Od dwóch lat Chiny eksploatują elektromagnetyczny system startowy, który może osiągać prędkości ponaddźwiękowe. System ten, zwany elektromagnetycznymi sankami, znajduje się we wschodnim mieście Jinan. W 2023 roku stał się pierwszym elektromagnetycznym urządzeniem startowym, które przekroczyło barierę dźwięku. Teraz jej inżynierowie znaleźli sposób na jej stabilizację, co jest kluczowym krokiem na drodze do stworzenia niezawodnego systemu startowego.
Spis treści
Sanki wykazały już swoją zdolność do uruchamiania pojazdów o masie do jednej tony z prędkością przekraczającą liczbę Macha 1, ale nadal są zbyt niestabilne, aby utrzymać taką prędkość przez dłuższy czas. Uderzenie dźwiękowe generowane przy takich prędkościach jest wystarczająco silne, aby unieruchomić zwykłe czujniki, zamieniając każdy błąd w potencjalną katastrofę. Według inżynierów odpowiedzialnych za projekt, jest to podobne do jazdy samochodem z zasłoniętymi oczami z prędkością ponad 1200 km/h.
„Kiedy liniowe silniki asynchroniczne pracują z prędkościami ponaddźwiękowymi — około 340 metrów na sekundę — na wysokości poniżej 100 metrów i w temperaturach poniżej 30 stopni Celsjusza, niestabilne siły aerodynamiczne wywołane falami uderzeniowymi mogą powodować poważne zakłócenia w statku powietrznym” — wyjaśniają Xu Fei i jego koledzy z Instytutu Elektrotechniki i Zaawansowanych Technologii Elektromagnetycznych Chińskiej Akademii Nauk w artykule opublikowanym w tym miesiącu. Artykuł szczegółowo opisuje, jak rozwiązać ten problem.
Rozwiązanie: usunięcie czujników.
Naukowcy opisali nową metodę oceny prędkości, która nie wymaga czujników i działa dzięki odbiorowi sygnałów elektrycznych z własnego źródła zasilania. Według zespołu takie bezczujnikowe podejście pozwala elektromagnetycznym saniom działać płynnie.
Zamiast polegać na delikatnych urządzeniach zewnętrznych, opracowali technologię, która pozwala systemowi sanek uzyskiwać informacje o prędkości bezpośrednio z niewielkich zmian sygnałów elektrycznych własnych cewek mocy. Sanki przyspieszają dzięki sekwencyjnej aktywacji cewek elektromagnetycznych umieszczonych po obu stronach gąsienicy.
Naukowcy odkryli, że wahania napięcia w tych segmentach zawierają dokładne informacje o prędkości. Opracowali algorytm, który łączy odczyty kilku sąsiednich cewek, filtruje szumy spowodowane falami uderzeniowymi i wykonuje autokalibrację w czasie rzeczywistym.
Metoda ta generuje dwie niezależne oceny prędkości z różnych punktów widzenia elektrycznego, które są następnie łączone w celu uzyskania optymalnej dokładności.
W trakcie rzeczywistych testów system wykazał zdolność do śledzenia prędkości z dokładnością 1,1% przy prędkościach do 370 m/s, co jest wystarczające do utrzymania stabilnego sterowania naddźwiękowego. Jest to znaczący krok naprzód, otwierający możliwości transportu ładunków z prędkościami porównywalnymi do prędkości samolotów.
Przyszłość transportu i obronności
Trudno jednak wyobrazić sobie wykorzystanie tej technologii w pociągach pasażerskich bez radykalnych zmian. Obecnie sanki wytwarzają przeciążenia rzędu 7–10 g podczas dwusekundowego przyspieszenia do 700 km/h, co może spowodować natychmiastową utratę przytomności u nieprzygotowanych pasażerów (próg omdlenia wynosi 6,8 g). To sprawia, że nie nadają się one do transportu cywilnego.
Chiny nadal stawiają na tradycyjną technologię lewitacji magnetycznej dla szybkich kolei przyszłości . System ten działa już bezpiecznie w Szanghaju z prędkością 430 km/h, a popyt na niego ze strony pasażerów jest potwierdzony, a lewitacja magnetyczna oferuje praktyczne zwiększenie prędkości bez barier fizjologicznych.
Jednak transport nie jest jedynym celem eksperymentu. Nowy system, opracowany w Instytucie Elektrotechniki w Jinan, może być również wykorzystywany do startu myśliwców z chińskich lotniskowców. Podobna technologia — elektromagnetyczny system startowy samolotów (EMALS) — pozwala amerykańskim lotniskowcom, takim jak USS Gerald R. Ford, wystrzeliwać swoje samoloty z prędkością około 78 metrów na sekundę, co jest znacznie poniżej prędkości ponaddźwiękowych.
Podejmowano próby zwiększenia prędkości poprzez zainstalowanie dodatkowego wyposażenia, takiego jak czujniki zewnętrzne, ale komponenty te okazały się zbyt wrażliwe na ekstremalne warunki, jak miało to miejsce w przypadku chińskich sanek elektromagnetycznych.
Nowe odkrycie może pokonać to ograniczenie i umożliwić wystrzeliwanie nie tylko statków powietrznych z prędkością ponaddźwiękową, ale także małych statków kosmicznych.
