“零高度”飛行在上海

編者的話：這是本刊開辟的一個新欄目，旨在介紹最前沿的科技動態、科普知識及影響科技發展進程的實驗及方法。向大家推薦的是“科技類文章”，它包括科技說明文、科技論文、科學小品、科技方面的消息報道、實驗報告等。閱讀這類文章，要從中發現問題，提出問題，激發創造性思維，提高創造力。在學習和運用語文知識的同時，了解和學習一些科技知識和科學方法。僅供參考

超音速飛機能在幾千米的高度飛行，直升機也至少要有十幾米的高度才能飛行，“零高度”怎么能夠飛行呢？

磁懸浮列車就能做這樣的高難度飛行。這種列車利用“同性相斥，異性相吸”的原理，讓磁鐵具有抗拒地心引力的能力，使車體完全脫離軌道，懸浮在距離軌道約1厘米處，騰空行駛，創造了近乎“零高度”空間飛行的奇跡。

世界第一條磁懸浮列車示范運營線——上海磁懸浮列車，正在創造著這一奇跡。上海磁懸浮列車建成以后，從浦東龍陽路站到浦東國際機場，三十多公里的路程只需行駛短短6—7分鐘時間。以目前的設計水平，9節車廂可坐959人，每小時發車12列，雙向運量將達2.3萬人。按每天運行18小時計算，最大年運量可達1．5億人次。

騰空之謎

上海磁懸浮列車是“常導磁吸型”（簡稱“常導型”）磁懸浮列車。這種磁懸浮列車是利用磁鐵“異性相吸”原理設計的。它是一種吸力懸浮系統，是利用安裝在列車兩側轉向架上的懸浮電磁鐵，和鋪設在軌道上的磁鐵，在磁場作用下產生的吸引力使車輛浮起來的。

磁懸浮列車到底是怎么騰空的呢？

原來，在列車底部及兩側轉向架的頂部安裝電磁鐵，在“工”字形軌道的上方和上臂部分的下方分別設反作用板和感應鋼板，控制電磁鐵的電流，使電磁鐵和軌道之間保持1厘米的間隙，讓轉向架和列車間的吸引力與列車的重力相互平衡，利用磁鐵的吸引力將列車浮起1厘米左右，從而使列車懸浮在軌道上運行。

為了保證這種懸浮的可靠性和列車運行的平穩度，必須精確地控制電磁鐵中的電流，這樣才能使磁場保持穩定的強度和懸浮力，使列車與軌道之間始終保持1厘米的間隙，這個間隙是使用氣隙傳感器來反饋控制的。

前進的動力

要使磁懸浮列車“飛行”起來，除了將列車騰空，還得讓它前進。那么，怎么使列車飛速前進呢？

磁懸浮列車的驅動，和同步直線電動機的原理一模一樣。通俗地講，在位于軌道兩側的線圈里流動的交流電，能將線圈變為電磁體。由于它與列車上的電磁體的相互作用，就能使列車開動起來。

列車前進是因為列車頭部的電磁體N極被安裝在靠前一點的軌道上的電磁體S極所吸引，同時又被安裝在軌道上稍后一點的電磁體N極所排斥。當列車前進時，在線圈里流動的電流方向就反轉過來了，即原來的S極變成N極，N極變成S極。這樣循環交替，列車就可以持續向前奔馳了。我們可以通過調整交流電的頻率和電壓來控制列車車速。

磁懸浮列車的穩定性，是由導向系統來控制的。有了導向系統，列車就不會左右搖晃了！那么，什么是導向系統呢？

簡單說來，“常導型”磁吸式的導向系統，是在列車側面安裝一組專門用于導向的電磁鐵。當車輛發生左右偏移時，列車上的導向電磁鐵與導向軌的側面相互作用，產生一種排斥力，使車輛恢復到正常的位置。列車和導向軌側面之間有一定的間隙，當車輛的運行狀態發生變化，例如運行在曲線或者坡道上時，控制系統通過對導向磁鐵中的電流進行控制，來保持這一側向間隙，從而達到控制列車運行方向的目的。

巨大的電動機

“常導型”磁懸浮列車的構想，是由德國工程師赫爾曼·肯佩爾于1922年提出的。

我們可以把“常導型”磁懸浮列車及軌道，想象成一臺同步直線電動機，其實它和電動機的工作原理是完全相同的。只是把電動機里的“轉子”布置在列車上，而將電動機里的“定子”鋪設在軌道上，這樣，通過“轉子”和“定子”之間的相互作用，就將電能轉化為列車前進的動能了。

在通常的電動機里，“定子”是某一圓筒形的電磁體，磁懸浮列車卻要將“定子”展開為長達幾百公里甚至幾千公里的“平面”。

從電動機的工作原理，我們可以知道，當“定子”通電時，通過電磁感應就可以推動“轉子”轉動。當磁懸浮列車軌道沿線布置的變電所向軌道這個“定子”輸送電力時，通過電磁感應作用，列車就會像電動機里的“轉子”一樣被推動著做直線運動。

“飛行”的安全性

上海磁懸浮列車的“飛行”速度為每小時430公里，比普通火車要快好幾倍。由于速度很快，不經特殊處理，車廂里的乘客幾乎難以看清窗外的風景?，F在，由于車窗上安裝有減速玻璃，乘客就可以觀賞窗外的風景。

當乘客乘坐磁懸浮列車時，可以明顯感覺到列車啟動有兩個步驟：首先是通電以后，列車由于磁場作用而懸浮起來；然后在電流的持續作用下，列車啟動加速行駛。

設計人員說，磁懸浮列車不必擔心撞車事故，因為在一個供電區內只允許一輛列車運行。軌道兩側25米處都有隔離網，上下兩側也有防護設備。

那么，如此高速行駛的列車是如何做到行駛穩妥、保障安全的呢？

列車高速行駛，危險因素之一是轉彎半徑問題——設計的半徑不能過小。上海磁懸浮整條線路上需要轉彎的地方也有幾處，其中設計的最大轉彎曲線半徑達到8000米，肉眼觀察幾乎是一條直線，因此在轉彎時乘客不會有絲毫的不適，而最小的半徑也達到1300米，即使是高速行駛中的轉彎，乘客也同樣感覺平穩舒適。

由于磁懸浮軌道平躺在“光天化日”之下，萬一軌道上出現障礙物對高速行駛的列車構成威脅怎么辦？據介紹，磁懸浮軌道全線兩邊50米范圍內裝有日前國際上最先進的隔離裝置，人為在軌道上制造障礙幾無可能。

（李玉真摘自《少年科學》2003年第1期）

［閱讀提示］

這是一篇科技說明文，作者詳細地介紹了已經在上海成功行駛的“磁懸浮列車”制造的原理、前進的動力、電動機的特點以及它的安全性能。說明中，介紹了一些有關的科技知識，解除了人們的一些“懸念”，語言符合青少年的口味，能激發人們的興趣。

［思考練習］

1、本文第一自然段中的關鏈詞是哪一個？它提出的問題在全文中起什么作用？

2、磁懸浮列車騰空之謎和前進的動力是什么？請用文中的話簡要加以說明。

3、磁懸浮列車電動機的特點是什么？行駛穩妥、保障安全是怎樣做到的？請用文中的話簡要加以說明。

4、本文在寫作上有什么特點？

［解答提要］

1、關鏈詞是“零高度”，統領全文展開說明。

2、磁懸浮列車是利用安裝在兩側轉向架上的懸浮電磁鐵和鋪設在軌道上的磁塊，在磁場作用下產生的吸引力使車輛浮起來的。前進的動力，通俗地講，和同步直線電動機的原理一模一樣，在位于軌道兩側的線圈里流動的交流電，能將線圈變為電磁體。由于它與列車上的電磁體的相互作用，就能使列車開動起來。同時，也解決了控制車速、穩定性和控制運行方向的目的一系列技術上的問題。

3、所不同的只是把電動機的“轉子”布置在列車上，而將電動機里的“定子”鋪設在軌道上，這樣通過“轉子”和“定子”之間的相互作用，就能將電能轉化為動能了。行駛穩妥、保障安全一是解決了列車行駛特快轉彎的危險問題；二是解決了軌道的障礙物問題。即前者轉彎的曲線不能過小，后者是用全線兩邊50米范圍內使用目前國際先進的隔離裝置。

4、本文運用設問句和小標題，引人入勝，條理分明；把科技原理和行駛運行中的實際情況結合起來說明，給人親臨現場的感受。