磁浮高铁阻力解析-磁浮高铁简史

由于受到空气阻力和轨道摩擦力作用，轮轨高铁的运营速度往往不超过400 km/h。在地面随着速度的进一步提高，高速列车发生脱轨事故的风险也急剧增加。在地面高铁运行过程中，高速列车所受到的空气阻力与车速的关系，如图1.8所示。

图1.8　高速列车所受空气阻力与运行速度关系图

不同类型的高铁，受到的摩擦力和阻力也不一样。而且高速列车运行速度越快，它受到的阻力也就越大，并且阻力成指数关系上升。

1．高铁的运行阻力

第一类高铁——轮轨高铁的运行阻力　在轮轨高铁系统中，高速列车在快速运行时，受到的总阻力是：空气阻力+摩擦阻力。轮轨高铁运行的总阻力，如图1.9。

第二类高铁——磁浮高铁的运行阻力　在磁浮高铁系统中，高速列车在快速运行时，受到的总阻力只有空气阻力，没有摩擦阻力。磁浮高铁运行的总阻力，如图1.10。

图1.9　轮轨高铁所受阻力图

图1.10　磁浮高铁所受阻力图

第三类高铁——超级高铁的运行阻力　在超级高铁系统中，高速列车在快速运行时，受到的总阻力为零，既没有空气阻力，也没有摩擦阻力，在真空环境下自由前进，如图1.11。

图1.11　超级高铁所受阻力图

2．高铁的阻力函数

高速列车的能耗与速度平方成正比，高速列车对环境噪声的影响与速度的六次方成正比。为了减少摩擦力，学者们开始研究在高速铁路中融入磁悬浮技术，即磁浮高铁技术。磁浮高铁不但能够消除列车与轨道之间的摩擦，而且使得列车的运行速度、安全性等有进一步的提升。在轮轨高铁系统中，轮轨列车运行过程中的轮轨摩擦，如图1.12。(https://www.xing528.com)

图1.12　高速列车轮轨间的摩擦

第一类高铁——轮轨高铁的阻力函数　在轮轨高铁系统中，高速列车在快速运行中总阻力包括空气阻力和机械阻力，阻力的函数关系式为：

式中　F——高速列车总阻力；

v——高速列车的运行速度；

a——除机械阻力和空气阻力之外的其他阻力；

b——轮子与轨道之间的摩擦系数；

c——空气阻力系数。

其中　bv——机械阻力，与速度成一次方关系；

cv2——空气阻力，与速度成二次方关系。

第二类——磁浮高铁的阻力函数　在磁浮高铁系统中，高速列车在快速运行时总阻力只有空气阻力，阻力的函数关系式为：

第三类——超级高铁的阻力函数　在超级高铁系统中，高速列车在快速运行时总阻力既没有空气阻力也没有摩擦阻力，阻力的函数关系式为：