнитоплана должна была быть очень большой. Внутри вагонов планировалось создать все условия для удобного перемещения. Помимо подачи электричества, пассажирам должен был подаваться кислород, откачиваться углекислый газ.

Вейнберг считал, что одна такая установка будет пропускать 17 тысяч вагонов в сутки, то есть, на огромной скорости в день могли перемещаться несколько тысяч человек.

Взгляд сквозь года

В своих изысканиях Вейнберг как будто глядел в будущее. Лекцию «Движение без трения» ученый начал с прогнозов. За несколько месяцев до Первой мировой он предсказал, что через 300 — 400 лет загрязнение воздуха, ускоряющийся ритм жизни и рост населения приведет к страшным проблемам экологии. И придется сажать больше растений.

Предсказывал томский ученый и исчерпание ресурсов, например, угля и леса. Нехватка их в будущем, считал исследователь, заставит людей создавать технологии получения

энергии и солнца и ветра. Именно в использовании солнечной энергии Вейнберг видел путь дальнейшего развития технологий.

«Лет через 200 — 300 запас каменного угля будет почти исчерпан — и каменноугольный период жизни человечества с каменноугольными копями, с покрытыми угольною пылью углекопами и кочегарами, с коптящими небо трубами паровозов, пароходов и фабрик, с закопченными машинистами канет в вечность, и должен будет смениться лучисто-солнечным периодом в жизни человечества, периодом, когда человечество будет непосредственно утилизировать лучистую энергию солнца», — говорил Вейнберг 113 лет назад.

Даже сейчас, спустя век, лекция Вейнберга кажется современной и актуальной. Ученый, по сути, предсказал создание технологий, которые активно продвигает на рынке сейчас Илон Маск, электромобилей и проекта Solar city, с его солнечными батареями на крышах домов.

«Мечтал я и делал теоретические расчеты — и продолжаю мечтать и делать расчеты, — рассказывал столичным студентам Вейнберг. — О зданиях, сложенных на железной основе из сверх-пустотелых кирпичей, почти лишенных теплопроводности,— из стеклянных полых прямоугольных параллелепипедов, из которых выкачан воздух, как в сосудах Дьюара, — о светлых, прозрачных, легких зданиях, которые не пришлось бы отапливать, а только вентилировать, о зданиях в которых солнечный свет не будет давать жить зловредным микробам. В настоящее время, пока топливо дешево, и термоткань и даже мечты о зданиях типа Дьюара — роскошь, и, вероятно, все это и останется роскошью, так как на смену ныне дешевого топлива придет дешевая тепловая энергия, полученная от лучистой энергии солнца».

Наследие

Дальнейшая судьба сибирского Илона Маска, как и многих граждан Российском Империи того времени, была трагичной: сначала началась Первая Мировая война, потом грянула революция, научные проекты отошли для страны на второй план, и Вейнберга с его великими идеями никто, кроме студентов, не слушал.

В 1924 году ученый перебрался в Ленинград, где продолжил научную работу. Во время Великой Отечественной он жил в осажденном немцами Ленинграде, также как и все, терпел голод и лишения, и, как «специалист по льдам», участвовал в строительстве «Дороги жизни». К сожалению, до прорыва блокады Борис Вейнберг не дожил: ученый умер от истощения, и был похоронен в братской могиле в Ленинграде.

Идеи Вейнберга, записи его лекций и описания экспериментов были доступны широкой публике и широко разрекламированы в мировых СМИ. Поэтому неудивительно, что ими воспользовались специалисты из разных стран. Так, уже в 80-х годах прошлого века немецкая компания Transrapid построила в Германии две трассы, на которых курсировали «магнитные» поезда, испытательную и публичную. Испытательную закрыли в 2011 по истечении лицензии, публичную — в 1991 году, из-за решения властей восстановить метро. В Великобритании с 1984 по 1985 открывали нескоростной магнитный челнок. В СССР с 1970 по 1980 проводились эксперименты по созданию «магнитных» поездов. Первую линию железной дороги с вагонами на магнитном подвесе начали строить в 1987 году, она должна была открыться в 1991 в Армении. Но землетрясение и военные конфликты заставили свернуть строительство.

Единственная на сегодня линия поездов на магнитной подушке линия находится в Китае. Она построена компанией Siemens и использует вагоны Transrapid. Линия была построена в 2002 году. Длина магнитной трассы — 30 километров, максимальная скорость поезда — 430 километров в час, время в пути — около 10 минут.

И, наконец, грандиозный проект, представленный Илоном Маском — тоже прямое продолжение идей Вейнберга. Посмотрим, сможет ли Илон Маск улучшить то, что придумал русский ученый. И, главное, вспомнит ли мир имя Бориса Вейнберга. Пока его носит только гора в Антарктиде.

Источник