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第5章 陆地勇士(5)

于是便有人主张使用电动机列车,这一想法得到了很多人的支持。目前已基本确定,采用在管道内运行的线性电动机列车为较好的方案。

普通电动机里的线圈排成圆形,在其内侧有钢板或铝板制成的圆筒形转子旋转;线性电动机可以看作是把普通圆筒形电动机展开成平面的形式。

线性电动机列车的底部加了铝板,行驶时,在像枕木一样排列的线圈上滑行。同时,线性电动机列车利用磁性的反作用力使之腾起的办法。

这种列车只要在轨道的线圈上通过电流即可,列车上既不需要发动机,也不需要操纵装置,就像一个活动的箱子,类似缆索滑行车和喷气滑行车。

对于列车上的乘务员来说,他们太省事了,只需监视列车的正常运行就可以了,只有在非常时刻才需进行必要的操作。

列车的运行操作系统都在管道的控制室内进行,控制室内值班的调度员操纵着管道内的列车运行。列车操纵器分为十档,根据线路的坡度操作。各辆列车的运行状态,在中心控制室内可以看得一清二楚。

控制室的墙上挂着一个大圆盘,上面画着整个管道的线路,全部列车的位置和各列车的编号都用亮着的电灯表示,乘务员和中心控制室都用无线电话直接联系。

为了确保列车高速行驶的安全和节省有限的土地资源,线性电动机式列车都在地下管道内行驶,这样即使遇到恶劣的天气也不受影响。

现在,科学家们又在设想,假如让磁悬浮列车在真空的管道中运行,就可以克服空气的阻力。

如果是这样,列车时速还可以成倍提高,简直令人难以置信!凭借人类的智慧、发达的科技,新一代的列车一定会越来越先进。计算机如何来实现对列车运行的控制呢?在现代社会中关于智能会有许多话题,智能列车的出现大约不会让人们太过于惊讶。

按惯例,列车运行离不开司机。司机根据调度员的指示操纵列车,听到发车命令便启动、加速,达到正常速度后,还要对照时刻表不断调整列车的运行速度,让列车在规定的时刻到达下一个车站。随着计算机、自动控制技术的发展,人们正在考虑用计算机代替人驾驶列车,实现列车的自动控制。许多国家都在这方面做了探索。

日本已经有几条地铁或地面铁道实现了自动运行。

有的线路虽然驾驶室有一名乘员,但他仅起着监视自动运行效果的作用,真正的司机却是安装在车上的控制计算机。计算机如何来实现对列车运行的控制呢?主要依靠计算机程序,其核心功能是计算。

在列车自动驾驶程序中,要告诉计算机现在希望列车以多高的速度运行及现在列车的实际速度。计算机再根据这两个速度进行一系列复杂的运算,使列车达到规定速度。用这种程序开动的列车虽能准确地起动、停止,精确地控制速度,但却使乘客感到不如人驾驶时那么舒服。它的启动比较“硬”,加速和减速的动作也比较明显。因此有人想,能不能找到一种能反映人的思维的“柔软的”数学来代替较为硬性的驾驶方法呢?于是人们想到了一种“柔软”的数学,就是“模糊数学”。

模糊数学是一种模拟人的思维过程的教学。基于这种数学的模糊推理来模拟司机的操作,能不能编制一套程序,让计算机和人一样安全、可靠、平稳地操纵列车呢?像“如果速度太快,就把阀门关小一点”之类的模糊概念,就可用模糊数学模型表达出来。只要总结司机的操作经验,对列车操作过程进行科学的分析,得出合理的、符合人的思维逻辑的模糊控制规则,编成程序贮存在计算机内,就可以实现列车的模糊控制。日本仙台地铁的南北线现在已实现了列车运行的模糊控制,驾驶室只需一人监视自动运行情况即可。

模糊控制由于模拟了人的思维方式,所以是一种很有前途的控制方式。相信不久的将来,我们国家也会有使用模糊控制的列车自动驾驶系统。如何让旅客感觉到更舒服?坐普通列车往往有让人感到不舒服的时候。比如列车在曲线上运行时,由于离心力作用,车辆向外产生很大的侧向冲击,会使旅客感到不适,甚至有使车辆产生倾覆的危险。

为解决这一难题,目前世界各国基本上采用两种模式。一种是修建高速新线,延长其曲线半径,如日本的新干线和法国的TGV线。但这种高标准的线路投资大,建造周期长。另一种是在既有的列车线上进行少量改进,主要改造车辆结构,使其在曲线行驶时能够相应的倾斜摆动,减小侧向力。后者便是我们通常所说的高速摆式列车。

经过将近20年的研究,尤其是进入20世纪90年代后,摆式列车在摆动结构的设计和控制上都有了显着改善。这种异军突起的摆式列车,其运行时速与目前的高速列车不相上下,而其投资还不足高速铁路的一半。这对更快、更好、更经济地发展高速列车来说,无疑是一个福音。德国是应用摆式列车最早,最广泛的国家,不论是新建的高速线,还是既有线,只要开行时达到一定速度,都采用摆动设计。德国计划使自己成为欧洲拥有摆式列车最多的国家。意大利菲亚特公司在研制摆式列车技术上一直领先,产品行销世界各地。其最新设计的摆动结构是用电子操纵,横向悬挂,液压转动,安装在自动导向转向架上。

它的轮轴与转向架有几个连杆,在曲线运行时,按照曲线半径大小倾斜主体。车上的中心微机和加速度计、陀螺仪、分相器、转速发电机以各种继电器连接,使列车在曲线区段运行时,车体自动倾斜。

这种设计目前在国际摆式列车市场上占主导地位。瑞典研制的摆式列车在技术上非常先进,是摆式列车的杰出代表。由于有效地克服了侧向力影响,客运量成倍增长。这种列车成功的运营引起轰动,并充分显示了其摆式列车的优越性。重力列车的设计思想中,需要解决的核心问题是什么呢?零零星星的新式列车往往让我们目不暇接,这不,又有人提出了设计一种重力列车的想法。这种想法是基于对“重力能量”加以利用的思想而提出的。在当代电子计算机技术、自动控制技术和各种新兴动力系统技术全面发展的情况下,人们对地球“重力能量”加以控制和引导,以“重力能量”为主,与其他新兴清洁能源、现代化动力技术有效地结合起来综合利用,也许能让地球重力为世人提供用之不尽的清洁能源。重力列车是以上想法的初步研制成果。开设重力列车的基本条件是必须具有下坡路轨和上坡路轨,即列车靠下坡轨面起动、加速、储能,靠上坡轨面减速、停车。这就是说,重力列车不是在通常轨道上行驶,也不是利用通常的“动力资源”,而是利用重力作为列车前进的动力。

我国东部低、西部高的地势具备了开发重力列车的先决条件。在重力列车的设计思想中,需要解决的核心问题是什么呢?那便是重力列车“下坡容易上坡难”的问题。下坡时,控制下坡的运行速度是关键。

生活常识告诉我们,当坡度越大、斜面越长时,重力加速度可使滚动或滑动的物体速度越来越快,一定要进行有效地控制,同时将剩余的重力能源转变为可储存的其他形式能源,用作列车上坡或加速时的动力能源之一。

现代计算机技术和现代动力技术为解决这个关键问题奠定了基础。计算机可根据速度、曲线半径等基本条件实时计算出列车速度的最佳值,与现时速度相比较,以此决定加速或减速。上坡时,提供上坡的动力是关键。最初一段时间可依靠惯性“闯坡”。

可是这种由重力加速度转变而成的动能毕竟有限,列车继续运行还必须有重力能源之外的能源来驱动。从节能的动机出发,可从以下几个角度考虑:在下坡时为控制列车速度利用多余的重力带动限速发电机,将重力能转换为电能,可储存一部分能量。也可利用风速与车速的速度差带动风力发电机发电。利用航空技术带动限速负载风洞发电机发电也是一种可行的方式。

如在车身上安置太阳能电池,在列车某些部位设置温差发电装置,还可以将太阳能转化为电能。当列车本身“自产”的驱动能源仍不能满足上坡的需要时,还可利用地面站向列车输送清洁能源。为减少上坡时轮轨之间的摩擦力以节约驱动能源,必要时可采用“气垫”、“磁浮”等新型技术。重力列车是一种集现代化高科技于一身的未来新型列车,并且是名副其实的清洁能源列车,相信它在新的世纪将具有广泛的应用前景。人们都知道不锈钢餐具,可你知道不锈钢列车吗?这是为了减轻轨道的负荷及能耗的必然发展趋势。随着车辆的高速化,轨道承受的负荷及耗能将增大,人们尽量使列车的车体变得轻巧起来。

使车辆轻量化的方法有多种--改进车辆结构、缩小尺寸、采用高性能材料等等。目前,日本新干线高速电动车辆,法国TGV、德国ICE列车等采用不锈钢、铝合金、复合材料,使车体大幅度轻量化,取得了显着效益。不锈钢车辆是日本在20世纪60年代初率先研制出来的,其外板不需涂装,防腐性好,尤其是轻量、节能,可提高列车牵引力。

前苏联也曾研制出含镍或无镍的不锈钢车辆。德国生产的不锈钢客车车体也成功地应用于高速电气化铁路。法国生产的一部分TGV高速电气列车车体采用了半不锈钢结构,其骨架、车底架梁采用优质不锈钢材料,由于不考虑腐蚀的预留量,因此可使骨架及梁的截面尺寸减小,达到减轻车体重量的目的。在采用不锈钢材料的基础上,再通过轻量化设计,可使车体总重量进一步降低。目前,日本投入运营的不锈钢客车已达几千辆,取得了显着效益,节约了大量的维修费用,并且还有效地提高了列车的运行速度。

日本东北、上越新干线的电动车辆以及东海铁路公司最新研制的“希望号”高速电动车、法国TGV-2型车辆、德国ICE高速车辆等都采用了整体承载铝结构车体。铝合金车辆堪称高速、轻型车辆的新秀,反映了高速车辆发展的新潮流。