永磁磁浮列车：“悬挂飞驰”的奥秘

 

  ●7月，国内首辆永磁磁浮空轨列车“兴国号”将进入通车试验阶段

  ●利用永磁体和永磁轨道之间的排斥力，不通电也能“悬挂”在空中

  ●兼具速度与舒适度，造价低，作为一种新型交通方式，应用前景广阔

  “悬挂”在空中

  眼前，是一条不长的高架试验线轨道。轨道下方，“悬挂”着一列红白相间的像地铁一样的列车。

  “列车竟然‘倒挂’在轨道上！”这样的场景，现场的许多人还是第一次见到。没等大家反应过来，列车已从视线中呼啸而过……

  今年6月，江西赣州兴国县某试验场。永磁磁浮技术工程试验线上，国内首辆永磁磁浮空轨列车——“兴国号”，进行了车辆调试。按照计划，“兴国号”将在7月进行通车试验。

  这是我国第一次将永磁磁浮技术应用于空轨车辆，在全世界也是首次。

  所谓“空轨”，就是悬挂式“空中列车”。远远望去，“兴国号”永磁磁浮列车好像“悬挂”在空中——借用永磁磁浮技术，使得列车上方与轨道相连。列车不用依靠轮子行驶，摩擦力大大减小，仅需电机驱动即可运行。

  “轨道在列车的上方，这样的列车以前还真没体验过。”现场一位曾坐过上海高速磁悬浮线的市民，表达了他的惊讶与期待。

  国防科技大学教授龙志强告诉记者，永磁磁浮列车靠在车顶的永磁装置上，凭借与永磁轨道的斥力而悬浮于空中——其原理就是，轨道产生的磁场与列车上的永磁体的磁场方向相反，因此产生了斥力，当向上的支撑力与车辆重力达成平衡，永磁磁浮列车的永久磁铁与轨道相斥并在槽口中线保持悬浮状态，列车就会漂浮在空中。

  值得关注的是，与以往的常导磁浮列车和超导磁浮列车相比，永磁磁浮列车不需要额外的电流激励，即可实现零功率悬浮。

  可以说，这列由我国自行研制和建造、拥有自主知识产权的永磁磁浮空轨列车，在中国乃至世界磁悬浮发展进程中，都是一个很大的进步。“兴国号”磁浮空轨列车采用的高效智能永磁磁浮轨道交通系统——“红轨”, 是一种新型轨道交通模式。“红轨”由稀土永磁悬浮模块、智能定位与走行控制模块、数据传输与运行控制模块等6大部分组成，通过运控单元的协调调度实现列车稳定运行，爬坡能力更强、更节能。

  “兴国号”磁浮空轨列车由江西理工大学和中铁科工集团联合研制，设计时速为每小时80公里。展望即将开始的永磁磁浮空轨列车试验，龙志强教授的眼前浮现出中国磁浮交通系统技术发展所迈过的一道道“坎”，打通的一条条“路”——

  2001年4月，突破一系列核心关键技术，我国第一条磁浮列车试验线在国防科技大学校园内建成；

  2005年，中国自行研制的“中华06号”吊轨永磁磁浮列车于大连亮相；

  2006年4月，中国第一辆具有自主知识产权的中低速磁悬浮列车，在四川成都青城山一个试验基地成功通过室外实地运行联合试验；

  2022年3月，我国宣布拥有完全自主知识产权的首列商用磁浮3.0列车，并且已经完成了相关动态试验和系统联调联试……

  从实验室走向产业化，从常导磁浮到超导磁浮再到永磁磁浮，从“贴地飞行”到“悬挂飞驰”，在中国磁悬浮发展建设这条道路上，我们已经走得很远，并将越走越远。

  速度与美景同在

  车窗两旁，两排座位相对排列放置，座位中间的过道，配有供乘客握住的铁杆。

  走进永磁磁浮列车车厢，车厢内宽敞明亮，车内设计和地铁内部有些相似。可以这样类比，永磁磁浮列车，有点像在空中飞驰的“地铁”。

  但与地铁相比，永磁磁浮列车，无论速度与舒适度，都更加优越。一般而言，综合考虑安全等各方面因素，现在国内地铁大部分线路行驶的最高时速普遍为每小时80公里。而根据设计，永磁磁浮列车可采用无人驾驶自动智能模式运行于固定线路与轨道，最高运行速度可达每小时120公里。按照这个速度，更形象点说，这就等于用在高速路段飙车的速度在拥堵的市区内行驶。

  这不但可以减轻私家车、地铁等交通运输方式的压力，另外，由于永磁磁浮列车“飞驰”在“空中”，坐在车内的人们，在享受速度的同时，还可以欣赏外面的风景。这将给通勤高峰时段，减少未来上班族因堵车而带来的焦虑，提供可能。

  试想，在繁忙的市中心，永磁磁浮列车仍能保持高速飞驰，车内乘客视野开阔，在上下班途中既能避免堵车，还能观赏市区景色，这将是一种怎样的体验？

  即使遇到坡度大的地方，永磁磁浮列车也无需减速。

  记者了解到，在永磁磁浮列车及空轨技术的研究与开发中，克服了有关导向结构、悬浮架设计结构、制动系统等专业难点，遇到坡度较大的地方不需要像高铁列车那样过多减速慢行，车辆通行效率高，转弯半径小，灵活性强，噪音极低。

  此外，永磁磁浮列车运行时的无磁污染性和耐冲击性，为它在城市内持续健康地发展提供了源源不断的动力——

  无磁污染性、零功率静态磁场的存在，使得永磁磁浮列车即使在高速行驶中，噪声也很低；耐冲击性，使永磁磁浮列车在长时间高速运转中也很难出现故障或者损坏。

  “那这样性能优越的列车费用会不会很高，一般人能乘坐得起吗？”记者心生疑问。

  “永磁磁浮空轨列车，造价是地铁的十分之一，轻轨的五分之一。”相关科研人员向记者解释，由于在研发过程中，成功攻克了掣肘的技术难题，永磁磁浮空轨列车造价相对较低，而且拥有独立的路权，单趟运量约为地铁运量的一半。

  综合以上优点，我们不妨大胆假设，随着“兴国号”通车试验，永磁磁浮空轨列车或将成为未来我国公共交通和铁路建设的新选择。

  “飞驰”向更广阔的领域

  “希望这一技术可以快点普及推广！”看到永磁磁浮列车7月即将进行通车试验的新闻，一位西藏网友留言道。

  众所周知，受气候环境影响，在青藏高原高寒荒漠地带与寒冷干旱核心区域，交通出行主要靠汽车和火车。有时候，一些偏远的地方，汽车也难以抵达。

  永磁磁浮列车运用智能算法进行动态运行组织与实时优化，非接触、悬浮运行，爬坡能力更强、转弯半径小，在高寒地带等交通不便的复杂地形地区也可实现列车登陆。

  这样的未来场景令人向往与兴奋。

  “要想富，先修路。”这句百姓口中的俗语，很大程度上体现了交通对偏远地区百姓创业致富的影响。在许多偏远的山区，受地形因素制约，交通不便，即使有铁路通行，也常常难以抵达“最后一公里”。

  永磁磁浮列车受地形因素影响少、应用方式灵活，未来可作为补充配套的公共交通工具。这样，既可以促进帮助偏远地区发展交通、活跃经济，又能从大山外带回更多人才和信息反哺山区百姓，带动各项产业发展。

  不只偏远山区，在工业园、科技园区人员上下班，以及连接城区站点等方面，同样有永磁磁浮列车的巨大应用空间。永磁磁浮列车具备防脱轨设计，支持无人驾驶，能通过人脸和人的手指经脉识别身份，再加上永磁磁浮列车造价低，对于相对固定的线路和环境来说，是一种节省人力财力的交通方式。正如此次“兴国号”永磁磁浮空轨列车通车试验后，未来可在兴国县境内运行，这将成为促进兴国县产业发展的新契机。

 

  “永磁磁浮列车探索了一种个性化、智能化的交通运输方式，可与地铁、轻轨等互为补充。未来，它还将有助于打造高端装备产业新引擎，形成轨道交通领跑新优势。”国防科技大学教授龙志强说。