中国惊现超级高铁新技术，性能竟超过德国磁悬浮列车技术高铁对国民经济发展的拉动作用巨大，各国都在加紧研制更安全更快速的高速铁路。中国民企大连奇想科技有限公司经过十年潜心研发，今年春节前夕成功研制出超级高铁核心永磁悬浮技术样机，据悉这项技术应用到高铁建设中可让高铁提速并显著节约行驶能源，这项技术结合真空管道技术可让高铁时速超过1000公里，将大大缩短旅行的时间，加快物资流动的速度。 
时速1200公里时光管道超高铁设想图
新闻背景 经济的发展离不开高效的交通基础设施的支撑，交通速度的提升将决定物质流通的速度快慢进而影响到国民经济的发展速度，高铁因载客量大，安全快速，是最有潜力的高效交通工具。 铁路经过一百多年的发展由史蒂芬逊的蒸汽机车发展到分散动力的电力机车，轮轨高铁不断刷新速度记录。 2007年4月3日法国TGV高铁创造了时速574.8公里的轮轨高铁最高纪录。 2010年12月3日我国高铁在京沪高铁先导段CRH380A创造了486.1公里时速，刷新了世界铁路运营试验最高速。 为了摆脱轮轨黏着力的的限制，采用磁悬浮技术让列车达到更快的速度。 2003年1月采用德国技术的上海磁悬浮列车达到了431公里/小时的最高运营速度。 2014年10月17日日本国会批准不惜穿山钻地花费9万亿日元也要建设时速500公里的磁悬浮中央新干线，早已意识到了虽然超高速铁路建设比常规铁路多投入了许多甚至亏损运营，但整个国家的总体经济发展速度提升了。2015年4月21日日本超导电动磁悬浮列车的试验速度已经达到603公里/小时。近期加快了磁悬浮中央新干线建设速度。 其实早在上个世界在陆地上就出现过超音速的汽车，1997 年10月15日英国车手Andy Green 驾驶10吨重的Thrust SSC推进号超音速汽车在沙漠创造了763英里（1228公里）最高时速的世界纪录，这台超音速汽车是由两台战斗机的涡扇喷气发动机为动力靠四个车轮在沙漠上跑得最快的汽车。 美国从2013年开始已有多家公司在研发时速1200公里的超级高铁，目前已经和多个欧洲国家达成共识，俄罗斯、法国、迪拜、韩国、加拿大等国也在考虑建设时速1200公里的超级高铁。 2016年6月由中国中车四方公司牵头研发时速600公里的高速电磁悬浮列车，将建成一条长度不小于5公里的高速磁悬浮试验线并研制一列高速磁浮试验列车。 中国西南交通大学也在试制真空管道高温超导磁浮列车。 提高铁路速度以提高经济发展速度一直是当代轨道交通运输领域不断追求的目标。 新突破 大连奇想科技有限公司自2008年至今先后研发了几十种不同制式的永磁悬浮列车技术和轨道方案，2010年至2014年研制出了两代永磁悬浮轮轨样车。  2016年7月大连奇想科技有限公司总经理刘忠臣经多次突发奇想，在悬浮和驱动技术上获得关键技术突破，研发出了被动永磁悬浮技术和新型直线电机技术，这项技术结合大坡度建设应用在地铁上可以节省95%的行驶能耗，应用在高铁上可以达到时速600公里，结合真空管道技术成为“时光管道”超高铁技术，最高时速可达1200公里。 为了对这项核心永磁悬浮技术进行验证，赶在春节前夕，在2017年1月25日18时，大连奇想科技有限公司研制出1:10比例永磁悬浮悬架样机及王字轨道，这台永磁悬浮悬架的长度0.4米，宽0.23米，高0.05米，悬浮体质量2.8公斤，加上导向轮和连接结构的永磁悬浮悬架总质量7.3公斤，在两条王字型钢轨上可以悬浮起超过80公斤重的货物。 
对称永磁悬浮悬架上悬浮重物试验
技术揭秘  对称永磁悬浮技术原理图 原理很简单：将现有轨道的工字钢轨改换成了王字钢轨，在王字钢轨两侧对称布置永磁悬浮磁体，用导向钢轮定位在轨道两侧等距离位置，由于钢轮和永磁悬浮系统是对称排布的，磁力间隙相同，左右永磁悬浮系统的左右磁吸力彼此抵消，因此钢轮的接触力非常小，永磁悬浮系统的磁力只有向上的悬浮力，永磁悬浮体越往下沉悬浮吸力越大，这个特性与永磁铁同极排斥很类似，能根据负载的重力大小自动调整悬浮位置实现自动平衡悬浮。 这项技术可以把现有的高铁轨道的工字钢轨换成王字钢轨，再配备直线牵引电机就可以成为永磁悬浮高铁，在通常露天大气环境下可以达到时速600公里的高速度。结合真空管道技术就成为真空管道超高铁，最高时速可超过1000公里。  城际600公里时速永磁悬浮高速列车进站前的设想图 这么简单的技术怎么能赶得上高大上的德国磁悬浮列车技术呢？ 一定会有人这么想。 技术对比 上世纪六十年代起，德国就开始了磁悬浮技术的研发，德国在1999年8月，磁悬浮高速列车08号试验车型提交给埃姆斯兰特试验基地建成的时速500公里试验线。 2003年1月采用德国技术的上海磁悬浮列车达到了431公里/小时的最高运营速度。 上海磁悬浮高速列车TR08号由3节车厢组成，端车空重：约52.9 吨，有效载荷约9.1吨,中间车空车重50.3吨, 有效载荷约14.2吨；最高运行时速：431公里/小时。  电磁悬浮列车主要由悬浮系统、推进系统和导向系统三大部分组成。德国电磁悬浮列车的悬浮系统采用的技术是电磁悬浮和电磁导向技术，电磁悬浮系统（EMS）是一种吸力悬浮系统，是结合在机车底部电磁铁与导轨下方的铁磁轨道相互吸引产生悬浮。导向系统是机车两侧弯臂上的电磁铁与导轨两侧的铁板相互吸引产生左右导向力。车辆与行车轨道之间的悬浮间隙为10毫米，是通过一套高精度电子控制系统得以保证的。悬浮和导向与列车运行速度无关，即使在停车状态下列车仍然可以进入悬浮状态。推进系统是采用同步直线电动机的原理,由沿线布置的变电所向轨道底部的驱动绕组提供三相调频调幅电力带动列车底部的电磁铁实现非接触的牵引和制动。 五十年后在中国诞生了新型对称永磁悬浮技术，这项永磁悬浮技术和德国EMS电磁悬浮列车技术相比，具有以下特点： 1、被动悬浮。永磁悬浮系统不需要控制系统，完全利用物体有机排列后组成的对称永磁悬浮系统的固有特性实现自动悬浮，同永久磁体同极排斥的特性非常相似，下沉量越大，悬浮力越大，会自动悬浮在平衡位置。导向轮的接触压力在理想状态下是为零的，但完全为零反而是不利的，会存在上下震荡的问题。因此轨道不需要建设得非常精准，需要存在较小的摩擦力以恰好提供了机械阻尼，保证悬浮系统的稳定性，避免发生在平衡位置附近反复震荡的问题。悬浮不需要耗电，即使突然停电列车仍然会保持悬浮状态，不会发生落轨问题。 EMS电磁悬浮技术是依靠一套复杂的控制系统对悬浮电磁铁和左右导向电磁铁进行双向主动控制才能保持在平衡位置附近做小幅度振动。EMS电磁悬浮技术在研发初期是在平衡位置上下大幅度震荡的，后来增加了一套电磁阻尼系统才让外表看起来是稳定悬浮的。这些控制系统让整车质量增加。电磁悬浮列车一旦停电将会失去悬浮力。为解决这个问题，列车必须配备维持电力的储能电池设备，以防万一高速行驶中突然停电时发生剧烈碰撞事故撞毁列车或轨道。 2、简单可靠。悬浮系统结构非常简单，由于没有复杂的控制系统，不会出现因控制元件的质量问题而导致悬浮失控；轮轨结构是经过一百多年的使用考验，是最可靠的，而且在过载的情况下提供很大的辅助支撑力，保证不会因超重吊轨的问题。 3、悬浮能力大。随着永久材料的发展，永磁铁的磁能积越来越大，单位质量的永久磁铁产生的悬浮力越来越大，从目前的试验来看单位质量悬浮力约是目前电磁悬浮技术的两倍，这将有利于列车轻量化设计，永磁悬浮列车的整体质量将控制在30吨以内；而EMS电磁悬浮列车的悬浮电磁铁和导向电磁铁、控制系统、储能电池的存在使空车质量达到了50吨。 4、明显节能。永久磁体悬浮不需要耗电，而电磁悬浮技术要消耗大量的电能。水平导向轮的导向刚度大，导向能耗低于电磁铁的导向能耗。因而永磁悬浮的悬浮和导向综合能耗明显低于EMS电磁悬浮列车的电磁悬浮和电磁导向的能耗。永磁悬浮列车的质量30吨约是电磁悬浮列车50吨的3/5，根据动能E=1/2.m.v2,列车高速动能与质量成正比，永磁悬浮列车将比电磁悬浮列车节省约40%的动能，而速度越高时这部分动能占总能耗的比例会越大。 5、无电磁辐射影响。永磁体是稳态磁场，对外没有电磁辐射，这是永磁悬浮的明显优势。电磁悬浮的电磁铁在控制系统的控制下通通断断，会产生变化的强电磁场，加上同步直线电机的驱动线圈存在很长一段的外露通电磁场，因此EMS电磁悬浮列车的电磁辐射是难以避免的。 6、与现有轨道兼容。永磁悬浮轨道采用王字钢轨，与现有的工字钢轨的轨道槽可以通用，可以把目前已经建成的2万公里高速铁路通过改变弯道处的曲线半径的方式提速到600公里时速。建成的轨道上既可以行使轮轨列车又可以行使高速永磁悬浮列车。EMS电磁悬浮列车技术的倒T型轨道是不能兼容现有的工字高铁轨道的，建成后将只能行使电磁悬浮列车。 7、经济。对称永磁悬浮技术省去了控制系统、电池系统，整车重量更轻，用材更少，车辆造价更低。轨道建设基本可以兼容现有的轨道，可以利用现有的轨道槽和轨道压板，节省数万公里的轨道改造费用。 高速磁悬浮列车的直线电机牵引技术一直是德国严加保密的技术，也因此导致德国技术不能被大范围推广。为了摆脱这项核心牵引技术的制约，大连奇想科技有限公司总经理刘忠臣经过苦思冥想，突发奇想出了新一代永磁直线电机和独特的控制技术，这套永磁直线电机和控制技术将比德国直线同步电机87%的牵引效率更高，可靠性更高，成本却相对降低。 安全方面都采用各自的抱轨方式，都能保证高速下的安全。 以上分析可以看出这项对称永磁悬浮技术在多个方面优于EMS电磁悬浮技术。 车身自重过大和与现有高铁不兼容注定了德国电磁悬浮列车技术并不能够代表高铁的未来发展方向。 我国立项研发600公里磁悬浮高速列车项目主要攻克高速磁浮交通系统悬浮、牵引、控制核心技术，储备技术占据高铁科技制高点仍是必要的。 这种永磁悬浮列车技术的实现难度要比德国EMS电磁悬浮列车技术低得多，而且使用的技术都是目前的成熟的技术并加以有机组合。在600公里以内的露天大气环境，这项永磁悬浮高铁技术将具备明显的综合优势。如果国家层面能够给予足够的资金和线路支持的，将会在3年的时间内研发出一列时速600公里的高速永磁悬浮列车及一条兼容性高速铁路试验线，或在5年内建成真空管道超高铁专用试验线，时速超过1000公里。 深谋远虑审慎规划才会减少遗憾。现有的高铁轨道由于当初考虑的不够长远，个别地区建设标准是速度按照250公里的时速建造，导致后期想提速到350公里都相当困难。 时速超1000公里的真空管道超高铁将是今后高铁的发展方向，相关的核心技术如真空管道快速对接技术、管道密封技术、透明真空管道的不间断维修技术、高速牵引控制技术等均已突破，新建高铁轨道是否已经考虑到时速1000公里速度的提升空间，新规划的高铁在建设时是否已经考虑真空管道超高铁建设的密封结构和预留接口，高速下的大曲率轨道转弯半径的通用性等问题。 高速铁路投资额度巨大，每年高达几千亿，一旦发展方向错误将会造成重大的财政损失。为了让更多领导人了解到这项技术，用更快速更节能更实用的轨道技术来建设国家的地铁和高铁交通基础建设，让国家基础建设财政资金减少损失，避免南辕北辙，减少遗憾。每当考虑到这些，发明人不再选择沉默而是选择对外公开宣传这些技术，希望能引起国家层面的支持，早日让高速节能的轨道交通技术造福整个社会和世界。 现身科博会 2016年5月18日，第十九届中国北京国际科技产业博览会科技成果推广与商务合作项目推介会在北京举行，大连奇想科技在博览会上展示了“时光管道”超级高铁部分关键技术。其中一项是真空管道快速对接技术，列车在真空管道内高速运行，到达站点时采用伸缩通道对接技术，可以让乘客快速上下车，从列车进站停稳到列车门和真空管道门打开只需几秒，从上下客完毕后，关闭列车门和真空管道门抽真空时间也只需几秒的时间，实现了最快速的上下车，真空管道车站上下车与现有高铁列车进站的情形非常相似，保持了乘客的原有乘车习惯。 
真空管道伸缩通道快速对接技术
现身国际专交会 2016年9月9日-11日在大连举办的中国国际专利技术及产品交易会上展示出了永磁悬浮列车的最新专利技术——对称永磁悬浮技术。 据大连奇想科技有限公司总经理刘忠臣介绍，这项对称永磁悬浮技术可以不用控制系统就能自动实现永磁悬浮，也可以称为被动永磁悬浮技术，轨道上并没有一块永久磁铁，没有电磁辐射，悬浮轨道只有钢铁材料，这将大大降低轨道的的造价，悬浮不用控制系统使列车结构大大简化。独特的抱轨结构比现有开放式轮轨结构的高铁更加安全。被动永磁悬浮技术，在钢质的轨道上处于静止状态和高速状态下都可以自动悬浮，永磁铁没有磁场变化，几乎没有涡流阻力，这项技术结合大坡度建设应用在地铁上可以节省95%的行驶能耗，结合低压管道技术应用在高速铁路上可以达到最高时速1200公里，列车行驶能耗仅有现有高铁行驶能耗的1/10，让列车的节能性上提升到一个新的高度。  发明人刘忠臣在2016国际专交会会场宣传永磁悬浮列车新技术 深远意义 高速磁悬浮列车技术的高成本一直是制约高速磁悬浮列车推广的重要因素，新技术的诞生将让高速磁悬浮的成本降到和目前高铁的成本相当，不存在电磁辐射的影响，还实现了与现有高速铁路网兼容。让中国乃至世界范围内的数万公里的高铁轨道改造成600公里高速磁浮铁路的成为可能。如果这项技术一旦被实际验证是可行的，能让以中国高铁为标准的轨道技术具备提升到600公里时速的升级空间，新建高铁具备提升到1000公里时速的真空管道超高铁的升级空间，将成为中国高铁的又一亮点。 “时光管道”超级高铁不受天气影响，全天侯通行。时光管道超级高铁将采用透明真空管道，让乘客充分感受旅途中的风景。速度比飞机又快又方便，每次乘坐大多能比现有高铁节省几个小时的时光，仿佛乘坐时光隧道，“时光管道”因此得名。“时光管道”超级高铁大大缩短人们出行时间，缩短时空距离，并引发同城效应，让人们的生活彻底改观。让我国八纵八横高铁网建设提升到新的速度高度，避免出现刚刚花费数万亿资金建成的时速300公里的高铁网就被日本2倍时速达600公里的中央磁悬浮新干线超出、避免被美国和欧洲国家的4倍时速达1200公里的超级高铁淘汰的后果，避免交通速度相对缓慢拖累国民经济的发展。 “时光管道”超级高铁在几万公里的洲际轨道建设中会将旅行和运输时间由原来的几天时间缩短到当天抵达，让沿线国家居民也搭乘中国超级高铁的顺风车而普遍受益。该项技术可为中国倡导的“一带一路”建设和高铁走出去战略提供高铁速度升级技术支撑。让中国超级高铁技术造福世界人民，为人类命运共同体的共同发展贡献微薄之力。 |
