1974年,法国Aérotrain以402km/h的峰值速度创下了新的世界纪录,Aérotrain的设计与常规的火车不同,并没有配备传统列车车轮,而是悬浮一层“气垫”上,因此,它又被称为“气垫列车”。
或许你以前从未听说过气垫列车,但在上世纪70年代,气垫列车曾被工程师考虑作为替代逐渐衰落的轨道交通系统,因为随着高速公路与航空公司的出现,蒸汽火车已满足不了日常需求,社会大众也逐渐认为蒸汽火车是“过时的发明”,但要想改变这种现状又谈何容易。
首先,大多数铁路线都建造于半个世纪之前,其陡峭的坡度和转弯半径参数并不适用于高速列车。其次,列车本身也存在问题,这与列车车轮的形状有关,列车车轮并不是完美的圆柱形,而是呈圆锥形状,这是为了能够让列车保持在轨道上行驶。
尽管是一项出色的创新,但是这种设计导致了一个被称作“蛇形摆动”的问题,在高速行驶时,圆锥形的车轮设计导致这种水平摆动越来越明显,列车轮缘开始撞击轨道内壁,增加列车运行阻力,使得高速行驶效率降低,并造成机械磨耗和损害,如果列车速度足够快,那么即便是在笔直的轨道上,“蛇形摆动”也会造成列车脱轨,这就意味着圆锥形车轮都列车有一个速度的极限值。
于是人们开始思考,既然圆锥形车轮满足不了高速列车的需求,那能否将它拿掉呢?
事实证明,可以。
1973年,法国工程师吉恩·贝尔坦 (Jean Bertin)和他的团队建造了可以承载80位乘客的气垫列车(Aerotrain),它的运行原理就是通过将高压空气注入列车下方,使列车能够像气垫船那样漂浮在空气气垫上,而轨道的作用仅作为导向,消除掉传统列车轮轨间摩擦阻力后,气垫列车能够实现更高的运行效率,和更快的速度。
Aerotrain由涡扇发动机推动,这台涡扇发动机将提供12000磅的推力,在列车前部,一台400马力的燃气轮机负责提供高压空气,将这部20吨重的列车提升至轨道上方四分之一英寸处。导轨基本是由混凝土制作而成,这使得气垫列车系统的轨道线路比传统轨道更容易建造,维护成本也更低,而倒“ T”形导轨的设计也使Aerotrain能够轻松悬停在轨道上。
1974年3月5号,在全长6.7千米的测试轨道中,Aerotrain以将近每小时260英里的时速运行(约418km/h),理论上,如果测试时的轨道更长,它甚至可以加速到更高的速度。而法国Aerotrain气垫列车的试验成功,开启法国各地的气垫列车规划。
与此同时,法国之外的其他国家,也注意到了气垫列车的设计。例如发明了气垫船技术的英国,事实上,英国早在1970年就开始建造自己的气垫列车,就某些方面而言,英国研究的气垫列车甚至比法国Aerotrain更加先进。
与法国Aerotrain采用的涡扇发动机不同,英国RTV-31采用了一项重要的创新——直线感应电机,与传统电机的旋转运动相比,它提供了向前的线性推力,在地面运行时,没有涡扇发动机的噪声和污染。英国计划打造一个每小时时速介于200~250英里的交通系统(约320~402km/h)来替换在大众眼中落后的轨道交通系统。
而美国也不甘落后,同样也在研究气垫列车的技术,1965年,美国《高速地面运输法》立项通过,这是为了将更快的铁路系统引进美国,资金用于推进新技术的研发,甚至是购买法国气垫列车的设计授权而推出的。
美国计划开发了许多不同类型的气垫列车,其中有些由线性感应电机驱动,或是由喷气发动机推动,它被设计用来在人口稠密的地区运送大量旅客, 最高速度可达每小时150英里(约241km/h),定期在科罗拉多州普韦布洛的轨道上进行测试。
但随着1970年的全球经济衰退,使得各国政府削减了研发“气垫列车”的资金,导致一些关键性的技术难点并未得到彻底解决,随着时间的推移,各国原本计划以“气垫列车”替代传统蒸汽火车的想法破灭了。
于是,各国又转头研发磁悬浮列车,它使用电磁装置悬浮在轨道上,而不是利用高压缩空气,磁悬浮列车在设计上拥有比气垫列车更好的运行效率,可是磁悬浮列车也并没变革轨道行业。
如今,传统的铁路网络通过现代化改造,精密加工的车轮和偏航阻尼器可以使车轮圆锥度更小,如此一来便减少了“蛇形摆动”的幅度,可以运行更高速的列车。只有德国、日本和我们中国仍在继续磁浮系统的研究,但铁路系统的改善,并不是通过某一次变革突破实现的,而是通过改进现有的铁路网络,把新想法融入现有的世界,相比于把现有世界融入新的想法更容易一些,这就是为什么,改善性建议往往最终胜出。
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