中日研發氣動懸浮列車 時速400-500公裡

2020-11-24 觀察者網

【觀察者網綜合報導】

一種利用空氣動力原理實現懸浮的新型列車目前正由中日雙方共同研發。這種列車時速可達400-500公裡，且能耗僅為磁懸浮列車的約1/6，因而可完全利用清潔能源運行。

這種列車2001年就由日本東北大學開始研發，中方空氣動力學教授賴晨光2004年開始接觸這一項目，2007年開始深入參與研究，並顛覆性地提出採用「環形翼」，較日方原先採用的傳統翼大幅提高了列車行駛的穩定性和升阻比。

根據規劃，日本將於2025年開通設計時速400公裡的氣動懸浮列車線路。

採用「環形翼」的氣動懸浮列車概念圖（人民日報網站）

《重慶日報》4月24日報導，該報記者在在重慶理工大學車輛工程學院看到了這樣的「高速氣動懸浮列車」模型。這款高速氣動懸浮列車模型長一米多，子彈頭車頭似高鐵列車，車身則有環形翼和氣流推進器，又跟飛機有些相似。

重慶理工大學領銜參與高速氣動懸浮列車研發的教授賴晨光介紹，「高速氣動懸浮列車第一代、第二代樣式試製及實車試驗已經在日本完成。」

這樣的高速氣動懸浮列車，完全採用自然能源驅動，使用成本低，速度還非常快。「如果以時速500公裡為前提，氣動懸浮列車的能耗是高鐵的1/3、磁懸浮列車的1/6」，賴晨光教授介紹。

賴晨光說，他是在2004年接觸到這一項目的。「那時候，我以吉林大學教師的身份參與這個項目。」

2007年，賴晨光來到日本，更加深入地參與了該項目的研究，「主要負責空氣動力學這一塊。」

賴晨光教授（人民日報網站圖）

曾兩個月沒出實驗室 提出環形翼設計方案

2007年到2011年，賴晨光在日本進行了四年的研究。這四年，他每天待在風洞實驗室裡，用煙霧法觀察空氣的流動，甚至一度引起中毒而住院。「有兩個月，我足不出實驗室，飯都是送進來吃。」在一次試驗中，賴晨光中毒倒下，住了好幾天院。

2011年，賴晨光來到重慶理工大學，他帶領著4位老師、二十多位研究生，繼續攻關高速氣動懸浮列車。

日方過去多種原型機均採用傳統翼

經過深入研究分析，重慶理工大學汽車空氣動力學團隊提出了高速氣動懸浮列車行駛穩定性控制的理論與方法，為其深入研究和開發提供了關鍵的理論指導和依據。同時，該團隊還提出了環型翼的設計構想並進行了驗證，使得該列車的空氣動力性能得到了進一步的提高。「簡單來說，就是主要研究列車行駛的穩定性，提出了環形翼的設計。」賴晨光說。

2017年，賴晨光教授在《空氣動力學報》發表了相關論文。

新設計提高運輸能力 該車的商用步伐加快

賴晨光告訴記者，在此前的設計中，高速氣動懸浮列車的車翼(翅膀)跟飛機類似，是一對尾端加裝了豎直小翼的水平翼，但這樣的「翅膀」，在列車行駛時，車翼後面會產生不穩定氣流，使列車在行駛中的平穩性受到影響。

日方2001年拍攝的模型測試視頻

「而我們設計的環形翼，是在一個三維面上形成一個框，而且框的上面跟下面不在一條豎直線上，而是往後斜。這樣的設計使氣流比原來穩定很多，會大大提高列車行駛的穩定性。」賴晨光解釋說。

此外，環形翼的設計還能夠提高運輸能力。「通過環形翼設計，使升阻比(升力除以阻力)提高30%-40%，並提高運輸效率。」賴晨光介紹，要使高速氣動懸浮列車運行效率高、運載能力強，其車翼就要設計得長，「但這帶來的後果就是軌道佔地面積大，建造成本增加很多。我們提出這個環形翼，在軌道的寬度不變的情況下，可以提高30%-40%的運輸能力。」

穩定性加運行能力的提高，使得高速氣動懸浮列車的商用步伐加快了。

首條高速氣動懸浮列車線路預計2025年在日本開行

根據空氣動力學研究結果，結合工業設計及美學、文化等因素，重慶理工大學汽車空氣動力學團隊設計出第三代列車造型「LOOP」，使這個「飛行的列車」離人們的生活又更近一步了。接下來，中日團隊將基於新設計的「LOOP」造型，為其配備阻燃性的鎂合金車身並開展更加深入的試驗研究與驗證。

根據規劃，日本將於2025年開通第一條高速氣動懸浮列車線路，「計劃從日本成田機場到羽田機楊，全部走地下隧道，設計時速400公裡，10多分鐘就可以實現兩個機場的互通，而現在從地面上走要一個多小時。第二條從東京到大阪，時速500公裡，一小時之內可實現兩地的互通，而目前需要兩個小時。」

「東京到大阪這條線，全採用自然能源，我們沿軌道對氣候、風力等進行了測試。根據這個區域的太陽照射時間安裝太陽能板，依據風的自然條件安裝風車。」賴晨光說，「現有技術沿途所收集和轉化的太陽能和風能，能夠驅動這個系統每12分鐘一次往返。按三節車廂、每節車廂120人計算，一次能運送360人。」

賴晨光說，這個只用自然能源驅動、零汙染的項目，看似不太可能完成，而實際上卻離老百姓的生活很接近。

氣動懸浮列車設想完全利用清潔能源運行

研發車身材料 意外發現鎂空氣電池

在對高速氣動懸浮列車材料的研究中，研發團隊還「意外」發現了高效的鎂空氣電池。

在材料研發時，日本東北大學的小濱泰昭教授提出用鎂合金來做車身材料，因為鎂合金輕而且強度高。在研究加工鎂合金的過程中，小濱泰昭發現，「鎂合金和空氣反應會放電，於是小濱泰昭又開始對鎂空氣電池進行研究，並取得了非常大的進展。」

「而高效、可控鎂空氣電池的出現，將對新能源汽車的開發有極大的促進。現在已有幾家企業投資幾十億元，大力推進該鎂空氣電池的產業化。」賴晨光介紹，高效、可控鎂空氣電池的出現，對中國有極大的好處，「中國的鎂礦儲量很大，而且質量也非常好。按照小濱泰昭的估算，鎂足夠人類使用數億年，產生的氧化鎂還能夠利用太陽進行還原，可謂是取之不盡，用之不竭，用鎂來發電，鎂氧化過程中產生能量，能效比驚人的高。比現在的電池能量密度高很多。」

目前，小濱泰昭已委託賴晨光作為中方代理人，尋找合作夥伴。

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