• 样车设计时速超600公里 我们的“超级高铁”何时“跑”起来


  •   ▲1月13日上午,具有完全自主知识产权的高温超导高速磁浮工程化样车及试验线在西南交通大学九里校区正式启用。   四川日报全媒体记者华小峰摄

    磁浮样车的宽敞车厢。四川日报全媒体记者华小峰摄

      扫码看视频,现场感受单手推火车。

        

      样车设计时速超600公里,试验线却只有165米长。自主创新的磁浮列车,何时能“跑”出大家期待的高速来呢?看到一早推送的消息,不少网友在川观新闻留言。
      不只网友,现场很多体验者也有类似的遗憾。“看到了车子悬浮在轨道上,没有制动的情况下,轻轻一推就能走。但可惜超600公里的设计时速,没体验到。”走出样车,第一次体验乘坐磁浮列车的成都市民张浪对同伴说。
      听到交谈,西南交通大学设计研究院有限公司高级工程师吴自立在一旁回应:“尽快‘跑’起来,也是我们目前最期盼的事。”
      □四川日报全媒体记者朱雪黎

    “跑”不起来受线路长度所限
      他说,目前“跑”不起来,主要受场地有限、试验线长度不够的影响。事实上,该条线的初衷和使命,就是为了验证浮起来、动起来的性能,而非验证速度。
      “这是高温超导磁浮交通技术由原理机理验证迈向工程化应用的关键一大步。”参与攻关研制的中车唐山机车车辆有限公司副总经理吴胜权说。
        “实现‘真车实线’,这一步很重要。”西南交通大学副校长何川解释说,尽管目前试验线线路太短,还不足以“跑”出超600公里的设计时速,但可以进一步验证该技术的稳定性、控制能力、受控因素等。“如果说该技术的成熟度满格是9,之前的原理样车只有2-3格,现在的工程化样车,已达到7格左右。接下来的,就需要大量‘跑’起来的试验去补齐。”

    期待建一条至少数十公里长的试验线
      如何才能“跑”起来?何川说,一个重要的条件是,需要一条至少数十公里的试验线。
      这个期待,被现场多位专家反复提及。吴自立说,为了更好跟现有交通产业链融合,降低成本、提高可实施性和可靠性,新技术开发、新产品研制环节,他们就已经作了充分的考量和准备。“可以看到,这个线路设计和现有高铁线路布局非常接近,以土建为例,超八成技术都可共用。”此外,在桥梁结构、隧道尺寸等设计上,也在尽量接近现有高铁标准。“用自身技术创新,结合现有成熟技术,不断去优化调节,才能既保证技术的先进性,又能有效降低成本,提高可靠性。”
      吴胜权也表示,这项具有完全自主知识产权的原始创新技术,值得更多力量来支撑。在他看来,这将是可能引发交通产业变革的前瞻性、颠覆性技术研究。
      数十公里,也是研发团队面对现实提出的折中期待。何川说,“最理想的状态,是选择线路,修点对点、350公里以上的先行段。”因为,距离超过350公里,该技术的优越性才能得到最大释放。

    现场直击
    重达十几吨的列车一个人就可以推动
    这只“鸭嘴兽”藏着什么秘密

    □四川日报全媒体记者张彧希
      自悬浮?无人驾驶?一个人就能推动一辆重达十几吨的列车?1月13日,随着西南交大高温超导高速磁浮工程化样车及试验线启用,这些“黑科技”一一揭开面纱。

    它拥有永不脱轨的自悬浮“超能力”
      上午9时,一辆鸭嘴形的磁悬浮列车车体静静地“浮”在轨道上。仔细看,整个车体离轨道尚有10毫米左右的空隙。
      悬空了!是的,它在静止的状态下,也可以独自“悬浮”。
      “自悬浮、自稳定、自导向,是它最大的特点。”西南交通大学设计研究院有限公司高级工程师吴自立解释,列车底部安装有超导体,轨道则是永磁体,在液氮的作用下,两者产生了“若即若离、又不离不弃”的“钉扎”特性。
      “和我们小时候玩的磁铁一样,同性相斥,车体自然就会浮起来。”吴自立说,这种“自悬浮”,纯粹利用物理特性,不需要额外的能源。而只要超导态存在,不论对车辆施加上下左右任何一个方向的力,这个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。”
      目前,世界上只有这辆样车具备这种“自悬浮”的“超能力”。以日本正在建设的“低温超导磁悬浮”为例,这种车辆跑起来类似飞机起飞,必须先“助跑”一段距离,才能产生磁力,车体才可以浮起来。

    它能“被人推动”
      启用仪式现场,参与研发的西南交通大学教授邓自刚问记者:“想不想试试推一下列车,看看能发生什么?”
      带着好奇,记者用力一推——车竟然动起来了!以一人之力推动火车,是怎么做到的?邓自刚讲述了其中的门道。
      首先,它在静止状态下是悬浮的,和轨道之间没有摩擦阻力,这也是它能跑得快的原因。其次,整车车体采用的是碳纤维材料,重量比现在的高铁列车要轻50%左右。邓自刚解释,因为列车悬浮能力是固定的,因此要求车体必须轻量化,车体越轻,能搭载的乘客就越多。也因为如此,高温超导高速磁浮列车会比现有的高铁列车车体更小。
      这两个原因,让人推动火车成为现实。

    它能“远程控制”实现无人驾驶
      试验线上,两根永磁体轨道中间,盘绕着橘红色线圈。这是什么?
      “这是直线电机,是高温超导高速磁浮列车的动力系统。”吴自立说,相较于传统的旋转电机,直线电机的驱动力更大,因此列车能跑出更快的速度。
      除此之外,相较于传统的高铁列车,样车的车头“头型”更长,“在没有轮轨之间的摩擦阻力之后,剩下的就是空气阻力,车头更长,空气阻力更小。”
      走进车厢内部,车头前方是一排简单的操控台。“车头上面是没有动力系统的。”吴自立说,车辆运行将完全依靠地面电脑远程控制直线电机,实现无人驾驶。“直线电机的驱动力可以向前,也可以向后,从而实现列车的减速、刹车。”

    访谈
    “超级高铁”离商用还有三步
    □四川日报全媒体记者张彧希
      高温超导高速磁浮列车噪音大吗?造价高吗?我们什么时候能真正坐上这种列车?带着市民最关心的问题,记者专访了西南交通大学副校长何川、西南交通大学超高速真空管道磁浮交通研究中心首席科学家张卫华、西南交通大学设计研究院有限公司高级工程师吴自立。

    意义将成为一种颠覆性的交通方式
      记者:这次样车及试验线正式启用,有着什么样的意义?
      何川:从马车、汽车、火车到飞机,人类历史上的每一次交通提速,都伴随着财富的增长、人口的增长和技术的进步,到今天也是如此。人类对速度的追求是永无止境的。
      然而,汽车、飞机、现代船舶,原创者都不是中国人。包括我们现在领跑世界的高铁,也是从引进开始,进行消化吸收再创造,从跟跑变为领跑。而如今我们这个技术一旦成功,就完全是中国人的原创,从基础研究到基础应用,从实用技术到产业化,都是中国人在做,它将成为一种颠覆性的交通方式,填补陆地交通和航空交通的速度空白。
      记者:高温超导高速磁浮列车主要适用于哪些线路?
      何川:首先前期可以在旅游热点线路上应用。其次它特别适合超长距离运输,这正好是高铁和航空的“模糊地带”,这个距离应该在400公里-600公里范围内,如果低于300公里,我觉得价值就体现不出来。

    造价初测为每公里2.5亿-3亿元
      记者:磁悬浮线的修建成本要大幅高于轮轨线路的建设,测算过建设成本吗?
      吴自立:我们初步测算的造价是在每公里2.5亿-3亿元,目前四川建设时速350公里的高铁,一公里造价在2亿元左右。相比之下,的确要贵一些。因为像磁轨、直线电机等目前还没有实现大规模量产,没有成本优势。
      在相关产业链实现量产后,就能把成本降下来,我们的理想状态是造价和高铁差不多持平,甚至比高铁更低。这是有可能实现的,因为磁悬浮车是均布荷载,同时车身较小,土建工程中的桥梁、隧道成本可以大大降低。
      记者:磁悬浮列车的噪音大吗?
      吴自立:噪音肯定是有的,速度越高,噪音越大。但是到底有多大,必须要通过严谨的试验,从而给出准确的数据。
      我们也希望去解决这个问题。首先车体流线型的设计、车体尺寸的减小,都意味着同等条件下,它的噪音会比高铁小一些,此外我们还有声屏障这些措施可以去解决。我们空气动力学的教授也在做这方面的研究,尽量去减小噪音。

    商用短则两三年,长则五六年
      记者:离高温超导高速磁浮列车真正商用,还有多远?
      何川:短则两三年,长则五六年,我是有充分信心的。我们今天已经出来了真车,如果按照技术成熟度来说,已经达到了7度,而达到9度就可以做流水线了。
      张卫华:后面还要有三步。
      第一步,在技术层面,必须要做更高速度的验证,会不会“失超”、长期可靠性如何,这些项目都验证过,我才能告诉你,这个技术确实能用,能长期长距离地用。
      第二步,在产品层面,这个产品毕竟是一个样车,要造一个真车,必须按照造车的程序和规范,一步步来,做零部件试验、气密气压试验,包括车头一定要拿到风洞真正去吹。
      第三步,建条几十公里的试验线,把速度跑起来。

    幕后故事
    从实验车到样车
    这一步 跨了20年
    □四川日报全媒体记者张彧希
      走出实验室、走上试验线,这一步,跨了20年。
      1月13日,静静浮在轨道上的样车揭开“红盖头”的那一刹那,西南交通大学超高速真空管道磁浮交通研究中心首席科学家张卫华的眼睛湿润了。
      从2000年那辆小小的“世纪号”出发,到现在拥有自主知识产权的样车启用,这20年的研发之路,有着怎样的曲折与波澜?
      “世纪号”,是西南交大王家素、王素玉教授带头研制的世界首辆载人高温超导磁悬浮实验车。它,正是此次启用样车的雏形。
      张卫华还记得第一次见到“世纪号”的情形:小小的一辆车,最大悬浮重量700公斤,仅可乘坐两人。而这个“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,“当时条件太艰苦了。”
      2001年初,在北京展览馆举行的“863计划15周年成果展”上,初次亮相的“世纪号”让参观者惊叹不已,“可以说在全国引起了轰动。”张卫华说。
      彼时,对于“世纪号”走出实验室,专家非常乐观。没想到,这一等,便是10年。
      “大概有10年,我们没有能力去把它工程化,项目基本停滞。”张卫华说。
      2005年5月,首届成都科技节上,“世纪号”仍以实验车的身份出现在市民面前。王素玉建议,可以先修两三百米长的线路,既可作为娱乐设施,又可作为过渡阶段的试验线取得试验数据。然而,根据预算,仅修建这两三百米也需要上千万元的资金。
      后来陆续要来了科研资金,年轻科研团队也不断充实。
      2012年,高温超导磁悬浮环形轨道搭建完毕。2013年,轨道又披上有机玻璃管道的“外衣”。一辆可供一人乘坐的车辆停在轨道上,研究员只需轻触遥控器,它就能以空载50公里/小时的速度跑起来。“到今天,已经有上万人坐过这个小车。”张卫华说。
      2013年春节,邓自刚带着团队搭建磁悬浮环线的轨道基架,钢铁基架每一块都有250公斤重,要7个人一起抬才行;一个个200克、每个能悬浮20公斤的小方块,需定期把每一块拿出来做测试,一块就要花费半个小时。
      20年中要攻克的难关,远不止这些。“首先就是悬浮能力达不到要求。”张卫华说,根据测算,要达到商业运营的条件,列车悬浮的载重能力必须达到每米2吨-3吨,而当时的“世纪号”,显然无法达标。
      “我们进行了材料特性的优化。”张卫华解释,通过一次次试验优化磁轨布置,20年间,列车的悬浮能力提升了7倍-8倍。

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