中日研发气动悬浮列车 时速400-500公里

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发表于 2018-4-27 11:36:02 | 显示全部楼层 |阅读模式
一种利用空气动力原理实现悬浮的新型列车目前正由中日双方共同研发。这种列车时速可达400-500公里,且能耗仅为磁悬浮列车的约1/6,因而可完全利用清洁能源运行。
这种列车2001年就由日本东北大学开始研发,中方空气动力学教授赖晨光2004年开始接触这一项目,2007年开始深入参与研究,并颠覆性地提出采用“环形翼”,较日方原先采用的传统翼大幅提高了列车行驶的稳定性和升阻比。
根据规划,日本将于2025年开通设计时速400公里的气动悬浮列车线路。
采用“环形翼”的气动悬浮列车概念图(人民日报网站)
《重庆日报》4月24日报道,该报记者在在重庆理工大学车辆工程学院看到了这样的“高速气动悬浮列车”模型。这款高速气动悬浮列车模型长一米多,子弹头车头似高铁列车,车身则有环形翼和气流推进器,又跟飞机有些相似。
重庆理工大学领衔参与高速气动悬浮列车研发的教授赖晨光介绍,“高速气动悬浮列车第一代、第二代样式试制及实车试验已经在日本完成。”
这样的高速气动悬浮列车,完全采用自然能源驱动,使用成本低,速度还非常快。“如果以时速500公里为前提,气动悬浮列车的能耗是高铁的1/3、磁悬浮列车的1/6”,赖晨光教授介绍。
赖晨光说,他是在2004年接触到这一项目的。“那时候,我以吉林大学教师的身份参与这个项目。”
2007年,赖晨光来到日本,更加深入地参与了该项目的研究,“主要负责空气动力学这一块。”
赖晨光教授(人民日报网站图)
曾两个月没出实验室 提出环形翼设计方案
2007年到2011年,赖晨光在日本进行了四年的研究。这四年,他每天待在风洞实验室里,用烟雾法观察空气的流动,甚至一度引起中毒而住院。“有两个月,我足不出实验室,饭都是送进来吃。”在一次试验中,赖晨光中毒倒下,住了好几天院。
2011年,赖晨光来到重庆理工大学,他带领着4位老师、二十多位研究生,继续攻关高速气动悬浮列车。

日方过去多种原型机均采用传统翼
经过深入研究分析,重庆理工大学汽车空气动力学团队提出了高速气动悬浮列车行驶稳定性控制的理论与方法,为其深入研究和开发提供了关键的理论指导和依据。同时,该团队还提出了环型翼的设计构想并进行了验证,使得该列车的空气动力性能得到了进一步的提高。“简单来说,就是主要研究列车行驶的稳定性,提出了环形翼的设计。”赖晨光说。
2017年,赖晨光教授在《空气动力学报》发表了相关论文。
新设计提高运输能力 该车的商用步伐加快
赖晨光告诉记者,在此前的设计中,高速气动悬浮列车的车翼(翅膀)跟飞机类似,是一对尾端加装了竖直小翼的水平翼,但这样的“翅膀”,在列车行驶时,车翼后面会产生不稳定气流,使列车在行驶中的平稳性受到影响。

“而我们设计的环形翼,是在一个三维面上形成一个框,而且框的上面跟下面不在一条竖直线上,而是往后斜。这样的设计使气流比原来稳定很多,会大大提高列车行驶的稳定性。”赖晨光解释说。
此外,环形翼的设计还能够提高运输能力。“通过环形翼设计,使升阻比(升力除以阻力)提高30%-40%,并提高运输效率。”赖晨光介绍,要使高速气动悬浮列车运行效率高、运载能力强,其车翼就要设计得长,“但这带来的后果就是轨道占地面积大,建造成本增加很多。我们提出这个环形翼,在轨道的宽度不变的情况下,可以提高30%-40%的运输能力。”
稳定性加运行能力的提高,使得高速气动悬浮列车的商用步伐加快了。
首条高速气动悬浮列车线路预计2025年在日本开行
根据空气动力学研究结果,结合工业设计及美学、文化等因素,重庆理工大学汽车空气动力学团队设计出第三代列车造型“LOOP”,使这个“飞行的列车”离人们的生活又更近一步了。接下来,中日团队将基于新设计的“LOOP”造型,为其配备阻燃性的镁合金车身并开展更加深入的试验研究与验证。
根据规划,日本将于2025年开通第一条高速气动悬浮列车线路,“计划从日本成田机场到羽田机杨,全部走地下隧道,设计时速400公里,10多分钟就可以实现两个机场的互通,而现在从地面上走要一个多小时。第二条从东京到大阪,时速500公里,一小时之内可实现两地的互通,而目前需要两个小时。”
“东京到大阪这条线,全采用自然能源,我们沿轨道对气候、风力等进行了测试。根据这个区域的太阳照射时间安装太阳能板,依据风的自然条件安装风车。”赖晨光说,“现有技术沿途所收集和转化的太阳能和风能,能够驱动这个系统每12分钟一次往返。按三节车厢、每节车厢120人计算,一次能运送360人。”
赖晨光说,这个只用自然能源驱动、零污染的项目,看似不太可能完成,而实际上却离老百姓的生活很接近。
气动悬浮列车设想完全利用清洁能源运行
研发车身材料 意外发现镁空气电池
在对高速气动悬浮列车材料的研究中,研发团队还“意外”发现了高效的镁空气电池。
在材料研发时,日本东北大学的小滨泰昭教授提出用镁合金来做车身材料,因为镁合金轻而且强度高。在研究加工镁合金的过程中,小滨泰昭发现,“镁合金和空气反应会放电,于是小滨泰昭又开始对镁空气电池进行研究,并取得了非常大的进展。”
“而高效、可控镁空气电池的出现,将对新能源汽车的开发有极大的促进。现在已有几家企业投资几十亿元,大力推进该镁空气电池的产业化。”赖晨光介绍,高效、可控镁空气电池的出现,对中国有极大的好处,“中国的镁矿储量很大,而且质量也非常好。按照小滨泰昭的估算,镁足够人类使用数亿年,产生的氧化镁还能够利用太阳进行还原,可谓是取之不尽,用之不竭,用镁来发电,镁氧化过程中产生能量,能效比惊人的高。比现在的电池能量密度高很多。”
目前,小滨泰昭已委托赖晨光作为中方代理人,寻找合作伙伴。

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