低真空超高速轨道交通研究进展与思考

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作者 张卫华 邓自刚 +3 位作者 毕海权 李田 李艳 李海涛 《机车电传动》 2025年第1期1-13,共13页

低真空超高速轨道交通具有显著的应用前景,也有部分科学技术问题亟待攻克。文章全面回顾了低真空管道超高速轨道交通技术的起源、发展和当前的国际研究态势,分析了开展该技术研究的必要性与可行性,详细讨论了低气压环境下磁浮列车的悬... 低真空超高速轨道交通具有显著的应用前景,也有部分科学技术问题亟待攻克。文章全面回顾了低真空管道超高速轨道交通技术的起源、发展和当前的国际研究态势,分析了开展该技术研究的必要性与可行性,详细讨论了低气压环境下磁浮列车的悬浮技术适应性及其面临的主要技术挑战,如散热和绝缘问题。此外,针对低真空管道交通系统的救援与逃生问题,文章也提出了相应的技术解决方案和适应措施。 展开更多

关键词 超高速 低真空 磁浮列车 低真空管道 救援与逃生

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真空管道磁浮交通管内波系时空分布特征 被引量：10

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作者 胡啸 邓自刚 +2 位作者 张银龙 张继旺 张卫华 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2022年第6期146-154,共9页

为了避免列车直接起动带来的非物理现象,通过自定义程序和重叠网格技术分别控制列车速度和运动,基于IDDES湍流模型研究高温超导磁浮列车在加速启动阶段和匀速阶段的管内波系形成过程和传播特性,揭示了不对称模型下的波系时空分布特征。... 为了避免列车直接起动带来的非物理现象,通过自定义程序和重叠网格技术分别控制列车速度和运动,基于IDDES湍流模型研究高温超导磁浮列车在加速启动阶段和匀速阶段的管内波系形成过程和传播特性,揭示了不对称模型下的波系时空分布特征。结果表明:列车加速向前运动,车前会不断产生压缩波,这一系列压缩波形成一道正激波。在匀速运行阶段,车前空间流场呈现准一维分布特性。尾流区较为复杂,存在着激波、膨胀波、涡对以及它们间的相互作用等复杂流动现象。在考虑悬浮间隙下,尾流区域的波系分布呈现明显的上下不对称性。由于反向旋转涡对的存在,不同高度水平面的尾流流场结构差异较大。在匀速运行阶段,扰动区长度均随着运行时间线性增加。 展开更多

关键词 真空管道 重叠网格 波系 时空分布 涡对

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真空管道磁浮交通车体热压载荷分布特征及其非定常特性 被引量：4

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作者 胡啸 马天昊 +3 位作者 王潇飞 邓自刚 张继旺 张卫华 《实验流体力学》 CAS CSCD 北大核心 2023年第1期9-28,共20页

基于SST κ-ω湍流模型和IDDES方法,采用三维数值模型对800 km/h的真空管道磁浮交通系统在雍塞状态(阻塞比为0.3和0.2)和非雍塞状态(阻塞比为0.1)下进行瞬态模拟,得到列车车体热压载荷时均分布特征及其波动特性,并利用跨声速风洞凸块试... 基于SST κ-ω湍流模型和IDDES方法,采用三维数值模型对800 km/h的真空管道磁浮交通系统在雍塞状态(阻塞比为0.3和0.2)和非雍塞状态(阻塞比为0.1)下进行瞬态模拟,得到列车车体热压载荷时均分布特征及其波动特性,并利用跨声速风洞凸块试验数据验证了数值方法的准确性。基于本征正交分解提取流场重要相干结构,识别列车表面载荷非定常较强区域,揭示其时空演化规律。研究结果表明:列车上表面载荷分布特征与拉瓦尔喷管相似,雍塞/非雍塞状态下载荷分布差异主要位于扩张段;列车下表面载荷分布因悬浮架腔体的截面突变而变得复杂,气流突入到第一个悬浮架腔体形成局部滞止点,造成车体压力大幅度振荡,同时热量在列车底部聚集,尾车下洗气流和上洗气流相互作用差异导致了雍塞/非雍塞状态下温度峰值的位置不同;列车表面压力非定常较强区域主要位于底部悬浮架处,且存在14 Hz的特征频率,雍塞状态下尾车激波处也是一个非定常源;中间车、尾车温度载荷一阶模态体现了热量累积过程。 展开更多

关键词 真空管道 雍塞效应 非定常 热压载荷 本征正交分解

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真空管道磁浮交通气动特性的尺度效应 被引量：2

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作者 胡啸 马天昊 +5 位作者 王潇飞 邓自刚 张继旺 张卫华 张琨 彭方进 《西南交通大学学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第4期808-819,共12页

为了探究管道列车的尺度对波系、尾涡以及气动载荷的影响,基于CFD软件建立三种模型尺度(1∶1,1∶5和1∶10),同时考虑两种悬浮间隙关系(车轨相对间隙不变和绝对悬浮高度不变)的模型;采用改进的延迟分离涡模拟(IDDES)湍流模型和重叠网格... 为了探究管道列车的尺度对波系、尾涡以及气动载荷的影响,基于CFD软件建立三种模型尺度(1∶1,1∶5和1∶10),同时考虑两种悬浮间隙关系(车轨相对间隙不变和绝对悬浮高度不变)的模型;采用改进的延迟分离涡模拟(IDDES)湍流模型和重叠网格技术模拟了列车在管道动态运动,并用风洞试验数据验证了数值方法和网格策略的合理性.研究结果表明:列车尺度(雷诺数)增大,车前活塞区域变长,尾流扰动区范围缩短;雷诺数对近尾流区的涡对演化影响较小,但在远尾流区,随着列车尺度减小,涡对脉动变强,涡对强度的差异导致了车后正激波形态的差异;列车表面最大正压值和最大负压值均随着列车尺度增大而增大,悬浮间隙对最大正压值影响较小,但与最大负压值成正相关关系;尺度效应从压差阻力和摩擦阻力两方面共同影响气动阻力,整车摩擦阻力和头、中间车的压差阻力与雷诺数正相关,但是尾车压差阻力受附着激波的强度影响恰恰相反;列车尺度和悬浮高度均对升力影响较大.相对于全尺寸模型,1∶10模型(悬浮高度20 mm)的最大正压值减小3.82%,最大负压值增大3.94%,整车总阻力增大8.64%,头车升力减小101.56%,尾车升力增大15.88%. 展开更多

关键词 真空管道 重叠网格 尺度效应 悬浮高度 气动特性

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真空管道磁浮交通试验平台建设及管内气动特性研究进展

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作者 邓自刚 胡啸 +2 位作者 王潇飞 李宗澎 张卫华 《机械工程学报》 北大核心 2025年第2期181-197,共17页

作为一种新型交通系统,真空管道运输系统将悬浮列车技术和低气压管道技术相结合,理论上能够最大限度地减小列车高速运行时的摩擦阻力和气动阻力,有望突破地面轨道交通的速度极限,实现时速1000 km及以上的超高速轨道交通。为了促进真空... 作为一种新型交通系统,真空管道运输系统将悬浮列车技术和低气压管道技术相结合,理论上能够最大限度地减小列车高速运行时的摩擦阻力和气动阻力,有望突破地面轨道交通的速度极限,实现时速1000 km及以上的超高速轨道交通。为了促进真空管道运输系统的发展,首先概述国内外真空管道交通试验平台建设的研究现状,包括美国、韩国以及中国等国家,目前最高的模型试验速度高达1152 km/h;并重点分析了管内气动基础科学问题,从管内流动状态、气动载荷、管内复杂波系现象、气动热以及气动噪声5方面梳理管内气动特性研究进展,最后对真空管道交通的发展前景进行了探讨与展望,并指出精细化数值模拟方法、缓解或延迟流动雍塞的方法、适用于真空管道交通系统的散热途径、列车长时间运行时管道流场特征演化这几个方面是今后需要重点研究的气动基础问题。 展开更多

关键词 真空管道 磁悬浮 气动特性 气动热 雍塞流动

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轨道结构对真空管道磁浮列车气动特性的影响 被引量：3

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作者 王潇飞 胡啸 +3 位作者 李宗澎 刘剑儒 邓自刚 张卫华 《实验流体力学》 CAS CSCD 北大核心 2023年第3期9-18,共10页

真空管道磁浮交通的出现使得地面超高速轨道交通成为可能。真空管道磁浮研究受限于对大功率推进电机和真空环境的需求,难以取得相关试验数据。针对多态耦合轨道交通动模型试验平台永磁轨道和电机气动布局的前期设计,本文开展了相关数值... 真空管道磁浮交通的出现使得地面超高速轨道交通成为可能。真空管道磁浮研究受限于对大功率推进电机和真空环境的需求,难以取得相关试验数据。针对多态耦合轨道交通动模型试验平台永磁轨道和电机气动布局的前期设计,本文开展了相关数值模拟研究。基于动模型试验平台几何结构、电机平台和永磁轨道在管道内的实际布置形式,采用三维、可压缩的RANS方法和SST k–ω湍流模型,计算了超导磁浮列车在真空管道内超高速运行时的三维流场结构、激波反射和传播规律,对比分析了列车底部矩形槽道对列车气动载荷和管道内流场的影响,重点探究了列车底部压力和速度变化趋势、尾部激波强度和尾涡结构的差异。研究发现:轨道和电机平台的台阶使得尾流区产生了更多的流动分离和激波反射,导致尾部压力波动;列车底部流动间隙增大,列车尾部激波强度下降,激波现象更为明显,气动阻力系数减小8.855%,气动升力系数增大14.312%。 展开更多

关键词 真空管道 动模型 轨道结构 矩形槽道 气动特性 磁浮列车 激波

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超导钉扎高速磁浮车-轨耦合动力学建模与仿真

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作者 邓自刚 王珊 +3 位作者 徐焱 李海涛 周徐呈 张卫华 《铁道学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期56-68,共13页

为探究超导钉扎磁浮车辆高速运行动态特性,建立车-轨耦合空间模型,开展不同车速下的动力学仿真。结合有限元方法获得磁轨关系数学模型;基于牛顿-欧拉法建立车辆模型,引入截短梁描述建立永磁轨道模型;以磁轨关系为纽带获得超导钉扎磁浮车... 为探究超导钉扎磁浮车辆高速运行动态特性,建立车-轨耦合空间模型,开展不同车速下的动力学仿真。结合有限元方法获得磁轨关系数学模型;基于牛顿-欧拉法建立车辆模型,引入截短梁描述建立永磁轨道模型;以磁轨关系为纽带获得超导钉扎磁浮车-轨空间耦合动力学模型;利用Matlab对模型进行仿真,分析轨道振动、电机法向力和轨道不平顺等对超导钉扎磁浮车辆-轨道系统动态响应的影响。结果表明:磁浮车辆系统的振动受轨道不平顺和车速的影响较大,受轨道振动的影响可忽略不计;在速度为620 km/h时,车体、悬浮架的最大振动加速度分别保持在0.5、8 m/s^(2)以下,具有较好的乘坐舒适性。建立的模型可为超导钉扎磁浮交通线路设计与参数优化等研究提供帮助。 展开更多

关键词 超导钉扎磁浮 高速磁浮 车-轨空间耦合动力学 建模与仿真

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“高速磁浮列车空气动力学”专刊简介

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作者 丁叁叁 倪章松 +2 位作者 高广军 邓自刚 陈大伟 《实验流体力学》 CAS CSCD 北大核心 2023年第1期I0001-I0002,共2页

中国轨道交通发展历经几代技术创新与革命,取得了令世界瞩目的成就。然而,轮轨系统也极大限制了轨道交通进一步高速化,磁浮技术在轨道交通上的运用便应运而生。“十三五”期间,国家重点研发计划“先进轨道交通”重点专项中设立了“高速... 中国轨道交通发展历经几代技术创新与革命,取得了令世界瞩目的成就。然而,轮轨系统也极大限制了轨道交通进一步高速化,磁浮技术在轨道交通上的运用便应运而生。“十三五”期间,国家重点研发计划“先进轨道交通”重点专项中设立了“高速磁浮交通系统关键技术”研究课题,研发600 km/h高速磁浮交通系统,历经5年刻苦攻关、自主创新,解决了高速磁浮的诸多技术难题,掌握了高速磁浮设计、制造及评估方法,建立了开放的研发、制造与试验平台,形成了可持续研发能力。2021年7月20日,我国自主研制的600 km/h高速磁浮交通系统成套装备正式面世,标志着高速磁浮向工程化应用领域迈出了关键一步。 展开更多

关键词 高速磁浮 轨道交通 轮轨系统 磁浮技术 空气动力学 国家重点研发计划 成套装备 技术创新

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环形Halbach永磁轮新型充磁设计及磁力特性研究

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作者 陈怡浩 梁乐 +1 位作者 刘新 邓自刚 《机车电传动》 2024年第4期107-117,共11页

径向永磁轮具有“悬浮‒推进”一体化的独特优势,但是由于永磁轮存在非气隙侧漏磁现象,使得永磁轮利用率较低,需要进一步提高悬浮承载能力。鉴于此,文章提出了一种新型永磁轮充磁方案,能在相同永磁轮质量的条件下,有效提高悬浮驱动能力... 径向永磁轮具有“悬浮‒推进”一体化的独特优势,但是由于永磁轮存在非气隙侧漏磁现象,使得永磁轮利用率较低,需要进一步提高悬浮承载能力。鉴于此,文章提出了一种新型永磁轮充磁方案,能在相同永磁轮质量的条件下,有效提高悬浮驱动能力。文章提出在相邻永磁体之间插入斜向磁化的永磁体和径向充磁永磁体等分的永磁轮结构,阐述分析其基本原理,并搭建了三维有限元模型,以浮重比和驱重比为性能指标,求解各结构的最优尺寸。仿真结果表明,对于插入斜向磁化永磁体的永磁轮结构,其悬浮力提升了14.80%,驱动力提升了14.98%;对于径向充磁永磁体等分的永磁轮结构,其悬浮力提升了9.2%,驱动力提升了7.6%。研究结果表明,在永磁体用量相同的情况下,文章提出的充磁方法能够有效改善系统的悬浮力和驱动力特性,节约了成本,并提升了系统的运行效率,为后续永磁轮结构的优化和磁悬浮车辆的设计提供参考。 展开更多

关键词 永磁轮 HALBACH阵列 充磁结构 永磁轮利用率

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基于斜置环形Halbach永磁轮的磁浮列车“悬浮-导向-推进”一体化方案设计 被引量：1

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作者 刘新 邓自刚 +3 位作者 梁乐 李凯文 鲁浩 郑珺 《机车电传动》 北大核心 2023年第2期90-96,共7页

基于永磁电动悬浮的原理,将Halbach环形永磁轮和导体板顺时针旋转后倾斜布置,提出一种实现磁浮列车“悬浮-导向-推进”一体化方案。首先,采用ANSYS Maxwell有限元仿真软件对斜置永磁轮的三维力特性进行分析,仿真结果表明:对于单个外径为... 基于永磁电动悬浮的原理,将Halbach环形永磁轮和导体板顺时针旋转后倾斜布置,提出一种实现磁浮列车“悬浮-导向-推进”一体化方案。首先,采用ANSYS Maxwell有限元仿真软件对斜置永磁轮的三维力特性进行分析,仿真结果表明:对于单个外径为200 mm的永磁轮,倾斜角度应不小于60°,从而保证浮重比大于5.5,此时仍可获得310 N的推进力和380 N的导向力。然后,进一步分析了永磁轮三维力随工作气隙、导体板厚度和电导率的变化规律:随着工作气隙变大,三维力均呈下降趋势;随着导体板厚度和电导率的增加,悬浮力和导向力先增加后饱和,驱动力则先增大后减小。基于上述分析结果,给出了新型磁浮列车“悬浮-驱动-推进”一体化的概念模型设计,并对更大直径、宽度的磁轮进行了计算分析,结果表明:直径250 mm永磁轮的磁场利用率最大,磁场利用率和磁轮宽度的变化呈正相关。相关的研究工作是对永磁电动悬浮理论的应用和拓展,能够有效降低磁浮列车系统的建设成本,为“悬浮-导向-推进”一体化的新型磁浮列车设计提供参考。 展开更多

关键词 永磁轮 一体化 磁浮列车 磁轮利用率

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高温超导磁悬浮新型助推系统设计及研究

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作者 庞鹏 梁乐 邓自刚 《海军工程大学学报》 CAS 北大核心 2023年第3期50-58,68,共10页

传统的电磁轨道助推发射技术中,被发射物体往往与导轨直接摩擦,导致高速刨削等一系列问题,严重影响发射装置的使用寿命。针对有效载重100 t、加速度15g、发射初速度300 m/s的发射指标,提出了高温超导磁浮发射方案并进行了理论计算。利... 传统的电磁轨道助推发射技术中,被发射物体往往与导轨直接摩擦,导致高速刨削等一系列问题,严重影响发射装置的使用寿命。针对有效载重100 t、加速度15g、发射初速度300 m/s的发射指标,提出了高温超导磁浮发射方案并进行了理论计算。利用高温超导磁浮对被发射物体进行承载,以超导直线电机进行驱动,同时结合真空管道减小发射阻力,并针对发射过程进行了稳定性分析,从根本上解决了轨道发射中的高速刨削问题。研究结果表明:该真空管道磁浮发射方案针对高载重、高加速系统具有一定的可行性,给未来的电磁发射技术提供了一种新的解决思路。 展开更多

关键词 电磁发射 超导直线电机 高温超导磁浮

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磁悬浮列车发展现状与展望 被引量：73

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作者 邓自刚 刘宗鑫 +1 位作者 李海涛 张卫华 《西南交通大学学报》 EI CSCD 北大核心 2022年第3期455-474,530,共21页

作为新型轨道交通技术的典型代表,磁悬浮交通具有无机械接触磨损、运行速度高、安全可靠、环境友好等优点,经过60年的发展,正逐渐走向成熟.本文首先对国内外磁悬浮列车的发展历史作了简要回顾;然后,从结构原理、核心技术和应用场景等方... 作为新型轨道交通技术的典型代表,磁悬浮交通具有无机械接触磨损、运行速度高、安全可靠、环境友好等优点,经过60年的发展,正逐渐走向成熟.本文首先对国内外磁悬浮列车的发展历史作了简要回顾;然后,从结构原理、核心技术和应用场景等方面对永磁悬浮、电磁悬浮、电动悬浮和超导钉扎悬浮4大类磁悬浮交通系统进行了详细介绍,对其悬浮特点、悬浮间隙、磁力计算、驱动技术与技术成熟度等进行了阐述,并指出发展时速600公里级高速磁浮列车亟须解决的试验平台搭建、电机控制策略、紧急制动、线路维护、无线传能、无线通信、气动噪声、磁浮道岔等8个关键问题;最后,对超高速真空管道磁悬浮交通系统的研究进展以及需要研究的课题进行了探讨与展望. 展开更多

关键词 磁悬浮列车 真空管道 高温超导钉扎悬浮 研究进展

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