Поїздки на швидкості 1000 км/год можливі: у КНР вирішили проблему поїздів на магнітній подушці

Про це пише interestingengineering.com.

Китайські вчені, які працюють над першою у світі повномасштабною випробувальною лінією маглев (маглев — поїзд на магнітній подушці, який являє собою швидкісний вид транспорту, який використовує магнітну левітацію для підйому і руху поїзда над полотном дороги.Ця технологія передбачає взаємне відштовхування магнітів, що дає змогу поїзду рухатися безшумно і з високою швидкістю, мінімізуючи тертя, — ред.) з вакуумною трубою, стверджують, що знайшли рішення проблеми, яка заважала запустити такі проєкти, як Hyperloop Ілона Маска.

Їхнє дослідження показує, що навіть крихітні недоліки на кшталт злегка нерівних котушок рейок або незначні деформації мостів можуть створювати сильну турбулентність усередині капсули Maglev. Поштовхи, що утворюються, можуть перетворити плавну і надшвидку поїздку на кошмар, навіть в умовах, близьких до вакууму, необхідних для високошвидкісного транспорту.

Вченим вдалося знизити інтенсивність турбулентності майже вдвічі. Це означає, що "надзвичайно сильні нерівності" тепер зведені до мінімуму. Інженери працюють на випробувальному полігоні Датун у провінції Шаньсі.

Сильні вібрації на високих швидкостях маглев

Щоб зрозуміти основну проблему, інженери провели детальне моделювання з використанням суперкомп'ютерів, підкріплене фізичними випробуваннями зі зменшеними моделями. Результати показали, що на високих швидкостях, особливо близько 400 км/год і 600 км/год, модулі стикаються з небезпечним резонансом.

Використовуючи індекс Сперлінга, всесвітньо визнану шкалу комфорту їзди, команда виміряла дискомфорт, який відчуватимуть пасажири. На швидкості 400 км/год вібрації досягли рівня, позначеного як "вкрай неприємний". На швидкості 600 км/год показання індексу Сперлінга досягли 4,2 — настільки інтенсивного, що тривалий вплив був би шкідливим для людини.

Однак за передбачуваної максимальної крейсерської швидкості 1000 км/год вібрації впали до індексу Сперлінга 3,1, класифікованого як "ледь терпимий".

Корінь проблеми полягає у відсутності фізичного контакту між поїздом і рейками. Оскільки маглев пересувається завдяки магнітному полю, будь-яка недосконалість в інфраструктурі може викликати резонанс у салоні. Результат — екстремальний рівень нестабільності.

Система підвіски на базі ШІ дає надію Hyperloop

Команда розробила гібридну систему підвіски. Вона поєднує в собі традиційні пасивні пневматичні ресори з передовими електромагнітними приводами. Ці приводи працюють не поодинці — ними керує штучний інтелект (ШІ).

ШІ використовує дві інтелектуальні стратегії для зменшення турбулентності. Одна з них називається демпфуванням "небесного гака", яке імітує невидимий стабілізатор, пов'язаний із небом. Він використовує дані про швидкість у реальному часі для боротьби з низькочастотними поштовхами.

Друга — ПІД-регулювання, стандарт в інженерії, який регулює сили за допомогою трьох методів налаштування — пропорційного, інтегрального та похідного. Тут команда оптимізувала систему за допомогою NSGA-II, типу генетичного алгоритму, який допомагає ШІ адаптуватися до мінливих умов шляху.

Тести з моделлю масштабу 1:10 і шестиосьовими симуляторами руху показали вражаючі результати. Інтенсивність вертикальної вібрації знизилася на 45,6 відсотка, а індекс Сперлінга залишився нижче 2,5 — навіть на високих швидкостях. Це означає, що поїздка була "більш вираженою, але не неприємною", згідно з дослідженням.

Коли буде запущено перший високошвидкісний поїзд

У той час як концепція Hyperloop Ілона Маска зіткнулася з перешкодами і офіційно завершила програму в 2023 році, Китай рухається вперед. Пекін розглядає технологію маглев не тільки як новий спосіб переміщення людей, а й як сходинку до інших великих досягнень, включно з недорогими космічними запусками.

Об'єкт у Датуні відображає ці амбіції. Інженери там уже розробили герметичні бетонні тунелі та стики шляхів із точністю до міліметра. Але попереду ще багато перешкод. Система підвіски, хоча й успішно пройшла лабораторні випробування, все ще потребує масштабування для використання в реальних умовах. Інженери також мають переконатися, що вона може справлятися з надзвичайними ситуаціями, такими як різке гальмування або несподівані перешкоди.

Незважаючи на ці проблеми, китайська команда вважає, що вони на правильному шляху. Якщо їхню систему буде перевірено в повному масштабі, вона може змінити не тільки громадський транспорт, а й те, як ми думаємо про високошвидкісні поїздки.

Раніше ми писали, що в КНР випробували систему поїздів на магнітній подушці. Інженери з Північного університету Китаю успішно завершили випробування системи поїздів, подібної до Hyperloop.