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中国“超高速磁悬浮列车”完成调试 “飞檐走壁”不是梦

磁悬浮列车因其与轨道的磁力相互作用悬浮在空中,运行时不与地面产生摩擦,因而可以降低能耗、提高速度。那么,如果修建一条接近真空的管道,让“挂”在墙上的列车“飞”起来,时速能够达到多少?
      理论上,这样的“超级列车”时速可以达到3600公里。但要达到如此“腾飞”的速度,显然还有很长的路要走,还有许许多多的难关需要科学家们逐一克服。
      西南交通大学不仅成功地将管道真空的极限压强降到了1335帕(一个大气压等于101325帕)——相当于抽掉了管道中99%的空气,还在常压下将磁浮实验车最高平均速度达到了每小时82.5km,最大瞬时速度达到了每小时87.5km。据悉,春节后他们将进行真空状态下的的实验,预计其时速将大幅度增加。
      据介绍,这种将轨道铺在管壁上的“壁挂”磁悬浮列车,是由西南交大超导与新能源研究开发中心赵勇教授团队首创,它能有效解决实验室中轨道半径太小所带来的离心力问题。该项目的主要完成者、西南交通大学2012级博士生周大进表示:“在未来的应用中,‘壁挂’磁悬浮还有可能发展为三维轨道,让列车真正可以‘飞檐走壁’。”
      真空管磁悬浮轨道车
      “成都造”
      磁悬浮驱动概念最早在20世纪中叶被提出,随后英国伯明翰机场于1984年建成使用了全球首条商业磁悬浮列车线路,碍于技术原因,其速度仅有42公里/小时。虽然磁悬浮起源于欧洲,但发扬光大于亚洲,目前日本和中国都在积极发展这项技术,而位于上海浦东机场的磁悬浮列车也是目前世界上最快的商业线路,时速可达431公里。
      当列车时速达到400公里以上时,超过83%的牵引力会被浪费在抵消空气阻力上,同时气动噪声也会超过90分贝,高于列车环境设计标准要求的75分贝,在此情况下,如果想要在获得超高速的情况下保证舒适性和能耗经济性,那么最好的办法就是让列车在近乎真空的环境中运行——真空管磁悬浮列车的想法由此诞生。
      2011年,赵勇团队研制出了全球首个真空管道高温超导磁浮列车试验车。主要从事超低温物理研究,因3He(氦-3)的超流动性现象研究成果获得1996年度诺贝尔物理学奖的美国斯坦福大学教授道格拉斯·奥谢罗夫(DouglasD.Osheroff)在参观该试验车后曾给予高度评价。2014年,西南交通大学又建成了真空管道超高速磁悬浮列车原型测试平台。据介绍,列车运行时,管道内的大气压比外界低10倍,列车可以将更多的动力用于驱动车辆提速前进。不过碍于实验环线的半径仅有6米,当时测试车辆的最高速度只达到了50公里/时。
      如今,西南交大已经有了第三个真空管道超高速磁悬浮列车试验平台——第二代高速真空管道高温超导侧浮系统。据悉,在顺利完成第一阶段调试后,赵勇团队已经计划在春节后进行高速真空管道高温超导侧浮系统测试,真正将试验车纳入真空环境中试验。
      高温超导磁悬浮列车
      节能又环保
      相关技术人员表示,尽管早在1992年,科研人员就依据高速旋转实验推论出高温超导磁悬浮的实验速度可达3600公里/小时,但这只是理论上的,要做出来还有很长的路要走。
      目前有三种典型的磁悬浮技术:一种是德国发明的电磁悬浮技术,上海磁悬浮列车、长沙和北京在建的磁悬浮列车均应用此类技术;第二种是日本发明的低温超导磁悬浮技术,如日本在建的中央新干线磁浮线;第三种是高温超导磁悬浮,与低温超导磁悬浮的液氦冷却(零下269摄氏度)不同,高温超导磁悬浮采用液氮冷却(零下196摄氏度),工作温度得到了提高。据了解,目前主要的磁浮列车可分为三种:电磁悬浮、电动悬浮和高温超导悬浮,前两种现在已经投入了或即将投入商业应用,时速最高接近600km,而高温超导悬浮则还在实验阶段,相比电磁悬浮和电动悬浮,高温超导悬浮更便于在真空管道中运行,它充分利用了超导体在永磁轨道上的悬浮力和导向力,能够自稳,不需要用电力来控制其稳定性,因此也更加简单和绿色环保。
      周大进介绍,西南交大的的第二代高速真空管道高温超导侧浮系统,采用了高温超导侧浮、真空管道系统、直线电机牵引系统以及无线数据采集技术等多种技术的交叉融合,使得该设备突破了小半径圆环形轨道离心力的限制,大幅度提高了高温超导自由悬浮系统的运行速度。他说,与第一代高温超导磁浮实验环线的设计常规悬浮不同,为了提高在实验室狭小空间中实现高速运行,第二代高温超导环线设计采用了侧挂悬浮,即类似于把车体悬挂在墙壁上。
      未来可以设计出
      三维轨道
      “现在,真空管道高温超导悬浮大多数研究都还在理论层面,实验研究不多,目前所报道的最好结果是:十分之一大气压下、六米半径环线上达到了50公里/时,而我们在3米环线半径、未对管道抽真空的状态下,就已经达到了80多公里时速,且运行平稳,这可以说是高温超导悬浮列车研究目前达到的最快速度。”周大进说,能够达到这样的水平,有一个很重要的原因是实验首次采用了侧挂悬浮,也即类似把车体悬挂在墙壁上,它解决了在实验室条件下,因没有足够长的距离,只能将轨道铺设成环形,从而在高速运行中,会产生巨大离心力的问题,“在环形轨道它都能平稳运行,那么在实际应用中,就会更加简单,未来地面轨道和管壁轨道结合,可以设计出三维轨道。”
      赵勇教授说,真空管道高温超导悬浮列车将是未来满足人们地面高速出行的一种交通方案,而什么时候能够得到实际应用,既取决于技术的进步,也取决于社会的需求。他认为,真空管道超导磁悬浮的应用,应在高温超导磁悬浮商业化之后才有可能。