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高速飞行列车:点亮铝材应用的又一明灯

2018-04-11 13:41:27来源:中国有色金属报
  超级高铁又名超级环,是被誉为科技狂人的美国人隆·马斯克发明的,这种超级高铁又被称为超级回路推进系统。马斯克是美国太空探索技术公司(Space X)和特斯拉(Tesla)汽车公司的创始人。2012年他提出了超级回路
  “超级高铁”又名“超级环”,是被誉为科技“狂人”的美国人隆·马斯克发明的,这种“超级高铁”又被称为“超级回路推进系统”。马斯克是美国太空探索技术公司(Space X)和特斯拉(Tesla)汽车公司的创始人。2012年他提出了“超级回路推进系统”的设想,为了实现他的理想,专门组建了一家名为“超级环1号”公司,总部位于洛杉矶。据称,在美国非常看好“超级回路推进系统”,在2013年至2016年期间就相继成立了12家公司,参与这一项目的商业化竞争。
 
  “超级高铁”的出世与成长
 
  马斯克既是一个大资本家,又是一个科学狂人,成天在冥思苦想将科幻小说与科幻电影中的奇思妙想变为现实,变为商业行为,2013年提出了“超级回路推进系统”构思后,立即组建了一个付诸实施的商业化公司。
 
  “超级环”列车的样子看上去酷似一列高铁,但不是靠轮子前行,而在真空管道或隧道中运行,悬浮着飞行,它的运输舱即每节车厢好像装药的胶囊。由于在真空环境中行进,又没有轮子,几乎不存在摩擦力,没有什么阻力。
 
  2016年5月11日上午在拉斯维加斯以北约50km处沙漠中进行了测试,参与观看的有200多名投资人、合作者和媒体记者,中国新华社也有记者参加。试验隧道长500m、直径3.3m,新华社记者看到,一个金属舱沿铁轨加速行驶,约5s后利用沙堆减速停止。实际上,舱的轮子在轨道的上方离轨道几mm悬浮前进,行驶时不与轨道接触,停止时才与轨道接触。
 
  测试结果令人振奋,完全达到了预期效果,“超回路1号”公司高级副总裁吉格尔在试验后接受新华社记者采访时说:这个推进系统测试装置从0加速到96km/h仅用时1s。将来实际“超级高铁”的商业运行速度将达1120km/h,与某些民航机的最高飞行速度相当,且比大多数民航机的巡航速度快,从美国旧金山到洛杉矶,600km单程旅行只需要30多min,从北京到上海仅需1h多一点,实际前后时间只有乘飞机的1/6左右。
 
  但是,这种超新型交通模式的最高设计速度为1287km/h,从伦敦到曼彻斯特只需18min;北京到天津137km,只需6.4min;北京到广州2313km只需要1h48min;北京到昆明3179km,也只需要2h28min,都可以朝发夕返,中间有足够的时间把事情办得好好的。
 
  2017年7月“超级环1号”公司又对乘客舱进行了一次试验,其运行距离和速度都刷新了纪录,试验结果表明,该项目的技术正在稳步前进与完善,但离应用还有一段距离,而更困难的还在后面,例如资金筹措与政府各部门的审批。
 
  2017年3月“超级环1号”公司的竞争对手——美国“超级环”运输技术公司已经开始建造乘用舱。该公司称,乘用舱每次能够载客28~40人,每40s一趟,规划2018年初建造完成。
 
  使“超级高铁”发挥作用的主要元素:推进系统、制动系统、悬浮和真空系统。后两个系统几乎消除了摩擦和阻力,这样舱就能以最少的能源和最大的速度在管道中运行。建设管道的方式:在地下,即隧道,造价高,不占地;建在地面,占地面积大;建在地面的墩上。
 
  各国争相拟建“超级高铁”
 
  马斯克的“超级高铁”幻想与完成测试一公布,就引起了投资者与各国政要的浓厚兴趣与关注,首先是美国,现已组建了十几个公司,与“超级环1号”公司展开竞争。“超级环1号”公司建议美国建设11条“超级高铁”项目。这种“超级环”被认为可能是继汽车、火车、轮船、飞机的第五种运输模式,它的管道中的运输轨道为双向。现在管道交通美梦变得越来越现实了,铁路运输的未来或许就是真空管道与磁悬浮,“超级高铁”就是这两项技术的高度结合。为了建设“超级高铁”,马斯克还去找过特朗普,在美国建设“超级高铁”委实不易,不但要筹措巨额资金,而且要得到各级政府与有关部门的层层审批。
 
  “超级环1号”公司的强劲对手“超级环”技术公司,计划今后几年在斯洛伐克和韩国建设一些系统。目前,阿拉伯联合酋长国和欧洲中部一些国家都在考虑开发此项目。
 
  印度将修建世界首条“超级环”。印度的铁路和公路运输系统因年久失修,拥堵现象严重。
 
  英国企业家、维修集团创始人理查德·布兰森2月19日在孟买举行的一次专题会上说:印度或将成为世界上第一个应用“超级环”运输系统的国家,将在印度马哈拉施特拉邦首府孟买和该邦第二大城市浦郡之间修建一条“超级高铁”。这是印度流动人口最多的地区之一。这条“超级高铁”的速度为1000km/h,两地间的运行时间将由原来的3h多缩短至20min左右。
 
  在今后几年内印度将大量投资改扩建全国的铁路与公路网。
 
  中国研发4000km/h的高速
 
  飞行列车,或将跑过马斯克
 
  2017年8月29日,中国航空科工集团公司(以下简称航天科工)在第三届中国(国际)商业航天高峰论坛上宣布,正在研究高速飞行列车项目,列车在第一阶段达到1000km/h,最终达到4000km/h。该项目将在中国武汉落地,它是中国人口最稠密的地区之一。
 
  高速飞行列车的运行理念与马斯克的“超级环”相同。据航天科工相关人士称,4000km/h的时速比传统高铁的提升了10倍,约是当前民航飞机时速的5倍。高速飞行列车项目将按照三步走战略逐步实施:第一步通过1000km/h运输能力建设区域性城际飞行列车交通网;第二步达到2000km/h,建设国家级城市群飞行列车网;第三步达到4000km/h,建设“一带一路”国际“飞行列车交通网”。
 
  据该项目技术负责人毛凯称:参与高速飞行列车项目的国内外科研机构多达20多家,组建了国内首个国际性高速飞行列车产业联盟,至2017年7月团队拥有相关领域的200多项专利。
 
  在研发高速飞行列车方面与建设高速飞行列车运输网领域中国一定会成为领跑者。中国“一带一路”倡议意在打造连接中国与东南亚、中亚、地中海和欧洲国家的交通运输和经济走廊,高速飞行列车运输网将在其中起着不可估量的决定性作用。
 
  铝合金与铝基复合材料是“超级环”与高速飞行列车的首选
 
  国外的“超级环”也好,中国的高速飞行列车也好,它们的运行原理都相同,都是磁悬浮列车,车厢也罢,短舱也罢,都是用铝合金与铝基复合材料打造的,用这两种材料制造的零部件与结构的净质量占厢体净质量80%的以上,在这80%以上的材料中,铝材的质量又占90%左右。
 
  目前,铝材是制造飞行列车最佳的材料,它的密度只有2.7g/cm3,仅为钢密度8.6g/cm3的31.4%,因此,在零部件强度等同的条件下,铝合金件的质量约为钢的三分之二,铝的抗腐蚀性高,比低合金碳钢的高得多;铝的可回收性比钢的好得多,零部件报废后,回收率可达95%以上,钢的只不过80%,回收能耗低,废铝的回收能耗只有原铝提取能耗的5%,温室气体也相应地减少;铝材的性能虽不如复合材料,但它的价格高,为铝材的四五倍,同时中国的产量低,品质也不尽如人意,回收问题也未完全解决,是其不足之处,至少在2035年以前,铝的统治地位是不可动摇的。不过,铝工业应加强创新与研发,不断地推出性能更佳、价格合理的铝合金,以应对其他材料的挑战。
 
  制造高速飞行列车所需的铝合金、铝材、铝铸件中国全部能解决,与高铁车厢用的材料几乎完全相同,常用的合金有6061、6063、7N01等,中国可以生产宽度超1000mm的型材,而其他国家只能生产宽达800mm的。
 
  中国时速600km高速磁悬浮列车2020年将在青岛面世。今年1月下旬速度600km/h的高速磁悬浮交通系统技术方案在青岛通过专家评审,标志由中车四方股份公司牵头承担的国家重点研发专题“高速磁悬浮交通系统关键技术”课题取得重要阶段性成果,可以顺理成章地步入实质性的施工设计阶段。
 
  根据原计划,2018年应制出一节样车,2020年一列原型车应问世,并进行5km试验线验证,进行集成示范,2017年,高铁最高运营速度350km/h,民航机巡航经济速度800Km/h~1000km/h,600km/h的高速磁悬浮列车正好填补它们之间空档,形成一个完美的陆空运输系统网络。
关键词:
铝材
铝合金