真空管道运输系统发展现状及展望

作为一种新型交通系统,真空管道运输系统将悬浮列车技术和低气压管道技术相结合,理论上能够最大限度地减小列车高速运行时的摩擦阻力和气动阻力.为了促进真空管道运输系统的发展,从基本原理角度,系统论述了真空管道运输系统的可行性及车辆、管道、驱动装置等子系统关键构成,指出了其快速、便捷、安全、环保和高效等优势;介绍了国内外真空管道运输系统的研究现状,包括美国ET3、美国Hyperloop、瑞士超高速地铁Swissmetro,以及西南交通大学真空管道高温超导磁悬浮车试验平台,比较分析了各单位在车辆、管道、驱动装置及造价等方面的技术特点和优势;展望了当前发展真空管道运输系统亟需解决的关键问题,并指出车轨作用、高速直线牵引、气动和散热、管道密封以及管道内通信、救援这几个方面是今后需要重点研究的领域.      

永磁轨道磁感应强度计算方法

基于分子电流环模型,利用毕奥·萨伐尔定律建立了能够实现单块永磁体磁感应强度分布的三维模型;通过坐标变换的方法,得到可描述任意大小永磁体组合的磁感应强度分布的模型。以Halbach型永磁轨道作为研究对象,建立了完整的三维计算模型。通过对比分析,得到磁感应强度的解析解、实测值以及有限元解的一致性结果,肯定了模型的正确性。     

新型高温超导磁浮车辆通过曲线时的运动学规律

以所设计的新型高温超导磁浮转向架为例,探究高温超导磁浮车辆通过曲线线路时的运动学规律,并分析车辆过曲线时转向架以及车厢与磁轨的位置关系及几何运动关系。基于磁浮车辆过曲线时所受到的离心力与高温超导体的自导力平衡的假设,推导出车辆过曲线时的几何关系及数学表达式,并给出近似计算公式,为转向架设计提供一定的依据。     

柔性轮胎及摩擦力对永磁悬浮车辆动力性能的影响

针对永磁悬浮车辆,考虑永磁悬浮力、横向力、柔性轮胎及摩擦力特性对整车的影响,通过A级路面不平顺谱建立了车辆-轮胎-轨道耦合动力学模型,利用仿真软件分析了几种不同特性的轮胎对车辆振动的影响。结果表明:永磁悬浮车辆整车的振动是一个复杂的运动,柔性轮胎及摩擦力能有效减小振动,轮胎的弹性模量对垂直浮沉振动影响小,对横向偏移振动有一定的影响。     

磁悬浮列车发展现状与展望

作为新型轨道交通技术的典型代表，磁悬浮交通具有无机械接触磨损、运行速度高、安全可靠、环境友好等优点，经过60年的发展，正逐渐走向成熟. 本文首先对国内外磁悬浮列车的发展历史作了简要回顾；然后，从结构原理、核心技术和应用场景等方面对永磁悬浮、电磁悬浮、电动悬浮和超导钉扎悬浮4大类磁悬浮交通系统进行了详细介绍，对其悬浮特点、悬浮间隙、磁力计算、驱动技术与技术成熟度等进行了阐述，并指出发展时速600公里级高速磁浮列车亟须解决的试验平台搭建、电机控制策略、紧急制动、线路维护、无线传能、无线通信、气动噪声、磁浮道岔等8个关键问题；最后，对超高速真空管道磁悬浮交通系统的研究进展以及需要研究的课题进行了探讨与展望.      

新型超导磁悬浮转向架设计及有限元分析

针对磁悬浮列车转向架进行有限元分析时悬浮面的边界条件设置为全约束,但表现出的工况与实际工况不符的问题,提出一种以弹性支撑为边界约束条件,以列车轻量化为目标的设计分析方法。通过SolidWorks软件进行了新型高温超导磁悬浮转向架模型的设计,并根据磁悬浮列车不同的运行工况,分析了转向架整体强度以及杜瓦横梁与磁轨之间的最小间距。结果表明,此转向架满足设计要求,为后续优化计算提供了分析依据。     

磁悬浮轨道交通关键技术及全速度域应用研究

首先从磁悬浮列车的角度提出全速度域的概念并将其划分为5个等级,简要分析了社会发展与地面交通速度的关系,认为今后采用磁悬浮轨道交通方式填补高速铁路与航空客运间的速度空白是发展的趋势。随后,通过与传统轮轨列车对比的方式,进一步从黏着与非黏着运行,车载与非车载动力,轮轨集中载荷和悬浮分布载荷等方面,分别研究了采用3种不同原理的高速磁悬浮轨道交通的基本特点、关键技术。研究认为,电磁悬浮方式与高温超导悬浮方式的轨道交通具有在全速度域均可运用的潜力,前者的技术关键是有效抑制车轨耦合振动,后者的技术关键是进一步提升承载能力,目前将电动悬浮用于高速域没有重大的技术障碍,但由于磁阻力很大,不适用于中速及以下速度域。     

高速磁悬浮轨道交通研究进展

从磁悬浮轨道交通的基本原理、磁悬浮列车的技术特点等角度出发，简述了世界各国高速磁悬浮轨道交通的发展概况，对比了常导电磁悬浮、永磁电动磁悬浮、低温超导电动磁悬浮和高温超导磁悬浮等4种磁悬浮方式的研究历史、悬浮特点、悬浮间隙、悬浮能耗、控制系统、技术成熟度与应用情况；采用文献调研、比对、分析、提炼等方法，综述了国内外高校、研究机构和企业对于高速磁悬浮的研究进展；比较了各类磁悬浮轨道交通的原理、技术优势和劣势，分析了高速磁悬浮轨道交通在应用方面的可行性与不足，探讨了4种磁悬浮方式的技术经济性和应用前景与场景；提出了当前发展高速及超高速真空管道磁悬浮轨道交通亟待解决的牵引制动控制、动力和热力学、安全救援、管道密封性能与抽真空效率、无线通信、车内环境控制等6个关键科学问题，并介绍了中国原创高温超导磁悬浮的基础研究及关键技术研发进展与研发计划。研究结果表明:在400~600 km·h-1速度范围可采用常导电磁悬浮或超导磁悬浮技术；在600~1 000 km·h-1速度范围可采用超导磁悬浮技术；1 000 km·h-1及以上的速度可采用高温超导磁悬浮与真空管道或电动磁悬浮与真空管道的磁悬浮技术；作为一种前瞻性研究，高温超导与真空管道磁悬浮关键技术的突破和验证对推动中国乃至世界轨道交通快速发展具有重大而深远的意义。      

基于斜置环形Halbach永磁轮的磁浮列车“悬浮-导向-推进”一体化方案设计

基于永磁电动悬浮的原理，将Halbach环形永磁轮和导体板顺时针旋转后倾斜布置，提出一种实现磁浮列车“悬浮-导向-推进”一体化方案。首先，采用ANSYS Maxwell有限元仿真软件对斜置永磁轮的三维力特性进行分析，仿真结果表明：对于单个外径为200 mm的永磁轮，倾斜角度应不小于60°，从而保证浮重比大于5.5，此时仍可获得310 N的推进力和380 N的导向力。然后，进一步分析了永磁轮三维力随工作气隙、导体板厚度和电导率的变化规律：随着工作气隙变大，三维力均呈下降趋势；随着导体板厚度和电导率的增加，悬浮力和导向力先增加后饱和，驱动力则先增大后减小。基于上述分析结果，给出了新型磁浮列车“悬浮-驱动-推进”一体化的概念模型设计，并对更大直径、宽度的磁轮进行了计算分析，结果表明：直径250 mm永磁轮的磁场利用率最大，磁场利用率和磁轮宽度的变化呈正相关。相关的研究工作是对永磁电动悬浮理论的应用和拓展，能够有效降低磁浮列车系统的建设成本，为“悬浮-导向-推进”一体化的新型磁浮列车设计提供参考。     

真空管道磁浮交通气动特性的尺度效应

为了探究管道列车的尺度对波系、尾涡以及气动载荷的影响，基于CFD软件建立三种模型尺度（1∶1,1∶5和1∶10），同时考虑两种悬浮间隙关系（车轨相对间隙不变和绝对悬浮高度不变）的模型；采用改进的延迟分离涡模拟（IDDES）湍流模型和重叠网格技术模拟了列车在管道动态运动，并用风洞试验数据验证了数值方法和网格策略的合理性.研究结果表明：列车尺度（雷诺数）增大，车前活塞区域变长，尾流扰动区范围缩短；雷诺数对近尾流区的涡对演化影响较小，但在远尾流区，随着列车尺度减小，涡对脉动变强，涡对强度的差异导致了车后正激波形态的差异；列车表面最大正压值和最大负压值均随着列车尺度增大而增大，悬浮间隙对最大正压值影响较小，但与最大负压值成正相关关系；尺度效应从压差阻力和摩擦阻力两方面共同影响气动阻力，整车摩擦阻力和头、中间车的压差阻力与雷诺数正相关，但是尾车压差阻力受附着激波的强度影响恰恰相反；列车尺度和悬浮高度均对升力影响较大.相对于全尺寸模型，1∶10模型（悬浮高度20 mm）的最大正压值减小3.82%，最大负压值增大3.94%，整车总阻力增大8.64%，头车升力减小101.56%，尾车升力增大15.88...