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大突破!新材料将助力“超级高铁”
2016-05-16 09:49:47 作者:国家材料腐蚀与防护科学数据中心 来源:本网整理

  在低碳欧洲可持续发展的背景下,改善生产流程,减轻重量,低成本运行,创新设计,符合安全和环境标准是所有优先的关键事项。亨斯迈发现其产品在市场中起着越来越重要的作用,陆地运输部门占欧洲复合材料市场份额的25%,而铁路行业复合材料使用继续以每年平均10.5%的速度增长。与传统的金属同行相比,复合胶粘剂具有强度高、重量轻、耐热、耐腐蚀和耐冲击等综合机械性能,且达到高水平的欧洲消防安全标准。允许不同材料和更高重量载荷之间的组装,并均匀分布粘接接头应变、应力,保持材料的强度和完整性,便于设计和审美的可能性更大,重量比机械固定件更轻。广泛应用在车辆和基础设施建设中。也将助力“超级高铁”。

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美国超级高铁


 
延伸阅读


  近日,总部位于美国洛杉矶的初创公司“Hyperloop One”,并宣布将于次日在美国西部内华达州荒漠中首次公开测试“超回路推进系统”,以期率先实现企业家埃隆·马斯克的“管道高铁”运输梦想。该公司的超级高铁推进系统首次户外测试成功,3米长的实验“滑车”在铺设好的轨道上运行了2秒钟,最终速度达到400英里每小时后(约合640公里/小时),撞击到91米外的沙堆减速停车。据悉,如果按照最终设想,超级高铁将在密闭真空管道或低压管道中行驶,时速最高可达760英里(约合1230公里/小时)。不过Hyperloop One的首席执行官罗布·劳埃德表示,全面的测试需要等到2016年年底进行。


  “超级高铁”技术突破还面临难题


  “超级高铁”要逐渐变为现实,还面临一些难题。


  一方面,如果抽空管道中的所有空气,空气阻力问题就能得以解决。但问题是,马斯克已经公开表示完全意义上的真空还难以实现。那么,在管道内持续产生接近超音速的高速气流,就要消耗巨大的能量,仅用太阳能电池板显然还不够。如何有效解决能源供应问题,还需科研探索。


  同时,还有一个散热的问题。能量分析专家指出,胶囊车厢压缩空气,向下或者逆向排出,都会产生巨大的热量,这将导致乘客舱和相应的仪器设备遭受损坏。马斯克的解决方案是在每一个车厢里添加一个水箱,用水箱来吸收热量,并转化为水蒸气。但是,胶囊车厢仅有几立方米的空间,具体运行时热量转换率不高,这意味着必须增大水箱容量。


  另一方面,虽然“超级高铁”不违背物理原理,但过快的速度将会令人头晕目眩,更不用说还可能要应对的翻滚和急刹车等紧急事件。此外,“超级高铁”的路线理论上越直越好。这是因为,高速下的转弯不但非常困难,还会让乘客体验变得糟糕。


  “超级高铁”需要什么样的高科技支撑呢?


  一是材料高科技。“超级高铁”要以导弹的速度飞驰,那么制造火车的材料必定不能是一般材料。普通材料的强度无法适应高速度的撕裂,很容易在运行过程中被撕成碎片。就目前的情况来看,抗高温高压、密度小强度高、使用寿命长的纳米材料很适合制造“超级高铁”的车厢。纳米材料已经通过航天工程的实用检验,将这一成熟的高科技材料运用于“超级高铁”项目应该不是什么困难的事。


  二是制造高科技。黄金自古就有,但古人只是把黄金做成项链,现代人则把黄金用在了电脑芯片中。黄金在科技领域的应用现状,说明这样一个问题:任何一种材料要想转化成高科技产品,需要高科技的产品制造技术。开发“超级高铁”已经具备了相应的高科技制造技术,如“真空运输管道制造技术”在上世纪90年代被提出来。


  三是能源高科技。凡是高速度的东西,都离不开高科技的能源传输或转化方式。比如,“超级高铁”需要用超导体来传输电能,产生磁悬浮效果,以便能让胶囊车厢悬浮在管道内高速运行。利用超导体产生磁悬浮,是尚需提升的能源技术。


  此外,人造机车的行进速度一直受能量转换效率的制约。换句话说,能量转换效率越高,人造机车的行进速度就越快。比如,火箭飞行时需要携带大量的燃料,如果燃料的化学能转化为动能的效率提升一个百分点,则可以少带十个百分点的燃料,这就会有效降低火箭的重量,从而提升飞行速度。再如,汽车将汽油的化学能转化为动能的效率大约是30%,因为能量转化效率不高,动能不足,所以汽车飞不起来。


  目前,传统机车发动机能量的转换效率已达到40%的极限。所以,工程技术专家在“超级高铁”项目中抛弃了传统的发动机带动机车前行的做法,而是采取类似“导弹发射”的方式进行。这种方式的能量转换效率,在真空状态下理论上可达100%。

 

 

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