零高度飞行器：揭开磁悬浮列车之谜

零高度飞行器

揭开磁悬浮列车之谜

磁悬浮列车是一种采用无接触的电磁悬浮、导向和驱动系统的磁悬浮高速列车系统。它的时速可达到500千米以上，是当今世界最快的地面客运交通工具，有速度快、爬坡能力强、能耗低、运行时噪声小、安全舒适、不燃油、污染少等优点。并且采用高架方式占用的耕地也很少。

磁悬浮技术利用电磁力将整个列车车厢托起，摆脱了摩擦力和令人不快的锵锵声，实现与地面无接触、无燃料的快速“飞行”。高速磁悬浮列车作为一种新型的轨道交通工具，是对传统轮轨铁路技术的一次全面革新。它不使用机械力，主要依靠电磁力使车体浮离轨道，就像一架超低空飞机贴近特殊的轨道运行。整个运行过程是在无接触、无摩擦的状态下实现高速行驶，因而具有“地面飞行器”、“超低空飞机”的美誉。

磁悬浮列车为什么能离开轨道飞驰呢？磁悬浮列车实际上是依靠电磁吸力或电动斥力将列车悬浮于空中并进行导向，实现列车与地面轨道间的无机械接触，再利用线性电机驱动列车运行。虽然磁悬浮列车仍然属于陆上有轨交通运输系统，并保留了轨道、道岔和车辆转向架及悬挂系统等许多传统机车的特点，但由于列车在牵引运行时与轨道之间无机械接触，因此从根本上克服了传统列车轮轨粘着限制、机械噪声和磨损等问题，所以它也许会成为人们梦寐以求的理想陆上交通工具。

磁悬浮列车

磁悬浮列车利用“同名磁极相斥，异名磁极相吸”的原理，让磁铁具有抗拒地心引力的能力，使车体完全脱离轨道，悬浮在距离轨道约1厘米处，腾空行驶，创造了近乎“零高度”空间飞行的奇迹。由于磁铁有同性相斥和异性相吸两种形式，故磁悬浮列车也有两种相应的形式：一种是利用磁铁同性相斥原理而设计的磁悬浮列车，它利用车上超导体电磁铁形成的磁场与轨道上线圈形成的磁场之间所产生的相斥力，使车体悬浮运行的铁路；另一种则是利用磁铁异性相吸原理而设计的电动力运行系统的磁悬浮列车，它是在车体底部及两侧倒转向上的顶部安装磁铁，在T形导轨的上方和伸臂部分下方分别设反作用板和感应钢板，控制电磁铁的电流，使电磁铁和导轨间保持10～15毫米的间隙，并使导轨钢板的吸引力与车辆的重力平衡，从而使车体悬浮于车道的导轨面上运行。在位于轨道两侧的线圈里流动的交流电，能将线圈变为电磁体。由于它与列车上的超导电磁体的相互作用，就使列车开动起来。列车前进是因为列车头部的电磁体被安装在靠前一点的轨道上的电磁体所吸引，并且同时又被安装在轨道上稍后一点的电磁体所排斥。当列车前进时，在线圈里流动的电流流向就反转过来了。根据车速，通过电能转换器调整在线圈里流动的交流电的频率和电压。科学家将“磁性悬浮”这种原理运用在铁路运输系统上，使列车完全脱离轨道而悬浮行驶，成为“无轮”列车，时速可达几百公里以上。这就是所谓的“磁悬浮列车”，亦称之为“磁垫车”。

方便的磁悬浮列车(www.xing528.com)

根据吸引力和排斥力的基本原理，国际上磁悬浮列车有两个发展方向。一个是以德国为代表的常规磁铁吸引式悬浮系统，利用常规的电磁铁与一般铁性物质相吸引的基本原理，把列车吸引上来，悬空运行，悬浮的气隙较小，一般为10毫米左右。时速可达400～500千米，适合于城市间的长距离快速运输；另一个是以日本的为代表的排斥式悬浮系统，它使用超导的磁悬浮原理，使车轮和钢轨之间产生排斥力，使列车悬空运行，这种磁悬浮列车的悬浮气隙较大，一般为100毫米左右，速度可达每小时500千米以上。

磁悬浮列车与当今的高速列车相比，具有许多无可比拟的优点：由于磁悬浮列车是轨道上行驶，导轨与机车之间不存在任何实际的接触，成为“无轮”状态，故其几乎没有轮、轨之间的摩擦，时速高达几百公里；磁悬浮列车可靠性大、维修简便、成本低，其能源消耗仅是汽车的一半、飞机的四分之一；噪声小，当磁悬浮列车时速达300千米以上时，噪声只有656分贝，仅相当于一个人大声地说话，比汽车驶过的声音还小；由于它以电为动力，在轨道沿线不会排放废气，无污染，是一种名副其实的绿色交通工具。磁悬浮列车是自大约200年前斯蒂芬森的“火箭”号蒸气机车问世以来铁路技术最根本的突破。磁悬浮技术的研究源于德国，早在1922年德国工程师肯佩尔就提出了电磁悬浮原理，并于1934年申请了磁悬浮列车的专利。进入20世纪70年代以后，随着世界工业化国家经济实力的不断加强，为提高交通运输能力以适应其经济发展的需要，德国、日本、美国等发达国家相继开始筹划进行磁悬浮运输系统的开发。而美国和前苏联则分别在七八十年代放弃了这项研究计划，只有德国和日本仍在继续进行磁悬浮系统的研究，并都取得了令世人瞩目的进展。日本于1962年开始研究常导磁浮铁路，此后由于超导技术的迅速发展，从70年代初开始转而研究超导磁浮铁路。1982年磁浮列车的载人试验获得成功。德国1982年开始进行载人试验，列车的最高试验速度在1983年底达到每小时300千米，1984年又进一步增至400千米。目前，德国在常导磁浮铁路方面的技术已趋成熟。

世界上有三个国家不同类型的磁悬浮技术，即日本的超导电动磁悬浮、德国的常导电磁悬浮和中国的永磁悬浮。日本和德国的磁悬浮列车在不通电的情况下，车体与槽轨是接触在一起的，而我国利用永磁悬浮技术制造出的磁悬浮列车在任何情况下，车体和轨道之间都是不接触的。槽轨永磁悬浮是专为城市之间的区域交通设计的，列车在高架的槽轨上运行，设计时速230千米，既可客运，又可货运。暗轨磁悬浮设计时速110千米以下，适用于城内交通。这种轻型吊轨磁悬浮结构受力简单，节省材料，减轻了路和车的重量，便于高速运行。此外，轻型吊轨磁悬浮列车安全性能也非常好。由于列车镶嵌在吊轨中，杜绝了脱轨、翻车，也杜绝了追尾、撞车。这种轻型吊轨磁悬浮设计时速可达400千米，适用于城际之间的“人流”与“物流”投送市场，是专为大中型城市的区域经济圈设计的城际交通工具。

高速磁悬浮列车

享有零高度飞行器的磁悬浮列车将会越来越受到大众的欢迎，它出色的表现将是人类高科技的又一大进步。

电磁悬浮技术

电磁悬浮技术的主要原理是利用高频电磁场在金属表面产生的涡流来实现对金属球的悬浮。将一个金属样品放置在通有高频电流的线圈上时，高频电磁场会在金属材料表面产生一高频涡流，这一高频涡流与外磁场相互作用，使金属样品受到一个洛伦兹力的作用。在合适的空间配制下，可使洛伦兹力的方向与重力方向相反，通过改变高频源的功率使电磁力与重力相等，即可实现电磁悬浮。