你坐过时速能达到千米以上的列车吗?如果没坐过,可能过不了多久就要有机会体验了。
我国最新研发出了超导磁悬浮系统,又一次创造了“全球最快高铁”的神话。千米的时速,简直比飞机还要快!
那么它是凭借什么才有这样的“本事”?它又是如何实现在轨道上方悬空的?
今年1月,一辆流线型形状的磁悬浮样车在成都亮相,这是我国自主研发设计,并且
它所采用的技术就是极为先进的超导磁悬浮系统,预计最高时速可突破千米。它使我国成为了继日本后,第二个拥有此项技术的国家,并且比他们提升了不止一个档次。
值得一提的是,高温超导磁浮技术的理论时速能够达到千米以上。也就是说,虽然如今的高温超导磁悬浮列车的设计时速为多千米,但将来也有望突破到千米以上。
该高温超导高速磁浮工程化样车的车头,采用的是流线型设计,从外面看起来,犹如一颗流畅的子弹头。
据悉,
那它到底是如何做到在轨道上“悬浮”的呢?这还要从电磁原理说起。
通电的线圈会产生磁场,由于异极相吸,两个不同磁极的物体相互靠近,会产生相向的相互作用力,使两者相吸引。
若将两者竖向排列,再固定住上方的物体,那么下方的物体就既受向上的吸引力,也受自身竖直向下的重力。
线圈的磁场强度决定了两者吸引力的大小,而通过线圈的电流越大,线圈产生的磁场强度也越大。
上海的磁悬浮列车便是采用上述原理,
那么列车是如何驱动起来的呢?
同样,也利用了同极相斥,异极相吸的原理。
而后电流方向交换,列车侧面各磁体的磁极也会相应转换,再利用磁力将列车向前推动一个单元。我们只需加快电流方向转换频率,循环往复,就可以使列车实现缓慢提速。
那么列车的悬浮和驱动问题都解决了,又该怎么将它稳定在轨道上呢?
这个问题,也要交给我们的磁场,单一磁体形成的磁场是不均匀的,离磁体越远,该点的磁感应强度也就越低,受到的磁力也越小。
所以我们只需要让列车两侧磁体形成同样的磁场,且作用力同时向内或向外,这样列车就会被相反的两个力限制。
当列车向一侧偏移时,列车两个侧面的磁体位于磁场不同的方向,靠近轨道的一侧受到的力变大,强大的磁力让该侧远离轨道。
当远离一定距离后,另一侧受到的磁力也会变大,列车就被两侧磁体形成的磁场牵引或排斥,最终达到两侧力的大小相同,位置趋于稳定。这样一来,列车也就能够稳定在磁悬浮轨道之上了。
以上三个问题被科学家、工程师迎刃而解以后,按理说如此高速的列车早就应该被各个国家所普及了,但为什么连被称作“基建狂魔”的我们,到现在也只有一条30千米长的磁悬浮轨道呢?
其实摆在面前的,还有实践层面的三大难题:技术、地形、能源消耗。
为了解决这些问题,曾有工程师在做研究时给予了超导线圈一个高达千安的激励电流,这几乎是家用铜线电流的一万倍。
而且在这样的情况下,超导线圈依然能够正常工作,还形成了一个极其强大的磁场。只要通过制冷控制好线圈的环境温度,就可以使线圈不会产生热效应,从而形成永久磁场,大大提升磁悬浮系统的使用效能。
在多次实验后,日本的工程师们将这套系统加持在了山梨新干线上。由于磁力强劲,列车底部与轨道之间的距离十分宽敞,大概能达到10厘米左右。由于这套系统是利用超低温的液氦来进行降温的,所以它被命名为低温超导磁悬浮列车。
不过,该套系统也是因为技术难题和过高的成本,在后来并没有被广泛应用。
而这次我国研发的高温超导磁悬浮列车,与上述的磁悬浮列车最大的区别就是超导线圈所使用的材料不同。
要知道,低温超导磁悬浮列车的线圈材料临界温度在零下摄氏度左右,所用的制冷剂液态氦不易储存、价格高昂。
而
另外,这种高温超导磁悬浮列车在低速甚至静止情况下,就可以实现悬浮,偌大的列车用手轻轻一推就推动了,这样的技术革命,着实让人惊叹不已。
相信不久的未来,这类列车就将会在祖国大地上尽情驰骋,届时,我们与朋友、亲人的距离,也会越来越短。