運(yùn)用磁懸浮技術(shù)是未來(lái)高鐵的發(fā)展方向
2017-09-11
原標(biāo)題：運(yùn)用磁懸浮技術(shù)是未來(lái)高鐵的發(fā)展方向
從古至今，人類對(duì)速度的追求和探索從未停息。飛機(jī)、火車、輪船、汽車……傳統(tǒng)交通工具的行駛速度正在被一次次刷新。日前，中國(guó)航天科工集團(tuán)公司對(duì)外宣布，將研制時(shí)速2000公里以上的“超級(jí)高鐵”，消息傳出后，立即引發(fā)社會(huì)各界的高度關(guān)注和廣泛討論。
傳統(tǒng)火車的輪子是放在軌道上的，要跑到每小時(shí)2000公里以上的速度，什么樣的“超級(jí)高鐵”才能辦到？西南交通大學(xué)首席教授張衛(wèi)華說(shuō)，所謂“超級(jí)高鐵”那一定是在真空磁懸浮環(huán)境下開(kāi)行的列車，只有運(yùn)用這樣的技術(shù)才能在理論上達(dá)到如此的速度。不過(guò)，到目前為止，還沒(méi)有這樣的試驗(yàn)數(shù)據(jù)產(chǎn)生。
“傳統(tǒng)火車的速度越快，阻力就會(huì)變得越大，車輪和軌道的黏著力會(huì)降低，所以當(dāng)速度提高以后，車輪和軌道就無(wú)法產(chǎn)生足夠的摩擦力，進(jìn)而速度就會(huì)受影響，如果再遇上軌道上有冰霜時(shí)，速度也會(huì)受影響。”張衛(wèi)華認(rèn)為，要突破現(xiàn)在高鐵速度發(fā)展瓶頸，首先要解決兩個(gè)問(wèn)題。一要改變傳統(tǒng)輪軌列車的輪軌黏著極限的制約和公網(wǎng)運(yùn)行的極限速度、波動(dòng)速度的制約。二要克服列車運(yùn)行速度越高所帶來(lái)的空氣阻力越大的問(wèn)題，所以運(yùn)用磁懸浮技術(shù)是未來(lái)高鐵發(fā)展的方向。
“運(yùn)用此項(xiàng)技術(shù)后，當(dāng)磁懸浮列車在真空管道中高速行駛時(shí)，能夠極大地減弱空氣阻力對(duì)列車的影響。”張衛(wèi)華說(shuō)，雖然我國(guó)高鐵起步較晚，但目前我們的高鐵發(fā)展速度是最快的，里程和所生產(chǎn)出的高鐵列車也是最多的，現(xiàn)在全國(guó)每天發(fā)送的高鐵大概有4300列，這充分說(shuō)明我國(guó)的高鐵技術(shù)已相對(duì)成熟穩(wěn)定，一些科研機(jī)構(gòu)正在嘗試用不同的模式進(jìn)行更高速度的機(jī)車試驗(yàn)。
“目前有三種磁懸浮技術(shù)，一種是德國(guó)發(fā)明的電磁懸浮技術(shù)，上海磁懸浮列車、長(zhǎng)沙和北京在建的磁懸浮列車均應(yīng)用此類技術(shù)；第二種是日本發(fā)明的低溫超導(dǎo)磁懸浮液氦冷卻（零下269攝氏度）技術(shù)，在實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)跑過(guò)每小時(shí)603公里的紀(jì)錄；第三種是高溫超導(dǎo)磁懸浮，與日本低溫超導(dǎo)磁懸浮技術(shù)不同，高溫超導(dǎo)磁懸浮采用液氮冷卻（零下196攝氏度），工作溫度得到了提高。”張衛(wèi)華認(rèn)為，日本低溫超導(dǎo)磁懸浮技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是超導(dǎo)能力特別強(qiáng)，缺點(diǎn)是溫度很低，不容易長(zhǎng)距離實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定，因?yàn)榈蜏爻瑢?dǎo)是電動(dòng)懸浮，在速度沒(méi)有起來(lái)的時(shí)候，機(jī)車就浮不起來(lái)，也不好控制。
據(jù)了解，2000年，西南交通大學(xué)超導(dǎo)技術(shù)研究所教授王家素和王素玉研制成功載人高溫超導(dǎo)磁懸浮實(shí)驗(yàn)車。但因受經(jīng)費(fèi)限制，從2001年到2011年的10年時(shí)間里，高溫超導(dǎo)磁懸浮幾乎沒(méi)有大的應(yīng)用進(jìn)展。
“目前，該項(xiàng)技術(shù)已解決高溫超導(dǎo)的原理和物理性能。”張衛(wèi)華說(shuō)，高溫超導(dǎo)磁懸浮是利用丁扎原理，解決了在低溫環(huán)境下很難長(zhǎng)距離實(shí)現(xiàn)的平穩(wěn)問(wèn)題，該種技術(shù)穩(wěn)定性好，可以實(shí)現(xiàn)往上、下、左、右方向都能平穩(wěn)移動(dòng)。但在幾百公里范圍內(nèi)還能不能讓機(jī)車懸浮在那里，從理論到實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中，還有更多的技術(shù)難點(diǎn)等待發(fā)現(xiàn)和解決。同時(shí)，機(jī)車在低壓環(huán)境下的超導(dǎo)磁懸浮及線性電機(jī)驅(qū)動(dòng)特性也缺乏相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究，除考慮磁懸浮列車高速下的懸浮穩(wěn)定性外，還需要考慮磁懸浮列車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在低壓環(huán)境下的穩(wěn)定性。
“目前國(guó)家已對(duì)時(shí)速為五六百公里的磁懸浮列車研究立項(xiàng)。未來(lái)，超高速列車的速度應(yīng)該會(huì)逐步達(dá)到音速和超音速。”張衛(wèi)華認(rèn)為，要達(dá)到這種速度，一定是在真空環(huán)境下進(jìn)行。目前西南交大實(shí)驗(yàn)室正在不遺余力地研究高溫超導(dǎo)列車，其目的就是把傳統(tǒng)輪軌技術(shù)改成高溫超導(dǎo)技術(shù)，充分解決輪軌的限制和機(jī)械問(wèn)題。同時(shí)，針對(duì)此項(xiàng)技術(shù)，學(xué)校實(shí)驗(yàn)室正在搭建一條時(shí)速為400公里的跑道線，預(yù)計(jì)今年年底或明年初就能進(jìn)行試驗(yàn)。理論上，讓試驗(yàn)機(jī)車在試驗(yàn)線上跑到1500公里的時(shí)速是有可能的。（本報(bào)記者李曉東）
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