前沿科技速递——超级高铁Hyperloop“物流版”来了
作者： 发布时间：2021年09月14日 浏览量：437 字体大小： A+ A-
货物运输主要包括公路、铁路、航空、水路和管道等运输方式，前四种方式较为普遍，而管道运输相对而言较为小众。但是，随着管道运输技术的完善，相信其更有发展空间。超回路列车（Hyperloop），俗称“超级高铁”，是一种以“真空钢管运输”为理论核心的交通工具，采用磁悬浮+低真空模式，它的理论时速可达到1200公里。因其胶囊形外表，又被称为胶囊高铁。在Elon Musk于2013年发表Hyperloop Alpha白皮书之后，超级高铁的发展逐渐得到了广泛的报道与关注。近三年，欧洲和美国相继出台了一系列标准，凸显了其对超级高铁技术的研发兴趣。除了美国和欧洲，在中国和韩国，中国中车长江股份有限公司、韩国铁路研究院（KRRI）和韩国建筑技术研究院（KICT）也进行了大量研发工作。
2019年11月，美国Gaussin公司宣布与Hyperloop TT公司合作，提供AIV解决方案，可以使用磁悬浮列车运载集装箱，这种无人驾驶电动车辆时速高达1200公里/小时。AIV Hyperloop TT的任务是将集装箱从港口储存区域运送到港口。Hyperloop TT车厢可以充分发挥其转运模块功能，在铁路物流应用中起到很好的作用。与车厢精确对接，并将集装箱直接快速转移到胶囊中，缩短了列车的停站时间，从而最大程度地提高了Hyperloop TT解决方案的灵活性，降低总运营成本。
2021年7月，该系统物流版已在德国汉堡港试点，货运速度被限制在965公里/小时，比预测的最高时速1200公里要慢，每天可转运2800个集装箱。其运营技术是磁悬浮轨道+真空密封管道结合，磁悬浮轨道消除了轨道运输的阻力，密封真空管道几乎消除了空气阻力。作业时，Hyper Port系统将集装箱装运到货舱当中，货舱的开门方式是在顶部，能装两个6米的标准集装箱，或一个两倍长度的12至13.7米的箱体，由龙门吊完成装卸。Hyperloop TT是推动这种技术发展的几个关键公司之一。它已经建造了一个全尺寸的乘客舱原型，长度为32米，采用了该公司自己专有的“Inductrack”磁悬浮技术和嵌入传感器的“Vibranium”碳纤维表皮。它在法国铺设了大约320多米的全功能测试轨道，真空度低于38000米以上海拔高度处的压力。
图1 Hyperloop Transportation Technologies开发的物流版CJ高铁
2021年8月，由马克斯·伯格（Max Bögl）开发的伯格运输系统（TSB，Transport System Bögl）已经开始在德国森根塔尔的试验轨道上进行测试。该公司将在今年10月11日至15日召开的汉堡智能运输系统世界大会（ITS world congress）上，展示用于集装箱运输的磁悬浮测试轨道，这条120米长的示范轨道由该公司与汉堡港务局合作建造。理论上，该运输系统可以在启动后20秒内加速到150公里/小时，可用于物流中心和港口码头之间或内陆中心之间的货物运输。
图2 汉堡港测试伯格运输系统运送集装箱
有关超级高铁的学术研究集中在吊舱-管道接口和空气动力学以及吊舱和操作等方面，由聚类分析可知，大致分为：
（A） 操作技术，特别是通信技术，难点主要在于管道结构中超级高速运行的实现，以及几何设计和线性基础设施的开发；
（B） 结构和桥梁工程，其中Hyperloop吊舱施加的动态载荷会影响子结构的设计，需加以考虑；
（C） 管道及基础设施，主要考虑成本，涉及管道材料和管道厚度等研究；
（D） 吊舱与管道接口，关注多方面问题，尤其涉及低真空下的空气动力学性能；
（E） 动力总成、悬架、磁悬浮和制导。
1、 一种磁悬浮输送系统（DE102011056180）
申请日：20111208
申请人：Max Bögl Bauunternehmung GmbH Co KG
技术概述：涉及一种磁悬浮铁路的运输工具，其具有车体（1）与驱动和支撑装置（4）以及至少一个固定在所述车体（1）与所述驱动和支撑装置（4）处的悬架（2）。所述悬架（2）垂直于所述驱动和支撑装置（4）的纵轴是可转动的并且在悬架（2）与驱动和支撑装置（4）之间设置有弹簧减震器系统（12、14；20、21）。所述悬架（2）具有相互铰接连接的横梁（13）和支架（17）。
注：1-车体；2-悬架；3-模块；4-驱动和支撑装置；5-轨道梁；6-铁芯；7-反应轨；8-铁芯6的绕组；9-轭；10-线圈；11-反应轨；12-空气弹簧；13-横梁；14-减震器；15-下车装置；16-储电器装置；17-悬架2的支架；18-摆杆；19-旋转接头；20-弹簧；21-减震器；22-支持元件
2、一种磁悬浮输送系统的驱动装置（DE102011056183）
申请日：20111208
申请人：Max Bögl Bauunternehmung GmbH Co KG
技术概述：涉及一种具有短定子的直线电机的磁悬浮铁路的驱动装置，其中，该直线电机的初级部分配备有绕组（8）并且为了布置在磁悬浮铁路的运输工具（12）上而设置。该直线电机的次级部分具有反应轨（2）并且与用于将运输工具（12）悬浮在车道（1）上的支撑装置一起为了布置在车道（1）上而设置。支撑装置具有至少一个为了布置在运输工具（12）上而设置的具有U形轭（3）的电磁线圈（4），该U形轭与为了布置在车道（1）上而设置的U形反应轨（2）一起起作用。该短定子的直线电机被U形轭（3）和U形反应轨（2）垂直于其纵向跨度从两侧围绕。
注：1-车道；2-支撑装置的反应轨；3-磁轭；4-支撑电磁线圈；5-金属板；6-直线电机反应轨；7-铁芯；8-直线电机的绕组；9-铁芯8的固定装置；10,10’-冷却装置
3、一种用于超级高铁运输的定位系统（US16603313）
申请日：20170410
申请人：AUTO DRIVE SOLUTIONS SL
技术概述：涉及一种用于超级高铁运输的定位系统，其包括安装在吊舱上的一组读取器，所述读取器通过电磁波或压力波查询基础设施。沿着吊舱行进通过的管道的路径的长度，存在由无源元件编码的信息，所述无源元件组成传感器可读的消息。一旦消息被解码，就可以确定吊舱的纵向向前移动及其相对于管子纵轴的旋转，因为管子呈现纵向和角度编码的不同信息。
注：1-超级高铁管道；2-吊舱；3-毫米波雷达传感器；41-内衬里；42-外衬里
4、用于超级高铁运输系统的具有环路配置的车站（US15600189）
申请日：20170519
申请人：HYPERLOOP TRANSPORTATION TECHNOLOGIES INC
技术概述：一种用于超级高铁运输系统的车站，包括包含低压环境的管、管内的多个轨道，每个轨道适于承载超级高铁胶囊，以及连接到管末端的转盘，适于旋转胶囊一百八十度。该站还包括设置在管一侧的平台，适于容纳多个人，以及设置在管一侧的多个闸门。每个闸门包括在管的低压环境和管的外部之间形成屏障门，以及适于与超级高铁胶囊形成密封的密封机构。
5、使用空气和氦气混合气的管道运输系统（WOUS18040256）
申请日：20180629
申请人：HYPERLOOP TRANSPORTATION TECHNOLOGIES INC
技术概述：公开了一种管状运输系统，用于沿着预定路线经由舱室运输一个或多个乘客或一个或多个货物。该管式运输系统具有：沿预定路线布置的多个基本上抽空的管，其中每个管保持在低于大气压的压力下；用于在多个基本抽真空的管中的每个管内保持气态组合物的装置，该气体组合物包含第一百分比x的氦气和第二百分比（100-x）的空气的混合物，并且其中基于预定的功率值和与管相关的泄漏率来挑选氦的第一百分比x。
6、用于超大体积抽真空的装置和方法（US16675854）
申请日：20191106
申请人：Flowserve Management Company
技术概述：一种目标体积排空系统，包括涡轮压缩机和真空泵，该系统可在第一配置中操作以将目标体积压力从环境压力降低到第一中间压力，例如在200毫巴和50毫巴之间，以及在第二配置中，进一步将压力从第二中间压力例如10毫巴降低到目标部分真空例如0.1毫巴和1毫巴之间。涡轮压缩机可以是电驱动的或燃料燃烧驱动的，并且可以是常规的或改进的涡轮喷气发动机。多个涡轮压缩机可以从并联操作转换到串联操作。压力可以通过将目标体积排放到悬臂箱体积和/或通过将涡轮压缩机系统配置为向真空泵送系统提供背压而从第一中间压力降低到第二中间压力。本发明适用于超环路传输系统。
7、使用弹性密封块的超高速运输系统的混凝土运输管段之间的连接结构及其连接方法（KR1020200171989）
申请日：20201210
申请人：KOREA INST CIVIL ENG BUILDING TECH
技术概述：涉及一种使用弹性密封块的超级高铁混凝土输送管的分段连接结构及其连接方法，通过减少用于维护混凝土输送管内部的真空泵的运行来降低运行成本。使用混凝土输送管段弹性密封块，通过保持混凝土输送管段连接部的闭合状态，提高混凝土输送管段连接部的可靠性。当第一和第二混凝土输送管道100a、100b通过弯曲行为在下端连接处展开或错开时，第一和第二混凝土输送管道100a、100b的连接部分可以通过弹性密封块110的弹性恢复而保持闭合。
注：100a、100b-混凝土输送管道；110-弹性密封块
8、一种真空磁悬浮管道的梁部构造及真空磁悬浮管道（CN202110057001.X）
申请日：20210115
申请人：中铁工程设计咨询集团有限公司，中国航天科工飞航技术研究院
技术概述：涉及一种真空磁悬浮管道的梁部构造及真空磁悬浮管道，其包括：U型底梁1，其具有第一梁端11以及第二梁端12，所述U型底梁1整体为预应力混凝土结构；弧形板2，其具有第一端部21以及第二端部22，所述弧形板2可通过对应直径的钢管切割而成，也可单独加工而成；以及第一连接板3、第二连接板4，所述第一连接板3预埋在第一梁端11内，且与所述第一端部21可拆卸的连接，所述第二连接板4预埋在第二梁端12内，且与所述第二端部22可拆卸的连接。所述真空磁悬浮管道的梁部构造还包括：外包钢板7，其部分/完全贴合所述U型底梁1的外壁面，以保证密闭效果，且所述外包钢板7具有第一钢板端71和第二钢板端72，且所述第一钢板端71与第一端部21形成有第一预留槽711，所述第二钢板端72与第二端部22形成有第二预留槽712；第一密封件8，其通过向第一预留槽711中灌注环氧树脂等密封液形成；和/或，第二密封件9，其通过向第二预留槽712中灌注环氧树脂等密封液形成，由此可保证形成密闭的真空环境。
来源：上海海事大学TISC工作小组
