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关于我国生长真空管道高速交通的思虑

发布时间:2017-04-10 10:33:25 阅读次数:303

  论述了我国生长真空管道高速交通的需求性和可行性. 就管道压强、遮挡系数及其关头手艺等基础标题张闭会谈. 重点论述我国生长真空管道高速交通的战略方针和手艺方案. 提出采用高温超导磁浮导向,同步线性机电牵引和高压强管道所组成的体系. 建议立刻末尾研讨实验,以期能于2030年前完成600~1000 km /h超高速真空管道磁浮列车的商业运转.

  在地表稀疏大气层中运转的高速交通工具,最高经济速度不跨越400 km/h[1-3] . 可是,完成更高速度确有客不雅观需求,也是交通科技义务者孳孳以求的胡想. 完成更高经济速度的一个可以的途径是采用真空管道. 笔者拟就此发布一些思虑和不雅观念,以期激起我国有关部门、企业和交通界学者工程手艺人员的关注.

1、生长真空管道高速交通的需求性

  限制空中高速交通最高经济速度的根柢成分是稀疏大气, 抑制气动传染感动是空中高速交通的重要义务. 气动阻力与速度的二次方成正比,气动噪音随速度七次或八次方而急增. 这是任何方式的交通工具都没法避免的客不雅观规律.

  文献[1]援用了德国磁浮列车和日本新干线轮轨列车实测的牵引曲线,空气阻力所占比例如表1所示. 可见非论是磁浮还是轮轨列车,当速度抵达400 km /h以上时,空气阻力所占比例将跨越80%。低速下磁浮列车的空气阻力比例低于轮轨,除声名其空气阻力可以较小外,此外一种可以性是其空阻之外的阻力比轮轨的大. 总之, 80%以上的能耗用于抑制空气阻力,应当以为是不经济的.

表1 空气阻力在总阻力中所占的比例

  高速带来的噪音标题则更严重. 交通噪音的环保国度标准为距离铁路外侧轨道中央线30 m处所测得的噪音水平普通不得跨越70 dB[4] . 噪音超标常成为限制速度的关头成分. 如上海浦东的常导磁浮列车,速度抵达400 km /h时,噪音高达89 dB,在城镇或人口密集地域,只能降速到200 km /h经过进程.磁浮车的低噪音和振动只是在低速之下才有可以.速度一高,以气动噪音为主,悬浮与否,已没有本质分歧了.

  既然高速的阻碍来自周围介质稀疏大气,根柢途径只能是转变介质的密度. 正如高速水运那样,水的阻力是大气的13 倍, 使船分开水面, 在空气中飞起来, 即水面效应飞船, 速度便可抵达300~400km /h. 干线飞机巡航高度抵达万m,也是为懂得脱地表稀疏大气层的传染感动. 空中列车当然不能飞到万m空中,但可以把持密闭管道,下降管道内压强,便是在列车周围创作发明低密度介质的情形,以挣脱阻力与噪音的困扰,实践上可完成肆意高速度的运转. 理想上, 1934年德国工程师肯佩尔取得世界第一个磁浮列车专利时,就是这样想的. 他提出在真空位道中运转磁浮列车,速度抵达1 800 km /h. 半个多世纪以来,人们总以为真空位道难以完成,去世力探求在开敞大气中高速运转磁浮列车的途径,可惜无一成功. 历史的结论很明晰,必需回到肯佩尔的途径下去,不逃避真空管道真空吸吊机,才干完成400 km /h以上超高速交通的胡想.

  有人会以为能完成300 km /h高速铁路就够了,没有需求在空中追求更高的速度. 的确,生长航空运输给长距离高速交通供应了很好的选择. 可是,航空需求破费大批初等汽油. 在石油本钱日益紧缺的今天,作为科技义务,已到了应当末尾寻觅第二种选择的时辰了. 总有一天,乘飞机遇变成巨人难于承担的朴素花费,而超高速不雅光的市场需求只会进步疾速,经济安然的空中超高速交通将突显其市场魅力. 此外,环保标题日趋突出,避免地球变热,控制温室气体排放势在必行.

  综上所述,生长环保清洁运输,即空中超高速轨道交通,从可延续循环经济的哀求动身,也是特别需求的. 由于研讨开拓管道真空高速运输这一庞杂的新型交通工具,使之抵达可以商业运营的程度,需求20~30 a时辰,动力和环保管给我们的时辰已不多,立刻末尾研讨已嫌过晚,不再能犹疑不雅观看,缠足不前了.

2、生长真空管道高速交通的可以性3、真空管道高速交通的基础标题4、我国生长真空管道高速交通的战略方针和手艺方案

  我国真空管道高速交通的战略定位应为600~1 000 km /h超高速空中交通,是今朝空中高速交通的延伸和补充.

  当前正在开拓的轮轨高速铁路,速度为300~350 km /h,是现有铁路网提速的一定趋向. 上海浦东引进德国常导磁浮列车,速度为400~450 km /h,不丧失为磁浮列车手艺工程化的大胆考试检验. 这2项已列进我国中耐久交通科技生长方案战略研讨. 真空管道高速交通速度更高,手艺难度更大,是交通应对几十年后动力、环保严重标题的重要措施,将成为20~30 a此后交通运输市场的亮点. 就当前来讲,研讨真空管道高速交通是最具前瞻性、前沿性的前期研讨,与其他高速交通的研讨左右开弓,相反相成. 是以,真空管道高速交通的战略方针应当是研讨抢先,实验开路,分阶段完成工程化,以2020年拿出最优工程方案, 2030年守旧首条运营线为方针. 对真空管道高速交通这样的高手艺项目,必需中止多方案比较实验,优选各个子体系的手艺,还要几次中止体系综合评价,才干找出最好结构方案及参数. 所以,不能深谋远虑,过早思索理论工程实行,盲目追求市场效应.

  分阶段生长的初步想象是用5年 (2005~2010)时辰中止小比例模型研讨,重假设商榷压强、遮挡系数和速度之间的关系,确定管道内径及车辆外部尺寸. 然后,再用5年,即在此后10 年(2005~2015)以内,中止全尺寸模型实验,同时建造实验线路并进走运转实验. 总共大约需求15 年(2005~2020) ,才干确定最好的工程化方案. 在后来的10 年内(2020~2030)有看建成一条充足长度的运营示范线. 争取能在2030年之前末尾商业运营.

  关头是手艺方案的选择. 应鼓动鼓舞多单位参与,各自选择1个或若干方案睁开实验研讨. 2020年中止全国性的方案评选,扬长避短,共同确定一个最好方案.管道压强的基础选择有2种:超低气压管道或低气压管道. 前者压强可取1. 0 Pa或更低,后者普通可取10~20 kPa. 各有短长,经过进程对比分析才干决议取舍.

  管道结构可所以圆形(最省资料)或在凹形全体道床上的半圆形;双向管道可以并列,也可以或许上下罗列; 2管道之间可以分隔,也可以或许彼此连通,以减小遮挡系数. 管道不一定都高架,展于空中可省支撑结构.进进隧道时可把持隧道做真空管道,以增加隧道断面. 管道资料可选防漏水泥,也可思索钢板、塑料等新型建材. 管道内下降压强可选用高效率的抽风机,沿管道培植自动抽气站. 抽气站间的距离和抽风机功率由计较确定.

  关于道岔,如采用非包边的磁浮车,可经过进程导向机构的自动控制而避免辙岔的移动,这样可以使管道分岔特别复杂. 列车进出站可采用登车桥机构,一端与车站开敞部分相通,别的一端与车门慎密贴合后,开启车门,便可供乘客上下.

  列车选择的范围更大. 牵哄动力看来采用大功率同步线性机电已成共识,或可有更好的方案,如超导牵引等. 悬浮及导向则可在更多可以方案被选择,轮轨也是可以思索的. 轮轨体系如不承当牵引(牵引仍用线性机电) ,只用于支承和导向,则在很高速度下也能很好义务. 用于货运的管道多采用滚轮支承就是一例. 当然采用磁悬浮将更方便. 磁浮手艺种类单一,有常导、超导、高温超导、磁浮飞机、永磁赔偿等等. 比来航天部第二研讨院又推出气浮车手艺,他们发明航天器上运用的发汗冷却手艺发作的推力,可用来将车悬浮,这也是一种可以思索的方案.

  从国际外磁浮手艺的生长来看,西南交通大学研制的高温超导磁浮车最有可以成为600~1 000 km /h超高速真空管道交通的载体. 这一手艺把持惯例永磁体的磁场在高温超导体中激起樊篱电流完成悬浮,导向由高温超导体钉扎中央对永磁导轨磁力线的钉扎传染感动完成. 悬浮高度和导向力普通不需求额外的自动控制体系,悬浮距离大,导向力强,结构复杂. 非包边结构便于采用半圆罩以组成管道. 过失错误是用永磁轨道,方便维修养护,但在密闭的真空管道中运转,就不存在这个标题了.

  采用高温超导悬浮和导向, 同步线性机电牵引, 在10~20 kPa压强的管道中, 运转速度为600~1 000 km /h,可以作为今朝中止实验研讨的一个基础方案.

  没有举动任何战略方针都是空话. 完成超高速真空管道交通当然是20~30年此后的事,但研发义务如不此刻就启动,再等多少年也只能是胡想. 若是本文可以激起社会的关注和学术界的支撑,张闭会谈,则是作者的最大希望了.

参考文献:

  [1] 板材吸吊机 沈志云. 高速磁浮列车对轨道的动力传染感动及其与轮轨高速铁路的比较[J] ,交通运输工程学报, 2001, 1 (1) : 126.  [2]  沈志云. 京沪高速铁路手艺方案的商榷[J]. 交通运输工程学报, 2001, 1 (2) : 10213.  [3]  沈志云. 对磁悬浮高速列车熟习的两个弊端不雅观念[J]. 交通运输工程学报, 2004, 4 (1) : 122.  [4]  马大猷,孙家麒,程明昆,等. 噪声与振动控制工程手册[M]. 濮阳:机械财富出版社, 2002. 137.


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