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第30章 酒精汽车

众所周知,饮酒驾驶是绝对不可取的,但是将来有一天我们驾驶的汽车,有可能是“痛饮”之后才肯上路。这是什么原因呢?原来这种汽车是酒精汽车,它的燃料是酒精。酒精汽车对环境的污染比现有的汽油汽车、柴油汽车小得多。尤其经过技术改造以后,把汽油和酒精按一定比例混合就可以使用,现有的汽车引擎根本不用改装,非常方便。

酒精汽车在巴西曾经风光一时。第一次石油危机使巴西深受打击,为了减少对石油的依赖,降低石油进口量,巴西从1974年开始实施酒精替代石油的计划。1986年,巴西用甘蔗生产了150亿升酒精来替代石油,大约占巴西全国汽车燃料的50%。

事实上,高浓度的醇类,尤其是甲醇和乙醇都可以作为发动机的燃料。它们的利用率高,造成的污染小,很有发展前途。研究证明,用甲醇做燃料的汽车,发动机的输出功率可以比汽油、柴油高出17%左右,而排出的氮化物只有汽油车、柴油车的一半,一氧化碳只是后者的12%。日本公司生产的首批甲醇汽车最近已经在东京投入运营。美国的通用、福特、克莱斯勒等三大汽车公司也在研制甲醇汽车。利用醇类做汽车燃料还有一个优点,那就是其生产来源具有多样性。甲醇和乙醇都可以来自天然气或煤炭。乙醇还可以从甜菜、甘蔗等农作物中提取,其他的一些醇类还可以来源于一些再生物。

但是不管是酒精汽车还是其他醇类汽车,都有其不足之处。它们一般只适合于在市内走动。这种燃料的污染远远小于石油,但它的价格昂贵,对于汽车部件也会产生一定的腐蚀作用。还有就是生产这种燃料,要把大量的土地用于种植“酿酒”的农作物,这对于那些温饱问题尚没有解决好的国家来说难以接受。

高 速 列 车

史蒂芬逊父子在1830年制造的“火箭”号空载以接近50千米的时速行驶,就已使当时的人们感到惊讶了,这与今天世界上一些发达国家的高速列车相比,时速50千米简直不值得一提。今天著名的高速列车,如法国的TGV、日本的子弹火车,以及德国从1991年6月2日正式投入营运的ICE,速度都在每小时250千米以上。而正在发展中的高速列车特别是磁悬浮列车,时速将超过400千米。

速度的提高并不是件轻而易举的事。从“火箭”号到今天的高速列车,速度提高了好几倍,营运的安全性和舒适性也大大提高了。所有这些提高都是建立在许多人的冥思苦想和勤奋工作的基础上的。正是这些人的不懈努力改进了从铁轨到机车制造的每一部分,并积极探索全新的铁路和机车,才有了今天的高速、舒适的列车和磁悬浮列车。回顾这个过程,人们往往会情不自禁地对那些杰出的科学家和工程师们表示钦佩。

首先,铁轨的建造就不容易。钢轨做成什么样的形状好?两条钢轨间的距离多大?是否整条铁路就用两条完整的钢轨?

摩托车手在比赛转弯时,会将车身向弯道内侧大幅度倾斜,几乎贴着地面。我们知道,这样做是因为车速太快,转弯时离心力太大,如果不倾斜,就会连人带车都冲出跑道。高速行驶的列车也会碰到同样的问题。常见的解决办法是将弯道外轨垫高。据计算,当转弯半径为250米时,外轨道超过内轨150毫米,对通过该处的列车时速限制为95-103千米。列车时速不能低于下限,否则会压坏内轨。103千米的时速显然不能算高速,但如果外轨继续垫高,则下限速度变大,某些速度慢的车在此不能通过。为了解决这个矛盾,科学家和工程师将高速列车的车身设计成可自动倾斜的。其倾斜程度由一套灵敏的控制系统根据转弯半径和车速而定。有了这种自动调节装置,乘客在转弯处就不再有要被甩出去的感觉了。当从转弯处进入直线段时会自动恢复,看起来整个车身在摆动,常被称为摇摆式列车。

以上那些改进,都是为了提高机车的速度和安全性。但如果想继续提高列车的速度就会遇到严重的障碍。一般有车轮的机车是借助轮轨间的黏着力运行的。当车速不断提高时,黏着力会减小,而车身受到的空气阻力就越大。当车速达到一定值时,空气阻力会大于黏着力。这样,无论怎样增大牵引力也不能提高车速。科学家和工程师决定将车轮去掉。这样的想法可能一般人难以想象,没车轮的列车怎么行驶呢?但无轮的列车不仅可以行驶,而且行驶的速度更快、更平稳。当然,要做到这一点并不容易。

去掉车轮,使机车悬浮在轨道上,这就成了所谓的悬浮列车。通常有两种办法做到这点:一种是利用压缩空气在车底面与导轨之间形成空气层(又称气垫)。这种机车用燃气轮机车或线性感应电动机来驱动。法国在20世纪60年代曾多次试验过气垫车,其中有的时速达到422千米(指最高时速)。英美等国也都进行过这方面的努力。另一种使列车悬浮起来的办法就是利用电磁铁的相吸和相斥的原理。若用的是常导电磁铁,则将导轨做成T形。利用磁铁吸引钢板的原理,通过控制电磁铁中的电流来调节电磁铁和导轨间的距离,通常为10-15毫米。机车的运行是靠感应线性电动机来驱动的。

自从1911年昂尼斯发现超导现象以来,人们对超导的研究越来越深入。同时,将超导体用于磁悬浮列车的研究也越来越受到人们的重视。因为利用超导体可以获得极强的磁场,而消耗的电能极少。其基本原理是这样的:在列车的相当于车轮的部分安装上超导磁体,这个磁体产生很强的磁场。而轨道用金属做成许多闭合回路。当用线性电动机驱动列车运行时,回路切割磁力线产生感应电流,从而产生与上面所说的磁场极性相反的磁场,因而形成极大的排斥力将列车悬浮起来。通常悬浮的高度是10-20毫米。所谓的直线电动机是这样的:在轨道上装上两排线圈,相当于同步电机的“定子”,而列车上对应的线圈则相当于“转子”。轨道上“定子”中的输入电流可通过计数控制来调节列车的速度。车体两旁装有如同飞机的起落架一样的辅助橡皮车轮,用于列车的启动和停车。这样的列车速度高、稳定性好、噪声小,所以许多国家都在积极研制,特别是德国。早在1979年,在汉堡国际交通运输博览会上,德国首次展出了磁悬浮列车并作了运行表演,人们第一次领略到了磁悬浮列车的快速、低噪声、平稳的优点。其他国家对调整列车的研制也没有停止,都取得了显著的成绩。

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