超循环gydF4y2Ba
的gydF4y2Ba超循环gydF4y2Ba是一种拟议中的高速运输系统,在该系统中,专门的吊舱通过低压管加速,以达到接近音速的速度。该系统旨在为距离小于900英里的城市之间提供一种更经济、更快的旅行方式。第一个概念是在2012年由gydF4y2Ba埃隆麝香gydF4y2Ba,这位科技企业家领导着众多知名公司,包括gydF4y2Ba太空探索技术公司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
设计和建造超级高铁带来了许多技术和经济挑战。截至2016年初,一组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建设是否现实。马斯克估计,实施一个全乘客加货物版本的超级高铁将花费大约75亿美元,尽管批评人士声称,最终成本可能会是这个数字的10倍左右[1,4]。gydF4y2Ba
内容gydF4y2Ba
从概念到设计gydF4y2Ba
2012年马斯克提出初步方案后,SpaceX和特斯拉汽车公司的工程师们非正式地工作了大约九个月,为Hyperloop制定了合理的工程和成本评估方案,该方案于2013年8月发布[5]。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
截至2016年,两家主要的竞争公司提出了各自的提案,以实现Hyperloop的概念设计。首先是gydF4y2Ba超循环技术gydF4y2Ba这是一家“典型的科技初创公司,拥有3700万美元的风险基金、一个时尚的办公室和72名员工”。第二,,gydF4y2Ba超环线运输技术gydF4y2Ba是一个由450名科学家、工程师和企业家组成的全球性财团,他们兼职工作以换取[4]公司的股权。每个国家都在为他们拟议的超级高铁轨道探索不同的路线;第一个是正在调查一条可能的洛杉矶-拉斯维加斯路线,而第二个已经宣布计划在洛杉矶-旧金山路线上建立部分轨道,从最初的提议[7]。然而,两家公司的代表都表示,更有可能是亚洲或中东的一个国家在美国之前启用超级高铁,因为这些地区的官僚机构减少了,对高效交通的需求增加了[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
超回路列车的物理学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:使用非常大的永磁体将吊舱悬挂在管的底部上方。然而,马斯克在最初的提议中拒绝了这个想法,因为成本太高。第二种可能的方法类似于空气曲棍球桌使用的空气轴承:使用一个气垫来支持豆荚,消除滚动阻力。gydF4y2Ba
高速行驶的另一个障碍是空气阻力造成的巨大摩擦力。一个显而易见的解决方案是,吊舱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Hyperloop的运行造成破坏性影响。为了解决这个问题,有人建议超环管在非常低的压力下工作:100帕斯卡,约为火星大气压力的1/6[1]。这种压力比海平面上的大气压力小一千倍,因此空气阻力大大降低。在初始加速后,超环型吊舱可以在不施加任何推力的情况下滑行,直到行程结束时减速。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gydF4y2BaKantrowitz限制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
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。隧道和超高铁吊舱都是圆柱对称的。如果吊舱的半径太接近隧道的半径,那么从裂缝中流过的空气就会变成超音速,产生冲击波,扰乱超级高铁的平稳运行。豆荚通过在行进过程中吸入和压缩0.49公斤/秒的空气来防止这种情况,但这仍然意味着一些空气必须在豆荚周围流动。gydF4y2Ba
如果隧道半径为1.1 m,吊舱速度为300 m/s,隧道内空气压力为99 Pa,温度为293 K,那么吊舱的最大半径是多少gydF4y2Ba在米gydF4y2Ba让空气相对于吊舱的流动速度低于音速?gydF4y2Ba
- 将空气视为不可压缩的。这在高马赫数时是不正确的,但它将使解决方案更容易。gydF4y2Ba
- 空气的摩尔质量是gydF4y2Ba 克/摩尔。gydF4y2Ba
- 忽略重力和粘度的影响。gydF4y2Ba
- 假设气流是完全层流的。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 ,与通常的大气压相比非常低gydF4y2Ba . 由于压力很低,超环线隧道必须密封良好,以防止外部空气涌入。隧道某一段的气压突然升高,对吊舱内的乘客来说是相当不愉快的。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 来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 加速度是多少gydF4y2Ba在gydF4y2BaggydF4y2Ba的gydF4y2Ba如果吊舱撞到高压区,超环线上的乘客会有什么感受?gydF4y2Ba
- 豆荚的质量大约是gydF4y2Ba .gydF4y2Ba
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
工具书类gydF4y2Ba
[1]麝香,埃伦。gydF4y2BaHyperloopαgydF4y2Ba. 2016年1月26日查阅。http://www.spacex.com/sites/spacex/files/hyperloop_alpha-20130812.pdf.gydF4y2Ba
[2]gydF4y2Ba超回路列车简介gydF4y2Ba.Futurism.com信息图表。2016年1月26日生效http://futurism.com/images/an-infographic-highlighting-all-you-need-to-know-about-the-hyperloop/。gydF4y2Ba
[3] 超环线运输技术网站。2016年1月26日查阅。http://hyperlooptransp.com/.gydF4y2Ba
[4] Nicas,杰克。gydF4y2Ba超环线比赛加速gydF4y2Ba.华尔街日报,2016年1月21日。2016年1月26日生效http://www.wsj.com/articles/hyperloop种族-接- - - - - - -速度- 1453426042。gydF4y2Ba
[5]多德森,布莱恩。gydF4y2Ba马斯克宣布计划建造超级回路演示器gydF4y2Ba.gizmag, 2013年8月13日2016年1月26日生效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:D11访谈(视频)gydF4y2Ba. 《万物数码》,2013年5月20日。2016年1月26日查阅。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》杂志,2015年5月20日。2016年1月26日查阅。http://fortune.com/2015/05/20/elon-musk-hyperloop-test-track-california/.gydF4y2Ba
[8]gydF4y2Ba超环吊舱竞争gydF4y2Ba,SpaceX网站,2015年10月20日。2016年1月26日查阅。http://www.spacex.com/hyperloop.gydF4y2Ba
[9]博伊尔,艾伦。gydF4y2BaSpaceX创始人埃隆·马斯克(Elon Musk)的Hyperloop竞赛选出了120多支队伍gydF4y2Ba.GeekWire, 2015年12月15日。2016年1月26日生效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麻省理工团队赢得SpaceX超回路列车设计大赛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