Поездки на скорости 1000 км/ч возможны: в КНР решили проблему поездов на магнитной подушке

Об этом пишет interestingengineering.com.

Китайские ученые, работающие над первой в мире полномасштабной испытательной линией маглев (маглев — поезд на магнитной подушке, который представляет собой скоростной вид транспорта, использующий магнитную левитацию для подъема и движения поезда над полотном дороги. Эта технология предполагает взаимное отталкивание магнитов, что позволяет поезду двигаться бесшумно и с высокой скоростью, минимизируя трение, — ред.) с вакуумной трубой, утверждают, что нашли решение проблемы, которая мешала запустить такие проекты, как Hyperloop Илона Маска.

Их исследование показывает, что даже крошечные недостатки вроде слегка неровных катушек рельсов или незначительные деформации мостов могут создавать сильную турбулентность внутри капсулы Maglev. Образующиеся толчки могут превратить плавную и сверхбыструю поездку в кошмар, даже в условиях, близких к вакууму, необходимых для высокоскоростного транспорта.

Ученым удалось снизить интенсивность турбулентности почти вдвое. Это означает, что "чрезвычайно сильные неровности" теперь сведены к минимуму. Инженеры работают на испытательном полигоне Датун в провинции Шаньси.

Сильные вибрации на высоких скоростях маглев

Чтобы понять основную проблему, инженеры провели детальное моделирование с использованием суперкомпьютеров, подкрепленное физическими испытаниями с уменьшенными моделями. Результаты показали, что на высоких скоростях, особенно около 400 км/ч и 600 км/ч, модули сталкиваются с опасным резонансом.

Используя индекс Сперлинга, всемирно признанную шкалу комфорта езды, команда измерила дискомфорт, который будут чувствовать пассажиры. На скорости 400 км/ч вибрации достигли уровня, обозначенного как "крайне неприятный". На скорости 600 км/ч показания индекса Сперлинга достигли 4,2 — настолько интенсивного, что длительное воздействие было бы вредным для человека.

Однако при предполагаемой максимальной крейсерской скорости 1000 км/ч вибрации упали до индекса Сперлинга 3,1, классифицированного как "едва терпимый".

Корень проблемы заключается в отсутствии физического контакта между поездом и рельсами. Поскольку маглев передвигается благодаря магнитному полю, любое несовершенство в инфраструктуре может вызвать резонанс в салоне. Результат — экстремальный уровень нестабильности.

Система подвески на базе ИИ дает надежду Hyperloop

Команда разработала гибридную систему подвески. Она сочетает в себе традиционные пассивные пневматические рессоры с передовыми электромагнитными приводами. Эти приводы работают не в одиночку — ими управляет искусственный интеллект (ИИ).

ИИ использует две интеллектуальные стратегии для уменьшения турбулентности. Одна из них называется демпфированием "небесного крюка", которое имитирует невидимый стабилизатор, связанный с небом. Он использует данные о скорости в реальном времени для борьбы с низкочастотными толчками.

Вторая — ПИД-регулирование, стандарт в инженерии, который регулирует силы с помощью трех методов настройки — пропорционального, интегрального и производного. Здесь команда оптимизировала систему с помощью NSGA-II, типа генетического алгоритма, который помогает ИИ адаптироваться к изменяющимся условиям пути.

Тесты с моделью масштаба 1:10 и шестиосевыми симуляторами движения показали впечатляющие результаты. Интенсивность вертикальной вибрации снизилась на 45,6 процента, а индекс Сперлинга остался ниже 2,5 — даже на высоких скоростях. Это означает, что поездка была "более выраженной, но не неприятной", согласно исследованию.

Когда будет запущен первый высокоскоростной поезд

В то время как концепция Hyperloop Илона Маска столкнулась с препятствиями и официально завершила программу в 2023 году, Китай движется вперед. Пекин рассматривает технологию маглев не только как новый способ перемещения людей, но и как ступеньку к другим крупным достижениям, включая недорогие космические запуски.

Объект в Датуне отражает эти амбиции. Инженеры там уже разработали герметичные бетонные туннели и стыки путей с точностью до миллиметра. Но впереди еще много препятствий. Система подвески, хотя и успешно прошла лабораторные испытания, все еще нуждается в масштабировании для использования в реальных условиях. Инженеры также должны убедиться, что она может справляться с чрезвычайными ситуациями, такими как резкое торможение или неожиданные препятствия.

Несмотря на эти проблемы, китайская команда считает, что они на правильном пути. Если их система будет проверена в полном масштабе, она может изменить не только общественный транспорт, но и то, как мы думаем о высокоскоростных поездках.

Ранее мы писали, что в КНР испытали систему поездов на магнитной подушке. Инженеры из Северного университета Китая успешно завершили испытание системы поездов, подобной Hyperloop.