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世界首台高温超導高速磁浮工程化樣車在成都下線

時間: 2021-1-13 01:07| 來源: 澎湃新聞|評論:   發表評論 分享到微信

摘要: 1月13日,由中國自主研發設計、自主製造的世界首台高温超導高速磁浮工程化樣車及試驗線在成都下線啓用,標誌着高温超導高速磁浮工程化研究實現從無到有的突破。該車採用全碳纖維輕量化車體、低阻力頭型、大載重高温超導磁浮技術等新技術和新工藝,設計時速620 ...

世界首台高温超導高速磁浮工程化樣車在成都下線_圖1-1

世界首台高温超導高速磁浮工程化樣車 中新網圖


1月13日,由中國自主研發設計、自主製造的世界首台高温超導高速磁浮工程化樣車及試驗線在成都下線啓用,標誌着高温超導高速磁浮工程化研究實現從無到有的突破。

該車採用全碳纖維輕量化車體、低阻力頭型、大載重高温超導磁浮技術等新技術和新工藝,設計時速620千米,未來結合低真空管(隧)道技術,將為軌道交通帶來前瞻性、顛覆性變革。

世界首台高温超導高速磁浮工程化樣車在成都下線_圖1-2

中新網


高温超導高速磁浮交通樣車驗證段建設項目位於西南交通大學九里校區牽引動力國家重點實驗室,驗證段全長165米,建設佔地約1250平方米。項目主要內容包括:高温超導磁浮原理工程化樣車、懸浮系統、牽引制動系統、運控系統、線下土建及附屬工程建設,以及整個系統工程的聯調聯試和綜合性能檢測系統。

世界首條高温超導高速磁浮工程化1:1試驗線

西南交通大學研發團隊成員鄧自剛教授在現場介紹,此次展示的高温超導高速磁浮試驗線是世界上第一條工程化1:1的試驗線路。

世界首台高温超導高速磁浮工程化樣車在成都下線_圖1-5

他在現場接受採訪時解讀,所謂的高温超導中的“高温”實則是相對的温度,實際温度是處於液氮的工作温度——零下196攝氏度,因此是相對低温超導體而言叫“高温”;“超導” 則是指在液氮温度下,其電阻完全消失,稱作超導現象。

這一車輛具備多種黑科技:

一是自懸浮系統,鄧自剛表示,這一車輛採用的是自懸浮系統,指其懸浮系統不需要外在額外的一些控制或者電源,就靠其自身的常導材料跟永磁軌道,就可以實現一個自穩定的懸浮。

二是無人駕駛,鄧自剛表示,該車輛採用的是長定子的直線電機牽引,主要的控制在地面,車上主要是監控。所以可以不用司機,實現無人駕駛。

在乘坐的舒適性方面,鄧自剛表示,“人體能感受到的是加速度,該類車輛的加速度和現有的高鐵等軌道交通都是一樣的,大概處於一米每二次方秒這個量級,因此我們希望將這一技術應用於未來的高速磁懸浮列車。”

在車輛的安全性方面,鄧自剛表示,車輛具備自懸浮、自穩定、自導向特性,超導體自身的釘扎特性會保證車輛安全,不會脱軌。

在車輛的造價方面,鄧自剛表示,目前因為還沒有大面積應用,所以其造價可能比現有的高鐵成本要高一些,但其運行成本相對要低一些,因為沒有任何接觸的部件,所以基本上可以稱為“免維護”。

下一步要建更長試驗線實現更高速度試驗

需要注意的是,鄧自剛提到,現在試驗線因受限於場地,只有165米。“試驗線非常關鍵,可以幫助車輛從實驗室走向工程化應用,去驗證研究一些關鍵的技術和關鍵的問題。此次試驗車輛的所有功能和部件和未來實際應用一致,下一步可能就要找某一個地方落地實現,可能要建一個比如30~50公里的試驗線,實現更高速度的試驗。”

此前,西南交通大學已有搭建的全球首個真空管道超高速磁懸浮列車環形實驗線平台。這是國內第一個載人高温超導磁懸浮環形實驗線,線路總長45米,設計載重300 公斤,最大載重可達1噸,懸浮淨高大於20毫米,是目前國際上同等載重能力,截面最小、永磁材料用量最少的超導懸浮系統,可進行0-50km/h的實際動態運行實驗。

問及和環形試驗線的區別,鄧自剛表示,此次的試驗線和環形的試驗線原理一模一樣,因為環形線已在西南交大運行了有6年多的時間,基本上每年有200多天的運行,“那是非常堅實的基礎,有了環形線之後再把該技術放大攻關,環形線是小載重,此次下線的是大載重的懸浮技術,同時按照真正的高速磁懸浮列車概念來集成設計,所以這裏面的功能比環形線要多很多,更復雜。”

西南交大此前試驗的真空管道超高速磁浮也被外界稱作超級高鐵的雛形。鄧自剛表示,超級高鐵有兩個概念,一個叫磁懸浮,一個叫真空管道。今天展示的是磁懸浮,下一步也會將它和真空管道結合在一起,在真空管道里面運行的話,可以進一步提高它的速度,速度有望再進一步提升,達到時速600+以上甚至時速1000公里。

問及該車輛未來的需求在哪裏?他認為,人類對速度的追求是永無止境的,肯定希望是更快。比如到北京出差,算上去機場等待的時間還是挺長的。如果有一條能夠跟飛機速度媲美的一個軌道交通工具,肯定有適合它的人羣,這個肯定是有市場價值的。

在他看來,這一交通制式與現有交通是互補關係,“它針對的速度段不一樣,讓我們的速度體系更加完善,現在我們出行可以選擇高鐵跟航空,以後會多一種選擇,可以選擇磁懸浮。”

擬首先在大氣環境下實現工程化

高温超導高速磁浮交通工程化樣車及試驗線項目的建成是推動高温超導高速磁浮列車技術走向工程化的重要實施步驟,可實現高温超導高速磁浮樣車的懸浮、導向牽引、制動等基本功能,以及整個系統工程的聯調聯試,滿足後期研究試驗。結合西南交通大學校內磁浮列車模型試驗枱(400+彈射試驗枱、700滾動試驗枱),可驗證高温超導磁浮列車高速化及長期運行可靠性,對於技術轉化、工程示範、學科建設都有着重要意義。

據介紹,接下來,該技術擬首先在大氣環境下實現工程化,預期運行速度目標值大於600km/h,可望創造在大氣環境下陸地交通的速度新紀錄。

再下一步計劃結合未來真空管道技術,開發填補陸地交通和航空交通速度空白的綜合交通系統,將為遠期向1000km/h以上速度值的突破奠定基礎,從而構建陸地交通運輸的全新模式,引發軌道交通發展的前瞻性、顛覆性變革。

高温超導磁浮具多種優越性

據介紹,高温超導磁浮列車具有多種優越性:

一是節能:懸浮和導向不需要主動控制、不需要車載電源,系統相對簡單。懸浮和導向只需用廉價的液氮(77K)冷卻,空氣中78%是氮氣。

二是環保:高温超導磁懸浮能靜止懸浮,完全無噪音;永磁軌道產生的是靜磁場,乘客接觸的地方磁場為零,無電磁污染。

三是高速:懸浮高度(10~30mm)可根據需要設計,可用於從靜止至低、中、高速和超高速運行。與其它磁懸浮技術比較,更適合真空管道交通運輸(大於1000km/h)。

四是安全:懸浮力隨懸浮高度的降低成指數函數增加,垂直方向無需控制的情況下也能保證運行安全。自穩定的導向系統在水平方向也可以保證運行安全。

五是舒適:高温超導體的特殊的“釘扎力”保持車體上下左右穩定,是任何交通工具都難以達到的平穩性。乘客乘坐時體會到的是“沒有感覺的感覺”。

六是運行成本低:與德國的常導磁懸浮車和日本用液氦的低温超導磁懸浮車比較,具有系統重量輕、結構簡單、製造和運行成本低的優點。

據瞭解,西南交通大學從上世紀80年代開始磁浮的研製,1997年獲批國家863計劃項目“高温超導磁懸浮實驗車”,正式開展高温超導磁浮車的研究。

2000年12月31日,西南交通大學研製成功世界首輛載人高温超導磁懸浮實驗車“世紀號”。

2004年,西南交通大學提出了600km/h及以上載人超高速高温超導磁懸浮交通系統方案,並得到了包括12位院土在內的50餘位專家的肯定,從此開始了高温超導磁浮車工程化的探索。

2013年,西南交通大學研製完成中國首條高温超導磁懸浮環形試驗線,是當時國際上同等載重能力,截面最小、永磁用量最少的超導懸浮系統。

2014年,西南交通大學建成國際首條真空管道高温超導磁懸浮車環形試驗線。

2019年,西南交通大學建成真空管道高温超導磁浮車高速試驗平台,最高試驗速度400km/h,可開展高温超導磁浮車動力學、氣動、振動、噪聲等方面的研究。

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