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我国“超级高铁”驶出实验室 速度目标值大于600km/h
2021-01-14 10:19:45 来源:光明日报 编辑:news2020

样车预期运行速度目标值大于600km/h,将为远期结合真空管道技术,向1000km/h以上速度值突破奠定基础——

我国“超级高铁”驶出实验室

外形酷似高铁车头、没有车轮而依靠磁力悬浮在轨道试验线上的样车平稳启动,缓缓前行。1月13日,采用西南交通大学原创技术的世界首条高温超导高速磁浮工程化样车及试验线在四川成都正式启用。样车运行安静而平顺,作为首批乘客,参加启用仪式的嘉宾们笑言,他们体验到的是“没有感觉的感觉”。

样车及试验线的正式启用,标志着我国高温超导高速磁浮工程化研究实现从无到有的突破,具备了工程化试验示范条件。样车预期运行速度目标值大于600km/h,将为远期结合真空管道技术,向1000km/h以上速度值突破奠定基础。

对于轨道交通来说,这是一个重要的里程碑——“真空管道+高温超导磁悬浮”的“超级高铁”终于驶出实验室,进入了工程化试验的阶段。

理想的新型交通工具

样车停下后,静静地悬浮在轨道上方,间隙大约10毫米。用力一推,重达十余吨的车体居然移动起来了。

“它在静止状态下是浮起来的,和轨道之间没有摩擦阻力,这也是它能跑得快的原因。”西南交通大学教授邓自刚说。

据了解,高温超导中的“高温”是相对于低温超导而言的,其工作温度是零下196摄氏度。在样车底部安装有超导体,轨道则是永磁体,当液氮将温度降至零下196摄氏度后,超导体电阻消失,电流在超导体中产生强大磁场,车体自然就悬浮起来了。该磁悬浮技术还有“若即若离又不离不弃”的“钉扎”特性,不论对车辆施加哪个方向的力,系统都能自动把车体“拉回来”。

“就像钉子扎在木板上一样,列车只能沿着轨道运行,可以说是永不脱轨。”西南交通大学设计研究院有限公司高级工程师吴自立说。

氮气是空气的主要成分,液氮获取成本低廉。该技术的“钉扎”特性使得悬浮和导向不需要主动控制、不需要车载电源,系统相对简单。高温超导体特有的“钉扎力”,不仅能保证车辆运行安全,还能保持车体上下左右稳定,实现其他任何交通工具都难以达到的平稳性。

“可以说,具有自悬浮、自导向、自稳定特征的高温超导磁浮交通技术,是面向未来发展、应用前景广阔的新制式轨道交通方式。”西南交通大学校长杨丹说,高温超导磁浮交通技术拥有结构简单、节能、无化学和噪声污染、安全舒适、运行成本低等优点,是理想的新型轨道交通工具,适用于多种速度域,尤其适合高速及超高速线路的运行。

迈出工程化应用的关键一步

截至2020年,我国高铁营业里程达到3.79万公里,运行时速达到350公里的复兴号动车组技术继续领跑世界。更高的速度,一直是我国科学家从未止步的追求。

西南交通大学在20世纪80年代就开始了磁浮技术的研制,1997年获批国家863计划项目“高温超导磁悬浮实验车”,正式开展高温超导磁浮车的研究。2001年初,学校研制的世界首辆载人高温超导磁悬浮实验车“世纪号”在北京举行的“863计划15周年成果展”上初次亮相,引起了广泛关注。

“小小的一辆车,最大悬浮重量700公斤,仅可乘坐两人,却在全国引起了轰动。”西南交大首席教授张卫华说,这个“世界第一”,是在一个用防雨彩条布搭建的临时工棚中研制出来的,太艰苦了。

2004年,西南交大提出了600km/h及以上载人超高速高温超导磁悬浮交通系统方案,得到了包括12位院士在内的50余位专家的肯定,从此开始了高温超导磁浮车工程化的探索。

一转眼又是十多年过去了,西南交大突破了一系列理论和技术难题,在高温超导磁浮基础理论研究和关键技术创新方面已经形成了优势和基础,具备了工程化的条件。2020年,西南交通大学联合中车公司、中国中铁等单位协同攻关,共同开展高温超导磁浮交通工程化样车和试验线的研究,构建了高温超导高速磁浮交通系统集成技术体系。

“项目团队经过半年多的艰辛努力,完成了样车的研发制造及试验线的建设,并进行了悬浮运行试验,标志着高温超导磁浮技术由原理机理验证向工程化应用迈出了关键一步。”中车唐山机车车辆有限公司副总经理吴胜权说。

引发轨道交通颠覆性变革

“此次展示的高温超导高速磁浮试验线是世界上第一条工程化1∶1的试验线路。”邓自刚在现场介绍,验证段全长165米,建设占地约1250平方米。项目主要内容包括:高温超导磁浮原理工程化样车、悬浮系统、牵引制动系统、运控系统、线下土建及附属工程,以及整个系统工程的联调联试和综合性能检测系统。

高温超导高速磁浮交通工程化样车及试验线项目的建成,是推动高温超导高速磁浮列车技术走向工程化的重要实施步骤。该项目可实现高温超导高速磁浮样车的悬浮、导向、牵引、制动等基本功能,以及整个系统工程的联调联试,满足后期研究试验。

据悉,该样车及试验线,结合西南交通大学校内磁浮列车模型试验台,可验证高温超导磁浮列车高速化及长期运行可靠性,对于技术转化、工程示范、学科建设都有重要意义。

“试验线非常关键,可以帮助车辆从实验室走向工程化应用,去验证研究一些关键的技术和关键的问题。此次试验车辆的所有功能和部件,与未来实际应用一致,下一步可能就要找一个地方落地实现,可能要建一个30至50公里的试验线,实现更高速度的试验。”邓自刚说。

“该技术拟首先在大气环境下实现工程化,可望创造陆地交通的速度新纪录。”杨丹表示,下一步计划结合未来真空管道技术,开发填补陆地交通和航空交通速度空白的综合交通系统,将为远期向1000km/h以上速度值的突破奠定基础,从而构建陆地交通运输的全新模式,引发轨道交通发展的前瞻性、颠覆性变革。

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