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探访西南交通大学牵引动力国家重点实验室:比飞机还快的“超级高铁”有望在此诞生
2018-04-24 10:04:32    华夏经纬网

  实验室里的超高速磁悬浮列车环形实验线平台。记者郝飞摄

  目前地面载人交通最快速度已经超过600公里/小时。还能否更快?“能!”在西南交通大学牵引动力国家重点实验室,一条测试时速可达400公里的真空管道高温超导磁悬浮直道试验线正在建设。采用该技术,列车时速甚至有望突破1000公里。换句话说,中国的“超级高铁”极有可能在这里诞生。

  “超级高铁”只是其最前沿研究之一。建成25年来,牵引动力实验室完成了我国几乎所有机车车辆的动力学研究以及动力学性能的台架试验,2004年以来,又对高速动车组、新制式轨道交通的安全性保障、可靠性控制、长寿命设计、广域性复议等进行了一系列的创新研究,助推中国高铁以及轨道交通产业不断向前飞奔。

  令人惊叹的“中国速度”是怎么诞生的?“超级高铁”何时能成为现实?日前,记者走进实验室、走近科学家,进行实地探访。

  A

  实验室里的“最前沿”

  搭起试验平台

  列车将在真空管里“飞”起来

  走进牵引动力实验室的试验大厅,一个红色、圆形管道类装置即映入眼帘。这就是国内首个真空管道高温超导磁悬浮直道试验平台。这条直径4.2米、长140米的特制管道,已经完成了真空气密性测试。正在进行的,是直线电机驱动装置的安装和调试。

  记者看到,管道内的底部,钢材料横竖交叉,形成一个可以放置平板的底座,漆黑的管道深处灯火明明灭灭,工程师正在进行安装。管道内外,架设了好几台小型起重机,用来运送动辄几百公斤的装备。

  管道外排放着一摞摞材料。下一步,要把数米宽的永磁材料导轨放在底座上,这是磁悬浮列车的“轨道”。试验车的车底则布满特制的高温超导材料,依靠液氮形成的低温出现超导态,和永磁材料感应排斥,让列车悬浮。

  该平台主要进行真空管道+高温超导磁悬浮的高速理论试验,试验车按1:10比例设置,设计悬浮高度10毫米,能承重200公斤,测试时速可达400公里/小时。搭建这个试验平台,是为下一步的工程化试验打基础。

  高铁在真空状态下运行,科学家称为“后高铁时代”,也就是大众俗称的“超级高铁”。2013年,美国“高铁狂人”马斯克提出要建时速1200公里高铁,让“超级高铁”的认知度从学术界扩展到公众。

  牵引动力实验室做“超级高铁”的研究,并非跟风。西南交大素有中国交通智库之称,学校一代代科学家为引领未来交通方向而努力。早在2004年,两院院士、西南交大教授沈志云就提出,有轨高铁的经济运行最高时速为400公里,速度还要高,就要发展“超级高铁”。“超级高铁”在真空管道内运行,通过磁悬浮支撑车体,减少了空气、轮轨的阻力,由此可以实现超高速。

  西南交大也有做磁悬浮的基础——2000年,西南交大教授王家素、王素玉带头,成功研制出世界首辆载人高温超导磁悬浮实验车“世纪号”,证明了高温超导磁悬浮车在原理上的可行性。

  2011年,师从王家素和王素玉的博士后邓自刚从日本留学后回到母校,2014年在西南交大首席教授、牵引动力实验室时任主任张卫华的支持下,建成全球首个真空管道超高速磁悬浮列车环形实验线平台、国内第一个载人高温超导磁悬浮环形实验线,研究并验证了真空管道+高温超导磁悬浮的可行性。

  “目前国家已对时速为五六百公里的磁悬浮列车研究立项。未来,超高速列车的速度应该会逐步达到音速和超音速。”张卫华表示,要达到这种速度,一定是在真空环境下进行。目前实验室正在不遗余力地研究高温超导磁悬浮列车,其目的就是把传统轮轨技术改成高温超导磁悬浮技术,充分解决轮轨的限制和机械问题。

  邓自刚研究员介绍,目前,真空技术已经很成熟,高温超导磁悬浮技术也有成型的解决方案,两者相结合,时速有望突破1000公里——超过飞机的速度。今后5-10年,将是“超级高铁”载人试验取得突破、并实现商业化的关键时期。

  载重方面,高温超导磁悬浮车的悬浮能力可达到2吨/米,悬浮高度15毫米,能达到现有轨道交通运营载重的要求。

  实现列车的高速运行,悬浮导向是基础,牵引驱动是关键。实验室正在加紧研制能实现超高速运行的大推进力高温超导直线电机,发展悬浮、导向及驱动全高温超导的超高速磁悬浮列车系统。一位实验室负责人介绍,实验室正在谋划建设超高速(1500公里/小时)低真空管道磁浮交通动模试验平台。

  B

  与科学家聊聊

  坚持做好基础研究

  自主创新才能开花结果

  2014年,西南交大建成国内第一个载人高温超导磁悬浮环形实验线被公开报道后,邓自刚一下“火”了,每天的访者络绎不绝,他只能牺牲休息时间来弥补被打断的研究。

  邓自刚对高温超导磁悬浮的研究,始于2004年。他的研究生导师、世界首辆载人高温超导磁悬浮实验车的研发者王家素和王素玉,带着他走上了这条学术研究路。

  轮轨高铁飞速发展,磁悬浮却进展缓慢,只有上海一条磁悬浮列车在商用。但研究,邓自刚却一直没有丢下,“我喜欢这个专业,也看好这个方向。”

  在实验室的环形实验平台旁,竖着个同比例缩小版的模型,仔细观察可看到,轨道并非一直正面朝上,有时像过山车一样扭转着,朝上面就变为侧面甚至朝下。“车体既能悬浮、也能悬挂,无论运动还是静止,都能悬浮,就像被牢牢‘钉’在轨道上。”他说,这是高温超导磁悬浮的特性——自稳定的悬浮系统。也因此,高温超导磁悬浮被业内认为是原理最优、也最能实现超高速铁路的技术,换句话说,这是未来交通的前沿。

  目前有三种磁悬浮技术:电磁悬浮技术、低温超导技术、高温超导技术,后两者才能实现超高速。2000年高温超导磁悬浮车诞生、2014年真空高温超导磁悬浮实验线面世,西南交大对高温超导技术的创新应用,走在了国际前列,也是前后两代师生的努力,让这一自主创新得以传承并发扬光大。

  “学术研究需要一代代的传承。”邓自刚深有感触地说,这就好比种树,必须持续地浇灌,才有可能结出果实。

  研究人员李婧等也持同样观点。磁浮超导研究所有6位老师、60多名学生,每周的例会,无论前一天多忙、多晚,老师们都会赶回学校参加例会,商讨近期学术研究的重点、难点。如果实在时间调剂不过来,宁愿改例会时间。“把基础研究做好,积累在这里,一旦需要,可以马上拿出来,尽快转化为成果。”

  C

  一种困惑

  以前嫌“太远”现在嫌“太慢”

  市场对前沿科研的看法总有错位

  有个问题一直困扰着实验室研究人员李婧:高温超导磁悬浮技术已研制成功近20年,为什么还走不出实验室?

  李婧在牵引动力实验室的超导技术研究所工作。走进研究所,就可看到“世纪号”——世界首辆载人高温超导磁悬浮实验车。18年前,它曾轰动世界,此后却蒙尘于诞生地。

  现在,目标似乎近了。在牵引动力实验室,真空管道高温超导磁悬浮直道试验线的搭建,让高温超导磁悬浮在实验室内“再进一步”。国内也掀起“磁悬浮潮”,继上海磁悬浮列车商业运行14年后,国内第二条、第三条磁悬浮列车相继在长沙、北京投运,不久的将来,成都也将迎来磁悬浮列车。

  风口已至,不过,困惑并未缓解。“很多企业来过,希望能马上投入商用,但事实上,我们的研究离商用还差一步。”邓自刚说,这个重要的“坎”就是载人试验。该试验需要建一条2公里左右的工程示范线,按1:1比例搭载列车,解决了实际运行中出现的各种问题后,之后才能转向商用。这需要投入三四亿元资金,以及3-5年时间。资金投入或许不算高,但企业已经等不得,从目前的接洽来看,几乎没人愿意放慢脚步。

  作为前沿技术,高温超导磁悬浮多年来积累了无数的基础研究,但因“看起来太远”,应用研究缺乏足够的资金支持,反而停滞不前。但当风口来临、急需上马之时,又因缺乏应用研究,难以实现快速的成果转化。这也是很多前沿科研项目的无奈。

  在理论研究中,高温超导磁悬浮已实现速度的全覆盖,能在真空装置中达到1000公里/小时的超高速,也适用于100-300公里/小时的中低速和高速列车,成为新制式城市轨道交通。邓自刚说:“现在,我们希望有‘伯乐’。”

  ●他山之石

  长沙:PPP模式建设

  2016年,我国首条中低速磁浮商业运营示范线——长沙磁浮快线投运。主导建设的是湖南磁浮交通发展股份有限公司,该公司由中央、省、市5家国有企业组建。建设采取PPP(政府与社会资本合作)模式,湖南磁浮公司承担磁浮交通项目的投资、建设、经营、运营管理,以及沿线路及站区的综合开发、土地一级整理及开发、市政基础设施的建设等。

  ●业界动态

  特斯拉融资:政府支持+研发外包

  近日,特斯拉CEO埃隆·马斯克宣布,旗下“超级高铁乘客舱”将进行测试,目标运行速度为音速的一半(约600公里/小时),并在1.2公里内完成刹车。

  马斯克采取创造性的融资方式推进其科研项目,一方面是政府支持,一方面以廉价和快速的方式将研发外包。据不完全统计,马斯克“超级高铁”项目已获投资5亿美元。日前,马斯克旗下隧道挖掘公司Boring Company已经通过股权融资筹集了1.125亿美元资金,开始寻求为“超级高铁”项目挖掘地下隧道。(记者王眉灵)

来源:四川日报   转自:新华网

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