永磁磁浮列車：“懸掛飛馳”的奧秘

 

  ●7月，國內首輛永磁磁浮空軌列車“興國號”將進入通車試驗階段

  ●利用永磁體和永磁軌道之間的排斥力，不通電也能“懸掛”在空中

  ●兼具速度與舒適度，造價低，作為一種新型交通方式，應用前景廣闊

  “懸掛”在空中

  眼前，是一條不長的高架試驗線軌道。軌道下方，“懸掛”著一列紅白相間的像地鐵一樣的列車。

  “列車竟然‘倒掛’在軌道上！”這樣的場景，現場的許多人還是第一次見到。沒等大家反應過來，列車已從視線中呼嘯而過……

  今年6月，江西贛州興國縣某試驗場。永磁磁浮技術工程試驗線上，國內首輛永磁磁浮空軌列車——“興國號”，進行了車輛調試。按照計劃，“興國號”將在7月進行通車試驗。

  這是我國第一次將永磁磁浮技術應用于空軌車輛，在全世界也是首次。

  所謂“空軌”，就是懸掛式“空中列車”。遠遠望去，“興國號”永磁磁浮列車好像“懸掛”在空中——借用永磁磁浮技術，使得列車上方與軌道相連。列車不用依靠輪子行駛，摩擦力大大減小，僅需電機驅動即可運行。

  “軌道在列車的上方，這樣的列車以前還真沒體驗過。”現場一位曾坐過上海高速磁懸浮線的市民，表達了他的驚訝與期待。

  國防科技大學教授龍志強告訴記者，永磁磁浮列車靠在車頂的永磁裝置上，憑借與永磁軌道的斥力而懸浮于空中——其原理就是，軌道產生的磁場與列車上的永磁體的磁場方向相反，因此產生了斥力，當向上的支撐力與車輛重力達成平衡，永磁磁浮列車的永久磁鐵與軌道相斥并在槽口中線保持懸浮狀態，列車就會漂浮在空中。

  值得關注的是，與以往的常導磁浮列車和超導磁浮列車相比，永磁磁浮列車不需要額外的電流激勵，即可實現零功率懸浮。

  可以說，這列由我國自行研制和建造、擁有自主知識產權的永磁磁浮空軌列車，在中國乃至世界磁懸浮發展進程中，都是一個很大的進步。“興國號”磁浮空軌列車采用的高效智能永磁磁浮軌道交通系統——“紅軌”, 是一種新型軌道交通模式。“紅軌”由稀土永磁懸浮模塊、智能定位與走行控制模塊、數據傳輸與運行控制模塊等6大部分組成，通過運控單元的協調調度實現列車穩定運行，爬坡能力更強、更節能。

  “興國號”磁浮空軌列車由江西理工大學和中鐵科工集團聯合研制，設計時速為每小時80公里。展望即將開始的永磁磁浮空軌列車試驗，龍志強教授的眼前浮現出中國磁浮交通系統技術發展所邁過的一道道“坎”，打通的一條條“路”——

  2001年4月，突破一系列核心關鍵技術，我國第一條磁浮列車試驗線在國防科技大學校園內建成；

  2005年，中國自行研制的“中華06號”吊軌永磁磁浮列車于大連亮相；

  2006年4月，中國第一輛具有自主知識產權的中低速磁懸浮列車，在四川成都青城山一個試驗基地成功通過室外實地運行聯合試驗；

  2022年3月，我國宣布擁有完全自主知識產權的首列商用磁浮3.0列車，并且已經完成了相關動態試驗和系統聯調聯試……

  從實驗室走向產業化，從常導磁浮到超導磁浮再到永磁磁浮，從“貼地飛行”到“懸掛飛馳”，在中國磁懸浮發展建設這條道路上，我們已經走得很遠，并將越走越遠。

  速度與美景同在

  車窗兩旁，兩排座位相對排列放置，座位中間的過道，配有供乘客握住的鐵桿。

  走進永磁磁浮列車車廂，車廂內寬敞明亮，車內設計和地鐵內部有些相似。可以這樣類比，永磁磁浮列車，有點像在空中飛馳的“地鐵”。

  但與地鐵相比，永磁磁浮列車，無論速度與舒適度，都更加優越。一般而言，綜合考慮安全等各方面因素，現在國內地鐵大部分線路行駛的最高時速普遍為每小時80公里。而根據設計，永磁磁浮列車可采用無人駕駛自動智能模式運行于固定線路與軌道，最高運行速度可達每小時120公里。按照這個速度，更形象點說，這就等于用在高速路段飆車的速度在擁堵的市區內行駛。

  這不但可以減輕私家車、地鐵等交通運輸方式的壓力，另外，由于永磁磁浮列車“飛馳”在“空中”，坐在車內的人們，在享受速度的同時，還可以欣賞外面的風景。這將給通勤高峰時段，減少未來上班族因堵車而帶來的焦慮，提供可能。

  試想，在繁忙的市中心，永磁磁浮列車仍能保持高速飛馳，車內乘客視野開闊，在上下班途中既能避免堵車，還能觀賞市區景色，這將是一種怎樣的體驗？

  即使遇到坡度大的地方，永磁磁浮列車也無需減速。

  記者了解到，在永磁磁浮列車及空軌技術的研究與開發中，克服了有關導向結構、懸浮架設計結構、制動系統等專業難點，遇到坡度較大的地方不需要像高鐵列車那樣過多減速慢行，車輛通行效率高，轉彎半徑小，靈活性強，噪音極低。

  此外，永磁磁浮列車運行時的無磁污染性和耐沖擊性，為它在城市內持續健康地發展提供了源源不斷的動力——

  無磁污染性、零功率靜態磁場的存在，使得永磁磁浮列車即使在高速行駛中，噪聲也很低；耐沖擊性，使永磁磁浮列車在長時間高速運轉中也很難出現故障或者損壞。

  “那這樣性能優越的列車費用會不會很高，一般人能乘坐得起嗎？”記者心生疑問。

  “永磁磁浮空軌列車，造價是地鐵的十分之一，輕軌的五分之一。”相關科研人員向記者解釋，由于在研發過程中，成功攻克了掣肘的技術難題，永磁磁浮空軌列車造價相對較低，而且擁有獨立的路權，單趟運量約為地鐵運量的一半。

  綜合以上優點，我們不妨大膽假設，隨著“興國號”通車試驗，永磁磁浮空軌列車或將成為未來我國公共交通和鐵路建設的新選擇。

  “飛馳”向更廣闊的領域

  “希望這一技術可以快點普及推廣！”看到永磁磁浮列車7月即將進行通車試驗的新聞，一位西藏網友留言道。

  眾所周知，受氣候環境影響，在青藏高原高寒荒漠地帶與寒冷干旱核心區域，交通出行主要靠汽車和火車。有時候，一些偏遠的地方，汽車也難以抵達。

  永磁磁浮列車運用智能算法進行動態運行組織與實時優化，非接觸、懸浮運行，爬坡能力更強、轉彎半徑小，在高寒地帶等交通不便的復雜地形地區也可實現列車登陸。

  這樣的未來場景令人向往與興奮。

  “要想富，先修路。”這句百姓口中的俗語，很大程度上體現了交通對偏遠地區百姓創業致富的影響。在許多偏遠的山區，受地形因素制約，交通不便，即使有鐵路通行，也常常難以抵達“最后一公里”。

  永磁磁浮列車受地形因素影響少、應用方式靈活，未來可作為補充配套的公共交通工具。這樣，既可以促進幫助偏遠地區發展交通、活躍經濟，又能從大山外帶回更多人才和信息反哺山區百姓，帶動各項產業發展。

  不只偏遠山區，在工業園、科技園區人員上下班，以及連接城區站點等方面，同樣有永磁磁浮列車的巨大應用空間。永磁磁浮列車具備防脫軌設計，支持無人駕駛，能通過人臉和人的手指經脈識別身份，再加上永磁磁浮列車造價低，對于相對固定的線路和環境來說，是一種節省人力財力的交通方式。正如此次“興國號”永磁磁浮空軌列車通車試驗后，未來可在興國縣境內運行，這將成為促進興國縣產業發展的新契機。

 

  “永磁磁浮列車探索了一種個性化、智能化的交通運輸方式，可與地鐵、輕軌等互為補充。未來，它還將有助于打造高端裝備產業新引擎，形成軌道交通領跑新優勢。”國防科技大學教授龍志強說。