“零高度”飞行在上海

编者的话：这是本刊开辟的一个新栏目，旨在介绍最前沿的科技动态、科普知识及影响科技发展进程的实验及方法。向大家推荐的是“科技类文章”，它包括科技说明文、科技论文、科学小品、科技方面的消息报道、实验报告等。阅读这类文章，要从中发现问题，提出问题，激发创造性思维，提高创造力。在学习和运用语文知识的同时，了解和学习一些科技知识和科学方法。仅供参考

超音速飞机能在几千米的高度飞行，直升机也至少要有十几米的高度才能飞行，“零高度”怎么能够飞行呢？

磁悬浮列车就能做这样的高难度飞行。这种列车利用“同性相斥，异性相吸”的原理，让磁铁具有抗拒地心引力的能力，使车体完全脱离轨道，悬浮在距离轨道约1厘米处，腾空行驶，创造了近乎“零高度”空间飞行的奇迹。

世界第一条磁悬浮列车示范运营线――上海磁悬浮列车，正在创造着这一奇迹。上海磁悬浮列车建成以后，从浦东龙阳路站到浦东国际机场，三十多公里的路程只需行驶短短6―7分钟时间。以目前的设计水平，9节车厢可坐959人，每小时发车12列，双向运量将达2.3万人。按每天运行18小时计算，最大年运量可达1．5亿人次。

腾空之谜

上海磁悬浮列车是“常导磁吸型”（简称“常导型”）磁悬浮列车。这种磁悬浮列车是利用磁铁“异性相吸”原理设计的。它是一种吸力悬浮系统，是利用安装在列车两侧转向架上的悬浮电磁铁，和铺设在轨道上的磁铁，在磁场作用下产生的吸引力使车辆浮起来的。

磁悬浮列车到底是怎么腾空的呢？

原来，在列车底部及两侧转向架的顶部安装电磁铁，在“工”字形轨道的上方和上臂部分的下方分别设反作用板和感应钢板，控制电磁铁的电流，使电磁铁和轨道之间保持1厘米的间隙，让转向架和列车间的吸引力与列车的重力相互平衡，利用磁铁的吸引力将列车浮起1厘米左右，从而使列车悬浮在轨道上运行。

为了保证这种悬浮的可靠性和列车运行的平稳度，必须精确地控制电磁铁中的电流，这样才能使磁场保持稳定的强度和悬浮力，使列车与轨道之间始终保持1厘米的间隙，这个间隙是使用气隙传感器来反馈控制的。

前进的动力

要使磁悬浮列车“飞行”起来，除了将列车腾空，还得让它前进。那么，怎么使列车飞速前进呢？

磁悬浮列车的驱动，和同步直线电动机的原理一模一样。通俗地讲，在位于轨道两侧的线圈里流动的交流电，能将线圈变为电磁体。由于它与列车上的电磁体的相互作用，就能使列车开动起来。

列车前进是因为列车头部的电磁体N极被安装在靠前一点的轨道上的电磁体S极所吸引，同时又被安装在轨道上稍后一点的电磁体N极所排斥。当列车前进时，在线圈里流动的电流方向就反转过来了，即原来的S极变成N极，N极变成S极。这样循环交替，列车就可以持续向前奔驰了。我们可以通过调整交流电的频率和电压来控制列车车速。

磁悬浮列车的稳定性，是由导向系统来控制的。有了导向系统，列车就不会左右摇晃了！那么，什么是导向系统呢？

简单说来，“常导型”磁吸式的导向系统，是在列车侧面安装一组专门用于导向的电磁铁。当车辆发生左右偏移时，列车上的导向电磁铁与导向轨的侧面相互作用，产生一种排斥力，使车辆恢复到正常的位置。列车和导向轨侧面之间有一定的间隙，当车辆的运行状态发生变化，例如运行在曲线或者坡道上时，控制系统通过对导向磁铁中的电流进行控制，来保持这一侧向间隙，从而达到控制列车运行方向的目的。

巨大的电动机

“常导型”磁悬浮列车的构想，是由德国工程师赫尔曼・肯佩尔于1922年提出的。

我们可以把“常导型”磁悬浮列车及轨道，想象成一台同步直线电动机，其实它和电动机的工作原理是完全相同的。只是把电动机里的“转子”布置在列车上，而将电动机里的“定子”铺设在轨道上，这样，通过“转子”和“定子”之间的相互作用，就将电能转化为列车前进的动能了。

在通常的电动机里，“定子”是某一圆筒形的电磁体，磁悬浮列车却要将“定子”展开为长达几百公里甚至几千公里的“平面”。

从电动机的工作原理，我们可以知道，当“定子”通电时，通过电磁感应就可以推动“转子”转动。当磁悬浮列车轨道沿线布置的变电所向轨道这个“定子”输送电力时，通过电磁感应作用，列车就会像电动机里的“转子”一样被推动着做直线运动。

“飞行”的安全性

上海磁悬浮列车的“飞行”速度为每小时430公里，比普通火车要快好几倍。由于速度很快，不经特殊处理，车厢里的乘客几乎难以看清窗外的风景。现在，由于车窗上安装有减速玻璃，乘客就可以观赏窗外的风景。

当乘客乘坐磁悬浮列车时，可以明显感觉到列车启动有两个步骤：首先是通电以后，列车由于磁场作用而悬浮起来；然后在电流的持续作用下，列车启动加速行驶。

设计人员说，磁悬浮列车不必担心撞车事故，因为在一个供电区内只允许一辆列车运行。轨道两侧25米处都有隔离网，上下两侧也有防护设备。

那么，如此高速行驶的列车是如何做到行驶稳妥、保障安全的呢？

列车高速行驶，危险因素之一是转弯半径问题――设计的半径不能过小。上海磁悬浮整条线路上需要转弯的地方也有几处，其中设计的最大转弯曲线半径达到8000米，肉眼观察几乎是一条直线，因此在转弯时乘客不会有丝毫的不适，而最小的半径也达到1300米，即使是高速行驶中的转弯，乘客也同样感觉平稳舒适。

由于磁悬浮轨道平躺在“光天化日”之下，万一轨道上出现障碍物对高速行驶的列车构成威胁怎么办？据介绍，磁悬浮轨道全线两边50米范围内装有日前国际上最先进的隔离装置，人为在轨道上制造障碍几无可能。

（李玉真摘自《少年科学》2003年第1期）

［阅读提示］

这是一篇科技说明文，作者详细地介绍了已经在上海成功行驶的“磁悬浮列车”制造的原理、前进的动力、电动机的特点以及它的安全性能。说明中，介绍了一些有关的科技知识，解除了人们的一些“悬念”，语言符合青少年的口味，能激发人们的兴趣。

［思考练习］

1、本文第一自然段中的关链词是哪一个？它提出的问题在全文中起什么作用？

2、磁悬浮列车腾空之谜和前进的动力是什么？请用文中的话简要加以说明。

3、磁悬浮列车电动机的特点是什么？行驶稳妥、保障安全是怎样做到的？请用文中的话简要加以说明。

4、本文在写作上有什么特点？

［解答提要］

1、关链词是“零高度”，统领全文展开说明。

2、磁悬浮列车是利用安装在两侧转向架上的悬浮电磁铁和铺设在轨道上的磁块，在磁场作用下产生的吸引力使车辆浮起来的。前进的动力，通俗地讲，和同步直线电动机的原理一模一样，在位于轨道两侧的线圈里流动的交流电，能将线圈变为电磁体。由于它与列车上的电磁体的相互作用，就能使列车开动起来。同时，也解决了控制车速、稳定性和控制运行方向的目的一系列技术上的问题。

3、所不同的只是把电动机的“转子”布置在列车上，而将电动机里的“定子”铺设在轨道上，这样通过“转子”和“定子”之间的相互作用，就能将电能转化为动能了。行驶稳妥、保障安全一是解决了列车行驶特快转弯的危险问题；二是解决了轨道的障碍物问题。即前者转弯的曲线不能过小，后者是用全线两边50米范围内使用目前国际先进的隔离装置。

4、本文运用设问句和小标题，引人入胜，条理分明；把科技原理和行驶运行中的实际情况结合起来说明，给人亲临现场的感受。