時(shí)速四五百公里！高速氣動(dòng)懸浮列車正研發(fā)

第三代氣動(dòng)懸浮列車“LOOP”效果圖。

不需要傳統(tǒng)的煤、氣、電提供動(dòng)力，列車時(shí)速可達(dá)400~500公里，你相信嗎?近日，記者在重慶理工大學(xué)車輛工程學(xué)院就看到了這樣的“高速氣動(dòng)懸浮列車”模型。你認(rèn)識(shí)名叫鵜鶘的鳥嗎?高速氣動(dòng)懸浮列車的靈感就來自于它。有關(guān)專家稱，這款列車有望改變世界交通系統(tǒng)。

氣動(dòng)懸浮列車實(shí)物模型。

子彈頭車頭似高鐵，車身有環(huán)形翼像飛機(jī)

記者看到，這款高速氣動(dòng)懸浮列車模型長(zhǎng)一米多，子彈頭車頭似高鐵列車，車身則有環(huán)形翼和氣流推進(jìn)器，又跟飛機(jī)有些相似。

“高速氣動(dòng)懸浮列車第一代、第二代樣式試制及實(shí)車試驗(yàn)已經(jīng)在日本完成。”重慶理工大學(xué)領(lǐng)銜參與高速氣動(dòng)懸浮列車研發(fā)的教授賴晨光介紹，這樣的高速氣動(dòng)懸浮列車，完全采用自然能源驅(qū)動(dòng)，使用成本低，速度還非常快。“如果以時(shí)速500公里為前提，氣動(dòng)懸浮列車的能耗是高鐵的1/3、磁懸浮列車的1/6。”

賴晨光說，他是在2004年接觸到這一項(xiàng)目的。“那時(shí)候，我以吉林大學(xué)教師的身份參與這個(gè)項(xiàng)目。”

2007年，賴晨光來到日本，更加深入地參與了該項(xiàng)目的研究，“主要負(fù)責(zé)空氣動(dòng)力學(xué)這一塊。”

重慶理工大學(xué)教授賴晨光。

曾兩個(gè)月沒出實(shí)驗(yàn)室

提出環(huán)形翼設(shè)計(jì)方案

2007年到2011年，賴晨光在日本進(jìn)行了四年的研究。這四年，他每天待在風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室里，用煙霧法觀察空氣的流動(dòng)，甚至一度引起中毒而住院。“有兩個(gè)月，我足不出實(shí)驗(yàn)室，飯都是送進(jìn)來吃。”在一次試驗(yàn)中，賴晨光中毒倒下，住了好幾天院。

2011年，賴晨光來到重慶理工大學(xué)，他帶領(lǐng)著4位老師、二十多位研究生，繼續(xù)攻關(guān)高速氣動(dòng)懸浮列車。

經(jīng)過深入研究分析，重慶理工大學(xué)汽車空氣動(dòng)力學(xué)團(tuán)隊(duì)提出了高速氣動(dòng)懸浮列車行駛穩(wěn)定性控制的理論與方法，為其深入研究和開發(fā)提供了關(guān)鍵的理論指導(dǎo)和依據(jù)。同時(shí)，該團(tuán)隊(duì)還提出了環(huán)型翼的設(shè)計(jì)構(gòu)想并進(jìn)行了驗(yàn)證，使得該列車的空氣動(dòng)力性能得到了進(jìn)一步的提高。“簡(jiǎn)單來說，就是主要研究列車行駛的穩(wěn)定性，提出了環(huán)形翼的設(shè)計(jì)。”賴晨光說。

新設(shè)計(jì)提高運(yùn)輸能力

該車的商用步伐加快

賴晨光告訴記者，在此前的設(shè)計(jì)中，高速氣動(dòng)懸浮列車的車翼(翅膀)跟飛機(jī)類似，是一對(duì)尾端加裝了豎直小翼的水平翼，但這樣的“翅膀”，在列車行駛時(shí)，車翼后面會(huì)產(chǎn)生不穩(wěn)定氣流，使列車在行駛中的平穩(wěn)性受到影響。

“而我們?cè)O(shè)計(jì)的環(huán)形翼，是在一個(gè)三維面上形成一個(gè)框，而且框的上面跟下面不在一條豎直線上，而是往后斜。這樣的設(shè)計(jì)使氣流比原來穩(wěn)定很多，會(huì)大大提高列車行駛的穩(wěn)定性。”賴晨光解釋說。

此外，環(huán)形翼的設(shè)計(jì)還能夠提高運(yùn)輸能力。“通過環(huán)形翼設(shè)計(jì)，使升阻比(升力除以阻力)提高30%-40%，并提高運(yùn)輸效率。”賴晨光介紹，要使高速氣動(dòng)懸浮列車運(yùn)行效率高、運(yùn)載能力強(qiáng)，其車翼就要設(shè)計(jì)得長(zhǎng)，“但這帶來的后果就是軌道占地面積大，建造成本增加很多。我們提出這個(gè)環(huán)形翼，在軌道的寬度不變的情況下，可以提高30%-40%的運(yùn)輸能力。”

穩(wěn)定性加運(yùn)行能力的提高，使得高速氣動(dòng)懸浮列車的商用步伐加快了。

首條高速氣動(dòng)懸浮列車線路

預(yù)計(jì)2025年在日本開行

根據(jù)空氣動(dòng)力學(xué)研究結(jié)果，結(jié)合工業(yè)設(shè)計(jì)及美學(xué)、文化等因素，重慶理工大學(xué)汽車空氣動(dòng)力學(xué)團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)出第三代列車造型“LOOP”，使這個(gè)“飛行的列車”離人們的生活又更近一步了。接下來，中日?qǐng)F(tuán)隊(duì)將基于新設(shè)計(jì)的“LOOP”造型，為其配備阻燃性的鎂合金車身并開展更加深入的試驗(yàn)研究與驗(yàn)證。

根據(jù)規(guī)劃，日本將于2025年開通第一條高速氣動(dòng)懸浮列車線路，“計(jì)劃從日本成田機(jī)場(chǎng)到羽田機(jī)楊，全部走地下隧道，設(shè)計(jì)時(shí)速400公里，10多分鐘就可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)機(jī)場(chǎng)的互通，而現(xiàn)在從地面上走要一個(gè)多小時(shí)。第二條從東京到大阪，時(shí)速500公里，一小時(shí)之內(nèi)可實(shí)現(xiàn)兩地的互通，而目前需要兩個(gè)小時(shí)。”

“東京到大阪這條線，全采用自然能源，我們沿軌道對(duì)氣候、風(fēng)力等進(jìn)行了測(cè)試。根據(jù)這個(gè)區(qū)域的太陽照射時(shí)間安裝太陽能板，依據(jù)風(fēng)的自然條件安裝風(fēng)車。”賴晨光說，“現(xiàn)有技術(shù)沿途所收集和轉(zhuǎn)化的太陽能和風(fēng)能，能夠驅(qū)動(dòng)這個(gè)系統(tǒng)每12分鐘一次往返。按三節(jié)車廂、每節(jié)車廂120人計(jì)算，一次能運(yùn)送360人。”

賴晨光說，這個(gè)只用自然能源驅(qū)動(dòng)、零污染的項(xiàng)目，看似不太可能完成，而實(shí)際上卻離老百姓的生活很接近。

研發(fā)車身材料，意外發(fā)現(xiàn)鎂空氣電池

在對(duì)高速氣動(dòng)懸浮列車材料的研究中，研發(fā)團(tuán)隊(duì)還“意外”發(fā)現(xiàn)了高效的鎂空氣電池。

在材料研發(fā)時(shí)，日本東北大學(xué)的小濱泰昭教授提出用鎂合金來做車身材料，因?yàn)殒V合金輕而且強(qiáng)度高。在研究加工鎂合金的過程中，小濱泰昭發(fā)現(xiàn)，“鎂合金和空氣反應(yīng)會(huì)放電，于是小濱泰昭又開始對(duì)鎂空氣電池進(jìn)行研究，并取得了非常大的進(jìn)展。”

“而高效、可控鎂空氣電池的出現(xiàn)，將對(duì)新能源汽車的開發(fā)有極大的促進(jìn)。現(xiàn)在已有幾家企業(yè)投資幾十億元，大力推進(jìn)該鎂空氣電池的產(chǎn)業(yè)化。”賴晨光介紹，高效、可控鎂空氣電池的出現(xiàn)，對(duì)中國(guó)有極大的好處，“中國(guó)的鎂礦儲(chǔ)量很大，而且質(zhì)量也非常好。按照小濱泰昭的估算，鎂足夠人類使用數(shù)億年，產(chǎn)生的氧化鎂還能夠利用太陽進(jìn)行還原，可謂是取之不盡，用之不竭，用鎂來發(fā)電，鎂氧化過程中產(chǎn)生能量，能效比驚人的高。比現(xiàn)在的電池能量密度高很多。”

目前，小濱泰昭已委托賴晨光作為中方代理人，尋找合作伙伴。

研發(fā)靈感源自一種叫做鵜鶘的鳥

讓人意外的是，高速氣動(dòng)懸浮列車的研究竟然和一只鳥相關(guān)。日本東北大學(xué)小濱泰昭教授發(fā)現(xiàn)，一種叫做鵜鶘(信天翁)的鳥在遷徙時(shí)，每進(jìn)食一次，能夠持續(xù)飛行超過900公里，具有驚人的“燃效比”。為什么它的“燃效比”可以這么高，經(jīng)過深入研究，“發(fā)現(xiàn)它們是利用了WIG的自然現(xiàn)象”。

賴晨光解釋說，所謂WIG現(xiàn)象，就是翼形(鳥的翅膀)在接近地面的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生升力急劇增加，阻力減小的現(xiàn)象。“如果鳥在高空中飛，經(jīng)常扇動(dòng)翅膀來產(chǎn)生升力，但接近地面，只要把翅膀張開，產(chǎn)生的升力比高空中大很多。這個(gè)升力跟翅膀距離地面高度有關(guān)系，當(dāng)鳥的飛行控制在一定高度的時(shí)候，不必扇動(dòng)翅膀，就能夠支撐身體的重量飛行，我們研究發(fā)現(xiàn)，離地面越近，升力就越大。”

其實(shí)，早在研制高速氣動(dòng)懸浮列車前，前蘇聯(lián)科學(xué)家就利用這一原理研制出“里海怪獸”——一種在海上懸浮飛行的飛機(jī)，其機(jī)身與波音747飛機(jī)大小相近，海上巡航速度約為每小時(shí)500公里。

標(biāo)簽： 時(shí)速 氣動(dòng) 列車