成都「超級實驗室」:藏著中國高鐵每一個精彩細節

2020-11-20 澎湃新聞

6月3日,成都市科技創新大會召開,吹響科技賦能城市發展的號角。緊接著,6月9日,成都與上海交通大學、西南交通大學分別籤署戰略合作協議。其中,成都與西南交通大學的合作內容包括加快建設多態耦合軌道交通動模試驗平臺,推動新一代中低速磁懸浮、新制式城市軌道交通試驗線及項目加快落地,為科技創新帶來實質性進展。

紅星新聞記者了解到,上述合作內容的載體和一個「超級實驗室」有關。西南交通大學籌建的牽引動力國家重點實驗室,是我國軌道交通領域第一個國家重點實驗室,中國高鐵的每一個精彩細節幾乎都是在這裡經理論分析、試驗驗證、跟蹤試驗而來。

牽引動力國家重點實驗室

建試驗臺

開創中國機車車輛運行模擬新紀元

2015年夏天,一位來中國旅行的瑞典人在乘坐京滬高鐵時錄了一段視頻,放到網上就火了。視頻中,他將一枚硬幣立到高鐵的窗臺上,這枚硬幣竟然堅持了8分鐘才倒掉。即便在多年後的今天,談到中國高鐵創造的奇蹟和驚喜時,仍有不少人講出這個故事。

高速列車上硬幣不倒的奧秘,在西南交通大學牽引動力國家重點實驗室裡能找到答案。

「列車在高速行駛下受到很多外部激擾,比如風、會車等等。在擾動之下要跑得平穩,這就有難度了。」西南交通大學首席教授張衛華曾說,有人在日本試過,沒成功,在歐洲試過也沒成功,只有在中國才能有這麼好的平穩運行品質,這個品質就來自於實驗室的重大原始性創新突破——滾動振動試驗臺。

滾動振動試驗臺

為了模擬輪軌關係,建立機車車輛模擬運行環境,牽引動力國家重點實驗室研製了機車車輛整車滾動試驗臺,「當初建立試驗臺,能參考的僅是國外類似試驗臺的幾張照片。」張衛華和同事們北上南下、東奔西跑,四處尋找能製造部件的廠家。「有一次去安徽淮北一個廠家調研,出來時又餓又冷,在一個建築工地的職工食堂找午餐,兩個人花了5角錢飽餐了一頓川菜,因為是四川建築隊的食堂。」他回憶道。

1994年,機車車輛滾動振動試驗臺建成,開創了我國機車車輛運行模擬的新紀元,也正是在這一年,牽引動力國家重點實驗室開始接受國家試驗和研究任務。1999年,機車車輛滾動振動試驗臺獲國家科技進步獎一等獎。此後,張衛華主持機車車輛滾動振動試驗臺的改擴建工作。2003年,和世界上同類試驗臺相比,新落成的試驗臺成為規模最大、功能最多、技術最先進的機車車輛(六軸)滾動試驗臺。幾乎國內所有新車機車車輛都要在試驗臺上進行動力學參數優化和驗證。

不走尋常路的列車

「成都造」空鐵登上科技熱搜

牽引動力國家重點實驗室於1989年籌建,以軌道交通車輛為研究對象,開展以高速重載車位核心的基礎性、前瞻性、戰略性創新研究。

創新研究正在助力成都軌道交通產業創新前進,世界首列新能源空鐵列車的研發過程,即是「產學研用」協同攻關模式的縮影。

在成都有列不走尋常路的列車,它不走地面而是懸空,萌萌的熊貓車廂裝扮甚是搶眼,但更為搶眼的是它的標籤——世界首列新能源空鐵列車。在國外列車驅動方式為高壓供電的大背景下,新能源的應用和環保是空鐵列車的最大特點。

「2015年開始,我們依託動力鋰電池技術和懸掛式軌道交通技術,提出了空鐵概念。2016年,我們覺得這個技術各方面都比較成熟了,就開始投資興建實驗線。」牽引動力國家重點實驗室研究員蔡成標曾介紹,空鐵項目的研製背景是針對我國城市和旅遊景區交通擁堵的社會難題,考慮到地鐵、輕軌建設投資大、周期長、運營成本高的客觀現實,繼而創造性研發出一種佔地少、投資小、工期短、景觀性好、綠色環保的新能源懸掛式空中鐵路交通技術。

2016年,由牽引動力國家重點實驗室牽頭,聯合中國中車、中國中鐵、攀枝花鋼鐵公司等七家大型國有企業協同研製,中國自主研製的世界首列新能源空鐵在雙流成功「起飛」,「成都造」空鐵一度登上科技熱搜。

熱搜甚至持續到今天。作為全球首條新能源旅遊空鐵試驗線,大邑空鐵項目將於2020年年底建成,預計將於2021年初正式開通運營。大邑空鐵設計時速70~80公裡,實際運行中,空鐵將按照每小時60公裡的速度運行,充分滿足乘客對於旅遊、觀賞的需求。

此外,大邑空鐵列車車輛方案也於近日公布,設計時充分融入成都、大邑地區的文化元素,以古蜀文明、川西傳統文明建築、國寶熊貓、竹林,以科技、智慧出行、旅遊觀光為主題。最新出爐的效果圖可以看到,新一代空鐵列車的外形更加炫酷、科幻。

真空管道高溫超導磁懸浮裝置1

真空裝置中

有未來超級高鐵的雛形

最近幾年,牽引力國家重點實驗室持續開展的一項重點工作是,常導與高溫超導磁浮車輛理論研究與系統技術。簡單來說,這系列技術將覆蓋中低速城軌、高速城際以及未來超高速洲際磁浮交通。由此,一個熱詞引來眾多關注,即「超級高鐵」。

高鐵在真空狀態下運行,科學家稱為「後高鐵時代」,也就是大眾俗稱的「超級高鐵」。2013年,美國「高鐵狂人」馬斯克提出要建時速1200公裡高鐵,讓「超級高鐵」的認知度從學術界擴展到公眾。

牽引動力國家重點實驗室做「超級高鐵」的研究,並非跟風。西南交大素有中國交通智庫之稱,學校一代代科學家為引領未來交通方向而努力。早在2004年,兩院院士、西南交大教授沈志雲就提出,有軌高鐵的經濟運行最高時速為400公裡,速度還要高,就要發展「超級高鐵」。「超級高鐵」在真空管道內運行,通過磁懸浮支撐車體,減少了空氣、輪軌的阻力,由此可以實現超高速。

西南交大也有做磁懸浮的基礎——2000年,西南交大教授王家素、王素玉帶頭,成功研製出世界首輛載人高溫超導磁懸浮實驗車「世紀號」,證明了高溫超導磁懸浮車在原理上的可行性。2011年,師從王家素和王素玉的博士後鄧自剛從日本留學後回到母校,2014年在西南交大首席教授、牽引動力國家重點實驗室時任主任張衛華的支持下,在實驗室內建成全球首個真空管道超高速磁懸浮列車環形實驗線平臺、國內第一個載人高溫超導磁懸浮環形實驗線,研究並驗證了真空管道+高溫超導磁懸浮的可行性。有媒體直接將此稱為「未來超級高鐵的雛形」。

「超級高鐵」的走向如何?6月9日成都與西南交通大學籤署戰略合作協議上,已經能看出重要信息:加快建設多態耦合軌道交通動模試驗平臺,推動新一代中低速磁懸浮、新制式城市軌道交通試驗線及項目加快落地等。這一創新項目的最新信息也同步披露,當前成都與西南交通大學正共同推進「多態耦合軌道交通動模試驗平臺」項目申報與建設,該平臺計劃2023年建成一個長度1500米、管道直徑3米、最低氣壓0.005標準大氣壓、最高試驗速度每小時1500公裡的真空管道磁懸浮交通試驗平臺,將為真空管道超高速軌道交通的基礎科學與共性關鍵技術,提供超高速與低氣壓的試驗環境。

真空管道高溫超導磁懸浮裝置2

成都商報-紅星新聞記者 葉燕 白茹

西南交通大學供圖 攝影 鞠紅偉

原標題:《成都這家「超級實驗室」,藏著中國高鐵每一個精彩細節》

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