Oddział Hyperloop Pod

W upalną sobotę w maju 20 studentów inżynierii weszło do Edgerton Center MIT i przemknęło obok eleganckiego samochodu na energię słoneczną. Przez cały dzień nikt nawet nie spojrzał na cud okrzyknięty kiedyś rewolucją w transporcie. Zamiast tego ich uwaga skupiła się na czymś jeszcze bardziej zdumiewającym – pojeździe, który może sprawić, że samochód na energię słoneczną będzie wyglądał tak prymitywnie jak Ford Model T.

Wszystkie oczy utkwiły w małym stoliku, na którym znajdowała się kulminacja prawie rocznej pracy: ośmiostopowa metalowa rama na długich aluminiowych nartach z małymi kółkami na obu końcach. Jako zawodnicy w konkursie SpaceX Hyperloop Pod Competition studenci dopracowywali mały prototyp kapsuły, którą zaprojektowali, aby przepuszczać pasażerów i ładunek przez rurę próżniową w szybkim systemie transportu naziemnego, wymyślonym przez przedsiębiorcę i CEO SpaceX Elon Musk. Aby zakończyć, zespół musiał tylko podłączyć kilka przewodów, przetestować kilka czujników i przymocować ochronną osłonę z włókna węglowego. Wtedy kapsuła byłaby gotowa do pierwszego testu z dużą prędkością, zaplanowaną na styczeń 2017 r., kiedy to zostanie zestrzelona na specjalnie zbudowanym torze z prędkością 240 mil na godzinę, podczas gdy inżynierowie SpaceX będą oceniać jej wydajność.

Członkowie zespołu Hyperloop Greg Monahan, Sabrina Ball, Derek Paxson, Chris Merian i Lakshya Jain przeprowadzają ostatnie kontrole kapsuły.

Kiedy SpaceX ogłosiło konkurs Hyperloop Pod w czerwcu 2015, wzmianka o konkursie w e-mailu Graduate Career News MIT przyciągnęła uwagę Sabriny Ball, SM ’16. W ciągu 24 godzin Ball i sześciu kolegów studentów inżynierii mechanicznej odrzucili swoje plany spędzenia nadchodzącego roku na pracy przy turbinach wiatrowych. Zaczęli rekrutować zespół studentów, którzy mogliby stworzyć wstępny projekt do połowy jesieni, zaprezentować go pod koniec roku, a sześć miesięcy później zbudować kapsułę testową na demo konkursu.

Wiedzieliśmy, że przy tak krótkim okresie od zera do kapsuły projektowej zbudowanej w dziewięć miesięcy potrzebowaliśmy ludzi, którzy mieli przynajmniej podstawowe umiejętności, mówi John Mayo, SM '16, kierownik projektu w zespole MIT Hyperloop i jeden członków założycieli. Bez wcześniejszego doświadczenia nie mogli nauczyć się rysowania w CAD lub obsługi maszyny. Po prostu nie mieliśmy na to czasu w naszym harmonogramie. Wkrótce dołączył do nich inny zespół trzech absolwentów aeroastro, którzy już połączyli siły, aby stawić czoła wyzwaniu. Grupa szybko rozrosła się do około 20 i zabrała się do pracy.

Mocowania hamulca elastycznego.

Oryginalny Hyperloop o wartości 6 miliardów dolarów pojęcie nakreślony przez Muska w 2013 zaproponował unoszenie aluminiowej kapsuły do ​​przewozu pasażerów na łożyskach powietrznych – jak przewrócony stół do cymbergaja, mówi Mayo – i przestrzelenie jej przez stalową rurę, z której prawie całe powietrze zostało odessane, aby wytworzyć ciśnienie około jednej tysięcznej normy ciśnienie atmosferyczne na poziomie morza. Sposób, w jaki kapsuła unosiła się nad torem, praktycznie wyeliminowałby tarcie, a środowisko niskiego ciśnienia zmniejszyłoby siłę oporu, pozwalając kapsułowi teoretycznie na jazdę z prędkością do 760 mil na godzinę, tuż poniżej prędkości dźwięku. Musk wyobrażał sobie, że silniki zasilane energią słoneczną wbudowane w rurę będą wykorzystywały pola magnetyczne do okresowego przyspieszania kapsuły, która następnie poruszałaby się w środowisku niemal pozbawionym tarcia i siły oporu, umożliwiając pasażerom odbycie 382-milowej podróży z Los Angeles do San Francisco za około pół godziny.

Na początku zespół MIT Hyperloop założył, że tor będzie zaprojektowany zgodnie z pierwotnym planem Muska i będzie pozwalał tylko na system łożysk powietrznych. Zaczęli opracowywać kapsułę z łożyskami powietrznymi, ale napotkali poważne problemy z zużyciem energii i obawiali się, że łożyska nie utrzymają kapsuły wystarczająco wysoko, aby usunąć wyboje i nierówności na torze.

po lewej: studenci MIT pracowali szybko, aby zaprojektować wielokrotnie nagradzany samochód dla koncepcji szybkiego transportu naziemnego Elona Muska.
środek: rysunek CAD kapsuły.
po prawej: Raghav Aggarwal, który był odpowiedzialny za projektowanie hamulców, trzyma płytę hydrauliczną do sterowania hamowaniem.

po lewej: studenci MIT pracowali szybko, aby zaprojektować wielokrotnie nagradzany samochód dla koncepcji szybkiego transportu naziemnego Elona Muska.
środek: rysunek CAD kapsuły.
po prawej: Raghav Aggarwal, który był odpowiedzialny za projektowanie hamulców, trzyma płytę hydrauliczną do sterowania hamowaniem.

po lewej: studenci MIT pracowali szybko, aby zaprojektować wielokrotnie nagradzany samochód dla koncepcji szybkiego transportu naziemnego Elona Muska.
środek: rysunek CAD kapsuły.
po prawej: Raghav Aggarwal, który był odpowiedzialny za projektowanie hamulców, trzyma płytę hydrauliczną do sterowania hamowaniem.

Łożyska powietrzne, które kupujesz z półki, zwykle mają szczeliny o wysokości od 10 do 100 mikronów, mówi Derek Paxson, SM ’16, jeden z trzech oryginalnych studentów studiów aero-astro w zespole. Aby to zadziałało, powierzchnia, po której jeżdżą, musi być czterokrotnie bardziej płaska. Trzeba mieć niedoskonałości rzędu pojedynczych mikronów, które są bardzo, bardzo małe. Robienie tego na dużą skalę jest naprawdę niepraktyczne.

Ale kiedy SpaceX wypuściło specyfikacje toru testowego w październiku uczniowie zdali sobie sprawę, że być może nie będą musieli polegać na łożyskach powietrznych. Tor byłby wykonany z przewodzącego stopu aluminium, który można by namagnesować, więc mogliby również rozważyć lewitację magnetyczną, system, który może już prowadzić pociągi do około 375 mil na godzinę bez rozprężonej rury. Maglev pozwoliłby na większe wysokości szczelin i zmniejszenie zapotrzebowania na energię. Ale czy miało sens zlikwidowanie planu napowietrzania, nad którym pracowali miesiącami?

Sabrina Ball pozycjonuje boczny moduł sterujący.

Spędzili dwa tygodnie oceniając zalety, wady i wykonalność obu podejść, a następnie postanowili zaprojektować system maglev, który utrzymuje kapsułę unoszącą się 15 milimetrów nad torem. Wyposażyli spód gondoli w dwie 80-calowe narty magnetyczne wykonane z kilku mniejszych magnesów o naprzemiennej polaryzacji. Gdy kapsuła porusza się po torze, magnesy wytwarzają zmieniające się pola magnetyczne, indukując prądy elektryczne, które płyną w pętlach. Te tak zwane prądy wirowe wytwarzają własne pole magnetyczne, które odpycha to wytwarzane przez magnesy i popycha kapsułę w górę. Do utrzymania pływającej kapsuły nie jest potrzebny żaden silnik, o ile porusza się z prędkością pięciu metrów na sekundę lub szybciej. W konkursie pojazd SpaceX przesunie kapsuły na pierwsze 1600 stóp. To powinno przyspieszyć 268-kilogramowy kapsuła MIT do około 100 metrów na sekundę, umożliwiając mu samodzielne pokonanie reszty drogi.

Zmiana projektów wymagała od całej załogi przejścia od prawie nic o maglevie do zostania ekspertami. Ponieważ podjęli decyzję na początku listopada, mieli około 10 tygodni na sfinalizowanie projektu. To było całkiem szybkie 180, mówi Paxson, który teraz pracuje w startupie transportowym Hyperloop One, jednym ze sponsorów zespołu.

Sprężyna zawieszenia i amortyzator.

Boczny moduł sterujący z odcinkiem szyny.

Nagła zmiana opłaciła się. W styczniu zeszłego roku zespół MIT wygrał Best Overall Design na etapie projektowania konkursu, pokonując 123 inne zespoły z całego świata. Następnie uczniowie zajęli się budowaniem prototypu, kończąc na długo przed demonstracją zaplanowaną na sierpień. Ale inni zawodnicy chcieli więcej czasu, więc SpaceX przesunął testy projektów kapsuł do stycznia 2017 r., kiedy 22 zespoły pojadą do kampusu SpaceX w Hawthorne w Kalifornii, aby wysłać swoje prototypy na pobliski tor testowy o długości do 240 mil. na godzinę.

Zespół MIT Hyperloop prezentuje swój prototyp na małą skalę w maju 2016 r. W pierwszym rzędzie od lewej: Philippe Kirschen, Josh Chen, Sabrina Ball, Derek Paxson, John Mayo, Sarthak Vaish, Nargis Sakhibova, Georgiana Vancea, Yiou He. Tylny rząd: Aleksandr Rakitin, Nick Baladis, Chris Merian, Chuan Zhang, Rachel Dias Carlson, Max Opgenoord, Raghav Aggarwal, Greg Monahan, Stephanie Chen, Dan Dorsch, Nick Schwartz, Charlie Wheeler, Colm O'Rourke, Abe Gertler, Shawn Zhang , Scott Viteri, Peter Chamberlain, Philip Caplan, Rich Li, Gregory Izatt, Josh Nation i Lakshya Jain. Inni członkowie zespołu, których nie pokazano na zdjęciu: Evan Wilson, Cory Frontin i Geronimo Mirano.

W międzyczasie konkurenci MIT stworzyli modele komputerowe, aby wirtualnie przetestować wydajność kapsuły. Symulowali niekończącą się linię toru, montując aluminiową tarczę na silniku, aby wprawić go w ruch. Umieszczając magnesy podobne do magnesów na kapsułce w pobliżu wirującego dysku, mogą mierzyć siłę podnoszenia i generowaną siłę oporu, zbierając dane ze świata rzeczywistego dla swoich modeli komputerowych. Wyniki testów wyglądają obiecująco. Byliśmy w granicach około 5 procent przewidywanych wartości, co daje mi pewność, że to rzeczywiście zadziała, mówi Ball, który pracował w zespole ds. dynamiki pojazdu i zbudował znaczną część bocznych elementów sterujących kapsuły. Myślę, że teraz ładnie jedziemy.

W styczniu tego roku, nawet jeśli kapsuła MIT osiąga 240 mil na godzinę, hamuje z wdziękiem przed uderzeniem w piany na końcu toru testowego i odniesie zwycięstwo w zawodach, kapsuła nadal będzie daleka od pierwotnej wizji Muska. Przecież kapsuły startowe nie są wykonane w pełnej skali ani zaprojektowane do przewożenia prawdziwych pasażerów. Ale członkowie zespołu są optymistami.

Jest prawie pewne, że inżynieria stojąca za hyperloopem może się wydarzyć. Technologia stojąca za tym jest w pełni możliwa, mówi Mayo.

ukryć