Elektromanyetik tahrik - Electromagnetic propulsion
Elektromanyetik tahrik ( EMP ), akan bir elektrik akımı ve manyetik alanların kullanılmasıyla bir nesneyi hızlandırma ilkesidir . Elektrik akımı ya da bir karşı manyetik alan oluşturmak üzere, veya için kullanılır şarj sonra püskürtüldü edilebilir bir alan. Manyetik alanda bir iletkenden akım geçtiğinde , Lorentz kuvveti olarak bilinen elektromanyetik bir kuvvet oluşur., iletkeni iletkene ve manyetik alana dik bir yönde iter. Bu itme kuvveti, fenomenden yararlanmak için tasarlanmış bir sistemde itmeye neden olan şeydir. Elektromanyetik tahrik (EMP) terimi, bireysel bileşenleri ile tanımlanabilir: elektromanyetik - manyetik alan oluşturmak için elektriğin kullanılması ve tahrik - bir şeyi sevk etme süreci. Hareketli iletken olarak bir akışkan (sıvı veya gaz) kullanıldığında, itme manyetohidrodinamik tahrik olarak adlandırılabilir . EMP ile elektrik motorları tarafından elde edilen tahrik arasındaki temel farklardan biri, EMP için kullanılan elektrik enerjisinin hareket için dönme enerjisi üretmek için kullanılmamasıdır ; her ikisi de manyetik alanlar ve akan bir elektrik akımı kullanır.
Elektromanyetik tahrik bilimi, herhangi bir bireyden kaynaklanmaz ve birçok farklı alanda uygulaması vardır. İtici güç için mıknatıs kullanma fikri bugüne kadar devam ediyor ve John Munro'nun kurgusal öyküsü "Venüs'e Yolculuk"u yayınladığı en az 1897'den beri hayal edildi. Güncel uygulamalar maglev trenlerinde ve askeri raylı tüfeklerde görülebilir . Yaygın olarak kullanılmayan veya hala geliştirilmekte olan diğer uygulamalar arasında , düşük yörüngeli uydular için iyon itici ve gemiler ve denizaltılar için manyetohidrodinamik tahrik yer alıyor .
Tarih
Elektromanyetik tahrikle ilgili ilk kaydedilen keşiflerden biri, 1889'da Profesör Elihu Thomson'ın elektromanyetik dalgalar ve alternatif akımlarla ilgili çalışmalarını halka duyurmasıydı . Birkaç yıl sonra Emile Bachelet, 1890'ların başında sergilediği modern bir demiryolunda rayların üzerinde havada yükselen metal bir araba fikrini önerdi. 1960'larda Eric Roberts Laithwaite , bu ilkeler üzerine inşa edilen ve elektromanyetik tahrikin ilk pratik uygulamasını sunan lineer endüksiyon motorunu geliştirdi . 1966'da James R. Powell ve Gordon Danby süper iletken maglev ulaşım sisteminin patentini aldı ve bundan sonra dünyanın dört bir yanındaki mühendisler ilk yüksek hızlı treni oluşturmak için yarıştı. 1984'ten 1995'e kadar ilk ticari otomatik maglev sistemi Birmingham'da çalıştı. Birmingham Uluslararası Havaalanından Birmingham Uluslararası Demiryolu Sistemine giden düşük hızlı bir Maglev servisiydi. 1960'ların başında SSCB'de Hidrodinamik Enstitüsü'nde, Novosibirsk, Rusya, prof. VF Minin , cisimlerin hipersonik hıza elektromanyetik hızlanmasının deneysel temellerini ortaya koydu.
kullanır
trenler
Taşıma sistemlerinde sürtünmeyi en aza indirmek ve uzun mesafelerde hızı en üst düzeye çıkarmak için elektromanyetik tahrik kullanılır. Bu, esas olarak, trenlere manyetik akımlarla güç sağlamak için lineer bir endüksiyon motoru kullanan yüksek hızlı raylı sistemlerde uygulanmıştır. Ayrıca, yüksek hızlı roller coaster'lar ve su gezintileri oluşturmak için tema parklarında kullanılmıştır .
Maglev
Bir maglev treninde , birincil bobin tertibatı, reaksiyon plakasının altında yer alır. Aralarında sürtünmeyi ortadan kaldıran 1-10 cm (0,39-3,93 inç) bir hava boşluğu vardır ve bu da 500 km/sa (310 mph) hıza kadar izin verir. Bobinlere, manyetik alanın polaritesinde bir değişiklik yaratan alternatif bir elektrik akımı verilir. Bu, treni önden öne doğru çeker ve treni arkadan ileri doğru iter.
Tipik bir Maglev treninin maliyeti, yolcu mili başına üç sent veya ton mil başına yedi senttir (inşaat maliyetleri hariç). Bu, uçakla seyahat için yolcu mili başına 15 sent ve şehirlerarası kamyonlarla seyahat için bir ton mil için 30 sent ile karşılaştırılır. Maglev paletleri, minimum sürtünme ve eşit ağırlık dağılımı nedeniyle uzun ömürlüdür. Çoğu en az 50 yıl dayanır ve bu süre zarfında çok az bakım gerektirir. Maglev trenleri, petrole ihtiyaç duymadan kömür, nükleer, hidro, füzyon, rüzgar veya güneş enerjisi ile üretilebilen elektrikle çalıştıkları için enerji verimliliği açısından teşvik ediliyor. Ortalama olarak çoğu tren 483 km/sa (300 mph) hızla seyahat eder ve yolcu mili başına 0,4 megajul kullanır. Karşılaştırma olarak 1,8 kişi ile 20 mil/galonluk bir araba kullanıldığında, araba ile seyahat tipik olarak 97 km/sa (60 mil/sa)'dir ve yolcu mili başına 4 megajul kullanır. Karbondioksit emisyonları, elektrik üretimi ve yakıt kullanımı yöntemine dayanmaktadır . Birçok yenilenebilir elektrik üretim yöntemi, üretim sırasında çok az karbon dioksit üretir veya hiç karbondioksit üretmez (her ne kadar bileşenlerin imalatı sırasında, örneğin rüzgar türbinlerinde kullanılan çelik gibi karbon dioksit açığa çıkabilse de). Trenin çalışması diğer trenlerden, kamyonlardan veya uçaklardan önemli ölçüde daha sessizdir.
Montaj: Lineer Asenkron Motor
Bir doğrusal endüksiyon motoru takımı birincil bobin ve tepki plakası: iki parçadan oluşur. Birincil bobin tertibatı, çelik laminasyonlarla çevrili faz sargılarından oluşur ve bir termal epoksi içinde bir termal sensör içerir. Reaksiyon plakası, 6,4 mm (0,25 inç) kalınlığında soğuk haddelenmiş çelik saca yapıştırılmış 3,2 mm (0,125 inç) kalınlığında alüminyum veya bakır plakadan oluşur. Bir elektromanyetik tahrik sisteminin kapsadığı sürtünmesiz özelliği yaratan bu iki parça arasında bir hava boşluğu vardır. Lineer bir endüksiyon motorunun çalışması, birincil bobin düzeneği içindeki bobin sargılarına sağlanan bir AC kuvveti ile başlar. Bu, reaksiyon plakasında bir akımı indükleyen ve daha sonra kendi manyetik alanını yaratan hareketli bir manyetik alan yaratır. Birincil bobin düzeneğindeki ve reaksiyon plakasındaki manyetik alanlar, kuvvet ve doğrudan doğrusal hareket oluşturan dönüşümlüdür.
Uzay aracı
Havacılık alanında EMP teknolojileri için birden fazla uygulama vardır. Bu uygulamaların çoğu şu an için kavramsal olmakla birlikte, yakın dönemden gelecek yüzyıla kadar uzanan çeşitli uygulamalar da bulunmaktadır. Bu tür uygulamalardan biri, yörüngedeki uyduların ince ayarlarını kontrol etmek için EMP'nin kullanılmasıdır. Bu özel sistemlerden biri, aracın kendi elektromanyetik alanı ile Dünyanın manyetik alanının doğrudan etkileşimlerine dayanmaktadır. İtki kuvveti, iletkenleri içindeki elektrik akımının Dünya'nın uygulanan doğal alanı ile etkileşiminin elektrodinamik bir kuvveti olarak düşünülebilir. Daha büyük bir etkileşim kuvveti elde etmek için, manyetik alanın uçuş aracından daha uzağa yayılması gerekir. Bu tür sistemlerin avantajları, itme kuvveti üzerinde çok hassas ve anlık kontroldür. Ek olarak, beklenen elektriksel verimlilikler, ara ısı kullanımı yoluyla itme sağlayan mevcut kimyasal roketlerinkinden çok daha fazladır; bu, düşük verimlilik ve büyük miktarlarda gaz halindeki kirleticilerle sonuçlanır. EMP sisteminin bobinindeki elektrik enerjisi, doğrudan enerji dönüşümü yoluyla potansiyel ve kinetik enerjiye çevrilir. Bu, sistemin diğer elektrikli makinelerle aynı yüksek verimliliğe sahip olmasına ve çevreye herhangi bir maddenin atılmasını hariç tutmasına neden olur.
Bu sistemlerin mevcut itme-kütle oranları nispeten düşüktür. Bununla birlikte, reaksiyon kütlesi gerektirmedikleri için araç kütlesi sabittir. Ayrıca, itme nispeten düşük elektrik tüketimi ile sürekli olabilir. En büyük sınırlama, sevk sistemindeki akımın gerekli değerlerini üretmek için esas olarak malzemelerin elektriksel iletkenliği olacaktır.
Gemiler ve Denizaltılar
EMP ve açık deniz gemileri ve denizaltılar için uygulamaları, Warren Rice'ın US 2997013 teknolojisini açıklayan bir patent başvurusu yaptığı en az 1958'den beri araştırılmaktadır . Rice tarafından açıklanan teknoloji, geminin gövdesini doldurmayı düşündü. Tasarım daha sonra James Meng US 5333444'ün daha sonraki bir patentinde anlatıldığı gibi suyun iticilerden akmasına izin verilerek rafine edildi . Düzenleme, geminin içinden uzunlamasına uzanan veya gemiye bağlı her iki ucunda açık bir su kanalı, su kanalı boyunca manyetik alan üretmek için bir araç, kanalın her iki tarafında elektrotlar ve kanaldan doğru akım göndermek için güç kaynağından oluşur . Lorentz kuvvetine göre manyetik akıya dik açılar.
asansörler
Hem dikey hem de yatay hareket edebilen EMP kullanan kablosuz asansörler , Alman mühendislik firması Thyssen Krupp tarafından yüksek, yüksek yoğunluklu binalarda kullanılmak üzere geliştirilmiştir.