Рассмотрены три варианта канатных транспортных систем на магнитной левитации и способы их работы 2 (стр. 7 из 12)

Предлагаемая канатная транспортная система на магнитной левитации позволит резко снизить себестоимость создания электромагнитных катапульт за счет движения транспортного модуля вдоль высокопрочных сверхпроводящих канатов на магнитной левитации. Здесь не требуется создания распределенных вдоль трассы электромагнитов, так как они заменяются непосредственно сверхпроводящими канатами, которые питают линейный электродвигатель на самом модуле. Эти канаты закрепляются на опорах вдоль трассы. Магнитная левитация создается за счет взаимодействия магнитных полей двигателя и канатов. В этом случае она позволяет получить заданные ускорения с максимальной конечной скоростью, не превышающей скорость движения кольцевых электронов в сверхпроводнике

= 15,975 км/с [21].

Другим применением электромагнитных лифтов является создание скоростных лифтов для бытового использования. В настоящее время при строительстве высотных зданий остается проблема создания скоростных лифтов. Сейчас используют систему движения лифта по закрепленным к стенке шахты рельсам с помощью тянущего каната. Вибрация каната, вызванная колебаниями самого здания при высокой ветровой нагрузке, может привести к аварии. Попытка создания лифтов с использованием магнитной левитации на базе обычных электромагнитов приводит к очень высокой себестоимости.

Использование канатной транспортной системы на магнитной левитации позволит решить эту проблему за счет исключения тянущего каната. Движение лифта будет осуществляться по сверхпроводящим канатам, которые периодически жестко закрепляются на опорах вдоль шахты лифта. Они будут играть роль направляющих рельсов или дополнять их. Движение и торможение кабины лифта будет происходить с помощью встроенного в него линейного электродвигателя, энергия к которому поступает с электропроводящих канатов от внешнего источника энергии.

Использование высокотемпературного сверхпроводящего каната позволит легко реконструировать существующие электрофицированные железные дороги путем дополнительной прокладки такого каната по рельсу. Это можно осуществить простым и дешевым способом путем фрезеровки небольшой канавки 1-10 мм в головке рельса, в которую закладывается канат. В подвижном составе колесные тележки заменятся на линейные электродвигатели на высокотемпературных сверхпроводниках. Реконструкции электросети не требуется. В результате мы получим очень дешевый аналог системы Маглев.

Еще одним важным применением электромагнитных лифтов является их использование для разгона и торможения транспортных модулей в 2D авиации. На основе таких электромагнитных лифтов легко решается вопрос создания посадочно/взлетных полос для 2D авиации. Это позволяет значительно упростить требования к аэродинамическим параметрам самолетов в 2D авиации.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Согласно одному из вариантов изобретения – «2D авиация», канатная транспортная система включает по крайней мере один транспортный модуль с приводным устройством в виде электродвигателя с токосъемными элементами и по крайней мере два закрепленных на опорах, электропроводящих каната. Канаты подключены к источнику электроэнергии. С их помощью осуществляется движение транспортного модуля. Транспортный модуль выполнен в виде летательного аппарата тяжелее воздуха с аэродинамическим качеством не менее 5. Электропроводящие канаты выполнены из сверхпрочного легкого проводника и/или сверхпрочного легкого высокотемпературного сверхпроводника. Электродвигатель выбран линейным для обеспечения создания в канатах электродвижущей силы, создающей одновременно силу тяги и магнитный подвес (левитацию) во время движения летательного аппарата вдоль канатов. При этом каждый электропроводящий канат проходит через область максимума электромагнитного поля внутри линейного электродвигателя.

Особенностью системы является то, что канаты натянуты на опоры с усилием, когда предел прочности равен 0,1-0,5, а сечение канатов выбрано таким, что они не разрушаются в условиях создания предельной силы в режиме разгона/экстренного торможения летательного аппарата. Опоры располагаются периодически на всем протяжении пути транспортной системы в соответствии с рельефом местности, радиусом поворота пути и пропускной способностью транспортной системы. При этом опоры выполнены с возможностью выдерживать нагрузку, равную сумме статического веса летательного аппарата и нагрузки, развиваемой в режиме экстренного торможения летательного аппарата.

В пунктах назначения пути (портах) канаты закреплены на жестком основании, выполненном из материала, способного выдерживать статическую и динамическую нагрузки, вызванные летательным аппаратом. Длина жесткого основания определяется длиной пути, необходимой для служебного торможения/разгона летательного аппарата.

Обмотки линейных электродвигателей выполнены из проводника и/или высокотемпературного сверхпроводника, причем питание к двигателям поступает непосредственно от электропроводящих канатов, через токосъемные элементы.

Одним из вариантов изобретения является то, что канаты выполнены на основе волокон из углеродных нанотрубок с внутренним диаметром в диапазоне 12 нм -16 нм. В другом варианте изобретения канаты выполнены на основе волокон из легированных нанотрубок из оксидов или широкозонных полупроводников с внутренним диаметром в диапазоне 12 нм – 16 нм.

Для безопасности в летательный аппарат встроен аварийный источник питания (аккумулятор электрической энергии). Также летательный аппарат снабжен дополнительными блоками колес для нерабочего и/или аварийного режима и тормозным парашютом для экстренного торможения.

До или после линейных электродвигателей летательного аппарата расположены электромагнитные устройства гашения вибрации канатов, которые связаны посредством электромагнитного поля с канатами и соединены с электронными датчиками вибрации канатов. Кроме того, канаты периодически по всей длине соединены между собой перемычками-виброгасителями.

Для того, чтобы летальный аппарат плавно проходил через опоры, предусматривается закрепление канатов на опорах с помощью шлюзовых устройств. В свою очередь шлюзовые устройства закреплены на виброгасителях.

Одним из вариантов конструкции шлюзовых устройств является их жесткое крепление к канату. В другом варианте шлюзовые устройства соединяются с канатом с помощью электромагнитного поля, формируемого дополнительным электромагнитом и управляемого дистанционно.

Одним из вариантов конструкции летательного аппарата может быть самолет крыло, в котором для безотрывного обтекания корпуса воздушным потоком используется по крайней мере одна дополнительная электротурбинная вихревая система управления течением в пограничном слое, по аналогии с используемой в аппаратах «ЭКИП».

Управлять летательным аппаратом можно типичной системой дистанционного и/или ручного управления полетом. Для увеличения безопасности полета летательный аппарат может быть снабжен устройством электромагнитного торможения и устройством экстренного торможения, включая парашют.

Способ работы канатной транспортной системы «2Dавиация» заключается в том, что с электропроводящих канатов через токосъемные элементы поступает электроэнергия на линейные электродвигатели. Линейные электродвигатели одновременно создают силу тяги и магнитный подвес (левитацию) транспортного модуля, выполненного в виде летательного аппарата. При этом летательный аппарат движется по канатам со скоростью, необходимой для компенсации веса аппарата за счет создания аэродинамической подъемной силы.

Движение летательного аппарата может осуществляться в режиме самолета или в режиме экраноплана при соответствующей высоте опор и рельефе местности.

Натяжение и вибрацию канатов до и после линейных электродвигателей контролируют электронными датчиками дистанционного контроля вибрации каната и регулируют посредством системы управления электромагнитными устройствами гашения вибрации канатов.

Разгон и торможение летательного аппарата осуществляют с ускорением, соответствующим международным стандартам для пассажирских и грузовых перевозок, а аварийное торможение осуществляют с использованием реверса силы линейных электродвигателей и/или изменением аэродинамики и/или в экстренных случаях путем открытия тормозного парашюта.

При отключении электропитания в аварийной ситуации летательный аппарат за счет аккумуляторов включает двигатели таким образом, чтобы осуществить натяжение канатов как по направлению полета, так и против, т.е., происходит натяжение канатов между двумя опорами. Тогда летательный аппарат просто зависнет на натянутых канатах. При включении электропитания аппарат может снова набрать скорость и выйти на эксплуатационный режим полета. В отдельных случаях аппарат может опуститься на землю, ослабляя натяжение канатов.

Другим вариантом изобретения является «космический лифт» - канатная транспортная система, включающая по крайней мере один транспортный модуль с приводным устройством в виде электродвигателя с токосъемными элементами и натянутого вертикально сверхпрочного легкого каната между поверхностью планеты и ее искусственным спутником, находящимся на синхронной орбите. По канату осуществляет движение транспортный модуль за счет бортового источника электропитания. Транспортный модуль выполнен в виде космического летательного аппарата. Между поверхностью планеты и ее искусственным спутником натянуты по крайней мере два электропроводящих каната, которые выполнены из сверхпрочного легкого проводника и/или сверхпрочного легкого высокотемпературного сверхпроводника. Канаты подключены к внешнему источнику электрической энергии. Электродвигатель выбран линейным для обеспечения создания в канатах электродвижущей силы, создающей одновременно силу тяги и магнитный подвес (левитацию) во время движения космического летательного аппарата вдоль канатов. При этом каждый электропроводящий канат проходит через область максимума электромагнитного поля внутри линейного электродвигателя.