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国产磁悬浮列车的出现,会不会动摇高铁的地位?
我们国家的另一块大牌再次出现,而这一次,我们已经超过了自己。
不久前,同济大学的磁浮实验线,已经通过了自主知识产权的3.0型商业磁浮列车的动力测试和联试。
这辆磁浮火车的设计速度,在每小时50-km/h的速度下,它的速度可以超过每小时km/h。这项技术的研制,标志着中国在技术上的革新,又一次跻身于国际先进行列,而它的应用,将会有很大的发展。
而现在,以高速铁路为主导的陆地运输模式,将因此而打破3.0的技术瓶颈吗?磁浮与高速列车,究竟是哪一种能成为未来运输的象征?在讨论这些问题前,我们要讨论一下,研究磁浮技术的原因。
一、磁浮技术的优点:高速
我们都知道,按照爱因斯坦的狭义相对论,一个物体的移动速度会增大,它的质量也会随之增大,它所需的动能也会随之增大,并且这个方程是一个非线性的。
所以,如果转速愈高,所需的动能就会成倍增长。实际上,我们也遇到过这样的情况,例如:一辆时速km的高铁,其能源消耗要远远超过每小时km。也就是说,每小时km是高速铁路商业运行的最高速度。
想要提升自己的实力呢?现在唯一的办法就是用磁浮火车。所以,能跑多远?
日本“L0系”在年在山梨县的磁浮测试基地下了线,创下了全球最高速度km每小时。中国中车公司将于明年七月研发出一款时速km的高速磁浮动车组,并在此基础上完成了平稳的悬停和动力运转。但这并非是最快的磁浮。
二、磁悬浮速度为何如此之高?
特斯拉首席执行官埃隆·马斯克于年推出了一项“超级高铁”计划,该项目将采用磁浮技术和真空管线技术,从而将其速度提升至每小时km。
年,德国的赫尔曼首次提出了“磁浮火车”的构想。理论上来说,这是一种非常容易的方法:利用电磁同极性的理论,将车辆的行驶阻力降到最低,达到最高的程度。
历经百余年的发展历程,从理论到商业化,在技术原理、运行规范等各领域,都有了不同的发展方向。就拿“长定子”和“短定子”来说,这是一种很好的方法。
所谓的“长定子”,就是一条可以无限延长的铁路线,而国内的3.0型铁路线,就是“长定子”。而“短定子”则是将直立式马达的定子,置于汽车内部。因其长度和定子的大小受到火车的长度限制,所以被称为“短定子”。
根据磁铁的种类,磁悬浮列车又可以分成三大类:常导磁悬浮、超导磁悬浮、永磁磁悬浮。
而作为“始祖”的,则是永磁轨道交通。它的理论,就像是当初提出的那样,通过磁场的作用,让列车在空中保持10mm的高度,达到一个惊人的速度。
而磁浮列车最大的特点,就是“超导”这个词。超导是一种特殊的导线,其在极端的温度下,其电阻几乎为0。它的电阻率很高,可以让它的内部电流,比普通的电磁列车,要高出几百倍。所以,大部分具有突破速度记录的磁悬浮火车,都是采用了超导体技术。例如,日本“L0”系列的“L0”磁悬浮,以及中车公司在青岛的试验。
由此可见,磁悬浮列车的高速行驶,最根本的原因,就是克服了阻力和摩擦力。内置设备,大大降低了电阻器的阻力,使电力功率达到最高;采用流体外形,悬浮方式,降低了气流的阻力,降低了地面的摩擦。
三、打破日德的“独占鳌头”,中国的“磁悬浮技术”跻身世界一流行列
尽管理论上讲起来很容易,但实际操作起来,还是挺麻烦的。国内的磁浮研究,从技术引入到技术的发展,是一个非常困难的阶段。上海浦东国际机场至龙阳路的tr-8号线,是我国第一条民用的轨道交通,采用的是德国蒂森克虏伯公司的TR型磁浮工程。
在高速铁路技术发展的饱和之后,我国的研究经费也逐渐转向了这一块,从而推动了我国的高速铁路技术的快速发展。
目前,国内的磁悬浮技术,已在全球范围内推广到了所有的领域。不管是常规的磁悬浮技术,超导低温超导技术,甚至是超导技术,都在国际上获得了巨大的成功。可以说,我国在磁悬浮技术上,与德、日等国家并驾齐驱。
这次从1.0到3.0的磁浮技术,我国科研工作者在通讯技术、牵引技术、导向技术和受流技术上都有许多的创新。
通信技术方面,5G毫米波技术的应用使汽车的无人化,使行车模式的革新与汽车的驾驶模式的革新相结合;采用长定子线马达技术,3.0型磁悬浮列车的牵引性能比2.0型提高20%,提速速度也减少50%。
另外,采用有源引导的方式,可显著提高磁悬浮列车的侧风性能、整车稳定性和转弯能力。与之前两个版本相比,3.0版本的安全性得到了显著的改善。
中车的张文跃曾说过,在3.0的“磁悬浮”工程上,我国掌握了牵引、制动、悬浮、受流等核心技术。
四、结论
现在,能不能用一辆磁浮来代替现在的高速铁路?当然不会。
尽管国内的磁浮技术已达到国际先进水平,但其昂贵的成本仍是各国普遍存在的问题。现在,同样的轨道交通费用比“复兴”铁路要贵4倍。所以,在短时间内,讨论取代方案,是不太可能的。
然而,在我们的研究中,当我们继续开发新的火车时,它的价格和它所能带来的利益将会得到平衡,从而使它能够实现更广泛的商品化。就像高速铁路逐渐取代了绿色小汽车。