HyperloopGydF4y2Ba

这个GydF4y2BaHyperloopGydF4y2Ba是一种被提议的高速运输系统，其中专门的吊舱通过低压管加速，以达到接近音速的速度。该系统旨在为相距不到大约九百英里的城市之间提供更具成本效益和更快的出行方式[1]。首次概念化于2012年，由GydF4y2BaElon MuskGydF4y2Ba这位科技企业家领导着众多备受瞩目的公司，包括GydF4y2BaSpaceX公司GydF4y2Ba和GydF4y2Ba特斯拉汽车GydF4y2Ba在美国，超级高铁的假设好处包括:不受天气影响、不坠机、速度快、低功率需求，以及为其自身运行提供能量。GydF4y2Ba

艺术家对超级高铁的概念;图像取自[3]。GydF4y2Ba

设计和建造超环线带来了许多技术和经济挑战。截至2016年初，来自美国各地的大约100名工程师正在完成一项技术可行性研究，以评估从工程角度来看施工是否可行[2]。马斯克估计，实施一个完整的客运加货运版本的Hyperloop将耗资约75亿美元，尽管批评者声称最终成本可能是10倍左右[1,4]。GydF4y2Ba

从概念到设计GydF4y2Ba

在马斯克2012年提出最初的建议后，SpaceX和特斯拉汽车公司的工程师进行了大约9个月的非正式工作，为超级高铁制定了合理的工程和成本评估方案，并于2013年8月发布了[5]。GydF4y2Ba

超级高铁吊舱系统的概念图来自马斯克2013年8月的“阿尔法”提案[1]。GydF4y2Ba

麝香描述Hyperloop操作之间的交叉协和超音速飞机,一个轨道炮(炮弹加速到超音速迅速使用电动力学原理),和一个空中曲棍球表创建小型轴承的空气几乎为零的物体移动作为缓冲摩擦[6]。在他最初的提议中，马斯克建议从洛杉矶到旧金山的路线可以在35分钟内完成，相比之下，开车要5个多小时，坐飞机要1个多小时。超级高铁上的豆荚可以通过安装在轨道上的太阳能电池板获得加速和保持速度的能量，如下图所示:GydF4y2Ba

安装在Hyperloop太空舱管上的太阳能电池板阵列将提供维持运行所需的能量。图片取自[1]。GydF4y2Ba

截至2016年，两家主要竞争公司各自提出了将超级高铁概念设计变为现实的提案。第一个是GydF4y2BaHyperloop技术GydF4y2Ba这是一家“拥有3700万美元风险投资、拥有工业风格的办公室和72名员工的经典科技初创公司”。第二个,GydF4y2BaHyperloop交通技术GydF4y2Ba，是一个由450名科学家、工程师和企业家组成的全球财团，他们兼职工作以换取公司股权[4]。每个人都在为他们提出的超环线探索不同的路线；第一个是调查可能的洛杉矶-拉斯维加斯路线，而第二个已经宣布计划在洛杉矶-旧金山航线上建立一个部分轨道，从最初的提议[ 7 ]开始。然而，两家公司的代表都认为，亚洲或中东的一个国家更有可能在美国之前实施超环线，因为这些地区的官僚机构减少，对高效交通的需求增加[4]。GydF4y2Ba

与此同时，马斯克的SpaceX公司宣布“一场面向大学生和独立工程团队的公开竞赛，以设计和建造最好的超级高铁吊舱”[8]。超过120个团队参加了这次竞赛，其目标是在2016年夏天选出决赛选手，在SpaceX总部建造和测试吊舱，理想情况下为商用超级高铁[9]选择最终设计。2016年1月30日，来自麻省理工学院的研究生团队凭借创新的吊舱设计赢得了第一阶段的比赛，该设计使用磁性悬浮而不是气垫来减少吊舱[10]的摩擦。GydF4y2Ba

超环物理学GydF4y2Ba

现实的超级高铁的设计必须克服许多技术挑战，以经济有效的方式达到预期的速度，而不危及人类健康。本节总结了马斯克在2013年8月提出的超级高铁“阿尔法”提案中针对这些挑战提出的解决方案。GydF4y2Ba

为了实现马斯克提出的从洛杉矶到旧金山35分钟的旅行，一系列线性感应发动机将使超级高铁舱加速到大约760英里每小时，略低于音速。GydF4y2Ba

为了让吊舱飞得这么快，一定有办法减轻吊舱和管子之间的摩擦力。一种可能的机制是GydF4y2Ba磁悬浮GydF4y2Ba：使用非常大的永久磁铁将吊舱悬挂在管道底部上方。然而，由于成本问题，马斯克在最初的提案中驳回了这一想法[1]。第二种可能的方法类似于曲棍球桌上使用的空气轴承：使用气垫支撑吊舱，消除滚动阻力。GydF4y2Ba

高速旅行的另一个障碍是由于空气阻力而产生的巨大摩擦力。一个显而易见的解决方案是，豆荚可以在真空管中推进。然而，实现这一目标所需的真空泵成本极高，任何设备故障都可能对超级高铁的运行造成毁灭性影响。为了解决这个问题，人们建议超级高铁在非常低的压力下运行:100帕斯卡，大约是火星大气压力[1]的1/6。这个压力比海平面上的大气压力小一千倍，因此空气阻力大大减小。因此，在初始加速后，超级高铁吊舱可以在不施加任何推力的情况下滑行，直到旅程结束时减速。GydF4y2Ba

超环型吊舱周围空气流线模型；图片取自[1]。GydF4y2Ba

即使超级高铁的管道将在非常低的压力下运行，吊舱的设计仍然必须考虑到空气动力学。为了降低材料成本，管的横截面积会非常接近吊舱的横截面积，这样吊舱的壁就会接近管的壁。如果墙太近，荚果就像一个注射器:它把整个空气柱推到它前面，而不是让空气在它周围流动。由于管道将有数百英里长，这种影响将极大地限制豆荚的最大速度。荚果的最高速度给定一定的管与荚果的横截面积比称为GydF4y2Ba坎特罗维茨极限GydF4y2Ba[1]。GydF4y2Ba

为了克服这个问题，理想的吊舱将采用GydF4y2Ba电动压缩机风扇GydF4y2Ba在豆荚的鼻子上。这将起到将高压空气从吊舱前面泵到吊舱后面的作用。通过在吊舱下方抽气，可以达到“空气曲棍球桌”气垫悬浮效果[1]的双重目的。GydF4y2Ba

马斯克的设计建议，在超级高铁正常运行的情况下，乘客在起飞和降落时的最大惯性加速度为0.5 g，仅为客机的两到三倍。GydF4y2Ba

超级高铁是一种假想的城市间新型快速运输系统，其工作原理是发射吊舱，让人们通过一个非常低的气压隧道。隧道的正常压力是GydF4y2Ba $99~\mbox{Pa}GydF4y2Ba$ ，与通常的大气压相比非常低GydF4y2Ba $101325 ~ \ mbox {Pa}GydF4y2Ba$ ．由于压力很低，超级高铁隧道必须很好地密封，以防止外部空气涌入。在隧道的某一段突然增加的气压会使舱里的乘客感到相当不舒服。GydF4y2Ba

例如，超级高铁隧道中出现了一个洞，导致当地气压突然增加GydF4y2Ba $99~\mbox{Pa}GydF4y2Ba$ 到GydF4y2Ba $101325 ~ \ mbox {Pa}GydF4y2Ba$ 同时保持恒定的温度和体积。如果超高铁上的法向阻力为GydF4y2Ba $320 ~ \ mbox {N}GydF4y2Ba$ ，加速度是多少GydF4y2Ba在GydF4y2BaGGydF4y2Ba的GydF4y2Ba如果吊舱撞到高压区域，超级高铁上的乘客会有什么感受?GydF4y2Ba

吊舱的质量大约为GydF4y2Ba $15000 ~ \ mbox{公斤}GydF4y2Ba$ ．GydF4y2Ba
$g=9.8~\mbox{m/s}^2GydF4y2Ba$

由于超级高铁的吊舱设计还没有最终确定，用于加速吊舱、减少摩擦和解决空气动力学问题的技术的精确物理仍然会发生变化。GydF4y2Ba

参考文献GydF4y2Ba

[1] 马斯克，伊隆。GydF4y2BaHyperloopαGydF4y2Ba．2016年1月26日生效http://www.spacex.com/sites/spacex/files/hyperloop_alpha - 20130812. - pdf。GydF4y2Ba

［２］GydF4y2Ba超回路列车简介GydF4y2Ba. 未来主义新闻图片。2016年1月26日查阅。http://futurism.com/images/an-infographic-highlighting-all-you-need-to-know-about-the-hyperloop/.GydF4y2Ba

[3]超级高铁运输技术网站。2016年1月26日生效http://hyperlooptransp.com/。GydF4y2Ba

[4] Nicas,杰克。GydF4y2Ba超级高铁竞赛加速GydF4y2Ba. 《华尔街日报》，2016年1月21日。2016年1月26日查阅。http://www.wsj.com/articles/hyperloop-race-picks-up-speed-1453426042.GydF4y2Ba

[5] 多德森，布莱恩。GydF4y2Ba马斯克宣布了建造超级高铁的计划GydF4y2Ba. gizmag，2013年8月13日。2016年1月26日查阅。http://www.gizmag.com/musk-developing-hyperloop-demonstrator/28684/.GydF4y2Ba

[6]江恩,利兹。GydF4y2Ba特斯拉首席执行官兼SpaceX创始人埃隆·马斯克：完整的D11访谈（视频）GydF4y2Ba．All Things Digital, 2013年5月20日2016年1月26日生效http://allthingsd.com/20130530/tesla-ceo-and-spacex-founder-elon-musk-the-full-d11-interview-video/。GydF4y2Ba

[7] 罗伯茨，丹尼尔。GydF4y2Ba埃隆·马斯克(Elon Musk)最疯狂的项目即将成为现实GydF4y2Ba．《财富》，2015年5月20日。2016年1月26日生效http://fortune.com/2015/05/20/elon-musk-hyperloop-test-track-california/。GydF4y2Ba

［8］GydF4y2BaHyperloop Pod竞争GydF4y2BaSpaceX网站，2015年10月20日。2016年1月26日生效http://www.spacex.com/hyperloop。GydF4y2Ba

[9] 波伊尔，艾伦。GydF4y2Ba超过120个团队被选中参加SpaceX创始人埃隆·马斯克的超级高铁竞赛GydF4y2Ba. 吉奎尔，2015年12月15日。2016年1月26日查阅。http://www.geekwire.com/2015/124-teams-sign-up-for-spacex-founder-elon-musks-hyperloop-pod-race/.GydF4y2Ba

[10] 豪厄尔，伊丽莎白。GydF4y2Ba麻省理工学院团队赢得SpaceX超级回路设计竞赛GydF4y2Ba．太空网，2016年2月1日。2016年2月3日生效http://www.space.com/31800-spacex-hyperloop-design-competition-mit.html。GydF4y2Ba

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