論述了我國(guó)生長(zhǎng)真空管道高速交通的需求性和可行性. 就管道壓強(qiáng)、遮擋系數(shù)及其關(guān)頭手藝等基礎(chǔ)標(biāo)題張閉會(huì)談. 重點(diǎn)論述我國(guó)生長(zhǎng)真空管道高速交通的戰(zhàn)略方針和手藝方案. 提出采用高溫超導(dǎo)磁浮導(dǎo)向,同步線(xiàn)性機(jī)電牽引和高壓強(qiáng)管道所組成的體系. 建議立刻末尾研討實(shí)驗(yàn),以期能于2030年前完成600～1000 km /h超高速真空管道磁浮列車(chē)的商業(yè)運(yùn)轉(zhuǎn).

　　在地表稀疏大氣層中運(yùn)轉(zhuǎn)的高速交通工具,最高經(jīng)濟(jì)速度不跨越400 km/h[1-3] . 可是,完成更高速度確有客不雅觀(guān)需求,也是交通科技義務(wù)者孳孳以求的胡想. 完成更高經(jīng)濟(jì)速度的一個(gè)可以的途徑是采用真空管道. 筆者擬就此發(fā)布一些思慮和不雅觀(guān)念,以期激起我國(guó)有關(guān)部門(mén)、企業(yè)和交通界學(xué)者工程手藝人員的關(guān)注.

　　限制空中高速交通最高經(jīng)濟(jì)速度的根柢成分是稀疏大氣, 抑制氣動(dòng)傳染感動(dòng)是空中高速交通的重要義務(wù). 氣動(dòng)阻力與速度的二次方成正比,氣動(dòng)噪音隨速度七次或八次方而急增. 這是任何方式的交通工具都沒(méi)法避免的客不雅觀(guān)規(guī)律.

　　文獻(xiàn)[1]援用了德國(guó)磁浮列車(chē)和日本新干線(xiàn)輪軌列車(chē)實(shí)測(cè)的牽引曲線(xiàn),空氣阻力所占比例如表1所示. 可見(jiàn)非論是磁浮還是輪軌列車(chē),當(dāng)速度抵達(dá)400 km /h以上時(shí),空氣阻力所占比例將跨越80%。低速下磁浮列車(chē)的空氣阻力比例低于輪軌,除聲名其空氣阻力可以較小外,此外一種可以性是其空阻之外的阻力比輪軌的大. 總之, 80%以上的能耗用于抑制空氣阻力,應(yīng)當(dāng)以為是不經(jīng)濟(jì)的.

表1　空氣阻力在總阻力中所占的比例

　　高速帶來(lái)的噪音標(biāo)題則更嚴(yán)重. 交通噪音的環(huán)保國(guó)度標(biāo)準(zhǔn)為距離鐵路外側(cè)軌道中央線(xiàn)30 m處所測(cè)得的噪音水平普通不得跨越70 dB[4] . 噪音超標(biāo)常成為限制速度的關(guān)頭成分. 如上海浦東的常導(dǎo)磁浮列車(chē),速度抵達(dá)400 km /h時(shí),噪音高達(dá)89 dB,在城鎮(zhèn)或人口密集地域,只能降速到200 km /h經(jīng)過(guò)進(jìn)程.磁浮車(chē)的低噪音和振動(dòng)只是在低速之下才有可以.速度一高,以氣動(dòng)噪音為主,懸浮與否,已沒(méi)有本質(zhì)分歧了.

　　既然高速的阻礙來(lái)自周?chē)橘|(zhì)稀疏大氣,根柢途徑只能是轉(zhuǎn)變介質(zhì)的密度. 正如高速水運(yùn)那樣,水的阻力是大氣的13 倍, 使船分開(kāi)水面, 在空氣中飛起來(lái), 即水面效應(yīng)飛船, 速度便可抵達(dá)300～400km /h. 干線(xiàn)飛機(jī)巡航高度抵達(dá)萬(wàn)m,也是為懂得脫地表稀疏大氣層的傳染感動(dòng). 空中列車(chē)當(dāng)然不能飛到萬(wàn)m空中,但可以把持密閉管道,下降管道內(nèi)壓強(qiáng),便是在列車(chē)周?chē)鷦?chuàng)作發(fā)明低密度介質(zhì)的情形,以?huà)昝撟枇εc噪音的困擾,實(shí)踐上可完成肆意高速度的運(yùn)轉(zhuǎn). 理想上, 1934年德國(guó)工程師肯佩爾取得世界第一個(gè)磁浮列車(chē)專(zhuān)利時(shí),就是這樣想的. 他提出在真空位道中運(yùn)轉(zhuǎn)磁浮列車(chē),速度抵達(dá)1 800 km /h. 半個(gè)多世紀(jì)以來(lái),人們總以為真空位道難以完成,去世力探求在開(kāi)敞大氣中高速運(yùn)轉(zhuǎn)磁浮列車(chē)的途徑,可惜無(wú)一成功. 歷史的結(jié)論很明晰,必需回到肯佩爾的途徑下去,不逃避真空管道真空吸吊機(jī),才干完成400 km /h以上超高速交通的胡想.

　　有人會(huì)以為能完成300 km /h高速鐵路就夠了,沒(méi)有需求在空中追求更高的速度. 的確,生長(zhǎng)航空運(yùn)輸給長(zhǎng)距離高速交通供應(yīng)了很好的選擇. 可是,航空需求破費(fèi)大批初等汽油. 在石油本錢(qián)日益緊缺的今天,作為科技義務(wù),已到了應(yīng)當(dāng)末尾尋覓第二種選擇的時(shí)辰了. 總有一天,乘飛機(jī)遇變成巨人難于承擔(dān)的樸素花費(fèi),而超高速不雅光的市場(chǎng)需求只會(huì)進(jìn)步疾速,經(jīng)濟(jì)安然的空中超高速交通將突顯其市場(chǎng)魅力. 此外,環(huán)保標(biāo)題日趨突出,避免地球變熱,控制溫室氣體排放勢(shì)在必行.

　　綜上所述,生長(zhǎng)環(huán)保清潔運(yùn)輸,即空中超高速軌道交通,從可延續(xù)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的哀求動(dòng)身,也是特別需求的. 由于研討開(kāi)拓管道真空高速運(yùn)輸這一龐雜的新型交通工具,使之抵達(dá)可以商業(yè)運(yùn)營(yíng)的程度,需求20～30 a時(shí)辰,動(dòng)力和環(huán)保管給我們的時(shí)辰已不多,立刻末尾研討已嫌過(guò)晚,不再能猶疑不雅觀(guān)看,纏足不前了.

　　我國(guó)真空管道高速交通的戰(zhàn)略定位應(yīng)為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補(bǔ)充.

　　當(dāng)前正在開(kāi)拓的輪軌高速鐵路,速度為300～350 km /h,是現(xiàn)有鐵路網(wǎng)提速的一定趨向. 上海浦東引進(jìn)德國(guó)常導(dǎo)磁浮列車(chē),速度為400～450 km /h,不喪失為磁浮列車(chē)手藝工程化的大膽考試檢驗(yàn). 這2項(xiàng)已列進(jìn)我國(guó)中耐久交通科技生長(zhǎng)方案戰(zhàn)略研討. 真空管道高速交通速度更高,手藝難度更大,是交通應(yīng)對(duì)幾十年后動(dòng)力、環(huán)保嚴(yán)重標(biāo)題的重要措施,將成為20～30 a此后交通運(yùn)輸市場(chǎng)的亮點(diǎn). 就當(dāng)前來(lái)講,研討真空管道高速交通是最具前瞻性、前沿性的前期研討,與其他高速交通的研討左右開(kāi)弓,相反相成. 是以,真空管道高速交通的戰(zhàn)略方針應(yīng)當(dāng)是研討搶先,實(shí)驗(yàn)開(kāi)路,分階段完成工程化,以2020年拿出最優(yōu)工程方案, 2030年守舊首條運(yùn)營(yíng)線(xiàn)為方針. 對(duì)真空管道高速交通這樣的高手藝項(xiàng)目,必需中止多方案比較實(shí)驗(yàn),優(yōu)選各個(gè)子體系的手藝,還要幾次中止體系綜合評(píng)價(jià),才干找出最好結(jié)構(gòu)方案及參數(shù). 所以,不能深謀遠(yuǎn)慮,過(guò)早思索理論工程實(shí)行,盲目追求市場(chǎng)效應(yīng).

　　分階段生長(zhǎng)的初步想象是用5年 (2005～2010)時(shí)辰中止小比例模型研討,重假設(shè)商榷壓強(qiáng)、遮擋系數(shù)和速度之間的關(guān)系,確定管道內(nèi)徑及車(chē)輛外部尺寸. 然后,再用5年,即在此后10 年(2005～2015)以?xún)?nèi),中止全尺寸模型實(shí)驗(yàn),同時(shí)建造實(shí)驗(yàn)線(xiàn)路并進(jìn)走運(yùn)轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn). 總共大約需求15 年(2005～2020) ,才干確定最好的工程化方案. 在后來(lái)的10 年內(nèi)(2020～2030)有看建成一條充足長(zhǎng)度的運(yùn)營(yíng)示范線(xiàn). 爭(zhēng)取能在2030年之前末尾商業(yè)運(yùn)營(yíng).

　　關(guān)頭是手藝方案的選擇. 應(yīng)鼓動(dòng)鼓舞多單位參與,各自選擇1個(gè)或若干方案睜開(kāi)實(shí)驗(yàn)研討. 2020年中止全國(guó)性的方案評(píng)選,揚(yáng)長(zhǎng)避短,共同確定一個(gè)最好方案.管道壓強(qiáng)的基礎(chǔ)選擇有2種:超低氣壓管道或低氣壓管道. 前者壓強(qiáng)可取1. 0 Pa或更低,后者普通可取10～20 kPa. 各有短長(zhǎng),經(jīng)過(guò)進(jìn)程對(duì)比分析才干決議取舍.

　　管道結(jié)構(gòu)可所以圓形(最省資料)或在凹形全體道床上的半圓形;雙向管道可以并列,也可以或許上下羅列; 2管道之間可以分隔,也可以或許彼此連通,以減小遮擋系數(shù). 管道不一定都高架,展于空中可省支撐結(jié)構(gòu).進(jìn)進(jìn)隧道時(shí)可把持隧道做真空管道,以增加隧道斷面. 管道資料可選防漏水泥,也可思索鋼板、塑料等新型建材. 管道內(nèi)下降壓強(qiáng)可選用高效率的抽風(fēng)機(jī),沿管道培植自動(dòng)抽氣站. 抽氣站間的距離和抽風(fēng)機(jī)功率由計(jì)較確定.

　　關(guān)于道岔,如采用非包邊的磁浮車(chē),可經(jīng)過(guò)進(jìn)程導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的自動(dòng)控制而避免轍岔的移動(dòng),這樣可以使管道分岔特別復(fù)雜. 列車(chē)進(jìn)出站可采用登車(chē)橋機(jī)構(gòu),一端與車(chē)站開(kāi)敞部分相通,別的一端與車(chē)門(mén)慎密貼合后,開(kāi)啟車(chē)門(mén),便可供乘客上下.

　　列車(chē)選擇的范圍更大. 牽哄動(dòng)力看來(lái)采用大功率同步線(xiàn)性機(jī)電已成共識(shí),或可有更好的方案,如超導(dǎo)牽引等. 懸浮及導(dǎo)向則可在更多可以方案被選擇,輪軌也是可以思索的. 輪軌體系如不承當(dāng)牽引(牽引仍用線(xiàn)性機(jī)電) ,只用于支承和導(dǎo)向,則在很高速度下也能很好義務(wù). 用于貨運(yùn)的管道多采用滾輪支承就是一例. 當(dāng)然采用磁懸浮將更方便. 磁浮手藝種類(lèi)單一,有常導(dǎo)、超導(dǎo)、高溫超導(dǎo)、磁浮飛機(jī)、永磁賠償?shù)鹊? 比來(lái)航天部第二研討院又推出氣浮車(chē)手藝,他們發(fā)明航天器上運(yùn)用的發(fā)汗冷卻手藝發(fā)作的推力,可用來(lái)將車(chē)懸浮,這也是一種可以思索的方案.

　　從國(guó)際外磁浮手藝的生長(zhǎng)來(lái)看,西南交通大學(xué)研制的高溫超導(dǎo)磁浮車(chē)最有可以成為600～1 000 km /h超高速真空管道交通的載體. 這一手藝把持慣例永磁體的磁場(chǎng)在高溫超導(dǎo)體中激起樊籬電流完成懸浮,導(dǎo)向由高溫超導(dǎo)體釘扎中央對(duì)永磁導(dǎo)軌磁力線(xiàn)的釘扎傳染感動(dòng)完成. 懸浮高度和導(dǎo)向力普通不需求額外的自動(dòng)控制體系,懸浮距離大,導(dǎo)向力強(qiáng),結(jié)構(gòu)復(fù)雜. 非包邊結(jié)構(gòu)便于采用半圓罩以組成管道. 過(guò)失錯(cuò)誤是用永磁軌道,方便維修養(yǎng)護(hù),但在密閉的真空管道中運(yùn)轉(zhuǎn),就不存在這個(gè)標(biāo)題了.

　　采用高溫超導(dǎo)懸浮和導(dǎo)向, 同步線(xiàn)性機(jī)電牽引, 在10～20 kPa壓強(qiáng)的管道中, 運(yùn)轉(zhuǎn)速度為600～1 000 km /h,可以作為今朝中止實(shí)驗(yàn)研討的一個(gè)基礎(chǔ)方案.

　　沒(méi)有舉動(dòng)任何戰(zhàn)略方針都是空話(huà). 完成超高速真空管道交通當(dāng)然是20～30年此后的事,但研發(fā)義務(wù)如不此刻就啟動(dòng),再等多少年也只能是胡想. 若是本文可以激起社會(huì)的關(guān)注和學(xué)術(shù)界的支撐,張閉會(huì)談,則是作者的最大希望了.

參考文獻(xiàn):

　　[1] 板材吸吊機(jī)　沈志云. 高速磁浮列車(chē)對(duì)軌道的動(dòng)力傳染感動(dòng)及其與輪軌高速鐵路的比較[J] ,交通運(yùn)輸工程學(xué)報(bào), 2001, 1 (1) : 126.　　[2] 　沈志云. 京滬高速鐵路手藝方案的商榷[J]. 交通運(yùn)輸工程學(xué)報(bào), 2001, 1 (2) : 10213.　　[3] 　沈志云. 對(duì)磁懸浮高速列車(chē)熟習(xí)的兩個(gè)弊端不雅觀(guān)念[J]. 交通運(yùn)輸工程學(xué)報(bào), 2004, 4 (1) : 122.　　[4] 　馬大猷,孫家麒,程明昆,等. 噪聲與振動(dòng)控制工程手冊(cè)[M]. 濮陽(yáng):機(jī)械財(cái)富出版社, 2002. 137.

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