管道列車

管道列車

管道列車是由美國研製的高速管道列車,將打破當前的管道運輸僅限於油、氣運輸現狀。

概述

作為目前交通運輸方式來說共是五種,即航空運輸、船舶運輸、鐵路運輸、公路運輸和管道運輸。

而作為管道運輸,人們普遍認為是石油、天然氣等氣體、液體類物質通過管道進行運輸。但孰不知人和其他物也可以通過管道進行位移。

美國研製的高速管道列車,將打破當前的管道運輸僅限於油、氣運輸現狀。這種新型的交通工具,已經在理論上日趨成熟,預計不久的將來即會登上交通運輸的歷史舞台。

工作原理

管道列車就是在管道中依靠空氣??真空推進的原理進行設計研製。具體而言,就是在一個管道中安置一節密封的車廂,車廂前後端有一個壓力差,從而車廂就受到一個力的作用。這個力既可以作為推動力,也可以成為制動力,它能推動車廂前進或阻止車廂運動。如果把車廂前部的管道抽成真空,那么車廂後部為空氣,則在靜態下車廂所受的靜推力就非常可觀。舉例而言,若管道直徑為3米,靜推力就可高達74噸,這比我國韶山型電力機車的最高牽引力(58噸)還高28%。
但是,隨著車廂加速,這個推力會逐漸下降,其原因在於:車廂前後的壓力差由於佰努利效應而逐漸減少,車廂後部空氣存在一定的粘性阻力,車廂前部會形成一定的壓力。因此,為了維持車廂的速度並繼續加速,必須往管道中補充空氣,以保持車廂前後的壓力差。

設計原理

根據管道列車的工作原理,為了保持車廂前後的壓力差,也即為了維持車廂的速度,必須往管道中補充空氣,從而就要設定補充空氣的進口,採用閥門予以控制。車廂通過這個進口後,閥門打開,大氣進入管道,提供對車廂的補充能力。若直徑3米的管道,就要每隔8~l6公里設定一個空氣進口,這樣就能使管道列車高速前進。管道列車通過大氣的逐級推進加速,大約經過40~48公里,其速度就可達到600~800公里/小時。這一運行階段在理論設計原理上稱為加速階段。列車在接近真空的管道中運行,不像在大氣中運行的高速列車要受強大的空氣阻力(這種阻力與運行速度的平方成正比)的影響。管道列車在接近真空里運行,所受空氣阻力影響極小,因此可以長距離地滑行而始終保持高速運行。這一運行階段稱作高速運行階段。這也是管道列車與眾不同的獨到之處。但是,列車仍需要克服車輪在鋼軌上的滾動阻力。雖然這部分阻力一般很小,每一噸車廂約在一公斤。但為了消除這種阻力,保持列車高速運行,在這一階段仍然要設定一些空氣進口,必要時可以引入大氣以補償列車少量的阻力損耗。一般設計原理為兩個空氣進口之間的段管長度可延伸到50-80公里之間,管道間也設定電動真空閥門及真空泵站,管段數量則取決於兩個車站間的距離。
當列車漸進前方車站時,列車隨即進入減速階段。此時,列車前方管道里部分未被抽出的剩餘稀薄空氣逐漸被壓縮,而列車後方的管道卻形成局部真空,從而導致列車慢慢減速。這時將前方的空氣閥門打開,真好與列車加速的情況相背,列車在前方壓力阻擋下,減速緩行平穩停車。

基本設備

管道列車除與其他鐵路運輸設備一樣以外,還需要一種成本頗大的基本設備管道。70年代,美國曾計畫在“東北走廊”即從波土頓,經過紐約、費城抵達華盛頓,建造管道列車的管道。該管道是埋在地下的鋼管,鋼軌焊在鋼管的下底部,而兩根鋼管橫臥在鋼筋混凝土基床上。鋼管與混凝土基床間設定一層吸振的彈性或其它良好材料的襯層。在管道上還設有一些安全門,需要時打開安全門,人可進入管道。在兩根管道之間還可設定軌道及小電車,便於維修及檢查

目前,這種管道列車的理論模型已經建立,同時通過多種直徑(從30毫米到300毫米)的模擬實驗,已經取得了大量的空氣動力學實驗數據。實驗表明,當管道的真空度較高,列車的質量較輕時,在採用空氣軸承的情況下,最高速度可達1200公里/小時。另一基本設備就是研製管道運行的車輛。這種圓筒狀的車輛一節長20米,每節車輛具有帶滾珠軸承或空氣軸承的四個鋼輪,均安裝在密封車廂的凹隙處。車廂兩側各有一個氣壓拉門供乘客進出。這種拉門在開啟時可縮到天花板里。車廂兩端有法蘭式連線面,進行鋼性連線。第一節車輛車廂的頭部密封。車廂內的設備與客機酷似,可以設64個軟椅坐席,並有供氧、空調、電源及制動設備。電源除供照明外,還可帶動小型馬達,使列車在車站或其它緊急情況下可以自動行車。列車與管道壁間有20毫米左右的間隙。這些都是管道列車必須擁有的基本設備。

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