中国制造的高速磁悬浮列车达到620公里/小时的速度

··--··工程7（2021）891新闻亮点磁悬浮列车速度快，速度快克里斯·帕尔默高级技术作家于二零二一年一月，一辆预期最高时速为620公里/小时的高温超导（HTS）磁悬浮列车（“磁悬浮”）的原型车这台21米长的空气动力机车及其测试轨道由轻质碳纤维制成，代表着中国高铁未来的重要一步“虽然HTS技术不是一个巨大的创新，但最大的新闻是他们真的在努力建设它，”香港理工大学和伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的工程学教授，高速铁路规划，工程和运营专家Tsung-Chung Kao说。年以来，磁悬浮列车被誉为铁路的未来。20世纪初，美国人Robert Goddard和Emile Bachelet首次构想了无摩擦的列车，通过磁场的力量悬浮并向前推进[2]。该技术未能取得进展，直到20世纪30年代德国工程师赫尔曼·肯珀（Hermann Kemper）展示了这一概念。几十年后，在20世纪60年代，美国科学家James Powell和Gordon Danby获得了磁悬浮列车技术的第一个专利，其中包括迄今为止开发的所有磁悬浮设计的线性电动机概念[2]。这些列车的磁悬浮系统分为两类：电动悬浮（EDS）和电磁悬浮（EMS）。在EDS中，日本工程师从20世纪70年代开始广泛开发，轨道和列车上的超导磁体施加相反的磁场，排斥力将列车提升到轨道上方。EMS在很大程度上是由德国工程师推动的，它的工作方式正好相反，通过磁吸引。想象一下，拿起一个大的“T”形块。你的手（火车），卷曲周围的块（铁路）。你指尖上的磁铁会被“T”字水平部分下面的磁铁吸引，基本上是把火车举起来。与此同时，你拇指和指关节内侧的磁铁会被“T”字水平部分两端的对于EDS和EMS方案，列车悬挂在钢轨上方1轨道上的电气化推进回路通过交流电产生磁场，既能从前面拉动列车前进，也能从后面推动列车前进。https://doi.org/10.1016/j.eng.2021.06.001尽管磁悬浮列车的行驶速度可以超过600 km h-1，但与传统的钢轮列车相比，磁悬浮列车的乘客遇到的湍流较少，因为摩擦的唯一来源是空气。另一个好处是安全。磁悬浮列车行驶在同一条路线上，所有的动力都是以相同的速度行驶，所以它们不能赶上并撞上。彼此然而，事故仍有可能发生;德国公司Transrapid建造的磁悬浮列车在2006年试运行期间撞上了一辆服务车辆，造成25人死亡，并导致该国完全放弃了国内项目的技术[3]。磁悬浮列车也不可能因转弯过快而脱轨--磁悬浮列车偏离导轨壁之间的位置越远，将其移回原位的磁力就越强。此外，磁悬浮列车可以爬上高达10%的坡度，是传统列车的两倍。总的来说，磁悬浮列车的绝大多数概念是在几年前提出的。‘‘The basic technology ispretty much好.可以改进的地方相当有限。”不过，最近出现创新的技术的一个方面是超导磁体。中国的新原型，EDS设计，采用了新的类型。传统的超导磁体用液氦冷却到269 °C的温度，以产生比普通电磁铁强十倍的强磁场，这是悬浮和推进轨道车所必需的。相比之下，成都西南交通大学（SWJTU）的工程师于2000年首次在3.5米的原型中实施的HTS磁体[4]使用更容易获得的液氮在196 °C下实现超导性，成本为液氦系统的五十分之一。虽然中国拥有世界上最大的高速铁路网，覆盖超过37900公里，但该国目前只有三条第一条是采用德国EMS技术的高速磁悬浮列车，于2003年推出，是世界该列车最高时速可达431公里/小时另外两列磁悬浮列车均采用中国EMS技术建造，最高速度较低其中一辆于2016年在中国湖南省长沙市开始运营，在其18公里长的轨道上达到160公里/小时的最高速度[5]。另一个在一年后的2017年投入运营，在北京地铁9公里的路段上运行，最高速度为100 km· h-1[6]。2095-8099/©2021 THE CONDITOR.由爱思唯尔有限公司代表中国工程院和高等教育出版社有限公司出版。这是一篇基于CC BY-NC-ND许可证的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。可从ScienceDirect获取目录列表工程杂志首页：www.elsevier.com/locate/engC. 帕尔默工程7（2021）891892·····×西南交通大学的高温超导技术创新是中国政府推动本国自主研发的磁悬浮技术的一部分，迄今为止，该技术已涉及建造少数原型，并在其上进行广泛的测试。除了在成都发布的超高速HTS原型车-西南交通大学，中国铁路车辆总公司（CRRC），中国铁路集团有限公司以及其他大学和公司之间的合作-另一个旨在以超过600 km h - 1的速度行驶的原型车由类似的财团开发，并于2020年6月在中国上海同济大学的一条短测试线上成功运行[7]。SWJTU的工程努力集中在更轻的设计，提供更好的处理[8，9]。然而，高锟认为，阻碍建造更多磁悬浮线路的主要因素并不是技术。‘‘The目前，高速磁悬浮列车的成本比平均最高速度为350 km h-1的传统子弹头列车高出约20%[10，11]。但由于磁悬浮列车是由磁场驱动的，而且它们的运动部件很少，所以它们几乎不产生污染，而且需要更换的部件也较少，需要的维护也较少因此，其支持者认为，从长远来看，磁悬浮列车可能比传统的高速铁路更具成本效益[12]。与此同时，批评者认为，任何此类成本节约都可能被维护复杂仪器以实现列车和轨道之间的高精度对准所增加的费用所抵消[13]。中国官员似乎相信这项技术足以推动建设两条更长的磁悬浮线路：2006年首次提出的上海和杭州之间的164公里长的线路，现在预计将在2025年投入商业使用，以及一条110公里长的线路，主要是地下线路，连 接 广 州 和 杭 州 。 ‘‘The hope is that by constructing more lines,‘‘That is definitely the benefit of the Chinese据报道，中国还在湖北省建设一条200公里长的真空密封隧道，这将消除磁悬浮列车面临的空气阻力，可能使速度达到1000公里/小时。这种所谓的超级高铁概念，最著名的是美国特斯拉和SpaceX企业家埃隆·马斯克[16]，它需要一个非常直、平坦的走廊，这可能会限制它可以服务的路线。虽然有近12个国家正在探索磁悬浮列车的建议，包括中国中车的几个带头人[17]，但韩国和日本是目前运营磁悬浮线路的唯一其他国家2015年，日本山梨磁悬浮列车在一条25公里长的测试轨道上运行，创下了603公里/小时的列车速度纪录。[18]。图1.一、这条世界上最长、最古老的磁悬浮线路全长30公里，最高时速431公里图片来源：Alex Needham（公有领域）。图二.日本山梨 磁悬 浮列车 在25 公里 长的 测试轨 道上运 行，2015 年创 下了603 公里· 小时 的列 车速度 纪录。图片来源：SarunoHirobano（公有领域）。美国磁悬浮技术公司（Marietta，GA，USA），一家以建立商业系统为目标开发磁悬浮技术的美国公司。据高锟说，建设商业上可行的磁悬浮线路的主要挑战可能是找到合适的地方来建造它们。他说：“没有那么多的走廊可以在财政上支持这项技术。”‘‘You are looking for something with extremely high demand,like New York to Washington, DC or Tokyo to事实上，2009年，日本开始建设一条横跨东京和名古屋之间286公里的商业磁悬浮服务。该服务预计将于2027年开放，最高速度为500公里/小时，将在40分钟内连接两个城市，不到目前旅程时间的一半[18]。但该线路的成本估计接近1.1 1010美元，部分原因是超过80%的路线需要通过昂贵的地下和山区隧道。该国计划到2045年扩大到大坂的路线，将东京到大坂的550公里旅程缩短一半，仅需一个多小时。与中国一样，日本也希望向国外出售其高速铁路技术。在2013年访问美国期间，当时的日本首相安倍晋三推动了纽约市和华盛顿特区之间的高速铁路的安倍在2017年再次向美国总统提出了这个想法[20]。然而，到目前为止，还没有达成任何协议。‘‘If you talk about economics, each of these projects requireshundreds and hundreds of millions of operating cost subsidies,and“系统不赚钱。所以，即使技术已经存在，如果你正在寻找财务或经济上的成功，现在，你必须继续寻找。引用[1]马库斯湖中国首次推出时速可达620公里的火车原型[互联网]。亚特兰大：CNN旅游 ;[ 更 新 20211 月 18 日 ; 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