NGT LINK:用于快速跨区域运输的双层概念
为了使未来的火车更快、更舒适、更高效，下一代列车(NGT)研究项目现已进入第三阶段。自2007年以来，这一系列尖端列车概念一直在持续开发中，超高速NGT HST(前身为NGT HGV)自项目启动以来就处于领先地位。随着2011年NGT项目第二阶段的开始，一个新概念加入了这个大家庭:NGT LINK。在这里，德国航空航天中心的项目经理Joachim Winter和研究助理David Krüger概述了从推进和电力供应到空气动力学和客流等方面。
NGT LINK(上图)是一条高速接驳列车，旨在补充NGT HST提供的服务。超高速的NGT高铁以每小时400公里的最高速度停靠在主要城市，覆盖国际长途航线，而NGT环线以每小时230公里的速度服务周边中等城市，并为旅客提供NGT高铁服务。
与高铁一样，NGT LINK是一种双层列车，它结合了未来铁路需要的许多技术，以跟上社会不断发展的需求。然而，NGT HST是在白纸上设计的，考虑了新的、专门建造的基础设施，而NGT LINK的设计是在使用为NGT HST开发的技术的同时，保持与现有基础设施的兼容性。例如，这意味着NGT高铁通过让乘客同时上下车来最大化空间和减少停留时间，NGT环线配备了楼梯，使其可以在没有新一代站双层站台的传统车站停靠。
NGT LINK配备的主要技术包括轻量化车身和灵活的混合动力供电系统。支持这些技术的是一系列微妙的细节，它们共同构成了快速、高效和舒适的城际和区域间交通的完整套餐。根据模拟，NGT LINK已经实现了人均能耗仅为其参考列车德国ICE TD的一半的目标。轻巧的车身和混合动力系统得益于高效的座位规划和汽车的双层设计。
NGT LINK的车身设计将轻量化设计与易于组装和制造相结合。特别是对于车站之间距离较短的列车，减少质量是显著降低能源消耗的一种手段，因此该概念对车身外壳的所有结构部件采用了专用的轻量化设计策略。对于车身，采用了DLR轻量化和混合设计方法部门开发的方法，以确保尽可能轻的设计。在确定车身的基本尺寸(如长度、宽度、轴距和车门位置)后，对几何结构进行拓扑优化，从而根据EN 12663的相关负载(如重量、有效载荷和最大静载荷)产生数值优化的负载路径导向结构。NGT LINK铝空间框架的机械设计，其形状源自于前面的优化，确保了零件数量保持在尽可能低的水平，同时仍然坚持优化的结果。车身由一个由cnc弯曲圆管和cnc激光切割矩形型材制成的铝框架组成，带有聚合物泡沫芯的铝夹层板的承重外壳。管子和型材的切割和弯曲方式允许两者通过相互交叉而连续，从而产生类似于微分设计的轻量化结构，但零件更少。
设计用于现有的低容量线路
由于NGT LINK设计用于现有容量较低的线路，因此需要与广泛的现有基础设施兼容。为评估这一概念选择的参考路线是从斯图加特经乌尔姆到德国南部阿尔卑斯山脉边缘的奥伯斯特多夫。这条线路仅从斯图加特到乌尔姆进行了电气化，因此为了全程行驶NGT LINK需要三价混合动力传动系统。在传统的电气化线路上，NGT LINK扩展了其不对称、可伸缩的电流收集器，而在NGT HST线路上，它可以像NGT HST一样无线收集能量。在非电气化路线上，NGT LINK可以从车载电池中获取电力。
图1:NGT LINK汽车的铝空间框架结构。拓扑优化
模型，从机械结构派生，是可见的背景，左上。
无线电源是与NGT HST共享的技术，其功能基于感应功率传输。在这个系统中，安装在轨道之间的主要线圈将能量发送到安装在列车腹部的次要线圈。这套精密的系统精确定位列车位置，仅在列车经过线圈时为线圈供电，确保了安全性，并将能量损失降至最低。从本质上讲，这个系统类似于无线充电汽车和一些感应供电有轨电车使用的系统。然而，由于对轨道车辆有相应的动力需求，对其提出的要求更加严格。它需要在各种条件下发挥作用，因为列车不仅要以高达230公里/小时的速度通过主线圈，而且从列车腹部到轨道表面的距离可能从80毫米到近300毫米不等(基于车轮磨损和悬挂行程)。此外，该系统必须能够连续传输超过3MW的功率，以便为NGT LINK及其系统提供动力。该系统的好处不仅限于消除磨损;由于没有暴露在风中的受电弓，NGT LINK消除了一个重要的噪声源，使其有可能比同类的传统电动列车更安静。风洞试验1在德国ICE 1上使用的受电弓显示以250公里/小时的速度气动阻力达126千瓦;无线电力传输完全避免了这一点，从而进一步节省能源。由于没有移动或易损件，也没有脆弱的接触网，无线电力系统的可用性也有望显著优于传统设计，通信信号也可以搭载在电力系统上，提供额外的通信和列车控制模式。
节省空间，减少噪音
与500系列新干线上使用的电流收集器非常相似，NGT LINK的电流收集器垂直望远镜，以节省空间和降低噪音。然而，其独特的非对称设计源自于它需要安装在汽车的双层区域，而不影响上部中心通道或超过G2载重标准。当不使用时，NGT LINK电流收集器向下伸缩到其准备位置，然后旋转90度，直到锅平行于汽车的长度。然后，它可以进一步降低到上层过道旁边的储物间。存储舱门随后在电流收集器上方关闭，恢复列车光滑的外壳，防止传统受电弓产生的噪音——即使在不使用的情况下。NGT LINK电流收集器的支架和盘具有椭圆截面和表面特征，设计用于跳越边界层，以减少噪声和阻力。
除了无线电源和非对称电流收集器外，一系列电池还允许NGT LINK在非电气化线路上运行，例如从乌尔姆到奥伯斯特多夫的线路。这条上坡路线全长127公里，快速驾驶风格需要近900千瓦时的能量2．这意味着19.8吨锂基电池，假设保守状态的充电策略。它们分布在整个列车上，每节车厢有9吨重，其他车厢还有360公斤重。将电池集中在末端车厢，使其不容易受到侧风的影响，而中间车厢的电池则有助于列车的可扩展性，以便在队列中增加或移除车厢的情况下。目前正在进行的研究是通过在非电气化线路的站点充电来减少电池质量，以及在高电力需求的路段充电，如山丘和火车加速的路段。
由于每辆车都有自己的车载电源，所有车辆都可以自行分流，而不需要外部牵引力。当NGT LINK在非带电线路上运行时，电池可以恢复动能。事实上，即使是在电气化线路上，将回收的能量存储在板上也有优势，因为这既避免了传输中的效率损失，也避免了由于能量返回电网的低补偿而导致的成本。
NGT LINK拥有一系列独立驱动32个车轮的电机，总牵引功率为2.5MW。这种电力，加上额外的大约20%所需的辅助组件3.，是从前面列出的三个来源之一。NGT LINK的设计具有高灵活性;NGT LINK配备了适当的电力电子设备，并有这三种电源可供选择，因此几乎可以在所有与G2兼容的线路上使用。
今天的火车正日益面临着一个资源日益稀缺、严格的排放法规不断收紧、人们对机动性和舒适性的期望不断提高的世界。为了保持相对于其他交通方式的竞争优势，并为尽可能多的人提供负责任的、有吸引力的移动性，火车将需要以一种需要彻底重新思考许多今天被认为是理所当然的方面的方式进行调整。NGT LINK旨在统一各种技术和非传统理念的大胆应用，以使旅行更快捷、更舒适，同时为能源效率和排放设定新的标准。
参考文献
- 巴特尔斯;W.赫伯特:Hochgeschwindigkeits-Stromabnehmer für den ICE, Elektrische Bahnen, 1991年第11期
- Kaimer, S. Streit和J. Winter，高速客运列车NGT链接-推进-和电力供应概念，民用压缩机出版社和萨克森-科堡出版社，2014年
- 诺尔特;F. Würtenberger:活动-铁路车辆和列车运行的能源效率技术评估，柏林:UIC, 2003
约阿希姆冬天在布伦瑞克工业大学学习机械工程，主修航空航天技术。随后，他成为杜伊斯堡墨卡托大学力学研究所的科学助理教授。1987年至2001年，约阿希姆在戴姆勒克莱斯勒集团担任航空工程和车辆研究的不同职位。自1998年起，他担任戴姆勒-克莱斯勒铁路系统(信号)- Adtranz的系统工程主管，以及乌尔姆现场卫星导航能力中心的主管。与此同时，在1998年至2000年期间，Joachim担任布伦瑞克工厂的中欧市场和销售主管。2001年庞巴迪公司接管该业务后，Joachim成为位于乌尔姆的庞巴迪运输(信号)德国公司利润中心卫星导航的负责人。从2004年到2006年，他担任斯德哥尔摩中央工程的信号技术总监，然后从2007年起担任中欧业务单元的远程信息处理总监和曼海姆站点的站点经理。自2008年2月以来，Joachim一直担任位于斯图加特的德国航空航天中心(DLR)车辆概念研究所的下一代列车项目经理。
大卫•克鲁格他是德国航空航天中心(DLR)的副研究员。他于2006年在加拿大麦吉尔大学(Montréal)获得机械工程学士学位。毕业后，他在加拿大彼得堡的Steelworks Design工作，2008年转到汉堡的Vossloh Rail Services(原Stahlberg Roensch)。自2012年以来，David一直在DLR工作，他受雇于车辆概念研究所轻量化和混合动力设计方法部门的铁路车辆轻量化设计概念和方法团队。
