荷兰要造管道磁悬浮试验线

晨枫

# Y; f9 r" Q! F5 `
: q/ t' @+ l. C" C" Chttp://www.thepaper.cn/newsDetail_forward_1825012

报告建议先建一条3公里长的测试管道。根据初步设想，这条管道直径3米，管壁由20毫米厚钢板制成，地面支柱间距30米；头尾两段是单管，中段先岔开成双管、后又汇合，运输舱可在岔道处加减速；管道内可同时安装这两家公司各自的磁悬浮和推进系统。
/ E" k+ @: G0 ~' K# E4 }% U……
- x, E5 J/ [# h; H待“管道高铁”测试成功，已有的3公里管道可扩建至57公里，连接两个机场，并投入商业运营。
报告预估，3公里测试管道建设需投资1.19亿欧元，运输舱由进场测试的公司自备。57公里商业运营“管道高铁”的管道建设投资预计将增加20倍。

. q3 [. [4 D# Q问题：
# t' `- y: d$ A. W! r" f
7 t5 W& T1 L5 j2 O管道3米直径算内径的话，估计客舱内可以2+2布置，巴西航空的E195就是外径3.01米、内径2.74米。
6 y/ W) d! b  ^: z' m


4 D* [6 P* s* Z, W1 w5 J20毫米厚的壁厚那是BMP1前装甲的厚度了。
& N# A' r5 G& k* X3 T


7 Q& F1 {# j; m6 x1 z不同的是，管道磁悬浮的圆度和平整度要求很高，制造和维修上的挑战比同厚度的装甲钢板要大几个数量级了。工业上大口径连续钢管的制造以输油管为最，阿拉斯加输油管长度1300公里，管径1.22米，管壁厚度11.7到14.3毫米，现代输油管有比这更大的，但依然可以用作参照。输油管的压力是向外的，钢制压力容器可以轻易承受几十个大气压。磁悬浮管道内是真空的，即使是低真空，那压力也是向内的。钢制真空容器的吸瘪至今依然是一个工业上谈虎色变的问题。道理我说不好，我只知道这一个大气压非同小可。


4 L) {! q6 q6 R  \$ n及时见过油罐车爆裂的？吸瘪的可是不少
8 d- S6 R# u2 ?8 |; B2 Z8 ^

" W& n+ f. `% ]! m5 [3 i% I  s储罐也一样
( o0 M/ E9 _( y% L- y: S2 Z

+ O; _4 x0 C& h# v这个比较特别，看样子管壁还挺厚
+ i6 j. Z; b# i6 s" X0 j' W0 [# l

$ U  X% ~1 j9 S# |大部分超压破损造成破裂泄压，但大部分真空吸瘪不造成破损，直接造成结构形变，这是最大的危害
" @/ \$ Y5 Z) G# g$ I; h
管道磁悬浮的壁厚达到20毫米的话，希望只漏气，而不造成坍塌。漏气极大地增加阻力，但不危险。

$ s9 Z0 v, e( _2 |1 S4 D估计在安全设计上，需要每隔一定距离就有一个安全阀，紧急时自动打开，让环境空气涌入管内，不至于把旅客憋死。不过客舱内空气循环就没有办法了，只要靠站的时候换气？
. i6 a; V) E  N- c! s$ s( m5 |5 b' a5 `
+ G' @/ d  `! J4 S2 F: }1 |客舱两头还必须有安全舱门，停电或者故障时，旅客可以走出来，自己沿管道步行逃生。但行动不便或者需要轮椅之类就不知道怎么办了。飞机也有逃生问题，但只有座位到逃生口的距离，出去了就不管了。管道磁悬浮只要没有从管道里爬下地面，都得管。

还有一个问题是热胀冷缩。工业上大口径管道用膨胀环路。每过一段距离，都要这么来一下，由钢结构的弹性对付热胀冷缩。直挺挺的管道磁悬浮怎么办呢？
; R* B5 P* K8 ]5 S: @+ E/ D5 t' R" C
6 ^+ e: T' G' G  f

+ V& V9 m" X: ~$ Y3 Y5 w6 D管道内是真空的，客舱内当然是常压的，站台也是常压的，上下客可能可以在客舱和站台之间直接对接，除了磁悬浮的那一点点间隙，没有真空段，依然需要很短的air lock，但问题不大。问题是站台和客舱的密封要求都是宇宙飞船等级的，不能有爆炸性减压的问题。站台还好办，那一头通大气，任何减压都是暂时的。客舱里就问题大了，难说是不是等得及管道安全阀打开、向管道里充气了。这个维修要求可是不一般。

一叶飞刀

我很惊诧这种问题能在这里如此讨论。

5 x5 o  X* C9 _& X; d, ]! s) V3 V如果我们将飞机用发动机包起来，是不是空气阻力就降低到0了？
/ K& z$ h4 ]2 u3 k& y2 x( b
密闭管路，由于活塞效应，飞行器（事实上它已经是飞行器）前端的压力到底是多大，你们这些支持者到底有没有数据？如果有，请出示。

" I, [7 I" ~0 E% v* ]  Q1 i) n- x从实践的角度看，美国那位折腾了这么久，到底出什么结果了吗？

. O* ?3 W: _/ ^& `2 ?从乘客的角度看，如果客舱一旦失压，可比飞机泄压严重多了，等待乘客的只能是死亡，而飞机如果泄压，完全有可能一个都不死。电影Miracle Landing好像就是一件真事，呼叫神牛。有人还举例说潜艇，合着这是将军用标准放到民用上。

一叶飞刀

冰蚁 发表于 2017-10-15 03:55
没有那么大的内外压差。最多大概就相当于万米高空吧。气密其实在事故中也无所谓。这种车的本质是磁浮。没气 ...

压力相当于每平方厘米上有一千克东西压着。
+ u- w4 l8 }: X7 e如果真空度不足够高，那么还不如在开放空间跑，因为在管道中活塞效应会很严重

冰蚁

* E4 Z& X) U8 E9 k

隧道 发表于 2017-10-19 09:37
分子平均自由程？
9 q, l3 }2 f/ q7 t没看错吧

% L: G  a( [7 }1 W气体分子平均自由程对应于真空级别。1E-7 Pa的时候可以有1公里了。正常大气压下只有几十纳米。再往下降大气压到如 1E-12 Pa，平均自由程可以有10万公里。

隧道

lionliy 发表于 2017-10-19 03:04
Musk 的是亚音速设计，有困难，但是可行的。 他的设计中大部分气流（85%）通过外涵道。车体和管壁之间气 ...

分子平均自由程？
没看错吧

冰蚁

lionliy 发表于 2017-10-18 14:04
Musk 的是亚音速设计，有困难，但是可行的。 他的设计中大部分气流（85%）通过外涵道。车体和管壁之间气 ...

那就是你们两个讲岔掉了。在讲不同范围的东西。着眼点不同。其实都没不对，适用不同范围而已。

lionliy

冰蚁 发表于 2017-10-18 11:45
感觉你们在说两个事情？xlan在说 Musk的设计，而你更着眼于高超音速，比如中国航天那个？Musk的设计不追 ...

; P% B9 e7 d+ `3 K3 i+ hMusk 的是亚音速设计，有困难，但是可行的。 他的设计中大部分气流（85%）通过外涵道。车体和管壁之间气流量很小。

我在说的是 为什么管道交通工具在亚音速和较高超音速之间的速度段有一些硬性的限制。使得不降气压的前提下，在这个速度段，很难有合理的设计。 这个限制不仅仅是产生激波。设计跨音速，超音速的飞机是没问题的。 而在管子里跨音速，超音速运动的物体则完全是另一个问题。 J58 发动机是有bleed flow的 。管子里没这个条件。 在管道运输条件下，激波产生后，气体堆积会引发近乎不可逾越的困难。

中国航天的4000KM/H 的设计，按我的理解是要在分子平均自由程大到一定程度下才有可能实现，因为我们现在讨论的规律不再适用，所以具体的限制也就消失或者改变了。这部分我没有涉及。

xlan 应该没有看过Musk的设计和一些相关文档，否则有些问题作为有相关专业知识的人不会问。 我们说的确实不是一件事情。

冰蚁

  F8 q* @1 `1 |7 T& C

lionliy 发表于 2017-10-18 01:30
- C+ N$ `4 U( `2 M/ m, s6 t* b看了一下paper，看来你还是没有意识到飞机发动机进气道和管道运输之间的差别。
- b( i5 z$ ~0 M; _
飞机发动机进气道阻塞了 ...

, ^6 O# Y! }1 f7 J% ]
感觉你们在说两个事情？xlan在说 Musk的设计，而你更着眼于高超音速，比如中国航天那个？Musk的设计不追求超音速，他通过高压缩比的风扇来解决前方空气堆积的问题。这个还是可行的吧。真正在管壁和车体间的空气会很少。Musk认为高超音速的车性价比差，不如飞机。

冰蚁

) V9 ]) d  p8 b7 g- V

隧道 发表于 2017-10-18 11:07
4 @0 u3 |  [7 ^! L% g这个就是搞计算的和做实验的差距。

" Y0 k0 `; K# }  o) v
1 D9 i5 _- H" T这个不是搞计算和搞实验的差距。而是对整个工程有没有一个更完整认识的差距。对系统的认识 Not on the same page，对于系统的评估就会完全不一样。计算，估算，实验，都应该基于对系统更充分认识的基础上。

xlan1976

晨枫 发表于 2017-10-18 23:39
要是走进气道设计的路子的话，这里的麻烦大了。首先不能用外激波设计，只能用内激波设计，但内激波有启动 ...

& T& Q8 u4 M; A  O3 p你这是超音速进气道的问题，他这不还是亚音速呢吗，对这个东西而言，皮托管进气道就可以满足M<1.5的要求，虽然在进气道里会出现正激波从而导致激波损失，但反正它这个又不要求这部分气流能产生多大推力，飞机都可以这样凑合，它这就更没问题了。

隧道

晨枫 发表于 2017-10-17 02:52
你肯定没有听说过：工程上最要紧的不是计算，而是gross error check吧？
" p7 j* h3 }) \
2 S  [: t; j' |  A再说你一口一个计算，认定管道 ...

这个就是搞计算的和做实验的差距。
1 M# A; T% k: U5 U

晨枫

xlan1976 发表于 2017-10-17 23:04
* v# c, ]4 E8 u1 I# |+ j如果车体跟管道间是密封的，车体前端全部气体流过风扇，就会像你说的这样。但车体如果跟管道间不是密封的 ...

要是走进气道设计的路子的话，这里的麻烦大了。首先不能用外激波设计，只能用内激波设计，但内激波有启动问题……

lionliy

xlan1976 发表于 2017-10-18 10:01
, M- p9 ]' ^/ F' c" c+ ^咱们讨论的不是空气动力学的问题吗？那我不用空气动力学的锤子敲，还拿什么敲？ ...

倒.    那咱们就到此为止吧，不歪楼了。

xlan1976

lionliy 发表于 2017-10-18 22:54
& p: D9 i: e* L4 l' {"管道运输,气流通道总横截面积可有一大段近乎是常数,无法变动。"   你没有这个条件

: F0 x) Z' |4 \7 |连这个词都是我告诉 ...

咱们讨论的不是空气动力学的问题吗？那我不用空气动力学的锤子敲，还拿什么敲？

lionliy

6 x5 F/ W* O  q1 _* E& {0 [9 X

xlan1976 发表于 2017-10-18 09:49
1 ]+ c5 L: V+ l% B! Z"进气道气流阻塞掉下来的飞机可不是一架两架"?给举个例子来听听？
你根本就不清楚这个阻塞指的是 ...

. m5 y' m9 d5 G
"管道运输,气流通道总横截面积可有一大段近乎是常数,无法变动。"   你没有这个条件
1 C% n" l) [. X
连这个词都是我告诉你的， 你这么说就是揣测了。

) T6 @1 h( R; V$ W2 }你的问题是有了把锤子，就要把所有问题当钉子来处理。
( g% h8 U. q7 @2 y0 h* s8 A$ z
7 g" f6 G# h  K+ `

xlan1976

lionliy 发表于 2017-10-18 22:40
哈哈，进气道气流阻塞掉下来的飞机可不是一架两架。 你不是这么设计的可不代表这不发生。
3 x1 ]) ^% s8 {; A/ E
进气道阻塞时 ...

. ?0 o9 a% @4 o( T8 Y$ @& b* P% ~"进气道气流阻塞掉下来的飞机可不是一架两架"?给举个例子来听听？
0 M) u, `7 ?8 @7 `4 }) e你根本就不清楚这个阻塞指的是啥，也不知道这个Kantrowitz limit是啥意思。。
+ J8 q  W: x; L# }$ Q当气流在喉部达到音速之后如何加速到超音速？当然是通过扩张的流道啊，最基本的超音速空气动力学常识。。

lionliy

xlan1976 发表于 2017-10-18 02:43
你在说啥啊？进气道堵塞？如果进气道都堵了，发动机都不能工作了，飞机还咋飞啊？怎么可能会有允许进气道 ...

哈哈，进气道气流阻塞掉下来的飞机可不是一架两架。 你不是这么设计的可不代表这不发生。
0 D& ^& \+ U6 H" c3 E
进气道阻塞时，飞机发动机前方来流有多少成为绕流 ？如果这台发动机是在管子运动里是什么状况。管道运输，速度到达Kantrowitz limit后再提速会发生什么事？   

进气道阻塞后提高质量流量的方式只能是提高前端压力，这在飞机发动机和管道运输压气机上分别是什么状况？管道运输,气流通道总横截面积可有一大段近乎是常数,无法变动。
$ J! f& Z( B& s1 l, k5 q
, B% R& I: ]! W7 s  _把学到的知识综合起来才能分清楚各类限制的属性和难度是什么。 什么条件下才可以突破。你得知道“另一回事”是怎么一回事才行。

xlan1976

冰蚁 发表于 2017-10-18 19:56
& ^6 {1 |8 b; I5 Pmusk 的 electric compressor fan 在其计划书里是这么描述 （其中的一种）：
0 n& X6 H, X. i
Hyperloop Passenger Capsu ...

' w/ H. ]% [7 q% q8 g我说的涡轮就是用进入涡轮管道的来自车体前的气流驱动的，不用电驱动。气流吹动涡轮，涡轮提供一个轴输出，当然了，这个轴输出应该没多大。。
嗯，这个方案的意思应该是基本所有前部气流都进入风扇涵道，60%通过风扇后面的喷管直接排出，提供推力来抵偿一小部分阻力。剩下的应该是再经过一次压缩和冷却之后再去用作车体和管壁间的气垫（the  air  bearings  to maintain distance between the capsule and tube walls），冷却采用液冷的方式，风扇用电驱动，供电的电池和冷却液每次过站更换。
从这个看，应该是在风扇后面分内外涵道，外涵直接排出，内涵再经过一级轴流式压气机进入冷却组件，风扇和后面一级压气机同轴由电驱动。

冰蚁

xlan1976 发表于 2017-10-18 00:28
7 P/ A6 x; X( ?0 N3 s& P其实我有个设想，干嘛非要用风扇压缩呢，直接弄个涡轮不就完了，这样让气流吹动涡轮，也就不需要复杂的进 ...

musk 的 electric compressor fan 在其计划书里是这么描述 （其中的一种）：
9 I. b# o5 V9 [) N) g
. s7 I3 L' x3 W4 QHyperloop Passenger Capsule
. @9 Z9 ]% i( ^* C4 N- d1.  Tube  air  is  compressed  with  a  compression  ratio  of  20:1  via  an  axial compressor.
2.  Up to 60% of this air is bypassed:
a.  The air travels via a narrow tube near bottom of the capsule to the tail.
b.  A nozzle at the tail expands the flow generating thrust to mitigate some of the small amounts of aerodynamic and bearing drag.
6 ?; w9 p  H# A, G4 [8 P& `* p3.  Up to 0.44 lb/s (0.2 kg/s) of air is cooled and compressed an additional 5.2:1 for the passenger version with additional cooling afterward.
% e) h( r# I( ?7 h0 Ha.  This air is stored in onboard composite overwrap pressure vessels.
b.  The  stored  air  is  eventually  consumed  by  the  air  bearings  to maintain distance between the capsule and tube walls.
+ O, @0 q3 E8 R5 z  Z( o4.  An onboard water tank is used for cooling of the air.
* D% X: R- O& `5 r& P. wa.  Water is pumped at 0.30 lb/s (0.14 kg/s) through two intercoolers (639 lb or 290 kg total mass of coolant).
b.  The steam is stored onboard until reaching the station.
7 a  G8 ]' X- G5 }& q" K( mc.  Water and steam tanks are changed automatically at each stop.
5.  The  compressor  is  powered  by  a  436  hp  (325  kW)  onboard  electric motor:
a.  The  motor  has  an  estimated  mass  of  372  lb  (169  kg),  which includes power electronics.
* N7 V3 m6 }6 l% Vb.  An estimated 3,400 lb (1,500 kg) of batteries provides 45 minutes of  onboard compressor  power,  which is  more  than  sufficient for the travel time with added reserve backup power.
c.  Onboard  batteries  are  changed  at each  stop  and charged at  the stations.

xlan1976

lionliy 发表于 2017-10-18 14:30
看了一下paper，看来你还是没有意识到飞机发动机进气道和管道运输之间的差别。

飞机发动机进气道阻塞了 ...

4 u1 K6 h& i2 B6 C$ C你在说啥啊？进气道堵塞？如果进气道都堵了，发动机都不能工作了，飞机还咋飞啊？怎么可能会有允许进气道堵塞的设计？你能找到一个飞机进气道堵塞的例子？如果没有，那啥叫“一旦压气机管道阻塞， 流量受限，气体就会在车头积累起来。  这是一个难过的坎。”？
1 _" t6 Y' T1 E/ R/ ?Kantrowitz limit说的是流体从高亚音速到音速的变化，它的适用上限自然就是音速，超过音速就是另一回事了，但并不代表运动物体本身不能超过音速，只是超过音速需要用其它的概念和方法解释。
马斯克的这个管道高铁的每一种设计当然是有适用的速度范围的，飞机设计也是如此啊，每一种进气道设计也是有适用的速度范围的，我有说过有那种设计是从低速到高超音速包打天下的吗？但这并不是说所有的设计方式都有一个共有的速度限制，不同的速度范围有不同的主要问题需要解决，解决了就是适用这一速度范围，但就不适用与其它的速度范围了。
" }8 V9 H+ q" J9 V* ]% B1 f0 S

xlan1976

冰蚁 发表于 2017-10-18 13:40
+ Y7 T/ i" P9 Y0 {% T( ~原文是 electric compressor fan。我认为他还是为了经济性。他想要那层气垫足够强。这样整个轨道不需要全 ...

那还是弄个风扇看起来更好一些。
& Z" P& {+ g7 O3 _$ a电力涡轮是指用涡轮发电吗？这个。。我对这方面不太了解，不过我设想的那个涡轮的轴输出应该不会太高，转化成电能可能也没有太多。。