理论教育 磁悬浮列车:改变世界的神奇发明

磁悬浮列车:改变世界的神奇发明

时间:2023-07-31 理论教育 版权反馈
【摘要】:有关磁悬浮列车的原始专利建议,使用“螺旋桨、喷气机或火箭”来推动列车。例如,在德国,一些实验性的磁悬浮列车被建造和测试,从而产生了高速磁悬浮列车。2015年4月,日本L0系列磁悬浮列车在新干线高速铁路上试运行时,时速达到603.5千米,创造了列车运行速度的世界纪录。1.磁悬浮列车使用超导磁铁,这是一种已经冷却到232.2℃以下的电磁铁,以将磁场的功率增加大约10倍。

磁悬浮列车:改变世界的神奇发明

专利名称:地面车辆的电磁感应悬浮和稳定系统

专 利 号:US 3,470,828

专利日期:1969年10月7日

发 明 者:纽约厄普顿)小詹姆斯·R.鲍威尔(James R. Powell,Jr.)、戈登·T.丹比(Gordon T. Danby)

这种运输技术利用磁场来悬浮和推动车辆,通常是火车

有关磁悬浮(maglev)的许多开创性工作都是由埃里克·莱斯韦特(Eric Laithwaite)完成的,他建造了第一台可工作的全尺寸直线感应电动机。莱斯韦特意识到,直线电机不需要车辆和轨道之间的物理接触,可以用来开发一个基于磁场的运输系统。他继续用单直线电机做实验,这种电机可以利用磁铁的排列来产生升力和前进推力。

许多组织注意到了这项技术,布鲁克海文国家实验室(Brookhaven National Laboratory)的鲍威尔和丹比在1969年获得了磁悬浮列车的第一项专利。该专利概述了“利用超导磁体的高速列车……该系统产生悬浮力,使列车悬浮在地面之上。”“用电磁铁将车辆吊离轨道,摩擦力几乎可以消除,少量的能量就足以使车辆提升到高速。”有关磁悬浮列车的原始专利建议,使用“螺旋桨、喷气机或火箭”来推动列车。然而,直到莱斯韦特将直线感应电动机方面的工作与鲍威尔和丹比的汽车设计结合起来,第一批实用的磁悬浮列车才诞生。

第一辆磁悬浮乘用车,简称磁悬浮,是1984年在英国开通的低速摆渡车。它连接伯明翰国际机场和附近的火车站。这条铁轨只有609.6米长,但是列车车厢通过电磁铁成功地悬浮了15毫米。直线发动机被用来推动车辆达到每小时41.84千米。

尽管英国的第一架磁悬浮列车因可靠性问题于1995年停运,但其他国家在20世纪八九十年代都建造了磁悬浮列车。例如,在德国,一些实验性的磁悬浮列车被建造和测试,从而产生了高速磁悬浮列车。中国上海磁悬浮列车是目前运行速度最快的客运列车,最高运行速度约为每小时434.5千米。日本和韩国还建造了用于商业运输的高速磁悬浮列车,有时也被称为“子弹头列车”。2015年4月,日本L0系列磁悬浮列车在新干线高速铁路上试运行时,时速达到603.5千米,创造了列车运行速度的世界纪录。

未来,超环一号(Hyperloop One)和超环运输技术(Hyperloop Transportation Technologies)等多家公司希望建立一套商业运输系统,利用磁悬浮技术加速真空密封管内的客舱。在真空室中,几乎没有空气阻力,客舱理论上可以加速到1,207千米/小时以上。2013年,埃隆·马斯克(Elon Musk)首次构想并描述了一个超回路列车系统。

1.磁悬浮列车使用超导磁铁,这是一种已经冷却到232.2℃以下的电磁铁,以将磁场的功率增加大约10倍。

2.超导磁铁既安装在火车车厢里,也安装在轨道上。(www.daowen.com)

3.供给磁铁的电流产生所需的电磁场来悬浮和推动列车。

4.火车通常悬浮在混凝土导轨上。

5.设置在混凝土中的金属环,由铝等导电材料制成,与列车形成的磁场相互作用并产生额外的磁场。

6.产生3个初级磁场,使列车悬浮在混凝土导轨上方约12.7厘米处,再使列车水平居中,并推动列车前进。

7.用于推进的磁场通过交流电,既从后面推动火车车厢,又从前面拉动火车车厢。

8.即使车速超过402.3千米/小时,行驶也非常平稳,因为空气是唯一的摩擦源。

9.整个系统按照计算机算法运行,没有人“驾驶”火车。

10.磁悬浮列车的设计使得列车偏离最佳位置越远,将其推回的磁力就越强,就像你将两块磁铁的相同磁极紧紧地握在一起一样。与传统列车相比,这大大降低了这些列车脱轨的可能性。

“1959年,我在去马萨诸塞州波士顿看女朋友的路上,在窄颈大桥上被堵了5个小时。当时我坐在车里就想,一定有更好的方法去波士顿。我想,‘嗯,有火车之类的。’然后我想,‘天哪,如果你用超导磁体悬浮车辆,让它们沿着轨道行驶,会怎么样?’”

——詹姆斯·R.鲍威尔

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