真空管道磁悬浮列车流固耦合特性研究

真空管道磁悬浮列车运动与管道内流场相互作用,导致列车流场环境具有高度的非稳定性,同时列车悬浮运行的特性将使列车与管道内流场间存在严重的流固耦合效应。针对这一问题,提出了真空管道磁悬浮列车流固耦合动力学理论,并建立了可以实现列车在线实时交互数据的流固耦合数值计算模型,分析真空管道磁悬浮列车的车辆流固耦合特性。研究发现,列车悬浮运行列车尾部流场较为复杂,存在多道斜激波和反射波,随着列车的运行相对较为稳定,而列车顶部和头部的波系相对更加简单,但会随着列车运行发生明显的变化。列车受到的气动载荷呈低频周期性变化,悬浮刚度的减小会导致列车受到的气动载荷幅值增加,频率下降。在30 kN悬浮刚度下,列车的位移和转动幅值可以达到270 mm和14 mrad,并且随着时间推移,列车受到的气动载荷呈现振荡幅值还有增大的态势,影响列车运行安全。上述研究可以为真空管道磁悬浮列车的研究提供理论指导和分析方法参考。

真空管道磁悬浮系统构想

真空管道磁悬浮的悬浮和低空气阻力以最大化减少了列车前进的阻力,使得它具有平稳、舒适、超高效、超高速、超快捷的特点,从而决定了它必然是载人公共交通的发展方向之一。通过对真空管道磁悬浮系统和子系统磁浮列车、真空管道、真空设备系统(含密闭门、密闭窗、真空设备)、磁浮轨道系统、供电系统、自动控制系统、通信系统、售检票系统、综合维护系统的构想,及其相关子系统关键技术和运营场景的描述,提出了各子系统的主要构成和关键技术的解决思路,以及部分利用既有技术的思路。其运营场景的详细描述,对于相关子系统的研发提供了功能需求的支撑。

真空管道列车流固耦合研究进展及关键技术分析

利用磁悬浮技术、管道内抽真空形成低压运行环境,真空管道列车理论上可以实现超过1000 km/h的运行速度。封闭管道导致气动环境复杂,同时列车悬浮运行使列车运行姿态极易发生改变,列车流固耦合效应明显。为探究真空管道列车流固耦合理论及分析方法,对真空管道列车气动研究进展、轨道列车流固耦合特性研究进展进行了综述,分析了真空管道列车流固耦合关键技术,提出了需要重点发展的真空管道列车流场分析技术、流固耦合分析技术和控制技术,可为真空管道列车流固耦合机理研究提供参考。

基于融冰式变风量调节的真空管道列车热环境控制系统研究

为了克服真空管道列车无新风、散热困难的问题,文章提出了一种基于融冰储热和变风量调节的新型热环境控制系统,该系统在列车运行期间通过冰的相变潜热吸收车内余热,同时采用变风量系统弥补融冰换热带来的问题。建立了一维AMESim与三维CFD联合仿真的热环境控制系统数值计算模型,研究了变风量和蓄冰板结构对车内温度和系统制冷性能的影响。研究结果表明:采用变风量时,可将热环境控制系统的有效控制时间增加5.7倍,冰块利用率增加6.1%,平均制冷量提升9%;融冰换热设备内蓄冰板厚度对热环境控制系统的有效控制时间影响较大,蓄冰板厚度为0.032 m的热环境控制系统比蓄冰板厚度为0.041 m的热环境控制系统有效控制时间增加了73.1%~82.1%;融冰换热设备内蓄冰板长度对热环境控制系统的有效控制时间影响较小,蓄冰板长度为1.4 m的热环境控制系统比蓄冰板长度为1.1 m的热环境控制系统的有效控制时间增加了5.17%~5.97%。

真空管道高速飞行列车车地宽带无线通信关键技术的思考

真空管道高速飞行列车(以下简称高速飞行列车)是一种新型轨道交通技术,可实现磁浮列车在接近真空的低压管道内全天候以低机械磨擦、低空气阻力、低噪声模式超高速(超过1 000km/h)运行。保障高速飞行列车安全运行的关键是列车-地面无线通信系统,一方面,列车运行控制、牵引控制、在途监测等安全类数据需要在车地间实时双向通信,并满足"低延时高可靠"的传输要求;另一方面,需要满足乘客的移动电话、互联网业务等非安全数据通信需求,并满足"大容量高移动"的传输要求。总结高速飞行列车车地无线通信的需求,分析高速飞行列车车地无线通信的特点,针对高速飞行列车无线宽带接入应用场景,研究新型漏波近场耦合、基于云端的集中式无线接入网络(C-RAN)、免切换移动小区等关键技术,探讨一种有效解决超高速移动无线宽带接入的理论与增强技术体系,从而为高速飞行列车的宽带接入提供理论与技术支撑。

畅想海上交通运输建设的伟大革命--真空高温超导磁浮高速列车桥隧工程前期工作与运行方案探讨

交通工具运行速度的提高,意味着交通运输建设技术的进步和发展。分析制约高速铁路进一步提速的原因,即随着运行速度的加快,列车在稠密大气层中运行受到的风动阻力以及因轮轨间摩擦和轨面不平顺引起的各种阻力成倍增加,随之产生的噪音也将呈高次方的增加,由此涉及的运营经济与运行安全问题成为高速铁路进一步提速的主要制约因素。提出一种在水下建造真空隧道/水中长桥的真空管道方案:对管道和列车车厢作相应的密闭处理并抽吸成准真空,采用高温超导磁悬浮技术的"真空磁浮超高速列车运输系统",将车辆运行速度提高到现在高铁的4倍(约1 200 km/h)以上。介绍工程兴建方案、真空与密封、磁浮列车等建设真空磁悬浮隧道/水中长桥的关键技术。从技术和管理、工程建设造价和运营费用、线路选择、列车车皮的气密性材料、突发紧急情况下的疏散逃生等方面分析高温超导磁悬浮真空隧道(管道)有待研究的问题。建议先在港口城市与其相邻岛屿间的生态旅游项目中建设"海底真空旅游飞行巴士",并在其试运行的实践中进行一系列必要的技术性试验,使之通过现场测试作进一步的改进与完善,待总结相当丰富的经验后,将这种超高速运输系统有选择地在国内几处海峡通道中推广实施。最后简要介绍中国、美国、荷兰等国家在相关超高速高铁方面的探索研究。真空管道交通的发展可引领我国交通运输方式向更快速、更安全、更高效节能方向发展,促进第五代交通产业的发展及其对社会经济的驱动作用,推动我国乃至世界经济更高速的良性融合和进步。

真空管道磁悬浮列车混合EMS支承的设计与分析

真空管道磁悬浮列车具有超高速、远距离运输的特点,将混合EMS支承应用于真空管道磁悬浮列车中,能有效降低能耗及成本。利用等效磁路理论确定混合EMS支承结构参数,然后建立其三维有限元模型,针对满载稳定悬浮、满载起浮、空载锁死三种临界工况利用ANSYS Maxwell对混合EMS支承进行电磁仿真模拟,得到磁场分布及磁力随电流的变化关系。仿真结果表明:所设计的混合EMS支承结构能满足悬浮要求,尤其在平衡位置能以较小的电流实现悬浮,相比传统电磁支承具有能耗低、体积小的优点。

真空管道高速飞行列车业务复用研究

高速飞行列车的平稳、安全的运行离不开车地无线通信技术的支持,需要包括安全类与非安全类等多类别车地通信业务的有效支撑.研究了高速飞行列车车地通信中突发性运行业务与乘客互联网业务复用传输优化问题,并对其进行求解.将该优化问题分解为两个子问题:乘客传输资源分配问题与突发性运行业务与乘客业务调度问题.首先,通过二维Hopfield网络对乘客传输资源分配问题建模,利用能量函数收敛的性质解决乘客资源分配问题.然后将突发性运行业务与乘客业务调度问题归结为一个机会约束优化问题,通过研究突发性运行业务的累积分布函数将机会约束放宽为线性约束,可利用凸求解器得到最优解.仿真结果表明该复用机制可以实现业务高效复用传输.

旅客列车密闭式厕所真空卸污管道系统布设研究

根据真空管道系统污物输送机理和技术,结合铁路旅客列车密闭式厕所真空卸污的特点,对旅客列车真空卸污管道系统的布设进行了分析和研究。结果表明,卸污系统真空中心一般应布置在卸污线的中间位置,并宜采用地下式或半地下式形式;卸污管道纵断面应布置成“锯齿形”。

低真空管道超高速磁悬浮铁路车地无线通信系统的需求及现状调研

针对低真空管道超高速磁悬浮铁路的特殊应用场景,对车地无线通信系统的需求进行了分析;通过对既有38 GHz毫米波车地无线通信系统和ATG-LTE无线通信系统方案的调查研究,对低真空管道超高速磁悬浮铁路的车地无线通信系统的方案设计提出了建议.

磁悬浮列车运行所需低真空管道环境制造与维持技术研究

结合大尺寸低真空管道真空环境制造及磁悬浮列车安全平稳运行过程中低真空环境维持的需要,提出沿低真空管道布置真空泵的制造和维持方案。采取粗抽泵与维持泵相结合的方式,粗抽泵根据管道截面、布设距离和抽真空时间进行合理选择,维持泵抽速大小按照动态真空系统设计要求由管道允许漏率决定。通过调研对比,推荐低真空管道的建造材料和低真空与常压的转换方式。真空测量设备应满足连续测量、反应灵敏、有足够精确度要求;检漏技术应方便、快速、有效。

真空管道超高速磁悬浮列车通信信号系统展望

真空管道超高速磁悬浮列车是一种新型轨道交通工具,其信号系统分为中央控制系统、分区控制系统和车载控制系统3级。文章介绍了真空管道超高速磁悬浮列车信号系统在车载和分区控制子系统方面的新功能和实现关键点,分析了在中央控制系统和通信系统层面如何对既有产品进行选用和改进,最后展望真空管道超高速磁悬浮列车的应用前景。在现有技术支持下,可以开展其通信信号系统的设计研发和实验室验证。

真空管道磁浮列车三电平中点钳位整流器的改进型模型预测控制研究

真空管道磁浮列车三电平中点钳位(NPC)整流系统所需的控制目标较多。与PWM控制方式相比,模型预测控制可以在单个代价函数中增加任何必要的控制目标,故更适用于多目标控制,但其计算量更大,主要控制目标相互耦合,影响输出性能。为了解决传统模型预测控制存在的问题,本文提出一种改进型模型预测控制策略,可在保证系统稳定运行的基础上,节省约22%的计算时间。同时,本文考虑负载与开关频率权重系数的变化对电流谐波畸变率(THD)及平均开关频率(损耗)的影响,提出变开关频率权重系数的控制策略,以满足不同负载情况下系统对谐波和损耗的要求。最后,仿真验证了所提策略的有效性。