第三代氣動懸浮列車“LOOP”效果圖。

不需要傳統(tǒng)的煤、氣、電提供動力，列車時速可達400~500公里，你相信嗎?近日，記者在重慶理工大學(xué)車輛工程學(xué)院就看到了這樣的“高速氣動懸浮列車”模型。你認(rèn)識名叫鵜鶘的鳥嗎?高速氣動懸浮列車的靈感就來自于它。有關(guān)專家稱，這款列車有望改變世界交通系統(tǒng)。

氣動懸浮列車實物模型。

子彈頭車頭似高鐵，車身有環(huán)形翼像飛機

記者看到，這款高速氣動懸浮列車模型長一米多，子彈頭車頭似高鐵列車，車身則有環(huán)形翼和氣流推進器，又跟飛機有些相似。

“高速氣動懸浮列車第一代、第二代樣式試制及實車試驗已經(jīng)在日本完成。”重慶理工大學(xué)領(lǐng)銜參與高速氣動懸浮列車研發(fā)的教授賴晨光介紹，這樣的高速氣動懸浮列車，完全采用自然能源驅(qū)動，使用成本低，速度還非?？?。“如果以時速500公里為前提，氣動懸浮列車的能耗是高鐵的1/3、磁懸浮列車的1/6。”

賴晨光說，他是在2004年接觸到這一項目的。“那時候，我以吉林大學(xué)教師的身份參與這個項目。”

2007年，賴晨光來到日本，更加深入地參與了該項目的研究，“主要負責(zé)空氣動力學(xué)這一塊。”

重慶理工大學(xué)教授賴晨光。

曾兩個月沒出實驗室

提出環(huán)形翼設(shè)計方案

2007年到2011年，賴晨光在日本進行了四年的研究。這四年，他每天待在風(fēng)洞實驗室里，用煙霧法觀察空氣的流動，甚至一度引起中毒而住院。“有兩個月，我足不出實驗室，飯都是送進來吃。”在一次試驗中，賴晨光中毒倒下，住了好幾天院。

2011年，賴晨光來到重慶理工大學(xué)，他帶領(lǐng)著4位老師、二十多位研究生，繼續(xù)攻關(guān)高速氣動懸浮列車。

經(jīng)過深入研究分析，重慶理工大學(xué)汽車空氣動力學(xué)團隊提出了高速氣動懸浮列車行駛穩(wěn)定性控制的理論與方法，為其深入研究和開發(fā)提供了關(guān)鍵的理論指導(dǎo)和依據(jù)。同時，該團隊還提出了環(huán)型翼的設(shè)計構(gòu)想并進行了驗證，使得該列車的空氣動力性能得到了進一步的提高。“簡單來說，就是主要研究列車行駛的穩(wěn)定性，提出了環(huán)形翼的設(shè)計。”賴晨光說。

新設(shè)計提高運輸能力

該車的商用步伐加快

賴晨光告訴記者，在此前的設(shè)計中，高速氣動懸浮列車的車翼(翅膀)跟飛機類似，是一對尾端加裝了豎直小翼的水平翼，但這樣的“翅膀”，在列車行駛時，車翼后面會產(chǎn)生不穩(wěn)定氣流，使列車在行駛中的平穩(wěn)性受到影響。

“而我們設(shè)計的環(huán)形翼，是在一個三維面上形成一個框，而且框的上面跟下面不在一條豎直線上，而是往后斜。這樣的設(shè)計使氣流比原來穩(wěn)定很多，會大大提高列車行駛的穩(wěn)定性。”賴晨光解釋說。

此外，環(huán)形翼的設(shè)計還能夠提高運輸能力。“通過環(huán)形翼設(shè)計，使升阻比(升力除以阻力)提高30%-40%，并提高運輸效率。”賴晨光介紹，要使高速氣動懸浮列車運行效率高、運載能力強，其車翼就要設(shè)計得長，“但這帶來的后果就是軌道占地面積大，建造成本增加很多。我們提出這個環(huán)形翼，在軌道的寬度不變的情況下，可以提高30%-40%的運輸能力。”

穩(wěn)定性加運行能力的提高，使得高速氣動懸浮列車的商用步伐加快了。

首條高速氣動懸浮列車線路

預(yù)計2025年在日本開行

根據(jù)空氣動力學(xué)研究結(jié)果，結(jié)合工業(yè)設(shè)計及美學(xué)、文化等因素，重慶理工大學(xué)汽車空氣動力學(xué)團隊設(shè)計出第三代列車造型“LOOP”，使這個“飛行的列車”離人們的生活又更近一步了。接下來，中日團隊將基于新設(shè)計的“LOOP”造型，為其配備阻燃性的鎂合金車身并開展更加深入的試驗研究與驗證。

根據(jù)規(guī)劃，日本將于2025年開通第一條高速氣動懸浮列車線路，“計劃從日本成田機場到羽田機楊，全部走地下隧道，設(shè)計時速400公里，10多分鐘就可以實現(xiàn)兩個機場的互通，而現(xiàn)在從地面上走要一個多小時。第二條從東京到大阪，時速500公里，一小時之內(nèi)可實現(xiàn)兩地的互通，而目前需要兩個小時。”

“東京到大阪這條線，全采用自然能源，我們沿軌道對氣候、風(fēng)力等進行了測試。根據(jù)這個區(qū)域的太陽照射時間安裝太陽能板，依據(jù)風(fēng)的自然條件安裝風(fēng)車。”賴晨光說，“現(xiàn)有技術(shù)沿途所收集和轉(zhuǎn)化的太陽能和風(fēng)能，能夠驅(qū)動這個系統(tǒng)每12分鐘一次往返。按三節(jié)車廂、每節(jié)車廂120人計算，一次能運送360人。”

賴晨光說，這個只用自然能源驅(qū)動、零污染的項目，看似不太可能完成，而實際上卻離老百姓的生活很接近。

研發(fā)車身材料，意外發(fā)現(xiàn)鎂空氣電池

在對高速氣動懸浮列車材料的研究中，研發(fā)團隊還“意外”發(fā)現(xiàn)了高效的鎂空氣電池。

在材料研發(fā)時，日本東北大學(xué)的小濱泰昭教授提出用鎂合金來做車身材料，因為鎂合金輕而且強度高。在研究加工鎂合金的過程中，小濱泰昭發(fā)現(xiàn)，“鎂合金和空氣反應(yīng)會放電，于是小濱泰昭又開始對鎂空氣電池進行研究，并取得了非常大的進展。”

“而高效、可控鎂空氣電池的出現(xiàn)，將對新能源汽車的開發(fā)有極大的促進?，F(xiàn)在已有幾家企業(yè)投資幾十億元，大力推進該鎂空氣電池的產(chǎn)業(yè)化。”賴晨光介紹，高效、可控鎂空氣電池的出現(xiàn)，對中國有極大的好處，“中國的鎂礦儲量很大，而且質(zhì)量也非常好。按照小濱泰昭的估算，鎂足夠人類使用數(shù)億年，產(chǎn)生的氧化鎂還能夠利用太陽進行還原，可謂是取之不盡，用之不竭，用鎂來發(fā)電，鎂氧化過程中產(chǎn)生能量，能效比驚人的高。比現(xiàn)在的電池能量密度高很多。”

目前，小濱泰昭已委托賴晨光作為中方代理人，尋找合作伙伴。

研發(fā)靈感源自一種叫做鵜鶘的鳥

讓人意外的是，高速氣動懸浮列車的研究竟然和一只鳥相關(guān)。日本東北大學(xué)小濱泰昭教授發(fā)現(xiàn)，一種叫做鵜鶘(信天翁)的鳥在遷徙時，每進食一次，能夠持續(xù)飛行超過900公里，具有驚人的“燃效比”。為什么它的“燃效比”可以這么高，經(jīng)過深入研究，“發(fā)現(xiàn)它們是利用了WIG的自然現(xiàn)象”。

賴晨光解釋說，所謂WIG現(xiàn)象，就是翼形(鳥的翅膀)在接近地面的時候會產(chǎn)生升力急劇增加，阻力減小的現(xiàn)象。“如果鳥在高空中飛，經(jīng)常扇動翅膀來產(chǎn)生升力，但接近地面，只要把翅膀張開，產(chǎn)生的升力比高空中大很多。這個升力跟翅膀距離地面高度有關(guān)系，當(dāng)鳥的飛行控制在一定高度的時候，不必扇動翅膀，就能夠支撐身體的重量飛行，我們研究發(fā)現(xiàn)，離地面越近，升力就越大。”

其實，早在研制高速氣動懸浮列車前，前蘇聯(lián)科學(xué)家就利用這一原理研制出“里海怪獸”——一種在海上懸浮飛行的飛機，其機身與波音747飛機大小相近，海上巡航速度約為每小時500公里。

標(biāo)簽： 時速 氣動 列車