Китайские учёные, работающие над первой в мире полномасштабной испытательной линией маглева (поезда на магнитной подушке) в вакуумной трубе, утверждают, что нашли решение проблемы, которая препятствовала развитию концепций сверхскоростного транспорта, как Hyperloop Илона Маска.
Их исследование показывает, что даже мельчайшие дефекты — как лёгкие неровности на путях или незначительные деформации мостов — могут вызывать сильную турбулентность внутри капсулы маглева.
Эти толчки способны превратить плавную футуристическую поездку в кошмар, даже в условиях почти полного вакуума, необходимого для высокоскоростного транспорта, как в Hyperloop.
Однако китайская команда заявляет, что им удалось снизить интенсивность турбулентности почти вдвое. Это означает, что «чрезвычайно сильные толчки» теперь сведены к «ощутимым, но не неприятным».
Инженеры, стоящие за исследованием, работают на испытательном полигоне Датун в провинции Шаньси, флагманском исследовательском центре Китая в области маглев-технологий. Команду возглавляет Чжао Мин из отдела маглева и электромагнитных двигателей Китайской аэрокосмической научно-промышленной корпорации (CASIC – China Aerospace Science and Industry Corporation).
«Наше исследование учитывало неровности пути, вертикальный изгиб мостов и одночастотные возбуждения, вызванные боковыми неровностями», — написал Чжао и его коллеги.
Читайте: CR450 – Самый быстрый в мире поезд, разгоняющийся до скорости 450 км/ч
Сильные вибрации на высоких скоростях
Чтобы понять суть проблемы, инженеры провели детальное моделирование с использованием суперкомпьютеров, подкреплённое физическими испытаниями на уменьшенных моделях.
Их результаты выявили, что на высоких скоростях — особенно около 400 км/ч и 600 км/ч — вагоны сталкиваются с опасным резонансом. Используя Индекс Сперлинга (Sperling Index – международно признанная шкала оценки комфорта поездки, разработанная в 1940-х годах), команда измерила дискомфорт, который будут испытывать пассажиры.
На скорости 400 км/ч вибрации достигали уровня, обозначенного как «крайне неприятный». На скорости 600 км/ч показатель по Индексу Сперлинга достиг 4,2 — настолько интенсивно, что длительное воздействие было бы вредным для здоровья человека.
Однако на предполагаемой максимальной крейсерской скорости 1000 км/ч вибрации снизились до 3,1 по Индексу Сперлинга, что классифицируется как «едва терпимо».
Корень проблемы кроется в отсутствии физического контакта между поездом и путями. Поскольку маглев «парит» на магнитных силах, любое несовершенство инфраструктуры может вызвать резонанс в кабине. Результат? «Экстремальные уровни нестабильности», — говорят исследователи.
«При возбуждении от путей на эквивалентной скорости 1000 км/ч кузов вагона демонстрировал пиковые амплитуды вибрации на частотах 2,6 Гц, 5,2 Гц, 7,8 Гц и 10,4 Гц», — добавили они.
Подвеска на основе ИИ даёт надежду для Hyperloop
Чтобы решить проблему плавности хода, команда Чжао разработала гибридную систему подвески.
Она сочетает традиционные пассивные пневматические рессоры с передовыми электромагнитными актуаторами. Эти актуаторы работают не сами по себе — ими управляет искусственный интеллект (ИИ).
ИИ использует две интеллектуальные стратегии для снижения турбулентности. Одна из них называется демпфированием по принципу «небесного крюка» (sky-hook damping – метод активного управления подвеской), которое имитирует невидимый стабилизатор, связанный с небом. Она использует данные о скорости в реальном времени для борьбы с низкочастотными толчками.
Вторая стратегия — это ПИД-регулирование (PID control – пропорционально-интегрально-дифференциальное регулирование), стандартный метод в инженерии, который регулирует силы с помощью трёх методов настройки — пропорционального, интегрального и дифференциального.
Здесь команда оптимизировала систему с использованием NSGA-II (Non-dominated Sorting Genetic Algorithm II), типа генетического алгоритма, который помогает ИИ адаптироваться к изменяющимся условиям пути.
Испытания на модели в масштабе 1:10 и шестиосных симуляторах движения показали впечатляющие результаты. Интенсивность вертикальной вибрации снизилась на 45,6%, а показатели по Индексу Сперлинга оставались ниже 2,5 — даже на высоких скоростях. Это означает, что поездка была «более ощутимой, но не неприятной», согласно исследованию.
Решение Китая выходит за рамки поездов
В то время как концепция Hyperloop Илона Маска столкнулась с препятствиями и официально завершила свою программу испытаний на тестовом треке в 2023 году, Китай продолжает двигаться вперёд.
Пекин рассматривает технологию маглев не только как новый способ перевозки людей, но и как трамплин для других крупных достижений, включая недорогие космические запуски.
Объект в Датуне отражает эти амбиции. Инженеры Поднебесной уже разработали герметичные бетонные туннели и стыки путей с миллиметровой точностью — труднодостижимые решения в технологии маглев.
Но, впереди ещё немало препятствий. Система подвески, хотя и успешна в лабораторных испытаниях, ещё нуждается в масштабировании для использования в реальных условиях. Инженеры также должны обеспечить её способность справляться с чрезвычайными ситуациями, как внезапное торможение или неожиданные препятствия.
Несмотря на эти проблемы, китайская команда исследователей считает, что они на правильном пути. Если их система сможет быть успешно применена в полном масштабе, это может изменить не только общественный транспорт, но и наше представление о высокоскоростных путешествиях.
Хочу первым узнавать о ТЕХНОЛОГИЯХ – ПОДПИСАТЬСЯ на Telegram
Читать свежие обзоры гаджетов на нашем сайте – TehnObzor.RU