高速飛行列車:點(diǎn)亮鋁材應(yīng)用的又一明燈
2018年04月10日 11:3 4833次瀏覽 來源: 中國有色金屬報(bào) 分類: 鋁資訊 作者: 王祝堂
“超級高鐵”又名“超級環(huán)”,是被譽(yù)為科技“狂人”的美國人隆·馬斯克發(fā)明的,這種“超級高鐵”又被稱為“超級回路推進(jìn)系統(tǒng)”。馬斯克是美國太空探索技術(shù)公司(Space X)和特斯拉(Tesla)汽車公司的創(chuàng)始人。2012年他提出了“超級回路推進(jìn)系統(tǒng)”的設(shè)想,為了實(shí)現(xiàn)他的理想,專門組建了一家名為“超級環(huán)1號(hào)”公司,總部位于洛杉磯。據(jù)稱,在美國非??春?ldquo;超級回路推進(jìn)系統(tǒng)”,在2013年至2016年期間就相繼成立了12家公司,參與這一項(xiàng)目的商業(yè)化競爭。
“超級高鐵”的出世與成長
馬斯克既是一個(gè)大資本家,又是一個(gè)科學(xué)狂人,成天在冥思苦想將科幻小說與科幻電影中的奇思妙想變?yōu)楝F(xiàn)實(shí),變?yōu)樯虡I(yè)行為,2013年提出了“超級回路推進(jìn)系統(tǒng)”構(gòu)思后,立即組建了一個(gè)付諸實(shí)施的商業(yè)化公司。
“超級環(huán)”列車的樣子看上去酷似一列高鐵,但不是靠輪子前行,而在真空管道或隧道中運(yùn)行,懸浮著飛行,它的運(yùn)輸艙即每節(jié)車廂好像裝藥的膠囊。由于在真空環(huán)境中行進(jìn),又沒有輪子,幾乎不存在摩擦力,沒有什么阻力。
2016年5月11日上午在拉斯維加斯以北約50km處沙漠中進(jìn)行了測試,參與觀看的有200多名投資人、合作者和媒體記者,中國新華社也有記者參加。試驗(yàn)隧道長500m、直徑3.3m,新華社記者看到,一個(gè)金屬艙沿鐵軌加速行駛,約5s后利用沙堆減速停止。實(shí)際上,艙的輪子在軌道的上方離軌道幾mm懸浮前進(jìn),行駛時(shí)不與軌道接觸,停止時(shí)才與軌道接觸。
測試結(jié)果令人振奮,完全達(dá)到了預(yù)期效果,“超回路1號(hào)”公司高級副總裁吉格爾在試驗(yàn)后接受新華社記者采訪時(shí)說:這個(gè)推進(jìn)系統(tǒng)測試裝置從0加速到96km/h僅用時(shí)1s。將來實(shí)際“超級高鐵”的商業(yè)運(yùn)行速度將達(dá)1120km/h,與某些民航機(jī)的最高飛行速度相當(dāng),且比大多數(shù)民航機(jī)的巡航速度快,從美國舊金山到洛杉磯,600km單程旅行只需要30多min,從北京到上海僅需1h多一點(diǎn),實(shí)際前后時(shí)間只有乘飛機(jī)的1/6左右。
但是,這種超新型交通模式的最高設(shè)計(jì)速度為1287km/h,從倫敦到曼徹斯特只需18min;北京到天津137km,只需6.4min;北京到廣州2313km只需要1h48min;北京到昆明3179km,也只需要2h28min,都可以朝發(fā)夕返,中間有足夠的時(shí)間把事情辦得好好的。
2017年7月“超級環(huán)1號(hào)”公司又對乘客艙進(jìn)行了一次試驗(yàn),其運(yùn)行距離和速度都刷新了紀(jì)錄,試驗(yàn)結(jié)果表明,該項(xiàng)目的技術(shù)正在穩(wěn)步前進(jìn)與完善,但離應(yīng)用還有一段距離,而更困難的還在后面,例如資金籌措與政府各部門的審批。
2017年3月“超級環(huán)1號(hào)”公司的競爭對手——美國“超級環(huán)”運(yùn)輸技術(shù)公司已經(jīng)開始建造乘用艙。該公司稱,乘用艙每次能夠載客28~40人,每40s一趟,規(guī)劃2018年初建造完成。
使“超級高鐵”發(fā)揮作用的主要元素:推進(jìn)系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)、懸浮和真空系統(tǒng)。后兩個(gè)系統(tǒng)幾乎消除了摩擦和阻力,這樣艙就能以最少的能源和最大的速度在管道中運(yùn)行。建設(shè)管道的方式:在地下,即隧道,造價(jià)高,不占地;建在地面,占地面積大;建在地面的墩上。
各國爭相擬建“超級高鐵”
馬斯克的“超級高鐵”幻想與完成測試一公布,就引起了投資者與各國政要的濃厚興趣與關(guān)注,首先是美國,現(xiàn)已組建了十幾個(gè)公司,與“超級環(huán)1號(hào)”公司展開競爭。“超級環(huán)1號(hào)”公司建議美國建設(shè)11條“超級高鐵”項(xiàng)目。這種“超級環(huán)”被認(rèn)為可能是繼汽車、火車、輪船、飛機(jī)的第五種運(yùn)輸模式,它的管道中的運(yùn)輸軌道為雙向?,F(xiàn)在管道交通美夢變得越來越現(xiàn)實(shí)了,鐵路運(yùn)輸?shù)奈磥砘蛟S就是真空管道與磁懸浮,“超級高鐵”就是這兩項(xiàng)技術(shù)的高度結(jié)合。為了建設(shè)“超級高鐵”,馬斯克還去找過特朗普,在美國建設(shè)“超級高鐵”委實(shí)不易,不但要籌措巨額資金,而且要得到各級政府與有關(guān)部門的層層審批。
“超級環(huán)1號(hào)”公司的強(qiáng)勁對手“超級環(huán)”技術(shù)公司,計(jì)劃今后幾年在斯洛伐克和韓國建設(shè)一些系統(tǒng)。目前,阿拉伯聯(lián)合酋長國和歐洲中部一些國家都在考慮開發(fā)此項(xiàng)目。
印度將修建世界首條“超級環(huán)”。印度的鐵路和公路運(yùn)輸系統(tǒng)因年久失修,擁堵現(xiàn)象嚴(yán)重。
英國企業(yè)家、維修集團(tuán)創(chuàng)始人理查德·布蘭森2月19日在孟買舉行的一次專題會(huì)上說:印度或?qū)⒊蔀槭澜缟系谝粋€(gè)應(yīng)用“超級環(huán)”運(yùn)輸系統(tǒng)的國家,將在印度馬哈拉施特拉邦首府孟買和該邦第二大城市浦郡之間修建一條“超級高鐵”。這是印度流動(dòng)人口最多的地區(qū)之一。這條“超級高鐵”的速度為1000km/h,兩地間的運(yùn)行時(shí)間將由原來的3h多縮短至20min左右。
在今后幾年內(nèi)印度將大量投資改擴(kuò)建全國的鐵路與公路網(wǎng)。
中國研發(fā)4000km/h的高速
飛行列車,或?qū)⑴苓^馬斯克
2017年8月29日,中國航空科工集團(tuán)公司(以下簡稱航天科工)在第三屆中國(國際)商業(yè)航天高峰論壇上宣布,正在研究高速飛行列車項(xiàng)目,列車在第一階段達(dá)到1000km/h,最終達(dá)到4000km/h。該項(xiàng)目將在中國武漢落地,它是中國人口最稠密的地區(qū)之一。
高速飛行列車的運(yùn)行理念與馬斯克的“超級環(huán)”相同。據(jù)航天科工相關(guān)人士稱,4000km/h的時(shí)速比傳統(tǒng)高鐵的提升了10倍,約是當(dāng)前民航飛機(jī)時(shí)速的5倍。高速飛行列車項(xiàng)目將按照三步走戰(zhàn)略逐步實(shí)施:第一步通過1000km/h運(yùn)輸能力建設(shè)區(qū)域性城際飛行列車交通網(wǎng);第二步達(dá)到2000km/h,建設(shè)國家級城市群飛行列車網(wǎng);第三步達(dá)到4000km/h,建設(shè)“一帶一路”國際“飛行列車交通網(wǎng)”。
據(jù)該項(xiàng)目技術(shù)負(fù)責(zé)人毛凱稱:參與高速飛行列車項(xiàng)目的國內(nèi)外科研機(jī)構(gòu)多達(dá)20多家,組建了國內(nèi)首個(gè)國際性高速飛行列車產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟,至2017年7月團(tuán)隊(duì)擁有相關(guān)領(lǐng)域的200多項(xiàng)專利。
在研發(fā)高速飛行列車方面與建設(shè)高速飛行列車運(yùn)輸網(wǎng)領(lǐng)域中國一定會(huì)成為領(lǐng)跑者。中國“一帶一路”倡議意在打造連接中國與東南亞、中亞、地中海和歐洲國家的交通運(yùn)輸和經(jīng)濟(jì)走廊,高速飛行列車運(yùn)輸網(wǎng)將在其中起著不可估量的決定性作用。
鋁合金與鋁基復(fù)合材料是
“超級環(huán)”與高速飛行列車的首選
國外的“超級環(huán)”也好,中國的高速飛行列車也好,它們的運(yùn)行原理都相同,都是磁懸浮列車,車廂也罷,短艙也罷,都是用鋁合金與鋁基復(fù)合材料打造的,用這兩種材料制造的零部件與結(jié)構(gòu)的凈質(zhì)量占廂體凈質(zhì)量80%的以上,在這80%以上的材料中,鋁材的質(zhì)量又占90%左右。
目前,鋁材是制造飛行列車最佳的材料,它的密度只有2.7g/cm3,僅為鋼密度8.6g/cm3的31.4%,因此,在零部件強(qiáng)度等同的條件下,鋁合金件的質(zhì)量約為鋼的三分之二,鋁的抗腐蝕性高,比低合金碳鋼的高得多;鋁的可回收性比鋼的好得多,零部件報(bào)廢后,回收率可達(dá)95%以上,鋼的只不過80%,回收能耗低,廢鋁的回收能耗只有原鋁提取能耗的5%,溫室氣體也相應(yīng)地減少;鋁材的性能雖不如復(fù)合材料,但它的價(jià)格高,為鋁材的四五倍,同時(shí)中國的產(chǎn)量低,品質(zhì)也不盡如人意,回收問題也未完全解決,是其不足之處,至少在2035年以前,鋁的統(tǒng)治地位是不可動(dòng)搖的。不過,鋁工業(yè)應(yīng)加強(qiáng)創(chuàng)新與研發(fā),不斷地推出性能更佳、價(jià)格合理的鋁合金,以應(yīng)對其他材料的挑戰(zhàn)。
制造高速飛行列車所需的鋁合金、鋁材、鋁鑄件中國全部能解決,與高鐵車廂用的材料幾乎完全相同,常用的合金有6061、6063、7N01等,中國可以生產(chǎn)寬度超1000mm的型材,而其他國家只能生產(chǎn)寬達(dá)800mm的。
中國時(shí)速600km高速磁懸浮列車2020年將在青島面世。今年1月下旬速度600km/h的高速磁懸浮交通系統(tǒng)技術(shù)方案在青島通過專家評審,標(biāo)志由中車四方股份公司牽頭承擔(dān)的國家重點(diǎn)研發(fā)專題“高速磁懸浮交通系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)”課題取得重要階段性成果,可以順理成章地步入實(shí)質(zhì)性的施工設(shè)計(jì)階段。
根據(jù)原計(jì)劃,2018年應(yīng)制出一節(jié)樣車,2020年一列原型車應(yīng)問世,并進(jìn)行5km試驗(yàn)線驗(yàn)證,進(jìn)行集成示范,2017年,高鐵最高運(yùn)營速度350km/h,民航機(jī)巡航經(jīng)濟(jì)速度800Km/h~1000km/h,600km/h的高速磁懸浮列車正好填補(bǔ)它們之間空檔,形成一個(gè)完美的陸空運(yùn)輸系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。
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