高速飞行列车 (交通运输)

高速飞行列车是利用低真空环境和超声速外形减小空气阻力,通过磁悬浮减小摩擦阻力,实现超声速运行的运输系统。

1提出

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“高速飞行列车”为真空管道列车,实质也是“Hyperloop超级高铁”概念。千公里时速的超级高铁架构由特斯拉创始人埃隆·马斯克提出,被称为“第五种交通方式”。这一概念提出后,吸引了国际广泛关注,包括Space X、HTT、Hyperloop One等在内的大企业,均参与了研究。

2简介

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高速飞行列车高速飞行列车

2017830日,中国航天科工集团公司官方微博发布消息称,我国正在研制最高时速达4000km高速飞行列车

据中国航天科工提供的资料,高速飞行列车是利用低真空环境和超声速外形减小空气阻力,通过磁悬浮减小摩擦阻力,实现超声速运行的运输系统。它不仅拉近城市之间的时空距离,同时具有不受天气条件影响,不消耗化石能源,可与城市地铁无缝接驳等诸多优点,是未来交通领域的发展趋势和技术制高点。

截至目前,世界上仅有美国两家公司以及中国航天科工集团公司等极少数企业对外宣布开展大于1000公里/小时运输系统研究。

3项目进展

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2017830日,中国航天科工集团公司透露,该集团公司开展了高速飞行列车的研究论证,拟通过商业化、市场化模式,将超声速飞行技术与轨道交通技术相结合,研制的新一代交通工具,利用超导磁悬浮技术和真空管道,致力于实现超音速的近地飞行

关于高速飞行列车最大的亮点是,其最高速度可达4000公里/小时

截止至20178月份,项目处于关键技术攻关阶段。

我国的高速飞行列车最大速度可达到4000公里/小时,以武汉北京的地理距离1200公里计算,未来将仅需大约18分钟即可完成两地穿越

4项目计划

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高速飞行列车高速飞行列车

据了解,目前客运飞机平均时速一般为900公里,高铁实验时速世界纪录为603公里,中国复兴号高铁试验时速最高可达400公里,运行时速350公里。高速飞行列车最高速度可达4000公里/小时,是现有高铁速度的十倍还多,是人类对交通工具速度极致追求的一大进步。

中国航天科工集团公司提供的资料,高速飞行列车项目落地开花将按照三步走战略逐步实现:第一步通过1000公里/小时运输能力建设区域性城际飞行列车交通网;第二步通过2000公里/小时运输能力建设国家超级城市群飞行列车交通网;第三步通过4000公里/小时运输能力建设一带一路飞行列车交通网,最终形成一张继航天、高铁、核电之后的中国新名片

5项目背景

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据了解,中国航天科工集团公司高速飞行列车工程项目已联合国内外20多家科研机构,成立了国内首个国际性高速飞行列车产业联盟,目前团队拥有相关领域的200多项专利。

目前全球最快高铁是中国的复兴号列车,运行时速350公里,试验时速可达400公里。今年921日调整运行图后,中国不仅是世界上高铁运营里程最长的国家,也成为世界上高铁商业运营时速最高的国家。

中国航天科工是全球首个提出超声速地面运输系统的集团公司。当前,世界上对外宣布开展大于1000公里/小时运输系统研究的公司主要有三家,包括美国的HTT公司、Hyperloop One公司以及中国航天科工集团公司。

6技术应用

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中国航天科工集团公司副总经理刘石泉表示,在探索太空经济新领域方面,航天科工联合有关科研机构,开展了空间新材料轨道舱及商业化应用、太空资源探索及开采利用的项目论证,与之匹配使用的大型、超大型运载火箭也已开始布局,届时将为太空经济、太空产业提供基础性保障。

7区别

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中国的高速飞行列车与马斯克提出的超级高铁相比有什么不同?

2013年,特斯拉的首席执行官埃隆·马斯克(Elon Musk)提出超级高铁计划,他认为超级高铁可以1200公里的超高时速远距离运送乘客。但这一计划是通过超高速城际运输超级回路”(Hyperloop)来实现,超级回路系统是一套全新的高速运输体系,该运输系统并非以火车厢而是以铝制胶囊为运输工具,将铝制胶囊置于钢铁管道之中,然后像发射炮弹一样将它发射至目的地。

而中国高速飞行列车的原理,则是利用低真空环境和超声速外形减小空气阻力,通过磁悬浮减小摩擦阻力,实现超声速运行的运输系统。

8尚缺试验数据支撑

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有理论与技术基础 尚缺试验数据支撑

“在真空管道中运行4000公里时速,是基于现有技术基础上的推断,有一定理论和技术基础,但缺乏实验依据。”西南交通大学超导中心教授赵勇说。

国防科技大学磁浮技术工程研究中心教授李杰也认为,依据磁浮原理,磁浮列车速度确实可以“无极限”。4000公里时速,理论上可行。

不过,理想很丰满,现实仍“骨感”。

赵勇介绍,要实现目标速度,至少有三大问题待解:如何低成本获得真空管道以及管道维护;如何确保高速运动下磁浮系统的动力学稳定性;如何保证高速运动下的直线驱动效率。“这些都需要实验数据支撑。”

磁浮列车主要涉及悬浮、导向、牵引等核心关键技术。时速1000公里以上的超高速列车,如何稳定悬浮、且“不跑偏”,如何获得与超高速相匹配的牵引技术,都需要一步步向前推进。

根据我国轨道交通国家标准,中低速磁浮列车,每10米允许的“跑偏”误差不超过3毫米。高速磁浮列车每跨“跑偏”误差必须控制在1毫米以内。对于1000公里以上的“超级高铁”,其误差控制精度,则更高。

9技术支持

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如何让它“不跑偏”?

航天科工集团三院三部主任助理、高速飞行列车项目技术负责人毛凯介绍,目前开展的多项关键技术攻关中,有一项高温超导磁悬浮技术正是要解决这个问题。

2014年,西南交通大学搭建了全球首个真空管超高速磁悬浮列车原型测试平台,实验环线半径为6米。有两个课题组开展了在真空管道中的高温超导磁浮问题研究。其中,一组偏重载人磁浮系统研究,目前在平台中载人运行可达时速30公里。另一组则偏重高速运动下的动力学行为,在平台中运行可达时速160公里。

“我们的高温超导磁浮技术,是基于高温超导体与永磁体间的抗磁和磁通钉扎作用,是一种由材料内在特性决定的被动悬浮。它具有结构简单、安全、自导向、节能环保等优势。”赵勇说。正因为其“自导向性”,确保了在合理轨道设计下列车沿轨道稳定运行的可能。“严格说,它是‘非理想第二类超导体的迈斯纳效应、磁通钉扎’与‘量子磁浮记忆效应’的结合。”

1000公里时速以上的磁浮成熟技术还没出现

按悬浮形式,磁浮技术可分为常导与超导两类。

日本采用了基于电磁动态悬浮的低温超导磁浮技术,这一技术业已成熟,载人速度可达时速600多公里。2014年,日本开工建设世界首条最高时速达505公里的超导磁悬浮高速铁路,预期2027年建成通车。而上海430公里时速的磁浮列车,则采用了德国的常导磁浮技术,利用的是电磁吸引悬浮原理。目前全球尚未形成1000公里时速以上的磁浮成熟技术。

中车株洲电机有限公司牵引电机研发部副经理何云风介绍,根据速度,磁浮列车有高速和中低速之分。中低速磁浮列车,一般采用短定子直线感应电机牵引,如长沙磁浮列车。高速磁浮列车中,上海磁浮列车采用了长定子同步直线电机牵引,日本高速磁浮列车则采用了低温超导直线电机牵引。“国内对长定子直线电机尚未实现工程化应用,且有同步,永磁、超导等技术路线之分,国内正在开展长定子直线电机工程化研究。不过目前主要是针对400—600公里时速的直线同步电机,600公里以上的还在前期研究中。”

赵勇补充解释,所谓航天技术与磁浮技术的结合,是指将其空气动力学方面的优势,运用于高速运动的稳定性、气动设计等方面,并非简单的“航天技术+磁浮技术”。

10世界竞争

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对超级高铁这一前沿技术的研究,多家公司正处于一种类似“太空竞赛”般的激烈竞争中,显示出对这一可能改变世界的交通技术的极大热情。

他们看好“超级高铁”的形势,也丝毫不回避诸多技术难题。退休物理学家、超导磁悬浮概念的联合提出者詹姆士·鲍威尔曾警示,轨道误差必须非常小,如果轨道墙壁位置差之毫厘,都可能导致灾难。此外,长真空管道如何维持低压,甚至接近真空状态极为困难。

“整套系统非常脆弱,哪怕一个点失败,都可能引发灾难。”鲍威尔说。譬如,假设有人在管壁穿孔,或地震导致管道稍微移位,都可能导致乘客舱崩溃。

超级高铁成本一点也不“平民”,但没有挡住这些大企业探索的脚步。HTT正在搭建长达8公里的全球首个全尺寸Hyperloop模型,可对该交通方式的系统和技术进行全局测试和考量。这段仅8公里长的测试轨道预估需耗资1亿美元——还只是最初期测试轨道的铺设花费。

来自研发团队rLoop的莱纳德的说法看起来既务实又乐观。他说,超级高铁能在未来5年到10年成为现实已非常了不起,但在任何形式的公共使用之前,将会有大量的测试和监管问题有待解决。

 

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高速飞行列车 图册
  • 浏览次数: 2980 次
  • 更新时间:2017-09-05
  • 创建者:夏喻
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