真空管道超高速地面軌道交通

真空管道超高速地面交通一、我國時速350公里高速鐵路

投入運營時間區(qū)間里程最高速度直達時分運量2008/08/01北京-天津120公里35030分每小時1萬人2009/11/28武漢-廣州1068公里3503小時每天10萬人以上2010/02/06鄭州-西安505公里3502小時每天10萬人以上2010/07/01上海-南京300公里3501小時每小時1萬人2010/10/26上海-杭州159公里35035分每小時1萬人2011/12/31上海-北京1318公里3804小時每天10萬人以上二、高速鐵路運營速度的極限1.開敞式高速列車的行車阻力主要是氣動阻力

氣動阻力牽引功率（正比于速度平方）（正比于速度立方）超過200km/h，氣動阻力占70%以上，牽引功率陡增。300-400km/h達到90%以上。第一區(qū)——牽引噪聲為主輪軌:動力裝置，風(fēng)機等磁?。捍胖潞屮Q聲等第二區(qū)——機械噪聲為主輪軌：輪軌噪聲，軌道，車輛結(jié)構(gòu)振動磁?。很壍?、車輛結(jié)構(gòu)振動第三區(qū)——氣動噪聲為主輪軌：Vt2=290km/h

磁浮：Vt2=256km/h2開敞式高速列車的噪聲主要是氣動噪聲25m3.5m車外環(huán)境噪聲標(biāo)準(zhǔn)：

不高于70-75dB日本放寬到85dB歐洲放寬到100dB實測高速列車

300km/h85dB以上

320km/h95dB以上

380km/h100dB以上車內(nèi)≯65dB噪聲標(biāo)準(zhǔn)：運行速度/km/h160200240250270300400普通快速列車8588-91---德國ICE-V德國TR磁浮列車78-8284--8589--8992-100法國TGV-PSE高速列車法國TGV-A高速列車--9287--95----94-100西班牙擺式列車-82-----日本東北新干線--80-81--3結(jié)論：高能耗運營成本太高，無法進入運輸市場；環(huán)保超標(biāo)太多，終被社會淘汰。

實例：協(xié)和飛機提速到2000km/h,因噪聲大，票價高而被淘汰。日本500號高速列車試驗達到350km/h，因噪聲超標(biāo)，降至300km/h.日本700號高速列車試驗達到360km/h，因噪聲超標(biāo)降至330km/h運營。沈志云院士認(rèn)為：在稠密大氣層中運行的開敞式高速列車其最高運營速度不宜超過400km/h。三、低真空管道中的高速交通超高速是21世紀(jì)地面高速交通的需求石油短缺將使民航成為一般人難于享用的奢侈品稠密大氣層中無法超越400km/h的警戒線。隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，人們渴望更高的速度。唯一途經(jīng)是改變所處介質(zhì)條件，在地面用

真空管道創(chuàng)造高空才有的低氣壓。速度

可望達到400~1000km/h,甚至更高。1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓＝1.01325×105Pa根據(jù)GB3163－82，真空區(qū)域大致劃分如下：低真空105

~102Pa中真空102~10-1Pa高真空10-1~10-5Pa超高真空<10-5Pa海拔15000-20000m0.1atm超高速飛機2000Km/h海拔10000-11000m0.2atm干線飛機800-1000Km/h海拔4000-6000m0.4atm支線飛機400-800Km/h海拔3000-4000m0.8atm直升飛機300-400Km/h地表稠密大氣層1atm地面高速交通系統(tǒng)300-400Km/h水面一半為水阻水阻是大氣阻力的13倍船舶50-80Km/h水下全部為水阻潛水艇30-50Km/hFromProf.GJSuppes,U.ofKansas,calculationsforPRT.400100015002000km/h0.2P=0.05∽0.2atm,V=400∽1000km/hAreaofoptimumoptionP=0.01~0.001atmV=1500~2000km/h(340.29m/s,or1225km/h)高真空低真空

和最佳速度的關(guān)系真空管道中的壓力音障區(qū)0.05

音障是指飛行器速度接近音速時，會追上自己發(fā)出的聲波造成震波，進而對加速產(chǎn)生障礙的現(xiàn)象。進入超音速后，航空器前端起會產(chǎn)生一股圓錐形的音錐，在旁觀者聽來有如爆炸一般，稱為音爆或聲爆。

萬米高空氣壓:0.2~0.05atm——相當(dāng)于10000~20000m高空地面軌道中如能保持0.2~0.05atm的低真空，則如同飛機在萬米高空飛行。按最佳方案，可實現(xiàn)400~1000km/h的超高速。管道截面按遮擋系數(shù)為0.4~0.45計算，可采用普通鐵路的30m2。大氣壓力速度,(Km/h)遮擋系數(shù),CoefficientofCoverage稠密大氣層1.0atm道120-1600.40-0.45,隧道截面面積：30m2200-2500.20-0.25,隧道截面面積：64m2300-3500.10-0.15,隧道截面面積：100m2低真空管道,0.2-0.1atm400-10000.40-0.45,管道截面面積：30m2高真空管道,10-6atm1500-30000.80-0.90,管道截面面積接近車輛截面最有現(xiàn)實意義的是在此低真空管道中，先采用輪軌技術(shù)，

將和諧號動車組提速到400~600km/h

下一步再采用磁浮技術(shù)，將速度提高到600~1000km/h

第一步的主要任務(wù)是解決真空管道及抽氣工程的技術(shù)問題4000

.

.京滬全線設(shè)隔音墻上部加蓋全密封600km/h和諧號動車組整體無砟道床線間距可縮小至正常鐵路值在接近30m2的管內(nèi)空間由真空泵站保持0.10~0.2atm的低真空。優(yōu)點：

1、有切實的可行性

¤技術(shù)上可行，多為成熟技術(shù)

¤經(jīng)濟上與現(xiàn)有高速鐵路相比，成本增加不多

2、能實現(xiàn)400~600km/h的超高速運營，

國內(nèi)交通接近航空速度

3、能與既有線聯(lián)網(wǎng)，融入全國高速鐵路網(wǎng)之中

只要解決好進出真空管道的問題，即能達此目的

4、是和諧號動車組研發(fā)的繼續(xù)

在研發(fā)400公里平臺上繼續(xù)提高速度

5、是真空管道技術(shù)的基礎(chǔ)，為更高速度做準(zhǔn)備

為下一步開發(fā)600~1000公里磁浮車開辟道路主要關(guān)鍵技術(shù)

1.真空技術(shù)

2.密封技術(shù)

3.列車進出真空環(huán)境的技術(shù)

4.車內(nèi)保壓增氧技術(shù)

5.車站上下乘客的技術(shù)

隨著技術(shù)的進步，這些關(guān)鍵問題都可以完全工程化地得到解決！

1、真空技術(shù)真空技術(shù)發(fā)展很快，廣泛用于冶煉、石油化工、電工、電子等領(lǐng)域。真空管道交通需要大流量的抽氣技術(shù)，低真空管道使用機械真空泵為核心的真空機組應(yīng)能滿足要求。機械真空泵種類很多，當(dāng)前的主流方向是使用旋轉(zhuǎn)式的羅茨真空泵。羅茨泵既具有容積泵的工作原理，又有分子泵的抽氣效應(yīng)，在較寬的壓力范圍內(nèi)有較大的抽速。抽真空的能耗很小。以ZJ羅茨真空泵為例：選ZJ-1200A型：極限真空度，500Pa，即0.005atm。高于工作真空度0.05~0.2atm。抽速，1200升/秒，即：4320立方/小時。功率，11千瓦/小時，即用11度電可抽4320立方空氣。按100m2截面計算，1公里管道有100x1000=100000立方空氣，

抽空一公里，只需100000÷4320×11＝254度電，約合101元。

維持真空，能耗約為全抽能耗的1/10,即10元錢！2、密封技術(shù)

就既有諧和號列車線路而言，頂棚可用鋼材或鋁合金制造。內(nèi)外兩側(cè)均可黏貼塑料薄膜或橡膠等其他隔離材料，達到防水和保持真空度的作用。隔離門的密封應(yīng)當(dāng)采用橡膠制件，以增加強度。

3、列車進出真空環(huán)境的技術(shù)

進入真空管道：打開外門，進入過渡段關(guān)閉外門，真空泵抽氣開啟內(nèi)幕，駛?cè)苏婵展艿礼偝稣婵展艿溃捍蜷_內(nèi)門，進入過渡段關(guān)閉內(nèi)門，打開外門，駛出管道關(guān)閉外門，真空泵抽氣

內(nèi)門外門門室門室真空機組真空管道過渡段開敞大氣門室橫斷面4、車內(nèi)保壓增氧技術(shù)

與飛機所用技術(shù)相同

5、車站上下乘客的技術(shù)

一種可以考慮的方案：車站及人行通道中的大氣空間真空管道中的低真空空間采用磁浮技術(shù)可使速度提得更高

600km/h以上，輪軌技術(shù)困難較大。

粘著系數(shù)下降太多，運動穩(wěn)定性難以達到，軸承發(fā)熱，機械強度

等問題，都不好解決

磁浮技術(shù)有望解決600~1000km/h的問題。

德國常導(dǎo)磁浮技術(shù)不能超過450km/h

日本低溫超導(dǎo)要冷卻到-270o,成本太高

西南交大研究的高溫超導(dǎo),最有希望.

但要達到600km/h以上，還有大量基礎(chǔ)性研究要做。四、高真空管道中的高速交通美國有人提出一種磁浮飛機永磁體裝在車上，也可考慮用于真空管道

加上罩就可用于真空管道原理：永磁體置于車上，軌道為弧形鋁板，車輛在車輪上推進，達到一定速度后，鋁板切割磁力線產(chǎn)生渦流磁場，極性與永磁場相同，提供斥力，將車浮起。100-150mm車箱輪對永久磁鐵鋁板優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單懸浮高度大(150mm)速度高(500-600km/h)成本低美國麻省理工的發(fā)明專利，只做小模型試驗FromProf.GJSuppes,U.ofKansas,calculationsforPRT.400100015002000km/h0.2P=0.05∽0.2atm,V=400∽1000km/hAreaofoptimumoptionP=0.01~0.001atmV=1500~2000km/h(340.29m/s,or1225km/h)高真空低真空音障區(qū)0.05

相對于前述0.2/0.05atm而言,0.01/0.001atm可謂高真空，但實際上仍屬低真空范圍。在這個范圍中，采用高溫超導(dǎo)磁懸浮，可望達到1500/2000公里時速。真正的高真空指：

10-5~10-6atm，相當(dāng)于

宇宙中的真空度。美國有家ETT公司，提出一種設(shè)想。沒有工程化，但可開拓我們的思路。/美國ETT高真空管道磁浮車

EvacuatedTubeTransportation真空度:0.000001atm，百萬分之一大氣壓特點：1，可實現(xiàn)幾乎無阻力運行。

加速之能量可在制動時回收。實現(xiàn)“宇宙航船貼地飛”

2，速度不受限制。

噪音極低，不會限制速度。

3，小巧靈活，建設(shè)成本低。

遮擋系數(shù)可加大到0.9，便于采用小管徑。缺點：獲取高真空和保持高真空度比較困難，不容易工程化。