我國(guó)具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的時(shí)速600公里高速磁浮交通系統(tǒng)日前在青島下線。（中車四方股份公司供圖）
我國(guó)具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的時(shí)速600公里高速磁浮交通系統(tǒng)日前在青島正式下線，引起國(guó)內(nèi)外廣泛關(guān)注。網(wǎng)友紛紛點(diǎn)贊，稱其為“地表最快”、“貼地飛行”神器。
“這是世界首套設(shè)計(jì)時(shí)速達(dá)600公里的高速磁浮交通系統(tǒng)?！备咚俅鸥№?xiàng)目技術(shù)總師、中車四方股份公司副總工程師丁叁叁介紹，這標(biāo)志著我國(guó)在高速磁浮領(lǐng)域取得重大突破，掌握了高速磁浮成套技術(shù)和工程化能力。
作為一種新興高速交通模式，高速磁浮具有高速快捷、安全可靠、運(yùn)輸力強(qiáng)、舒適準(zhǔn)點(diǎn)、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。目前高鐵的最高運(yùn)營(yíng)時(shí)速為350公里，飛機(jī)巡航時(shí)速為八九百公里，時(shí)速600公里高速磁浮交通系統(tǒng)的問世，可以說(shuō)是填補(bǔ)了高鐵和飛機(jī)之間的速度空白，助推我國(guó)立體交通網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建。
那么，什么是磁浮列車，我國(guó)磁浮交通發(fā)展現(xiàn)狀如何，“貼地飛行”如何又快又穩(wěn)又安全，我們何時(shí)能夠坐上高速磁浮列車？記者帶您一探究竟——
國(guó)內(nèi)三條磁浮線正在運(yùn)營(yíng)，走出一條從技術(shù)合作到自主創(chuàng)新之路
磁浮，一般是指磁懸浮技術(shù)，即利用磁力克服重力使物體懸浮的一種技術(shù)。通俗地講，就是“同性相斥、異性相吸”的原理。
磁浮列車就是通過(guò)電磁力實(shí)現(xiàn)列車與軌道之間的無(wú)接觸懸浮和導(dǎo)向，再利用直線電機(jī)產(chǎn)生的電磁力牽引列車運(yùn)行。不同于輪軌列車，磁浮列車在行駛時(shí)無(wú)需接觸軌道，只受來(lái)自空氣的阻力，因此可以實(shí)現(xiàn)較高速度運(yùn)行。高速磁浮列車的速度可達(dá)每小時(shí)400公里以上，中低速磁浮列車則多數(shù)在每小時(shí)100至200公里。
磁浮列車的誕生始于人們對(duì)輪軌列車極限速度的認(rèn)知。
20世紀(jì)初，以蒸汽機(jī)為動(dòng)力的輪軌交通工具早已越過(guò)頂峰，人們開始看好內(nèi)燃機(jī)。比蒸汽機(jī)速度更快、重量更輕、功率更大的內(nèi)燃機(jī)一時(shí)成為“提速”的關(guān)鍵。汽車、飛機(jī)、輪船……新一輪“提速”熱潮在全世界掀起。
然而，有科學(xué)家透過(guò)內(nèi)燃機(jī)看到了輪軌之間摩擦的矛盾，通過(guò)精密計(jì)算，認(rèn)為輪軌系統(tǒng)的極限速度很難超過(guò)350km/h。
那么，能否放棄車輪？抱著這一想法，1922年，德國(guó)工程師赫爾曼·肯佩爾提出了電磁懸浮原理，繼而申請(qǐng)了專利。
20世紀(jì)70年代以后，為提高交通運(yùn)輸能力以適應(yīng)其經(jīng)濟(jì)發(fā)展和民生的需要，德國(guó)、日本、美國(guó)等國(guó)家相繼開展了磁浮運(yùn)輸系統(tǒng)的研發(fā)。
我國(guó)對(duì)這一領(lǐng)域的研究始于20世紀(jì)80年代。當(dāng)時(shí)正從事自動(dòng)化控制研究的國(guó)防科大教授常文森被“磁浮列車”的概念所吸引。
1985年春，在日本參觀國(guó)際科技博覽會(huì)的常文森，一眼便認(rèn)出了被稱為21世紀(jì)交通工具的磁浮列車，并用身上僅有的500日元購(gòu)票試乘了一次。
列車啟動(dòng)，輕輕地浮了起來(lái)，在300米運(yùn)行軌道上，以平穩(wěn)的速度向前行駛。車到站了，他仍久久不愿離去，一會(huì)兒摸摸這兒，一會(huì)兒看看那兒，下了車，又俯下身子觀看車底和軌道。他的心久久難以平靜。
“要讓國(guó)產(chǎn)磁浮列車飛馳中華大地！”后來(lái)，常文森帶著科研團(tuán)隊(duì)走上了一條漫長(zhǎng)的探索之路。
目前，國(guó)內(nèi)有三條磁浮交通線路正在運(yùn)營(yíng)——
2002年，上海，世界首條高速磁浮商業(yè)運(yùn)營(yíng)線試運(yùn)行。該線路連接龍陽(yáng)路和浦東機(jī)場(chǎng)，全長(zhǎng)30公里，最高時(shí)速可達(dá)430公里，由上海與德國(guó)合作。
如今，已過(guò)去近20年。在國(guó)家磁浮科研項(xiàng)目的支持下，上海磁浮交通發(fā)展有限公司成功研發(fā)了12類200多種磁浮關(guān)鍵國(guó)產(chǎn)替代產(chǎn)品：列車440V電網(wǎng)分配單元改造、ASG信號(hào)測(cè)試儀、渦旋無(wú)油空壓機(jī)……走出了一條從技術(shù)合作到自主創(chuàng)新之路。
“快！”在上海工作的何女士告訴記者，乘坐磁浮線從龍陽(yáng)路到浦東機(jī)場(chǎng)僅需七八分鐘，如果乘坐地鐵則需要40多分鐘，對(duì)于趕時(shí)間的商務(wù)人士“非常友好”。
長(zhǎng)沙，2016年5月開通我國(guó)擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的第一條中低速磁浮快線，全長(zhǎng)18.55公里，運(yùn)營(yíng)時(shí)速為100公里。今年7月1日，這條線路實(shí)現(xiàn)新的突破——全線提速，既有磁浮列車運(yùn)營(yíng)時(shí)速由100公里提升至110公里，新的磁浮列車按時(shí)速140公里上線運(yùn)營(yíng)，成為世界上首條按時(shí)速140公里投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)的中低速磁浮線路，僅需16分鐘便可駛完全程。
北京，中低速磁浮S1線，我國(guó)第二條中低速磁浮線。2017年12月30日，門頭溝石廠站至金安橋站開通運(yùn)營(yíng)，開通首日客流為1.27萬(wàn)人次。今年7月21日，時(shí)速600公里高速磁浮交通系統(tǒng)下線后的第二天，S1線最后區(qū)間金安橋站至蘋果園站實(shí)現(xiàn)橋梁貫通，今年底將實(shí)現(xiàn)通車試運(yùn)行。這標(biāo)志著S1線全線貫通，全長(zhǎng)10.2公里。
既要“浮起來(lái)”也要“跑起來(lái)”，加速到每小時(shí)600公里只需3.5分鐘
速度，定義時(shí)空轉(zhuǎn)換法則，標(biāo)記人類文明的跨越。在軌道交通領(lǐng)域，高速磁浮一直被稱為“貼地飛行”神器，作為國(guó)際尖端技術(shù)，是全球交通科技競(jìng)爭(zhēng)的戰(zhàn)略高地。多個(gè)國(guó)家沿用不同技術(shù)路線進(jìn)行了長(zhǎng)期持續(xù)研發(fā)，并建成或規(guī)劃了試驗(yàn)及運(yùn)營(yíng)線路。高速磁浮作為前沿關(guān)鍵科技被列入了我國(guó)《交通強(qiáng)國(guó)建設(shè)綱要》，《國(guó)家綜合立體交通網(wǎng)規(guī)劃綱要》也提出研究推進(jìn)高速磁浮通道布局和試驗(yàn)線路建設(shè)。
在國(guó)際上，目前德國(guó)的磁浮技術(shù)最高試驗(yàn)時(shí)速達(dá)到505公里。而在我國(guó)，處于運(yùn)營(yíng)狀態(tài)的3條磁浮線路中，上海磁浮線時(shí)速最高，為430公里。如今，時(shí)速600公里高速磁浮交通系統(tǒng)問世，將成為當(dāng)前速度最快的地面交通工具。按“門到門”實(shí)際旅行時(shí)間計(jì)算，是1500公里運(yùn)程范圍內(nèi)最快捷的交通模式。
五年前，如此高速的磁浮系統(tǒng)及工程化應(yīng)用在我國(guó)仍屬空白。中國(guó)的磁浮速度為什么能獨(dú)占鰲頭？科技為速度插上騰飛之翼。
據(jù)介紹，此次下線的高速磁浮，采用成熟可靠的常導(dǎo)技術(shù)，構(gòu)建了包含車輛、牽引供電、運(yùn)控通信、線路軌道在內(nèi)全系統(tǒng)仿真、試驗(yàn)平臺(tái)，搭建了從核心零部件、關(guān)鍵系統(tǒng)到系統(tǒng)集成的國(guó)產(chǎn)化產(chǎn)業(yè)鏈。
在車輛方面，科技人員自主研制了我國(guó)首列5輛編組的時(shí)速600公里高速磁浮工程化列車，不僅開發(fā)出新頭型及氣動(dòng)方案，解決了超高速條件下的空氣動(dòng)力學(xué)難題，還采用先進(jìn)激光復(fù)合焊和碳纖維技術(shù)，研制了滿足超高速氣密承載要求的輕質(zhì)高強(qiáng)度車體。
據(jù)了解，磁浮列車實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)行的關(guān)鍵，一是要“浮起來(lái)”，二是要“跑起來(lái)”。這需要強(qiáng)勁的動(dòng)力，而其核心動(dòng)力裝備則是直線電機(jī)和電磁鐵。
讓沒有輪子的磁浮列車“浮起來(lái)”，奧秘是電磁鐵。據(jù)中車株洲電機(jī)磁浮產(chǎn)品研究所所長(zhǎng)何云風(fēng)介紹，產(chǎn)生磁吸力的電磁鐵好比是“無(wú)影腿”，能夠使車輛保持一定間隙穩(wěn)定懸浮于軌道上方，“貼地”高速“飛行”。時(shí)速600公里高速磁浮列車用懸浮電磁鐵，電磁間隙是12.5mm。同時(shí)，電磁鐵還具有發(fā)電作用，在車輛達(dá)到一定運(yùn)行速度后，能利用諧波發(fā)電給車載蓄電池充電，實(shí)現(xiàn)車輛的非接觸供電，保證車輛高速運(yùn)行的供電可靠性。
而讓時(shí)速600公里高速磁浮列車“跑起來(lái)”的關(guān)鍵則是直線電機(jī)。高速磁浮列車采用長(zhǎng)定子直線電機(jī)作為強(qiáng)勁動(dòng)力，定子和轉(zhuǎn)子分別安裝在磁浮軌道和磁浮列車上，依靠電磁力直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)動(dòng)子運(yùn)動(dòng)，電能轉(zhuǎn)化為列車前進(jìn)的動(dòng)能，憑無(wú)接觸傳遞力引導(dǎo)推動(dòng)列車飛馳。
牽引系統(tǒng)方面，則全新自主研發(fā)世界首套基于有源中點(diǎn)嵌位（ANPC）技術(shù)的24MVA大功率牽引變流系統(tǒng)，以及高速多分區(qū)牽引控制系統(tǒng)。
在強(qiáng)勁的牽引系統(tǒng)加持下，此次下線的磁浮列車加速到每小時(shí)600公里，只需要3.5分鐘。
高速磁浮采用“車抱軌”的運(yùn)行結(jié)構(gòu)，跑得快“抱”得緊又停得穩(wěn)
據(jù)介紹，時(shí)速600公里高速磁浮交通系統(tǒng)項(xiàng)目于2016年10月啟動(dòng)，2019年研制出試驗(yàn)樣車，并于2020年6月在上海同濟(jì)大學(xué)試驗(yàn)線上成功試跑，經(jīng)過(guò)系統(tǒng)優(yōu)化確定最終技術(shù)方案，于2021年1月研制出成套系統(tǒng)并開始了六個(gè)月的聯(lián)調(diào)聯(lián)試。至此，歷時(shí)5年攻關(guān)，正式下線。
時(shí)速600公里，也就意味著該磁浮列車每秒鐘可行進(jìn)167米。速度如此之快，其安全性可靠性如何保證？五年時(shí)間，科研人員在保障其安全性可靠性方面做了不少努力、攻克了不少技術(shù)難題。
據(jù)中車四方股份公司有關(guān)負(fù)責(zé)人介紹，此次下線的高速磁浮交通系統(tǒng)采用“車抱軌”的運(yùn)行結(jié)構(gòu)，即從車身下端伸出兩排彎曲的“胳臂”將鐵軌抱住，同時(shí)在“胳臂”內(nèi)安裝磁鐵。磁鐵通電產(chǎn)生強(qiáng)大磁力，使得鐵軌被磁力吸引。而軌道是靜止的，所以整個(gè)列車會(huì)因吸力而懸浮。除此之外，抱軌運(yùn)行還能降低列車脫軌的風(fēng)險(xiǎn)。
不僅如此，牽引供電系統(tǒng)布置在地面，隨列車位置分段供電，相鄰分區(qū)只有一列車運(yùn)行，基本沒有追尾風(fēng)險(xiǎn)。
與此同時(shí)，科研人員還設(shè)計(jì)了一套“非常規(guī)”的制動(dòng)系統(tǒng)——渦流制動(dòng)器，確保在緊急情況下“停得穩(wěn)”。
據(jù)了解，一般情況下，高速磁浮列車在正常運(yùn)行過(guò)程中，依靠同步直線電機(jī)進(jìn)行制動(dòng)；而當(dāng)出現(xiàn)直線電機(jī)故障等緊急情況時(shí)，必須通過(guò)渦流制動(dòng)器實(shí)現(xiàn)制動(dòng)停車，這是高速磁浮列車實(shí)現(xiàn)安全運(yùn)行的最后也是最重要的一道安全保障。
特殊的道岔也是保障高速磁浮列車安全運(yùn)行的重要一環(huán)。據(jù)中鐵寶橋集團(tuán)有限公司總工程師吉敏廷介紹，由于磁浮列車通過(guò)時(shí)速度很快，經(jīng)過(guò)道岔時(shí)，如果道岔剛性不匹配，就會(huì)發(fā)生共振，產(chǎn)生劇烈震動(dòng)。一旦共振，車輛就無(wú)法通過(guò)，甚至可能造成道岔、車輛的損害，誘發(fā)重大事故。為解決這一問題，他們打造了一個(gè)特殊的道岔——單開可撓型右開道岔，可以控制列車從一個(gè)股道轉(zhuǎn)入另一個(gè)股道，進(jìn)而控制列車沿著調(diào)度控制系統(tǒng)規(guī)劃的路線行駛?！斑@是目前世界上通過(guò)速度最高的高速磁浮道岔?！?br />
目前，該高速磁浮交通系統(tǒng)已完成了集成和系統(tǒng)聯(lián)調(diào)，5輛編組列車在廠內(nèi)調(diào)試線上實(shí)現(xiàn)了整列穩(wěn)定懸浮和動(dòng)態(tài)運(yùn)行，各項(xiàng)功能性能良好。
“經(jīng)過(guò)近20年的持續(xù)研究和技術(shù)積累，我國(guó)基本實(shí)現(xiàn)了高速磁浮交通全系統(tǒng)的自主研制能力，形成了成套工程化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了自主可控的產(chǎn)業(yè)配套能力，我國(guó)高速磁浮已從研發(fā)階段進(jìn)入高速試驗(yàn)階段，將逐步過(guò)渡到示范運(yùn)營(yíng)、產(chǎn)業(yè)化發(fā)展階段?！敝袊?guó)工程院副院長(zhǎng)何華武表示。
高速快捷、安全可靠、綠色環(huán)保、壽命周期長(zhǎng)……作為高速交通運(yùn)輸模式，高速磁浮可以成為高速高品質(zhì)出行的有效途徑之一。那么我們何時(shí)才能真正乘坐時(shí)速600公里的高速磁浮列車？中車四方股份公司副總經(jīng)理、總工程師梁建英給出的答案是未來(lái)五到十年。
從沒有一寸高鐵到高鐵里程世界最長(zhǎng)，從時(shí)速350公里的高鐵時(shí)代，到今天時(shí)速600公里的高速磁浮帶來(lái)“磁浮時(shí)代”的全新想象，在不斷創(chuàng)新、不斷超越中，中國(guó)正在創(chuàng)造讓世界驚嘆的奇跡。
