磁悬浮列车-中国民航大学.pdf

磁悬浮列车 金能强 一、前言 衣食住行，人之必需。自古以来人类最大苦恼之 一是人与货物的运输：横渡河流、穿越高山、遥远距 离的行程等，想尽办法以节省时间和气力，让旅程更 舒服。从步行手提、肩挑到用力拖拉，直至现代复杂 的交通系统。 牛顿发现万有引力定律之前，人类就感知到地球 引力的存在，人们发现，拖着重物比肩扛着省力。6 千多年前人类建造了第一组轮子：木质实心的两个轮 子、一根固定的穿过轮子中心的轴及架在其上的平台， 图1 不同速度下旅行时间与旅行距离的关系 车造出来，更省力了。繁体汉字 “車”形象地表征了 车的架构。车的出现极大地方便了人类的出行。 速度连贯性考虑350 km/h 和500 km/h 间有个断档， 1825 年世界上第一条铁路诞生，20 世纪初飞机 用什么交通工具填充？ 出现，人类可以陆海空立体交通出行。随着科技的进 2. 轮轨列车的局限 步，各种交通工具的速度、便捷、舒适度都大为提高。 轮轨列车是一种靠黏着力牵引的车辆，在速度上 1. 总旅行时间 有局限性。首先，轮轨之间的黏着力制约了列车的高 人们出行总希望用最短的时间到达目的地，即旅 速运行，图2 表示轮轨列车基本运行原理。钢轮架在 行时间最短。所谓旅行时间等于主旅行时间与附加时 铁轨上，支撑着车辆，凸起轮沿卡在铁轨间起导向作 间之和，通俗讲就是从 （家）门到 （目的地住处）门 用，原动机（电动机、内燃机、蒸汽机）驱动轮轴转动、 的时间。其中主旅行时间是旅客在旅途中所乘座的主 与其一体的轮子随之转动，列车依轮子在轨道上滚动 要交通工具花费的时间，附加时间为旅途中花费在其 而前行，靠的是轮子表面与铁轨表面的黏着力。黏着 他辅助交通工具上的时间，粗略统计结果附加时间： 力不但随轮轨表面状况 （如材料、表面光滑度、附着 小汽车为零，高速铁路为1 小时，飞机为2.5 小时。 的雨、雪等）而变化，而且如图3 所示，会随着速度 图1 给出不同速度下，旅行时间与旅行距离的关系。 增加而减小，与此同时列车的空气阻力却随着速度显 从图旅行距离中可见，在2600 km 距离内乘坐时 著增加，当列车速度达到一定值时，牵引力与阻力相 速500 km 的列车的旅行时间和乘时速700 km 民航飞 等，列车不可能再加速了。如冬天汽车在冰面上难以 机 （国内民用飞机常规速度）相当。如果再考虑到方 高速行驶一样，无论你如何加大油门，车轮老是打滑， 便性、安全性、舒适性及节能、环保性，列车被选择 车速快不起来。这一速度就是列车的最高运行速度， 的可能性会更高。 轮轨高速列车难以突破400 km/h 的运营速度。 迄今轮轨列车最高运营速度为350 km/h ，这样从 其次，当今高速轮轨列车几乎全靠电力牵引，以 •24 • 现代物理知识 图2 轮轨列车基本运行原理 图4 轮轨列车受电弓 的时速是较为适当的。 轮轨列车牵引力是黏着力，但限制速度提高的也 是黏着力，真是成也萧何败也萧何。可否用其他的力 来支撑、导向、牵引呢？宇宙间有四种作用力：强力、 弱力、电磁力、引力。电磁力和引力是长距离作用力， 而且电磁力强度远远大于引力，因此科技工作者想到