真空管道超高速地面交通概述

1、真空管道超高速地面交通概述一、我国时速350公里高速铁路 投入运营时间区间里程最高速度直达时分运量2008/08/01北京-天津120公里35030分每小时1万人2009/11/28武汉-广州1068公里3503小时每天10万人以上2010/02/06郑州-西安505公里3502小时每天10万人以上2010/07/01上海-南京300公里3501小时每小时1万人2010/10/26上海-杭州159公里35035分每小时1万人2011/12/31上海-北京1318公里3804小时每天10万人以上二、高速铁路运营速度的极限1.开敞式高速列车的行车阻力主要是气动阻力 气动阻力 牵引功率（正比于速度平

2、方） （正比于速度立方）超过200km/h，气动阻力占70%以上，牵引功率陡增。300-400km/h达到90%以上。第一区牵引噪声为主 轮轨: 动力装置，风机等 磁浮：磁致哄鸣声等 第二区机械噪声为主 轮轨：轮轨噪声，轨道， 车辆结构振动 磁浮：轨道、车辆结构振动第三区气动噪声为主 轮轨：Vt2 = 290km/h 磁浮：Vt2 = 256km/h2 开敞式高速列车的噪声主要是气动噪声25m车外环境噪声标准： 不高于70-75dB日本放宽到 85dB欧洲放宽到 100dB实测高速列车 300km/h 85dB以上 320km/h 95dB以上 380km/h 100dB以上车内65dB噪声标

3、准：运行速度/km/h160200240250270300400普通快速列车8588-91-德国ICE-V德国TR磁浮列车78-8284-8589-8992-100法国TGV-PSE高速列车法国TGV-A高速列车-9287-95-94-100西班牙摆式列车-82-日本东北新干线-80-81-3 结论： 高能耗运营成本太高，无法进入运输市场； 环保超标太多，终被社会淘汰。 实例：协和飞机提速到2000km/h,因噪声大，票价高而被淘汰。日本500号高速列车试验达到350km/h，因噪声超标，降至300km/h.日本700号高速列车试验达到360km/h，因噪声超标降至330km/h运营。 沈志云

4、院士认为： 在稠密大气层中运行的开敞式高速列车 其最高运营速度不宜超过400km/h。三、低真空管道中的高速交通超高速是21世纪地面高速交通的需求石油短缺将使民航成为一般人难于享用的奢侈品稠密大气层中无法超越400km/h的警戒线。随着社会经济的发展，人们渴望更高的速度。唯一途经是改变所处介质条件，在地面用 真空管道创造高空才有的低气压。速度 可望达到4001000km/h, 甚至更高。1标准大气压1.01325105Pa 根据GB316382，真空区域大致划分如下： 低真空105 102 Pa 中真空102 10-1 Pa 高真空10-1 10-5 Pa 超高真空 10-5 Pa海拔1500

5、0-20000m0.1atm超高速飞机2000 Km/h 海拔 10000-11000m0.2atm干线飞机800-1000 Km/h海拔 4000-6000m0.4atm支线飞机400-800 Km/h海拔 3000-4000m0.8atm直升飞机 300-400Km/h地表稠密大气层1 atm地面高速交通系统300-400Km/h水面一半为水阻水阻是大气阻力的13倍船舶50-80 Km/h水下全部为水阻潜水艇30-50 Km/hFrom Prof. GJ Suppes, U. of Kansas, calculations for PRT. 400 1000 1500 2000km/h0.

6、2atm, V = 4001000km/hArea of optimum optionV = 15002000km/h(340.29m/s, or 1225km/h)高真空低真 空 和最佳速度的关系 真空管道中的压力音障区 音障是指飞行器速度接近音速时，会追上自己发出的声波造成震波，进而对加速产生障碍的现象。进入超音速后，航空器前端起会产生一股圆锥形的音锥，在旁观者听来有如爆炸一般，称为音爆或声爆。 万米高空气压0.05 atm相当于1000020000m高空地面轨道中如能保持 0.20.05 atm的低真空，则如同飞机在万米高空 飞行。按最佳方案，可实现4001000km/h的超高速。管道截

7、面按遮挡系数为计算，可采用普通铁路的30m2。大气压力速 度,(Km/h)遮 挡 系 数,Coefficient of Coverage稠密大气层1.0 atm道120-1600.40-0.45,隧道截面面积：30m2200-2500.20-0.25,隧道截面面积：64m2300-3500.10-0.15,隧道截面面积：100m2低真空管道,0.2-0.1 atm400-10000.40-0.45,管道截面面积：30m2高真空管道,10-6 atm1500-30000.80-0.90,管道截面面积接近车辆截面 最有现实意义的是在此低真空管道中，先采用轮轨技术， 将和谐号动车组提速到400600

8、km/h 下一步再采用磁浮技术，将速度提高到6001000km/h 第一步的主要任务是解决真空管道及抽气工程的技术问题4000 . .京沪全线设隔音墙上部加盖全密封600km/h和谐号动车组整体无砟道床线间距可缩小至正常铁路值在接近30m2的管内空间由真空泵站保持0.2 atm的低真空。优点： 1、有切实的可行性 技术上可行，多为成熟技术 经济上与现有高速铁路相比，成本增加不多 2、能实现400600km/h的超高速运营， 国内交通接近航空速度 3、能与既有线联网，融入全国高速铁路网之中 只要解决好进出真空管道的问题，即能达此目的 4、是和谐号动车组研发的继续 在研发400公里平台上继续提高速

9、度 5、是真空管道技术的基础，为更高速度做准备 为下一步开发6001000公里磁浮车开辟道路 主要关键技术 1.真空技术 2.密封技术 3.列车进出真空环境的技术 4.车内保压增氧技术 5.车站上下乘客的技术 随着技术的进步，这些关键问题 都可以完全工程化地得到解决！ 1、真空技术真空技术发展很快，广泛用于冶炼、石油化工、电工、电子等领域。真空管道交通需要大流量的抽气技术，低真空管道使用机械真空泵为核心的真空机组应能满足要求。机械真空泵种类很多，当前的主流方向是使用旋转式的罗茨真空泵。罗茨泵既具有容积泵的工作原理，又有分子泵的抽气效应，在较宽的压力范围内有较大的抽速。抽真空的能耗很小。以ZJ罗

10、茨真空泵为例： 选 ZJ-1200A 型：极限真空度，500Pa，即 。 高于工作真空度。 抽速，1200升/秒，即：4320立方/小时。 功率，11千瓦/小时，即用11度电可抽4320立方空气。 按100m2截面计算，1公里管道有100 x1000=100000立方空气， 抽空一公里，只需 100000432011254 度电，约合101元。 维持真空，能耗约为全抽能耗的1/10,即10元钱！ 2、密封技术 就既有谐和号列车线路而言，顶棚可用钢材或铝合金制造。 内外两侧均可黏贴塑料薄膜或橡胶等其他隔离材料， 达到防水和保持真空度的作用。 隔离门的密封应当采用橡胶制件，以增加强度。 3、列车进

11、出真空环境的技术 进入真空管道： 打开外门，进入过渡段 关闭外门，真空泵抽气 开启内幕，驶人真空管道 驶出真空管道： 打开内门，进入过渡段 关闭内门，打开外门，驶出管道 关闭外门，真空泵抽气 内门外门门室门室真空机组真空管道过渡段开敞大气门室横断面4、车内保压增氧技术 与飞机所用技术相同 5、车站上下乘客的技术 一种可以考虑的方案：车站及人行通道中的大气空间真空管道中的低真空空间采用磁浮技术可使速度提得更高 600km/h以上，轮轨技术困难较大。 粘着系数下降太多，运动稳定性难以达到，轴承发热，机械强度 等问题，都不好解决 磁浮技术有望解决6001000km/h的问题。 德国常导磁浮技术不能超

12、过450km/h 日本低温超导要冷却到-270o,成本太高 西南交大研究的高温超导,最有希望. 但要达到600km/h以上，还有大量基础性研究要做。四、高真空管道中的高速交通美国有人提出一种磁浮飞机永磁体装在车上，也可考虑用于真空管道 加上罩就可用于真空管道原理：永磁体置于车上，轨道为弧形铝板，车辆在车轮上推进， 达到一定速度后，铝板切割磁力线产生涡流磁场， 极性与永磁场相同，提供斥力，将车浮起。100-150mm车箱轮对永久磁铁铝板优点：结构简单悬浮高度大(150mm)速度高(500-600km/h)成本低美国麻省理工的发明专利，只做小模型试验From Prof. GJ Suppes, U.

13、 of Kansas, calculations for PRT. 400 1000 1500 2000km/h0.2atm, V = 4001000km/hArea of optimum optionV = 15002000km/h(340.29m/s, or 1225km/h)高真空低真 空音障区 相对于前述 atm 而言 atm 可谓高真空，但 实际上仍属低真空范 围。在这个范围中， 采用高温超导磁悬浮， 可望达到1500/2000公里 时速。 真正的高真空指： 10-5 10-6atm，相当于 宇宙中的真空度。美国 有家ETT公司，提出一种 设想。没有工程化，但 可开拓我们的思路。/美国ETT高真空管道磁浮车Evacuated Tube Transportation真空度: ，百万分之一大气压特 点：1，可实现几乎无阻力运行。 加速之能量可在制动时回收。实现 “宇宙航船贴地飞” 2，速度不受限制。 噪音极低，不会限制速度。 3，小巧灵活，建设成本低。 遮挡系数可加大到，便于采用小管径。缺 点：获取高真空和保持高真空度比较