高温超导磁悬浮列车:时速620公里的“贴地飞翔”

来源:欧亚娱乐网 作者:欧亚娱乐网站发布时间:2024-04-25 05:49:54

  1月13日,我国自主研制规划、自主制作的国际首台高温超导高速磁浮工程化样车及实验线,在西南交通大学正式启用。这辆选用全碳纤维、流线型头型的样车,规划时速620公里,有望创造在大气环境下陆地交通的速度新纪录。

  与其他磁悬浮技能比较,高温超导磁悬浮技能特别合适未来的真空管(隧)道交通运输,理论估计速度可高于1000公里/小时。考虑到民航客机的飞翔速度大约为900公里/小时,这个速度可谓“贴地飞翔”。

  “咱们这个技能一旦成功,就彻底是我国人的原创。它将成为一种颠覆性的交通方法,添补陆地交通和航空交通的速度空白。”教育部科学技能委员会委员、西南交通大学副校长何川这样点评这辆样车和实验线的含义。

  磁悬浮是一种彻底依托磁场使物体悬浮的新技能。吸力(或许斥力)不只能够抵消重力,使物体悬空,还能够把物体牢牢锁定在特定的方位、保持稳定。

  为了协助大众更直观地了解磁悬浮列车的作业原理,西南交通大学超高速真空管道磁悬浮交通研讨中心副主任邓自刚教授在高速磁悬浮样车的轨迹上做了一个实验。他双手抬起一片长方形的铝板,在永磁轨迹上方抛出。成果,铝板并没有直接砸向轨迹:它先掉落,然后在间隔轨迹很近的方位“飘”起来,沿着轨迹方向滑行一小段间隔才落地,轻盈得像一片茸毛。

  邓自刚告知记者,因为铝板有电阻,电流会衰减,这块铝板最终会落到轨迹上。假如把铝板换成超导体,即在必定温度下电阻变为0的导体,就能够完结长时间的悬浮。

  磁悬浮列车能够选用3种原理完结悬浮,即电磁悬浮(EMS)、电动悬浮(EDS)和高温超导悬浮(HTS)。电磁悬浮原理比高温超导悬浮原理呈现得更早,高温超导悬浮原理是在20世纪80年代后期发现高温超导资料后才提出的。选用电磁悬浮原理的列车已在中低速域和高速域完结了商业运用,而高温超导悬浮还未进入商用。

  2015年,日本低温超导磁悬浮中心新干线公里的国际新纪录,引起广泛重视。

  2019年,我国时速600公里高速电磁悬浮实验样车在青岛下线,标志着我国在高速磁浮技能领域完结重大突破。

  西南交通大学超高速真空管道磁悬浮交通研讨中心首席科学家张卫华教授以为,高温超导悬浮技能有共同优势。

  榜首,运营本钱低。所谓“高温”指的是零下196℃,这个温度明显高于低温超导体所对应的温度要求(零下269℃),意味着能够用更经济的方法完结悬浮。“日本的低温超导磁悬浮技能要求零下269℃,需求用液氦来冷却,这在全国际都是稀缺资源。但高温超导磁悬浮用液氮就行了,空气中78%都是氮气,液氮的本钱比矿泉水的本钱还低。”张卫华说。

  第二,体系更简略。相同以日本的低温超导磁悬浮车为参照,它需求加快到必定的速度才干悬浮,而选用高温超导技能能够完结列车的停止悬浮,这样就省去了杂乱的起跑体系。

  在西南交通大学的项目团队看来,高温超导悬浮技能还有一个重要的优势,那便是具有彻底自主的知识产权。

  不论是采纳哪种技能道路,比较其他交通方法,磁悬浮列车有许多共通的长处,包含保护本钱低、安全性高、环境污染少。因为没有轮轨触摸,列车不需求轮轨、齿轮箱、轴承等零部件,所以磁悬浮列车耗费状况比高铁好许多,并且不会因为雨雪气候延误;因为磁场的效果力能够使列车在水平缓笔直方向保持稳定,并且,磁悬浮列车选用“轨抱车”或许“车抱轨”的结构方法,所以磁悬浮列车脱轨的可能性大幅下降;没有轮轨的噪音,列车能够更安静地运转。

  但是,在现有的技能条件下,完结磁悬浮列车的商用仍面对不小的应战,首要原因在于制作本钱高、回报率低。全球规模来看,只要中日韩三国有在运转的商用磁悬浮列车。

  在邓自刚看来,曩昔20年里他地点团队的最大成便是大幅提高了高温超导技能的悬浮载重功能。悬浮载重功能是指单位面积上能发生多大的悬浮力。

  2000年年末,西南交通大学王家素和王素玉科研团队研制出了国际首辆载人高温超导磁悬浮实验车“世纪号”。现在,通过优化研讨,这辆车的悬浮功能提高了6~7倍。

  “提高悬浮功能首要需求研讨清楚车载高温超导体和永磁轨迹的效果机理,这是一项体系研讨作业。有了研讨定论作为辅导后,详细施行进程像是一个拼图游戏。”邓自刚说。

  超导块材一般尺度很小,因为越大对工艺的要求越高。研讨者需求挑选超导块材的形状,比方圆形、正方形仍是正六边形,然后研讨依照什么方法摆放摆放、力求在空隙最小的前提下组合成更大体积的块材,最大程度发挥出每一块超导体的功能。

  磁轨的规划面对相似的难题。邓自刚泄漏,“现在,1米长的轨迹是由90段小磁体拼起来的”,他们要揣摩怎么排布磁体,完结用最小本钱发挥最大的磁场功能。

  前期的轨迹磁场在上下呈对称散布,这就意味着轨迹下方的一半、未处于作业面的磁场被浪费了。通过不断的仿真优化和实验,现在邓自刚的团队能够让90%以上的永磁体磁场集合在轨迹上方,发挥关键效果。

  1月13日国际首辆高温超导高速磁浮工程化样车及实验线的正式启用是另一个路程碑。该项目由西南交通大学联合中车公司、我国中铁等单位协同攻关研制,是我国推进高温超导磁悬浮技能从实验室走出的重要一步,可验证高温超导磁浮列车高速化及长时间运转的可靠性。

  邓自刚对此点评说,“1∶1份额的样车和实验线,是研讨所有关键技能所必需的。假如没有工程化样车和实验线,就没有办法走向真实的工程化使用。”

  “咱们现在的实验线,完结了‘浮起来’‘动起来’两个方针,而要完结‘跑起来’的方针,需求在长间隔实验线公里级的真车实验,完结高温超导高速磁浮列车投入民用前的最终一步验证。”项目负责人、成都西南交通大学规划研讨院有限公司副院长兼昆明分院院长金朝辉说。

  我国在高铁技能上的发展速度引人注目。在短短数十年时间里,我国从没有一寸高速铁路,发展到具有国际上运营路程最长的高速铁路,我国高铁高速、高原、高寒、重载铁路技能到达国际领先水平。

  现在,我国正尽力在磁悬浮技能上获得相似的成功。北京轨迹交通技能装备集团有限公司磁浮工程事业部总经理苟劲松曾撰文指出,依据他在2017年11月26日完结的计算,我国磁悬浮列车专利数量现已占国际的27.11%。

  我国也是推进磁悬浮技能落地最活跃的国家之一。2002年通车的上海磁悬浮列车成了国际上榜首条商业运营的高速磁悬浮列车线年,中心、国务院印发《交通强国制作大纲》,明确提出合理统筹安排时速600公里级高速磁悬浮体系、低真空管(隧)道高速列车等技能储藏研制。2020年,云南、浙江两省别离宣告方案出资1000亿元以上制作高速磁悬浮列车。

  金朝辉以为,我国现已具有制作高速磁悬浮实验线和工业落地的根底。首要,高温超导磁悬浮列车的土建技能十分接近于现有的高铁技能,桥梁、地道、路基的方法都很相似,首要改变是将钢轨变成了磁轨,中心加了直线电机。这样的优点是能够使得土建技能具有较高的老练度,还能够使用现有的老练工业链。因而在土建工程技能上彻底具有制作条件。

  其二,我国的稀土资源储藏极其丰富,若将其使用于高温超导磁浮线路中,彻底足以支撑轨迹制作,因而磁轨也具有制作出产和工业落地的条件。

  其三,国内多家单位均可制备高温超导块材,但受限于需求量较小,暂时未完结量产。若完结工程使用,在商场唆使下能够在短时间内完结量产。

  其四,其他如直线电机、列车操控技能、安全办理技能等,我国均已具有老练的技能和完好的工业链支撑。因而,我国在高速超导磁悬浮列车彻底具有制作高速实验线和后续工业落地的根底。

  金朝辉以为,高温超导高速磁浮列车技能根本老练,适用于包含山区在内的各种环境和地势,特别合适于带有旅行性质的轨迹或城际高速铁路。现在的燃眉之急是需求结合使用场景制作长间隔实验线,完结体系总集成的验证作业,打通投入商用的最终一关。

  别的,当开端制作后,还需求进一步下降制作本钱。在土建工程上,因为列车更轻、尺度更小、选用均布荷载等原因,土建本钱将比现有高铁形式更低。但直线电机、磁轨这种新产品,之前没有大规模的使用场景,本钱还偏高。研制团队还需求尽力下降制作本钱,让高温超导高速磁浮技能,更具竞争力。

  关于高温超导高速磁悬浮列车投入商用的时间表,何川估计:“如国家支撑制作长间隔实验线,短则两三年,长则五六年,我是有充沛决心的。”

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