V rámci projektu LIMITLESS dokončili vědci z EPFL, HEIG-VD a Swisspod historicky nejdelší cestu dopravní kapslí poháněné magnetickou levitací v prvním funkčním testovacím zařízení Hyperloop v Evropě. Konsorcium dosáhlo významného milníku, když v kontrolovaném nízkotlakém prostředí dokončilo v plném měřítku ekvivalent cesty hyperloopem o délce 141,6 km (11,8 km ve zmenšeném měřítku) a maximální rychlosti až 488,2 km/h (40,7 km/h ve zmenšeném měřítku).
Cílem projektu LIMITLESS (Linear Induction Motor Drive for Traction and Levitation in Sustainable Hyperloop Systems), který realizují EPFL, Vysoká škola obchodní a technická Vaud (HEIG-VD) a Swisspod Technologies, je vytvořit udržitelný a efektivní dopravní systém budoucnosti založený na lehké infrastruktuře.
Podle švýcarské strategie mobility („Avenir de la mobilité en Suisse, Cadre d’orientation 2040 du DETEC“) by budoucí dopravní systémy měly být udržitelné, účinné a založené na lehké infrastruktuře. Přestože je tato strategie v souladu s celosvětovými trendy v odvětví dopravy, představuje několik technických výzev.
Slibným řešením jsou vysokorychlostní vlaky, zejména na bázi technologie Hyperloop. Hyperloop, který se skládá ze dvou hlavních prvků, elektrického vozidla a uzavřené infrastruktury s kontrolovaným prostředím, má potenciál narušit (disruptivní technologie) vnitrokontinentální cestování a zároveň být udržitelný. Vysokorychlostní řešení, jako je maglev, sice existují, ale náklady na jejich infrastrukturu jsou příliš vysoké, protože vyžadují aktivní a sofistikovanou železnici (pozn. „polovina“ motoru je v kolejišti a vlak je napájen z vnějšku)
Úsilí společnosti Swisspod se zaměřuje na převrácení konceptu Maglev integrací zásobníku energie do vozidla poháněného optimálně navrženým lineárním indukčním motorem (LIM), který činí infrastrukturu pasivní. Hlavním omezením energeticky autonomního vozidla je jeho dojezd. Vzhledem k tomu, že současná hustota energie v bateriích je omezena na několik stovek Wh/kg, je autonomie omezena hmotnostními omezeními a účinností LIM. Ve srovnání s rotačním ekvivalentem je LIM vhodným kandidátem pro cestování vysokou rychlostí.
Je však známo, že současná řešení LIM jsou energeticky méně účinná a mají nižší účiník než rotační motory. Tato omezení souvisejí s konečnou délkou LIM. Přestože v současné době jsou k dispozici účinné výkonové měniče, použití konvenčních řešení naráží na zásadní problémy při dosahování vysokých rychlostí. Cílem tohoto projektu je tyto limity překonat.
Nové výsledky byly prezentovány během akce Hyperloop Day na EPFL, který byl uspořádán 17. září v kongresovém centru SwissTech. Účastnili se představitelé kantonů, diplomatičtí zástupci, vedoucí představitelé dopravního a technologického sektoru, akademické obce, podnikatelé a investoři, kteří chtěli prozkoumat nejnovější pokroky v technologii hyperloop.
Při zahájení akce Prof. Martin Vetterli, prezident EPFL, zdůraznil klíčovou roli Švýcarska ve vývoji technologie hyperloop. Připomněl futuristickou práci Marcela Juffera a projekt Swissmetro a oslavil úspěchy studentského týmu EPFL pod vedením Denise Tudora, generálního ředitele společnosti Swisspod, během soutěže SpaceX Hyperloop Pod Competition v Los Angeles.
Tento záznam byl proveden v testovacím zařízení hyperloopu v EPFL. Tato konstrukce, navržená jako kruhová smyčka, podporuje rychlé prototypování a testování různých technologií potřebných pro hyperloop. Infrastruktura má průměr 40 centimetrů a obvod 125,6 metru. Jedná se o zmenšenou verzi (1:12) systému hyperloop popsaného v doktorské práci Denise Tudora, generálního ředitele společnosti Swisspod, na EPFL, což umožňuje přímou korelaci mezi výsledky testů a výkonem v plném měřítku.
Vědci se spoléhají na pasivní infrastrukturu, kdy veškerou energii a technologii si s sebou veze kapsle, takže trasa trati není závislá na napájení a to vede ke zvýšení efektivity a podstatnému snížení nákladů na implementaci. Proto se většina úsilí zaměřuje na vývoj nového lineárního indukčního motoru (LIM), klíčové součásti pohonného systému hyperloopu, který je navržen tak, aby poskytoval vyšší výkon při vysokých rychlostech. Toto téma je předmětem doktorské práce Simone Ramettiové v Laboratoři distribuovaných elektrických systémů (DESL) na EPFL.
„Projekt LIMITLESS poskytuje pochopení několika základních aspektů souvisejících s vysokorychlostním elektromagnetickým pohonem hyperloopových kapslí. Využitím těchto znalostí se nám podařilo integrovat levitační a pohonné funkce do jediného motoru s velmi vysokou účinností přeměny energie,“ vysvětluje Mario Paolone, profesor v DESL.
V rámci projektu LIMITLESS, podporovaného společnosti Innosuisse, provedl tým celkem 82 testů. Experimenty v rámci projektu LIMITLESS kopírovaly trajektorii kapsle hyperloopu v kontrolovaném prostředí s nízkým tlakem 50 milibarů. Nejdelší hyperloopová mise urazila vzdálenost 11,8 km a dosáhla maximální rychlosti 40,7 km/h. V plnohodnotném systému to přímo znamená cestu dlouhou 141,6 km, což je přibližně vzdálenost mezi Ženevou a Bernem nebo ze San Francisca do Sacramenta, a rychlost až 488,2 km/h. Toho bylo dosaženo s plně autonomní kapslí z hlediska navigace, zásobování energií a pohonů. Infrastruktura nepřenáší žádnou energii do kapsle, která je jediným zdrojem energie pro její pohon a levitaci.
Tým pečlivě sledoval výkonnost důležitých subsystémů, jako je pohon, komunikační infrastruktura, výkonová elektronika a tepelný management. Hodnotili spotřebu energie, kolísání tahu, odezvu LIM a řízení při akceleraci, cestovním režimu, vyjíždění a brzdění.
„Naše infrastruktura jako uzavřená smyčka, takže je skutečně LIMITLESS, bez příslušných vrozených délkových omezení. Způsob, jakým byla naše trať navržena, umožňuje nám zohlednit vše – energetickou účinnost kapsle, pohonné systémy a další – způsob, který jiné infrastruktury hyperloopu nemohou. inovativní přístup k budování systému hyperloop nám poskytuje podporu pro testování a zdokonalování různých technologií a zajišťuje optimální výkon a přizpůsobivost,“ vysvětluje Cyril Dénéréaz, technický ředitel společnosti Swisspod.
Rychlá cesta do budoucnosti
Cílem budoucích testů v zařízení EPFL je dále ověřit účinnější verzi pohonu a levitace hyperloopu na bázi LIM a vyzkoušet reálné možnosti, omezení a perspektivy systému a zároveň poskytnout důležité údaje pro urychlení cesty k zavedení na trh.
Tento přístup zahrnuje postupné zdokonalování technologií v kontrolovaných podmínkách ve strategickém měřítku, což inženýrskému a výzkumnému týmu umožňuje dosáhnout nákladově efektivního vývoje a rychlých iterací. Tato metoda umožňuje systematické zlepšování účinnosti, bezpečnosti a před zavedením technologie ve větší rychlosti.
Technologie vyvinuté v rámci projektu LIMITLESS mohou mít dopad na celou řadu odvětví mimo hyperloop, včetně automobilového průmyslu, systémů metra, železnic a letectví.
„Tento milník nás přibližuje k budoucnosti, kdy se hyperloop stane katalyzátorem společenských změn. Vyzkoušení našich dlouholetých technologických inovací je zásadním krokem k prosazení vývoje a zavádění efektivních technologií hyperloopu po celém světě. Brzy začneme testovat náš první produkt hyperloop pro nákladní dopravu v rozsáhlejším zařízení, které budujeme v USA Je to klíčový krok k tomu, aby se hyperloop pro cestující stal realitou a změnil způsob, jakým se spojujeme, pracujeme a žijeme,“ říká Denis Tudor, generální ředitel společnosti Swisspod.
Financování: Innosuisse, Swisspod Technologies
Další přispěvatelé: BUSCH, COMSOL, LEMO, Reno-Cardan, Swisscom, Valelectric
Odkazy
Tudor Denis. Optimal Design Operation Strategies of a Hyperloop Transportation System , doktorská práce, EPFL, 2023.
Rametti Simone, Pierrejean Lucien André Félicien, Hodder André, Paolone Mario. Pseudo-trojrozměrný analytický model lineárních indukčních motorů pro vysokorychlostní aplikace , IEEE Transactions on Transportation Elektrification, 2024.
Swisspod.com https://www.swisspod.com/
Autor: Anne-Muriel Brouet
Zdroj: EPFL
Tento obsah je šířen pod licencí Creative Commons CC BY-SA 4.0. Text, videa a obrázky, které obsahují, můžete volně reprodukovat za předpokladu, že uvedete jméno autora a nebudete klást žádné omezení na další použití obsahu.