高速磁浮列车通过电磁力实现列车与轨道之间的无接触的悬浮和导向，再利用直线电机产生的电磁力牵引列车运行，相比于轮轨列车，具备速度高、加速快、安全可靠、噪音低、振动小、载客量大、维护量少等优点，是下一代高速轨道交通车辆的重点发展方向。今年 7 月 20 日，世界首套时速 600 公里级高速磁浮交通系统在青岛成功下线，并实现低速运行，该成果标志着我国已初步具备高速磁浮成套技术和工程化能力。另外，8 月 26日，交通运输部正式批复中高速磁悬浮列车研制及工程化应用作为《交通强国建设纲要》的建设试点。时速 600 公里高速磁浮是当前可实现的速度最快的地面交通工具，按“门到门”实际旅行时间计算，是 1500 公里运程范围内最快捷的交通模式。在可预见的未来，高速磁浮列车将成为新的交通运输方式，填补高铁和飞机之间的空白。

磁悬浮列车及其悬浮原理

目前，高速磁悬浮列车虽进行了低速调试，但真正实现 600km/h 速度下的安全运行仍诸多关键问题亟待解决，这其中，列车所面临的流固耦合问题是重要的制约因素。首先，列车以 600km/h 运行时，会受到近10 吨的整车气动升力，这会造成列车的悬浮稳定性降低，而在交会时甚至接近 14 吨，造成悬浮控制失效。第二，磁悬浮线路建设依然缺少理论依据，线路跨长、弯曲刚度、阻尼比等参数选择暂无可靠的规范，而这些参数又直接影响的车轨耦合振动性能。另外，常导磁悬浮列车的电磁力的主动控制是必不可少的，也是关键的核心技术。

磁浮列车明线交会载荷及动态响应

为了解决制约磁悬浮列车 600km/h 安全运行的气动载荷、车轨耦合振动以及悬浮控制问题，中科院力学所针对列车的空气动力学、车辆动力学以及悬浮控制方面开展了大量的研究。主要开展了高速磁悬浮列车气动升力分析、气动外形优化设计、气动条件下列车动力学研究以及悬浮控制优化研究等。

此外，为了满足高速磁悬浮列车的气动性能、动力学及控制性能等流固耦合问题的验证，中科院力学所还对原动模型实验平台进行了升级改造，并新建设了高速磁浮气动－车－轨－控制试验平台。

磁浮列车压力云图

高速磁浮列车动力学模型

（一）动模型实验平台升级改造

为适应高速磁浮列车的气动载荷测试需求，利用高压空气间接加速技术和磁轨制动技术，将测试速度提高至 600km/h，可以实现高速磁浮列车的明线、明线交会、隧道以及隧道交会等条件下的气动载荷测试。特别地，为满足侧向风作用下的测试条件，在动模型平台上设计加装了横风装置。动模型横风装置采用风机阵形式，风洞洞体总长 15m 宽 20m 高 6m。能提供平直、均匀、稳定的射流流场，在标准大气状态下空风洞最大风速 50m/s，流速稳定性5%，流速均匀性 10%，湍流度 5%，气流偏角 :α ≤ 2° β ≤ 2°。

高速列车动模型实验平台及横风装置

（二）高速磁浮气动－车－轨－控制试验平台

高速磁浮气动－车－轨－控制试验平台基于一个电磁铁悬浮开展结构设计，试验平台主体结构可以实现悬浮系统的气动升力和轨道不平顺的耦合加载和测试，基于DSAPCE 实时仿真系统的悬浮控制系统设计可以实现控制算法的流程化设计、代码自动编译下载等，试验台悬浮总质量 2.7 吨，实现二级悬挂，配置的轨道液压激振系统可对轨道激振，额定振动幅值 5mm，频率 7.5Hz，车体液压激励系统可以模拟气动升力，最大静态实验力 25KN，动态试验力 20KN，可以模拟列车以 600km/h 速度运行的气动 -车 - 轨 - 控制相互作用情况。

磁浮试验平台控制系统示意

磁浮试验平台

随着磁悬浮技术的成熟和发展，超导磁浮、真空管道超级列车等系统也将相继面世，展望未来，高速磁悬浮列车系统将成为我国交通领域发展的新引擎，会充分发挥示范引领作用，为交通强国建设提供经验借鉴。力学所高铁团队基于其在高速列车流固耦合领域长期的研究积累和完善的装备基础，必将在我国高速磁浮列车的发展中继续贡献自己的力量。

郭迪龙，正高级工程师，中国科学院流固耦合系统力学重点实验室。研究领域：1）高速列车空气动力学；2）气动测量技术。

吴晗，助理研究员，中国科学院流固耦合系统力学重点实验室。研究领域：1）轮轨及磁浮列车动力学；2）电磁悬浮控制技术。