貼地“飛行”的磁懸浮列車

高速行駛一直是人類的夢想，也是鐵路工作者孜孜追求的目標之一。世界各國在發(fā)展大功率牽引機車的基礎(chǔ)上，為適應(yīng)不斷變化的形勢，也開始沖破傳統(tǒng)模式，并積極研制各種新型列車。

1842年，英國數(shù)學家、物理學家Samuel Earnshaw 就提出了磁懸浮的概念，同時指出：單靠永久磁鐵是不能將一個鐵磁體在所有六個自由度上都保持在自由穩(wěn)定的懸浮狀態(tài)。1900年初，美國、法國等專家曾提出物體擺脫自身重力、阻力并高效運營的若干猜想--也就是磁懸浮的早期模型，并列出了無摩擦阻力的磁懸浮列車使用的可能性。1922年，德國工程師 Hermann Kemper就提出了電磁浮原理，并于1934年申請了磁浮列車的專利。20 世紀70年代以后，隨著世界工業(yè)化國家經(jīng)濟實力的不斷加強，為提高交通運輸能力以適應(yīng)其經(jīng)濟發(fā)展的需要，德國、日本、美國、中國大陸以及前蘇聯(lián)等國家相繼開始籌劃進行磁浮運輸系統(tǒng)的開發(fā)。而美國、前蘇聯(lián)等國家先后放棄了這項研究計劃，目前只有德國、日本、中國仍在繼續(xù)進行磁浮系統(tǒng)的研究，并均取得了令世人矚目的進展。

德國對磁懸浮鐵路的研究始于1968年。在研究初期，是常導和超導并重。到1977年，前后研制出常導電磁鐵吸引式和超導電磁鐵相斥式試驗車輛，最高時速達400千米。后來經(jīng)過分析比較，認為超導磁懸浮鐵路所需的技術(shù)水平太高，短期內(nèi)難以取得較大進展，于是決定集中力量發(fā)展常導磁懸浮鐵路。1980年，開工興建全長31.5千米的埃姆斯蘭德試驗線。1984年，列車最高試驗時速達到400公里。德國高速常導磁懸浮系統(tǒng)至今已有8個型號。

日本于1962年開始研究常導磁懸浮鐵路，后由于超導技術(shù)的迅速發(fā)展，從70年代初開始轉(zhuǎn)而研究超導磁懸浮鐵路。1972年首次成功地進行了超導磁懸浮列車試驗。1982年11月，磁懸浮列車的載人試驗獲得成功。為了進行東京至大阪間修建磁懸浮鐵路的可行性研究，于1990年著手建設(shè)山梨磁懸浮鐵路試驗線，到2013年建成了全長為42.8公里的磁懸浮列車綜合試驗線。2015年4月21日，日本東海鐵路公司(JR 東海)在日本山梨縣的磁懸浮試驗線創(chuàng)造了載人行駛時速603公里的世界紀錄，這也是迄今為止我們?nèi)祟愒谲壍澜煌I(lǐng)域的最高速度記錄。

我國在 20世紀80年代開始研究磁懸浮列車技術(shù)。1986年，西南交通大學就率先召開了磁浮技術(shù)與磁浮列車技術(shù)研究大會，成為國內(nèi)較早啟動該領(lǐng)域研究的高校科研單位。在1988年，交大磁浮團隊完成了單自由度鐵球懸浮實驗，對電磁吸力懸浮原理有了本質(zhì)的認識。1989年3月，國防科技大學研制出中國第一臺磁懸浮試驗樣車。

（山梨磁懸浮鐵路試驗線）

1995年，中國第一條磁懸浮列車試驗線在西南交通大學建成，并且成功進行了穩(wěn)定懸浮、導向、驅(qū)動控制和載人運行等時速為30.0km 的試驗。西南交通大學這條試驗線的建成，標志中國已經(jīng)掌握制造磁懸浮列車的技術(shù)。2001年，開始動工修建長430m 的青城山磁浮列車工程試驗線。

磁懸浮列車的基本原理很簡單，就是利用同性相斥、異性相吸的電磁學原理，使列車懸起來（一般不超過1厘米），并沿軌道行駛。磁懸浮列車車廂上裝有超導磁鐵，軌道底部安裝電磁線圈。車廂電磁體極性與軌道線圈下側(cè)極性相同產(chǎn)生排斥力，與上側(cè)相反產(chǎn)生吸引力，兩者合力使列車懸浮起來。常規(guī)火車的動力來自于機車，磁懸浮列車的動力來自于軌道。軌道兩側(cè)裝有電磁線圈，交流電使線圈變?yōu)殡姶朋w，它與列車上的磁鐵相互作用。列車行駛時，車頭的磁鐵(N極)被軌道上靠前一點的電磁體(S極)所吸引，同時被軌道上稍后一點的電磁體(N 極)所排斥，前拉后推使列車前進。

（磁懸浮列車原理）

磁懸浮列車的原理很簡單，但要實現(xiàn)商業(yè)運營需要解決兩個關(guān)鍵問題:第一，要產(chǎn)生能讓列車懸浮和運行起來的巨大電磁力；第二個，要對產(chǎn)生上述電磁力的磁場進行合理的控制。針對這兩個關(guān)鍵問題，當今磁懸浮列車設(shè)計有兩種技術(shù)路線，一種是常導磁懸浮，另一種是超導磁懸浮。常導磁懸浮以德國為代表，列車是以常導磁鐵和導軌作為導磁體，用氣隙傳感器來調(diào)節(jié)列車與線路之間的懸浮間隙大小，在一般情況下，其懸浮間隙大小在10mm 左右。常導磁懸浮列車的運行速度通常在300-500km/h 范圍內(nèi)，適合于城際及市郊的交通運輸。超磁懸浮以日本為代表，利用超導磁鐵和低溫技術(shù)，來實現(xiàn)列車與線路之間懸浮運行，其懸浮間隙大小一般在 100mm左右，這種磁懸浮列車低速時并不懸浮，當速度達到100km/h 時才懸浮起來。超導磁懸浮列車最高運行速度理論上可以達到1000km/h，但建造技術(shù)和成本要比常導吸型磁懸浮列車高得多。

對于磁懸浮列車的運行速度，科學家們最初認為比輪軌高速列車的300多公里的時速還要快些，最高可以達到每小時500公里。但是人類的科學技術(shù)發(fā)展迅速，早已打破了科學家的預言。2015 年4月 21日，日本東海鐵路公司在山梨磁懸浮試驗線上創(chuàng)造了載人行駛時速603公里，以及一天行駛4064公里的新世界記錄。

（創(chuàng)造新記錄的 L0 磁懸浮列車）

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