西南交大實驗室正在搭建一條時速為400公里的跑道線，預(yù)計今年年底或明年初就能進(jìn)行試驗。西南交通大學(xué)首席教授張衛(wèi)華表示，理論上讓試驗機車在試驗線上跑到1500公里的時速是有可能的——
運用磁懸浮技術(shù)是未來高鐵的發(fā)展方向
從古至今，人類對速度的追求和探索從未停息。飛機、火車、輪船、汽車……傳統(tǒng)交通工具的行駛速度正在被一次次刷新。日前，中國航天科工集團(tuán)公司對外宣布，將研制時速2000公里以上的“超級高鐵”，消息傳出后，立即引發(fā)社會各界的高度關(guān)注和廣泛討論。
傳統(tǒng)火車的輪子是放在軌道上的，要跑到每小時2000公里以上的速度，什么樣的“超級高鐵”才能辦到?西南交通大學(xué)首席教授張衛(wèi)華說，所謂“超級高鐵”那一定是在真空磁懸浮環(huán)境下開行的列車，只有運用這樣的技術(shù)才能在理論上達(dá)到如此的速度。不過，到目前為止，還沒有這樣的試驗數(shù)據(jù)產(chǎn)生。
“傳統(tǒng)火車的速度越快，阻力就會變得越大，車輪和軌道的黏著力會降低，所以當(dāng)速度提高以后，車輪和軌道就無法產(chǎn)生足夠的摩擦力，進(jìn)而速度就會受影響，如果再遇上軌道上有冰霜時，速度也會受影響。”張衛(wèi)華認(rèn)為，要突破現(xiàn)在高鐵速度發(fā)展瓶頸，首先要解決兩個問題。一要改變傳統(tǒng)輪軌列車的輪軌黏著極限的制約和公網(wǎng)運行的極限速度、波動速度的制約。二要克服列車運行速度越高所帶來的空氣阻力越大的問題，所以運用磁懸浮技術(shù)是未來高鐵發(fā)展的方向。
“運用此項技術(shù)后，當(dāng)磁懸浮列車在真空管道中高速行駛時，能夠極大地減弱空氣阻力對列車的影響。”張衛(wèi)華說，雖然我國高鐵起步較晚，但目前我們的高鐵發(fā)展速度是最快的，里程和所生產(chǎn)出的高鐵列車也是最多的，現(xiàn)在全國每天發(fā)送的高鐵大概有4300列，這充分說明我國的高鐵技術(shù)已相對成熟穩(wěn)定，一些科研機構(gòu)正在嘗試用不同的模式進(jìn)行更高速度的機車試驗。
“目前有三種磁懸浮技術(shù)，一種是德國發(fā)明的電磁懸浮技術(shù)，上海磁懸浮列車、長沙和北京在建的磁懸浮列車均應(yīng)用此類技術(shù);第二種是日本發(fā)明的低溫超導(dǎo)磁懸浮液氦冷卻(零下269攝氏度)技術(shù)，在實驗室試驗跑過每小時603公里的紀(jì)錄;第三種是高溫超導(dǎo)磁懸浮，與日本低溫超導(dǎo)磁懸浮技術(shù)不同，高溫超導(dǎo)磁懸浮采用液氮冷卻(零下196攝氏度)，工作溫度得到了提高。”張衛(wèi)華認(rèn)為，日本低溫超導(dǎo)磁懸浮技術(shù)的優(yōu)點是超導(dǎo)能力特別強，缺點是溫度很低，不容易長距離實現(xiàn)穩(wěn)定，因為低溫超導(dǎo)是電動懸浮，在速度沒有起來的時候，機車就浮不起來，也不好控制。
據(jù)了解，2000年，西南交通大學(xué)超導(dǎo)技術(shù)研究所教授王家素和王素玉研制成功載人高溫超導(dǎo)磁懸浮實驗車。但因受經(jīng)費限制，從2001年到2011年的10年時間里，高溫超導(dǎo)磁懸浮幾乎沒有大的應(yīng)用進(jìn)展。
“目前，該項技術(shù)已解決高溫超導(dǎo)的原理和物理性能。”張衛(wèi)華說，高溫超導(dǎo)磁懸浮是利用丁扎原理，解決了在低溫環(huán)境下很難長距離實現(xiàn)的平穩(wěn)問題，該種技術(shù)穩(wěn)定性好，可以實現(xiàn)往上、下、左、右方向都能平穩(wěn)移動。但在幾百公里范圍內(nèi)還能不能讓機車懸浮在那里，從理論到實際應(yīng)用的過程中，還有更多的技術(shù)難點等待發(fā)現(xiàn)和解決。同時，機車在低壓環(huán)境下的超導(dǎo)磁懸浮及線性電機驅(qū)動特性也缺乏相關(guān)實驗研究，除考慮磁懸浮列車高速下的懸浮穩(wěn)定性外，還需要考慮磁懸浮列車驅(qū)動系統(tǒng)在低壓環(huán)境下的穩(wěn)定性。
“目前國家已對時速為五六百公里的磁懸浮列車研究立項。未來，超高速列車的速度應(yīng)該會逐步達(dá)到音速和超音速。”張衛(wèi)華認(rèn)為，要達(dá)到這種速度，一定是在真空環(huán)境下進(jìn)行。目前西南交大實驗室正在不遺余力地研究高溫超導(dǎo)列車，其目的就是把傳統(tǒng)輪軌技術(shù)改成高溫超導(dǎo)技術(shù)，充分解決輪軌的限制和機械問題。同時，針對此項技術(shù)，學(xué)校實驗室正在搭建一條時速為400公里的跑道線，預(yù)計今年年底或明年初就能進(jìn)行試驗。理論上，讓試驗機車在試驗線上跑到1500公里的時速是有可能的。
(本報記者 李曉東)
