當(dāng)真空管道中的氣壓降到一定值時，其中運(yùn)行的高溫超導(dǎo)磁浮車所受到的空氣阻力近似省略。那么磁浮車的運(yùn)動方向上的動能會因為磁軌道上有接頭或其它原因?qū)е萝壍郎媳砻娲艌龅姆植疾黄胶舛�轉(zhuǎn)移到與運(yùn)行垂直方向上的振動而損耗掉。對一個已設(shè)計好的軌道，其缺陷是不可避免的，文中討論磁浮車在這種軌道上的動能損耗與磁浮車運(yùn)行速度的關(guān)系。將一定真空環(huán)境中運(yùn)行著的高溫超導(dǎo)磁浮車的這種振動近似為彈簧的阻尼振動，然后根據(jù)高溫超導(dǎo)體的特性及相應(yīng)測量值來確定其剛度系數(shù)與阻尼系數(shù)，從而考慮其阻尼振動的動能損耗情況。模擬了三種振動產(chǎn)生方式的耗能情況，與實(shí)驗結(jié)果相符合，表明了能耗規(guī)律及其在真空管道運(yùn)輸設(shè)計與應(yīng)用中的參考價值。

　　輪軌列車因為與地面上的軌道有接觸而產(chǎn)生與車體質(zhì)量有關(guān)的摩擦力而使車體的部分動能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮軗p耗掉。輪軌列車無論如何也不可能避免這種摩擦力，而磁懸浮技術(shù)使得車體懸浮在軌道上，沒有了與軌道的摩擦，這種接觸損耗在一定意義上可以說是能避免的。真空管道磁懸浮將懸浮技術(shù)與真空技術(shù)結(jié)合起來同時克服了輪軌的摩擦力與空氣阻力。真空環(huán)境因為其優(yōu)點(diǎn)而在各行各業(yè)得到應(yīng)用，如太陽能應(yīng)用、電化學(xué)工藝等，而真空管道交通中運(yùn)用了因真空環(huán)境空氣密度小而動摩擦阻力小的特性。

　　理論上說，當(dāng)真空管道中達(dá)到絕對的真空時，在其中運(yùn)行的物體就沒有了空氣阻力，然而要達(dá)到這個條件是不現(xiàn)實(shí)的，未來的真空管道究竟在何真空度下運(yùn)行最理想，這需要足夠多的理論依據(jù)與實(shí)驗數(shù)據(jù)來確定。于是，有研究人員對這方面作了一定的研究。

　　高溫超導(dǎo)磁懸浮技術(shù)是磁懸浮技術(shù)中的一種，因其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)而受到越來越多的重視，高溫超導(dǎo)塊在永磁軌道上場冷后因為磁通釘扎作用而懸浮在永磁軌道正上方，如果永磁軌道上沿軌道方向的磁場分布是恒定的話，給其以沿磁軌方向的初速度后磁浮車將會穩(wěn)定的沿著磁軌運(yùn)行而沒有振動。但是因為永磁軌道不可能做到完全的在沿軌道方向的磁場分布是恒定的。當(dāng)超導(dǎo)塊運(yùn)行到磁場不平的地方時，就會產(chǎn)生一定的振動，那么運(yùn)動方向上的動能就會一部分轉(zhuǎn)化為與運(yùn)行方向上垂直的振動而損耗掉。本文的目的就是研究軌道的這種不平衡與動能損耗的關(guān)系，為設(shè)計磁浮系統(tǒng)的驅(qū)動及控制系統(tǒng)提供技術(shù)參數(shù)，參數(shù)包括驅(qū)動電機(jī)的功率大小，驅(qū)動力大小，最大速度和選用什么控制策略等。為了簡化研究，懸浮力近似為彈簧力(車體底面與軌道上表面中存在一空氣彈簧)，推導(dǎo)出簡化的數(shù)學(xué)模型，在其基礎(chǔ)上討論其耗能狀況，最后在西南交通大學(xué)超導(dǎo)與新能源研究開發(fā)中心自主研發(fā)的真空管道高溫超導(dǎo)磁懸浮實(shí)驗系統(tǒng)(圖1)上驗證。該系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境可以達(dá)到2000Pa，實(shí)驗在氣壓為3000Pa時進(jìn)行，在如此稀薄的大氣下運(yùn)行速度不大的情況下所受空氣阻力可以省略，可認(rèn)為高溫超導(dǎo)磁浮車在系統(tǒng)中運(yùn)行時其動能損耗全是由于軌道磁不平衡而引起的振動而耗掉的。

圖1 真空管道高溫超導(dǎo)磁懸浮實(shí)驗系統(tǒng)

1、軌道拼接方式與磁浮車結(jié)構(gòu)

　　整個軌道由18截用大接頭拼接，每一節(jié)又由10小截加三塊純鐵擠壓而成，每一截節(jié)由2小塊N30材料按N-N對頂?shù)姆绞綌D壓，最終組裝成周長10m的圓形永磁軌道。為了方便起見，將其中一部分畫示意圖如圖2(近似為直軌道)。

圖2 永磁軌道拼接方式及磁浮車結(jié)構(gòu)圖

　　圖中x，y方向已標(biāo)出，z方向為垂直向紙里(指向軌道)。當(dāng)給磁浮車在x方向以驅(qū)動力時，磁浮車只在x方向向前運(yùn)動。以場冷方式將磁浮車懸浮在永磁軌道上后，如果軌道的接頭在y方向沒對齊時，車體會因有y方向的磁場分布錯位而有此方向上的擺動，為了簡略在此省掉這種擺動。

　　該系統(tǒng)為一圓形軌道系統(tǒng)，圖1所示位置加有一驅(qū)動直線感應(yīng)電機(jī)(LIM)及速度檢測裝置，車體每次所獲能量與每周所耗量由相應(yīng)的速度算得。當(dāng)車體轉(zhuǎn)到相應(yīng)位置時，電機(jī)啟動給車體加速，其它位置為車體的自由運(yùn)行狀態(tài)。每圈給車體加一次速，到時間約28s時不再啟動電機(jī)。方框線表示速度隨時間變化，帶星線表示車體從電機(jī)獲得的動能，帶圈線表示車體每圈在軌道上的耗能。由圖可知：

　　(1)當(dāng)有電機(jī)驅(qū)動的時候，速度在增加，關(guān)掉電機(jī)后，速度在減小，表示車體在運(yùn)行過程中運(yùn)行方向上的動能在減小，忽略了空氣阻力，車體與軌道沒有接觸，所以能耗由振動引起，實(shí)驗中明顯能看到車體的振動。

　　(2)速度越大，耗能越快。

　　(3)當(dāng)速度約為318m/s的時候，每圈耗能與電機(jī)提供的能接近相等，車體速度不再上升，電機(jī)繼續(xù)運(yùn)行時速度保持，關(guān)掉電機(jī)時，速度下降。因為技術(shù)原因，系統(tǒng)目前的最大速度只約為4m/s，由系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)算得直線感應(yīng)電機(jī)從初級傳到次級上的功率約為011kW，從而設(shè)計符合要求的驅(qū)動電機(jī)來驅(qū)動該系統(tǒng)。

4、結(jié)論

　　由前面分析及實(shí)驗，得出以下結(jié)論：

　　(1)高溫超導(dǎo)磁懸浮的懸浮力是一個非線性力，其情況可以近似為阻尼彈簧受力，剛度與阻尼系數(shù)確定是一個復(fù)雜的過程，因為其非線性，按本文中的方法計算也只是一個不準(zhǔn)確的值。

　　(2)在真空管道中的磁懸浮系統(tǒng)，如果軌道做的不均衡或是連接工藝粗糙，那么車體在運(yùn)行過程中，其運(yùn)動方向上的動能就是逐漸轉(zhuǎn)化為與運(yùn)行方向垂直方向上的振動能損耗掉。

　　(3)軌道不平衡產(chǎn)生的振動機(jī)制可有不同的模擬方法，所得結(jié)果有所不同，但是無論哪種方法，它本身都是一個耗能系統(tǒng)，這與實(shí)驗的現(xiàn)象與所測數(shù)據(jù)顯示的結(jié)果一致。