ВОЗДУШНО-ДОРОЖНЫЙ ТРАНСПОРТ КАШЕВАРОВА "ТК-4" Российский патент 1998 года по МПК B60V3/04 B61B13/00 

Изобретение относится к железнодорожному транспорту и касается конструктруирования средств скоростного железнодорожного транспорта.

Известен воздушно-дорожный транспорт, имеющий дорожное полотно и подвижной состав вагонов различного назначения, соединенных в поезд. Однако он обладает низкими технико-экономическими характеристиками.

Технический результат от реализации описываемого изобретения замключается в повышении технико-экономических характеристик воздушно-дорожного транспорта.

Этот технический результат достигается тем, что у воздушно-дорожного транспорта, имеющего дорожное полотно и подвижной состав вагонов различного назначения, соединенных в поезд, в качестве дорожного полотна применена воздушно-подушечная дорога, имеющая две взаимно параллельных лыжни в виде стальных балок двутаврового или швеллерного профиля с деревянной обшивкой внутрених сторон, и стальной рельс, проложенный по осевой линии дорожного полотна, между осевым рельсом и каждой лыжней проложены стальные корпуса со стенками, параллельными осевому рельсу, с уступами, отеделяющими одну воздушную подушку от другой, ей смежной, с дверцами, при этом дверца имеет ширину, равную ширине воздушной подушки, в качестве подвижного состава применен полетно-дорожный поезд из головного, пассажирских и хвостового вагонов с включением одного или нескольких вагонов-платформ для перевозки крупногабаритных грузов, все вагоны имеют лыжи, установленные на лыжни воздушно-подушечной дороги, головной, пассажирский и хвостовой вагоны имеют тормозные лыжи с масляными домкратами, головной и пассажирский вагоны имеют воздушно-реактивные двигатели-движители, компрессоры (основной и дополнительный), баллоны с жидким или газообразным топливом, головной и хвостовой вагоны имеют еще двигатель внутреннего сгорания с электрогенераторами, хвостовой вагон имеет камеры вторичного реактивного движителя, установленные над камерами воздушных подушек, все вагоны полетно-дорожного поезда соединены стыковочными устройствами в обтекаемый состав, использующий силу давления газов водушных подушек на дно вагонов для противодействия силе тяжести вагонов вплоть до равенства этих взаимно противоположных по направлению сил, во время которого реализуется полет полетно-дорожного поезда над воздушно-подушечной дорогой, при этом давление газов воздушных подушек создается через отверстие газовода реактивного двигателя в верхнюю часть объема воздушной подушки воздушно-подушечной дороги, все вагоны полетно-дорожного поезда имеют катки с вертикальными осями вращения, установленные по боковым сторонам осевого рельса и контактирующие с ним, полетно-дорожный поезд имеет стрелочные устройства, установленные на лыжнях, отходящих от основного магистрального пути с минимально допустимым радиусом кривизны на другой магистральный путь или на путь для формирования и ремонта полетно-дорожного поезда.

При этом такой полетно-дорожный транспорт может иметь воздушно-реактивный двигатель-движитель, составленный из двух половин (одной верхней, установленной в вагоне, и другой нижней, установленной на полотне дороги), верхняя половина воздушно-реактивного двигателя-движителя имеет оголовник цилиндрической формы с торцами в виде полусфер, в котором установлена сдвоенная камера сгорания, разделенная посередине в ее суженной части теплоинерционным воспламенителем в виде диска с кроштейнами, соединенными с корпусом камеры сгорания, в металлическом диске воспламенителя концентрично установлен электронагревательный диск из материала с электрическим сопроитвлением, контактирующий по своей поверхности с наружным металлическим диском. К центральной части электронагревательного диска подведен контакт электропровода в керамической изоляции, который включен в электроцепь, проходящую через аккумулятор, компьютер и массу воздушно-реактивного двигателя-движителя, сдвоенная камера сгорания по торцам соединена с патрубками, идущими от баллона со сжатым возухом и от топливного насоса, эти патрубки имеют клапаны, управляемые компьютером, а патрубок, идущий от топливного насоса, оканчивается форсункой, камера сгорания соединена сопловым отверстием с газоводом, расширяющимся к прямоугольному отверстию, соединяющему его с камерой воздушной подушки воздушно-подушечной дороги. Камера сгорания и газовод окружены теплоизолирующей камерой, которая через промежуточную камеру и патрубок соединена с дополнительным компрессором, увеличивающим сжатие воздуха, поступающего в него из баллона со сжатым воздухом, теплоизолирующая камера имеет сопловое сужение и своими расширяющимися концами соединена через клапан, управляемый компьютером, с камерой воздушной подушки воздушно-подушечной дороги, газовод и теплоизолирующая камера имеют упрочняющие их перегородки. Нижняя половина воздушно-реактивного двигателя-движителя образована воздушными подушками воздушно-подушечной дороги и имеет стальной корпус с дном, боковыми стенками и уступами, образующими воздушную подушку, при этом через два или три уступа у передней части уступа установлена ось вращения дверцы, перекрывающей воздушную подушку до впереди установленного уступа. Дверца имеет гребень в виде пластинчатой пружины, контактирующей с дном вагона, образующим верхнюю часть воздушной подушки, боковая стенка стального корпуса имеет пластинчатую пружину, перекрывающую зазор между этой стенкой и дном вагона, а также желоб, по дну которого скользит пластинчатая пружина. установленная на дне вагона и перекрывающая зазор между дном вагона и дном желоба.

Кроме того, такой воздушно-дорожный транспорт может иметь вторичный реактивный движитель в виде наклонной камеры, установленной в дне хвостового вагона над воздушными подушками воздушно-подушечной дороги и дверцами стального корпуса воздушных подушек, контактирующих своими гребнями с верхней плоскостью наклонной камеры хвостового вагона, при движении которого дверцы вращаются вокруг своих осей, образуя камеру расширения газов, заполняющих воздушные подушки. Наклонная камера начинается в передней части дна хвостового вагона и заканчивается прямоугольным отверстием в задней части хвостовоого вагона, высота которого меньше возможной высоты подъема дверцы, а подъем дверцы не доходит до отвесного положения.

Кроме того, такой воздушно-дорожный транспорт может иметь стыковочное устройство в виде рамы, соединяющей между собой передний и задний вагоны полетно-дорожного поезда, задний вагон может быть соединен со стыковочным устройством вертикальной осью, проходящей через проушины заднего вагона и рамы стыковочного устройства, передний вагон соединен со стыковочным устройством горизонтальной осью в виде двух полуосей, вставленных в проушины переднего вагона, рама образует малые горизонтальные углы α со стенками заднего вагона и малый вертикальный угол β со стенкой переднего вагона.

Кроме того, такой воздушно-дорожный транспорт может иметь тормозное устройство, включающее тормозную лыжу со сменной тормозной подошвой, штоком, поршнем и масляными камерами, расположенными над поршнем и под ним в корпусе масляного домкрата, жестко связанного с корпусом вагона. Масляные камеры могут быть соединены маслопроводом с масляным насосом, во время движения масляный насос может перекачивать масло из нижней камеры в верхнюю, а тормозная подошва контактирует с головкой рельса.

Кроме того, такой воздушно-дорожный транспорт может иметь воздушно-подушечную дорогу со стрелочными переводами с магистрального пути на запасной или другой магистральный путь, образованный остряками в виде боковой стороны лыжни с минимальным радиусом кривизны, допускаемым для лыжни, и с осью вращения, с осевым рельсом в виде стальной полой балки прямоугольного сечения, возвышающейся над полотном воздушно-подушечной дороги до катков вагонов полетно-дорожного поезда, контактирующих с боковыми сторонами этой балки, а во время торможения вагонов полетно-дорожного поезда контактирующей верхней плоскостью с подошвой тормозной лыжи, при этом рельс жестко соединен с полотном воздушно-подушечной дороги и с помощью стальных шпал с боковыми сторонами стальных корпусов воздушных подушек.

На фиг. 1 дан вид сверху на транспорт ТК-4; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1 головного и пассажирского вагонов в увеличенном виде; на фиг.3 - сечение Б-Б на фиг.2; на фиг. 4 - сечение В-В на фиг. 2; на фиг. 5 - узел М на фиг. 2 в увеличенном виде; на фиг. 6 - сечение Г-Г, Д-Д и Е-Е на фиг. 5; на фиг. 7 - сечение Ж-Ж на фиг. 6; на фиг. 8 - узел Н на фиг. 2 в увеличенном виде; на фиг. 9 - сечение З-З на фиг. 8. На фиг. 10 - сечение И-И на фиг. 8; на фиг 11 - сечение А-А на фиг. 1 хвостового вагона в увеличенном виде; на фиг. 12 - узел О на фиг. 11 в увеличенном виде; на фиг. 13 - сечение К-К на фиг. 12; на фиг. 14 - узел П на фиг. 12 в увеличенном виде; на фиг. 15 - сечение Л-Л на фиг. 2 и 3 в увеличенном виде; на фиг. 16 - сечение М-М на фиг. 15; на фиг. 17 - сечение Н-Н на фиг. 16; на фиг. 18 - сечение О-О на выноске фиг. 16; на фиг. 19 - поперечное и продольное сечение в увеличенном виде; на фиг. 20 - сечение П-П на фиг. 9; на фиг. 21 - сечение Р-Р на фиг. 20; на фиг. 22 - вид сверху места отхода запасного пути от магистрального и выноски в увеличенном виде: А - крестовины; Б и В - положения стрелки при движении ПК-4 по запасному пути; Г - по магистральному пути (фиг. 23).

Воздушно-дорожный транспорт ТК-4 представляет собой комплексное соединение четырех основных устрйств: полетно-дорожного поезда ПК-4; воздушно-подушечной дороги ДК-4; двигателя-движителя ДДК-4 и вторичного воздушного двигателя ВДК-4.

Поезд ПК-4 состоит из головного вагона 1, пассажирских вагнонов 2, вагона-плафтормы 3 и хвостового вагона 4. Вагон-плафторма 3 включается в ПК-4 только при наличии крупногабаритных грузов, для транспортировки которых этот вагон предназначен. Вместо пассажирских вагонов ПК-4 может быть составлен из товаропассажирских или товарных вагонов различного назначения.

Головной и хвостовой вагоны 1 и 4 являются аэродинамическими обтекателями ПК-4, имеющими форму, соответствующую этому назначению. В головном и пассажирских вагонах установлены в два ряда по бортам вагонов верхние части двигателя-движителя ДДК-4 в виде оголовника 5 со сдвоенной камерой сгорания 6 и газоводом 7, а также компрессор 8 с электродвигателем, баллоны со сжиженным или природным газом 9 и со сжатым воздухом 10. В головном и хвостовом вагонах установлен еще роторный двигатель (дизель) РДК с электрогенератором 11.

Все вагоны ПК-4 имеют стыковочное устройство, соединяющее их в поезд, который может состоять из 3-4 и более вагонов различного назначения в зависимости от потребности в транспортировке пассажиров и различных грузов. Например, поезд из 10 вагонов сможет перевозить более 2000 т грузов или более 20000 пассажиров.

Стыковочное устройство вагонов (фиг. 2 и 7) имеет вертикальную 12 и горизонтальную 13 оси вращения, вставленные в проушины 14, 15 и 16 соответственно заднего и переднего вагонов и соединительной рамы 17. На фиг. 4 - 6 передний вагон - товарный 2, а задний - пассажирский 3. Ось 12 вставляется в отверстие проушин 14 вагона 3 и 16 рамы 17 и соединяет раму 17 с вагоном 3 в заводских условиях на длительное время. Ось 13 в виде двух полуосей (фиг. 6) вставляется на сортировочной станции железной дороги при формировании поезда ПК-4, требуемого для транспортирования заданного количества товаров (грузов) и пассажиров. Оси 12 и 13 вставляются без люфта в круговые отверстия вагонов 2 и 3 и с люфтом в удлиненные (расточные) отверстия 18 и 19 рамы 17, которые позволяют смещение вагонов 2 и 3 относительно друг друга соответственно по горизонтали и по вертикали перпендикулярно рельсу 55 пути. Оси 12 и 13 позволяют также проходить вагонам по лыжням 79 с заданным (минимальным) радиусом кривизны рельса 55 (фиг. 15) в горизонтальной и вертикальной плоскостях в соответствии с углами α и β .

Формирование поезда ПК-4 из вагонов 1 - 4 производят на сортировочной станции с помощью поворотного круга, подобного поворотным кругам, применяемым в настоящее время на железных дорогах.

Двигатель-движитель ДДК имеет оголовник 5 в виде цилиндра с полусферами на его торцах, со сдвоенной камерой сгорания 6, покрытой с внутренней поверхности термоизоляцией 20, изображенной крестообразной штриховкой, и газовод 7, соединенный с камерой сгорания 6 сопловым отверстием 21. Газовод 7 разделен упрочняющими его перегородками 22 от соплового отверстия 21 до камеры 23 воздушной подушки. Камера сгорания 6 и газовод 7 окружены теплоизолирующей камерой 24, также разделенной упрочняющими ее продольными перегородками 25, идущими от цилиндрической камеры 26 до соплового сужения 27 и далее до камеры 23 воздушной подушки Перегородки 25 нижней части камеры 24 жестко соединяют газовод 7 и оголовник 5 с дном камеры 24, которое, в свою очередь, соединено с дном вагона. Камера 26 установлена на оголовнике 5 и соединена прямоугольными окном 28 по образующим цилиндров камеры 26 и оголовника 5 с камерой 24, разделенной перегородками 25. Камера 26 соединена по торцам патрубком 29 с малым компрессором 30, поставляющим сжатый воздух в камеру 24.

Сдвоенная камера сгорания 6 соединена по торцам патрубком 31, перекрытым клапаном 32, с баллоном 10 для сжатого воздуха и патрубком 33 с клапаном 34. Патрубок 33 оканчивается форсункой 35, установленной по геометрической оси цилиндра камеры 6; в средней суженной части камеры 6 установлен теплоинерционный воспламенитель 36.

Камеры 23 воздушной подушки расположены двумя рядами по сторонам дорожного полотна под двумя рядами верхних частей ДДК-4, установленных по бортам вагонов. Камера 23 образована боковыми стенками 37 и дном 38 стального корпуса, перекрытого упорами 39, отделяющими друг от друга смежные камеры 23 воздушных подушек, и дверцей 40 с осью 41 ее вращения и гребнем 42 в виде полосы пружинной стали.

Дверцы 40 устанавливаются через 2-3 упора 39 с касанием впереди стоящего упора 39 гребнем 42. Во время прохода над дверцей 41 отверстия 43 камеры 44 вторичного реактивного движителя хвостового вагона (фиг. 11 и 12) дверца 40 поднимается на угол, равный 50-60^o от наклонного положения в камере 23 воздушной подушки, при котором она касается впереди стоящего упора 39. Ее подъем ограничен упором 39, установленным сзади дверцы 40 по ходу движения ПК-4 и потолком камеры 44 у отверстия 43. После прохода хвостового вагона дверцы 40 опускаются под действием силы тяжести. Постоянно во время движения камеры 44 хвостового вагона дверца 40 скользит гребнем 42 по наклонному вверх потолку 45 в сторону отверстия 43, создавая со смежной дверцей 40 камеру расширения 46 движителя ВДК-4. Суммарный объем камер расширения 46, включающий объем камер 23 воздушных подушек, больше, чем объем камер 44 ВДК-4, на величину объема камер 23, находящихся под камерой 44.

Расширяющиеся в камерах 46 газы воздушных подушек давлением на наклонный потолок 45 создают не только подъемную силу, но также и силу тяги, равную произведению величины удельного давления газов на площадь потолка 45 и на sin α , где α - является углом наклона потолка 45. Угол наклона α выбирается таким, что в последней камере расширения 46 у отверстия 43 камеры 44 давление газов уменьшается до атмосферного преобразованием всей энергии давления газов в работу силы тяги. В результате полного использования давления газов воздушных подушек в камере расширения 46 движителя ВДК-4 за хвостовым вагоном 4 не будет возникать поток газов в сторону, противоположную силе тяги, который у всех известных воздушных движителей уносит с собой добрую половину энергии, затрачиваемую, например, винтовым движителем, и существенно большую часть энергии, затрачиваемую известными возушно-реактивными двигателями-движителями. К тому же поток газов воздушно-реактивных двигателей имеет температуру более 1000^oC, унося с собой как потерянную не только кинетическую, но и тепловую энергию. Газы, выходящие из камер расширения 46, имеют температуру менее 100^oC, и потеря с ними тепловой энергии составляет всего менее 2%.

Такое более чем на 90% использование энергии давления газов ВДК-4 для движения вагона ПК-4 существенно повышает суммарный КПД ДДК-4 и ВДК-4 по использованию химической энергии углеводородного топлива, который может быть более 80%.

Боковые стенки 37 камер 23 воздушной подушки имеют площадку 47, оканчивающуюся пружиной 48, которая скользит по пластинке 49, вмонтированной в дно 50 вагона. Пластинка 49 изготовлена из материала, имеющего наименьший коэффициент трения со стальной пружиной 48. На дне 50 вагона против площадки 47 установлена стальная пружина 51, скользящая по площадке 47 стенки 37. Между пружинами 48 и 51 в дне 50 установлен электродатчик 52 давления газов в камере 53, такой же электродатчик 54 давления газов в камере 22 установлен в дне 50 между пружинами 51 камер 22. Аналогичные электродатчики 54 давления и температуры газов установлены в потолке 45 камеры 44 хвостового вагона.

Дорожное полотно ДК-4 имеет осевой рельс 55, предназначенный для проката по его боковым сторонам катков 56, оси 57 вращения которых установлены в подшипниках амортизаторов 58 стальной балки 59, проходящей посередине поперечной балки 60 дна вагона. Две пары катков 56 установлены на удалении 1/4 длины вагона от его торцев и обеспечивают совпадение с допуском в 1-2 см середины между осями 57 пары катков 56 с осевой вертикальной плоскостью ДК-4, проходящей через продольную ось рельса 55. Рельс 55 соединен стальными шпалами 61 со стенками 37 и основаниями 38 двух корпусов камер 23 воздушных подушек, установленных по обе стороны от рельса 55 на равных от него расстояниях.

В каждом вагоне между задней парой катков 56 установлено тормозное устройстов, включающее тормозную лыжу 62 со сменной тормозной подошвой 63, штоком 64, поршнем 65 и масляными камерами 66 и 67 соответственно нажима на поршень и подъема поршня в верхнее положение. Эти камеры соединены маслопровдом 68, по которому масляный насос 69 перекачивает масло из одной камеры в другую в соответствии с поступающими командами на торможение или растормаживание. Шток 64, прямоугольной формы сечения, перемещается в прямоугольном отверстии упоров 70 балки дна вагона и имеет сальники, препятствующие утечке масла. Тормозная лыжа 62 имеет прогиб, подобный прогибу прогулочных лыж, позволяющий при максимальном нажиме домкрата производить нажим на рельс 55 с равным удельным давлением по всей поверхности соприкосновения подошвы 63 лыжи с рельсом.

Для улучшения обтекаемости поезда встречным потоком воздуха стыковочное устройсто вагонов имеет нижние, верхние и боковые щиты 71, 72 и 73 (фиг. 5 и 3) передних вагонов, перекрывающие зазоры между вагонами и оканчивающиеся внахлестку на соответствующих поверхностях начала задних вагонов. Нижние щиты 71 дополнительно исключают утечку газов из воздушных подушек наличием пластинчатых пружин 51, являющихся продолжением этих пружин передних вагонов. В головном вагоне используется устройство 74 для смазки машинным маслом площадки 47 стенок 37. Головной вагон имеет ножи 75 бульдозера, срезающие в зимнее время слой снега на уровне выше пружины 48 на зазор, исключающий вероянтсоть касания ножом 75 пружины 48. При этом рельс 55 находится между ножами 75 бульдозера с зазорами, исключающими касания рельса 55 ножами 75 бульдозера во время прохождения вагоном пути ДК-4 с минимальным радиусом кривизны. Срезанный снег во время движения ДК-4 отбрасывается в сторону от полотна дороги на ее откосы.

На боковых балках 76 дна вагона установлены вертикальные полуоси 77 поворота лыж 78, которые предназначены для скольжения по лыжням 79 ДК-4 во время движения вагона при недостаточном давлении газов в камерах 23 воздушных подушек для полета вагона, а также для его опоры на лыжни 79 во время остановки ПК-4. Полуоси 77 установлены в плоскости, перпендикулярной оси вагона и проходящей через оси 57 катков 56.

Лыжи 78 имеют нижнюю поверхность, отстоящую от поверхности лыжни на зазор в 1-2 см, заполненный смазкой 80, которой в зимнее время служат снег и лед, а в летнее время - мокрая глина. В лыжную камеру 81 из камеры 23 воздушной подушки через патрубок 82 и полуось 77 в зимнее время подается теплый сжатый воздух, который подогревает нижнюю поверхность лыжи 78 и тем самым улучшает ее скольжение по лыжне 79. В летнее время улучшение скольжения лыжи 78 по мокрой глине достигается за счет воздушной смазки в виде выхода сжатого воздуха из камеры 81 через конусные отверстия 83.

Лыжня выполнена в виде стальной балки 84 швеллерного или двухтаврового профиля (фиг. 12), забетонированной в полотно дороги 85, дно и боковые поверхности балки 84 обшиты (например, обклеены) досками 86.

Полуось 77 лыжи 78 установлена в роликовых подшипниках 87, передающих давление лыжи на балку 76 через пьезоэлектрический датчик давлений 88, соединенный приводной связью с компьютером машиниста ПК-4. Полуось 77 лыжи 78 может поворачиваться на небольшой угол при проходе вагона лыжни 79 с минимальным радиусом кривизны. Угол поворота оси 77 ограничен ее выступами 89 в пазах 90 балки 76. Боковые стенки 91 лыжи 78 имеют радиус кривизны, равный минимальному радиусу кривизны лыжни 79. Задний конец каждой лыжи 78 имеет углубление 92, в которое входит зуб 93 переднего конца смежной лыжи 78 с люфтом, обеспечивающим вхождение лыжи 78 в лыжню 79, имеющую минимальный радиус кривизны,
Основным топливом для ДДК-4 является дизельное топливо и сжиженный газ, имеющие высокую степень сжатия топливной смеси, позволяющие получить большой КПД и меньшую стоимость такого топлива, чем бензин, используемый для д.в.с., сокращающую эксплуатационные расходы. Кроме того, дизельное топливо получают в большем количестве из 1 т нефти, чем бензина, а сжиженный газ не только существенно дешевле бензина, но также является и наиболее экологичным топливом.

Учитывая вышеизложенное, в камере сгорания могут быть установлены не только теплоинерционный воспламенитель 36, но также и электросвечи 94 зажигания (фиг. 21). Установка воспламенителя 36 и электросвечей 94 в средней суженной части камеры сгорания 6 позволяет существенно увеличить давление воздуха и его избыток по сравнению с давлением и избытком воздуха в камере сгорания дизельного д.в.с., в результате увеличивается КПД и уменьшается токсичность выхлопных газов, а также снижается вероятность воникновения детонации, сокращающей срок службы двигателя и уменьшающей его КПД и мощность.

Теплоинерционный воспламенитель 36 установлен на кронштейнах 95, электрически соединенных с массой двигателя, подключенной к отрицательной клемме аккумулятора. Центральная часть диска воспламенителя 36 выполнена в виде диска 96 из материала, имеющего большое омическое сопротивление и используемого в нагревательных элементах. В центре диска 96 установлен контакт 97 конца провода, проходящего в керамической изоляции 98 через телпоизолирующую камеру 24, камеру сгорания 6 и диски 36 и 96. Провод подключен к аккумулятору и имеет выключатель 99, управляемый компьютером.

Воздушно-подушечная дорога ДК-4 имеет участок 100 пути, отходящий в сторону от основного магистрального пути 101 и предназначенный для формирования поезда ПК-4, его ремонта или для отхода второго магистрального пути. Участок 100 пути расположен при выходе ПК-4 со станции. Аналогичное устройство имеет участок 100 пути, расположенный перед станцией, который предназначен для выхода ПК-4 на магистральный путь 101 со второго магистрального пути или с участка 100 пути, предназначенного для формирования и ремонта ПК-4.

Участок 100 пути длиной не менее длины ПК-4 устраивают без наклона или с небольшим наклоном пути в сторону движения ПК-4, по которому ПК-4 проходит со скоростью пешехода (1-2 м/с). Площадка 102 (фиг. 22) магистрального пути является плоскостью, образованной на уровне, обеспечивающем проход над ней вагонов ПК-4 с минимальным зазором. На площадке 102 установлен стрелочный перевод балки 84 с магистрального пути 101 на участок 100, имеющий ось вращения 103 остряка 104, выполненного в виде отрезка боковой стороны балки 84 с минимальным радиусом кривизны, под которым отходит от магистрального пути 101 участок 100.

Устройство стрелочного перевода ДК-4 аналогично устройству стрелочного перевода железных дорог, оно также имеет крестовину, изображенную в плане на узле "А" (фиг. 22), с той разницей, что вместо крестовины из железнодорожных рельсов будет крестовина лыжни из балок 84.

В момент выхода вагона ПК-4 на площадку 102 прерывается контакт пружины 51 с боковой стенкой 37, оканчивающейся перед площадкой 102, что служит электросигналом для компьютера, выключающего работу форсунок 35 и подачу воздуха перекрытием клапанов 34 и 32. Затем в момент прохода вагона ПК-4 на участок 100 пути в результате возобновления контакта пружины 51 с боковой стенкой 37 участка 100 компьютер включает в работу форсунки 35 и подачу сжатого воздуха в камеру 6.

Станции ДК-4 строятся на прямоугольном горизонтальном участке дороги, имеющем длину не менее длины ПК-4, подъезд к которому выполняется с подъемом на высоту 10 м и более на расстояние в 2 км и более, а съезд - в виде спуска с такими же характеристиками. Подобное устройство станции позволяет сократить энергетические затраты ПК-4, ускорить подъезд к станции и отъезд от нее. Станции ДК-4 имеют вокзалы такой же этажности платформы, как и вагоны ПК-4.

Эксплуатируется поезд ПК-4 следующим образом.

Подготовка ПК-4 к движению по заданному маршруту начинается с формирования состава из головного, хвостового, пассажирского (одного или нескольких) вагонов с включением в состав при необходимости вагона-плфтормы для перевозки крупногабаритных грузов. Формирование состава производится на сортировочной станции с помощью поворотного круга, подобного тому, который применяют на железной дороге.

Перед началом движения на станции отправления в вагонах ПК-4 запускают компрессоры 8 для заполнения сжатым воздухом баллонов 10 до заданного давления, затем запускают роторные двигатели с электрогенераторами 11. Далее включают масляные насосы для подъема тормозных лыж 62 и включают в работу сдвоенные камеры сгорания 6 оголовников 5. Все эти включения производят автоматически с помощью компьютера, установленного в кабине 105 машиниста в результате нажима на клавишу "Пуск" компьютера. Программой "Пуск" предусмотрен такой темп работы ДДК-4, при котором давление 88 будет не менее заданной величины, обеспечивающей начало движения ПК-4 по лыжням 79. На прямолинейных участках ДК-4 вся масса вагонов может восприниматься давлением воздуха воздушных подушек на дно вагона.

Мощность, развиваемая ДДК-4 и определяемая частотой работы сдвоенной камеры сгорания 6, регулируется компьютером в зависимости от заданной скорости движения ПК-4.

Частота воспламенений топлива в камере сгорания определяется частотой открытия клапана 32, через который сжатый воздух поступает по патрубку 31 из баллона 10. В момент закрытия клапана 32 срабатывает форсунка 35, вспрыскивающая дизельное топливо или сжиженный газ на воспламенитель 36 и электросвечи 94, воспламеняющие образовавшуюся топливную смесь воздуха и дизельного топлива или сжиженного газа. При этом температура газов сгоревшего топлива достигает 2500^oC, давление в камере 6 увеличивается до 10 раз и раскаленные газы устремляются через сопловое отвертсие 21 в расширяющийся газовод 7. Проходя через сопловое отверстие 21 и газовод 7, газы расширяются, и в соответствии с этим их температура и давление понижаются в несколько раз, а давление газов на стенки газовода создает силу тяги тем большую, чем будет больше давление этих газов и чем больше угол, под которым отходят стенки газовода 7 от соплового отверстия. Сила тяги создается и сопловым отверстием 21 пропорционально площади этого соплового отверстия и среднему давлению в камере 6, приложенному к диаметрально противоположной стороне камеры 6 относительно отверстия 21. Среднее давление в камере 6 и в газоводе 7 зависит не только от частоты воспламенений топливной смеси, но также и от давления газов в камере 23 воздушной подушки. Чем больше давление в камере 23, тем больше и давление газов в газоводе 7 и в отверстии 21. Уже первая порция газов, устремляющаяся из газовода 7 в камеру 23 (фиг. 8), встретит преграду своему движению в виде упора 39 и дна 38, которые изменяют направление струй газов, выходящих из газовода 7, на угол более 160^o, в результате в соответствии с третьим законом Ньютона сила воздействия газов на упор 39 и дно 38 создает усилия противодействия, приложенные к газоводу 7 и дну 50 вагона в виде силы тяги и подъемной силы.

Объем камеры 23 в 1,5-2,0 раза больше объемов двух газоводов 7, одновременно заполняющих газами сгоревшего топлива камеру 23, в результате давление газов в камере 23 после прохода в нее газов от двух первых газоводов 7 при рейсовой скорости движения вагона возрастет до 4-6 кг/см². В передней части головного вагона установлены последовательно через расстояние, равное длине камеры 23, оголовники с газоводами 7 с таким расчетом, что после прохода головного вагона с рейсовой скоростью давление в воздушных подушках камер 23 достигнет расчетной величины (например, 15-20 кг/см²), достаточной, чтобы давление газов воздушных подушек создавало подъемную силу, равную силе тяжести вагона с полной загрузкой.

Во время движения вагона ПК-4 происходят утечка газов из камеры 23 и их олаждение, вследствие чего давление газов в камерах 23 уменьшается. С целью противодействия этому процессу и поддержания среднего расчетного давления газов в камерах 23 в передней части пассажирских вагонов установлены по паре оголовников 5 с газоводами 7, производящими подпитку газами камер 23 воздушных подушек до заданного давления, которое фиксируется электродатчиками 54. В соответствии с показаниями этих датчиков компьютер устанавливает режим работы двигателей-движителей ДДК-4 в каждом из пассажирских вагонов. При этом ДДК-4 создает силу тяги, необходимую для поддержания заданной скорости движения ПК-4, и уменьшается нагрузка на стыковочные устройства вагонов. Таким образом, при подходе хвостового вагона 4 в камерах 23 будут находиться сжатые газы, обладающие большой потенциальной энергией. Вторичный реактивный движитель ВДК-4 реализует эту потенциальную энергию в работу силы тяги, движущую вагоны ПК-4, с помощью камеры 44 хвостового вагона и камер 46 расширения газов воздушных подушек между дверцами 40, скользящими гребнями 42' по наклонному дну 45 камер 44 ВДК-4. Сила тяги, создаваемая ВДК-4, равна произведению среднего давления газов в камерх 46 на площадь дна 45 и на sin α , где α - угол наклона дна 45 (фиг. 11 и 12). Расстояние между стенками камеры 44 больше, чем расстояние между стенками 37 камеры 23 на удвоенную величину возможного смещения продольной оси камеры 44 относительно оси дороги.

Во время движения ПК-4 за отверстием 43 камеры 44 вторичного реактивного двигателя нет воздушно-газового потока, направленного в противополжную сторону движения ВДК-4, что является его принципиальным отличием от всех известных реактивных и винтовых движителей. Это существенное отличие свидетельствует о том, что ВДК-4 работает с КПД, близким к 100%, в то время как КПД реактивных и винтовых движителей - менее 50%. Газы, выходящие со скоростью, близкой к нулевой, из последней камеры 46 расширения, имеют давление, равное атмосферному, и температуру, превышающую температуру атмосферного воздуха менее чем на 100^oC. Для сравнения следует отметить, что температура выхлопных газов д.в.с. превышает температуру воздуха на 600-10000^oC, а температура струй газов, выходящих со скоростью, превышающей скорость звука из реактивногол двигателя-движителя, превышает 1000^oC. Скорость и температура газового потока, созданного двигателем-движетелем, составляют главную часть энергетических потерь работы этого двигателя-движителя. Потери энергии ДДК-4 с ВДК-4 в несколько раз меньше потерь энергии всех известных тепловых двигателей, а суммарный КПД ДДК-4 с ВДК-4 более 80%. Такой КПД в 2-3 раза превышает КПД д.в.с. и в 4-5 раз - КПД реактивных двигателей-движителей.

После выхода дверцы 40 из отверстия 43 камеры 44 хвостового вагона дверцы 40 имеют наклон в сторону движения ПК-4, и под действием силы тяжести они отклоняются до первоначального (исходного) положения (фиг. 8), в котором находились до проезда над ними хвостового вагона ПК-4. Время, необходимое для опускания дверцы 40 в исходное положение, займет не более 1 мин, и дорога готова к пропуску следующего ПК-4.

Существенный вклад в работу ДДК-4 с высоким КПД вносит теплоизолирующая камера 24, окружающая камеру сгорания 6 и газовод 7, работающие с большой интенсивностью и при высоких температурах горения топливной смеси. В этих условиях возникает задача такого охлаждения материала, из которого изготовлены камера 6 и газовод 7, при котором тепловая энергия охлаждающего потока воздуха не была бы потеренной для работы ДДК-4. Эта задача решена работой камеры 24, куда от малого компрессора 30 подается воздух, объемная теплоемкость которого повышена, например, в 40 раз сжатием до 40 кг/см². Этот сжатый воздух, охлаждая камеру 6 и газовод 7, нагревается с увеличением объема рабочего тела в 2,5-3,0 раза и через сопловое отверстие 27 вводится в камеру 23 с получением дополнительной силы тяги и с увеличением энергетического потенциала газов воздушной подушки, который реализуется еще в работе ВДК-4. Энергия, затраченная компрессором на сжатие воздуха для камеры 24, возвращается увеличенной более чем в 2 раза в ДДК-4 благодаря утилизации камерой 24 отходов тепловой энергии во время работы камеры 6 и газовода 7.

Компрессор 30 работает под управлением компьютера, в который поступают электросигналы от датчиков 54 температуры, установленных в камере 24. При повышении температуры воздуха в камере 24 выше заданного предела увеличивается производительность компрессора 30 и увеличивается интенсивность охлаждения камеры 6 и газовода 7 большей скоростью и большей плотностью воздуха, выходящего из камеры 24 в камеру 23 через сопловое отверстие 27. Давление воздуха на внутренние стенки камеры 24, создаваемое компрессором 30, противостоит давлению газов на эти стенки в камере 6 и газоводе 7 и позволяет сделать эти стенки меньшей толщины и прочности. Перегородки 25 камеры 24 позволяют также уменьшить толщину общих стенок камеры 24 с камерой 6 и газоводом 7 и, кроме того, играют роль радиаторов, улучшающих теплообмен между сжатым воздухом камеры 24 и ее внутренними стенками. Перегородки 22 газовода 7 увеличивают прочность стенок газовода, позволяя сделать газовод тонкостенным и менее металлоемким с учетом металла, затрачиваемого на перегородки 22.

Дверца 40 дороги выполнена выпуклой с целью повышения ее прочности и увеличения давления газов в момент выхода их из газовода 7 и камеры 24, а следовательно, и увеличения силы тяги. Кроме того, выпуклость дверцы 40 уменьшает количество снега в зимнее время, которое может быть над дверцей, и уменьшает потерю тепла, которое может быть затрачено на испарение воды, стекающей под дверцу 40 во время дождя летом и при таянии снега зимой под воздействием горячих газов, выходящих из газовода 7. Нож 75 головного вагона предназначен для удаления с полотна дороги случайно попавших на нее предметов, а также снега в зимнее время. Для той же цели в зимнее время ножом 75 на носовой части головного вагона закрепляется насадка с вращающимися цилиндрическими щетками, удаляющими снег с камер 23 воздушных подушек, подобно тому как удаляется снег такими же вращающимися щетками с городских дорог снегоуборочными машинами.

Воздух в компрессоры 8 и 30 головного вагона поступает через воздуховод 106 с козырьком 107, увеличивающим скоростной напор воздуха в воздуховоде 106 и защищающим его от попадания осадков с крыши вагона 1. Воздуховоды вагонов 2 и 4 имеют входные отверстия с козырьками 108, установленными на крыше вагонов.

Скорость движения ПК-4 определяется по соотношению силы тяги, развиваемой ДДК-4, и сопротивления воздуха движению ПК-4 при его полете, и на прямолинейных участках ДК-4 она может быть более 100 м/с, недостижимой скоростными поездами железных дорог. При такой скорости благодаря КПД двигателей, превосходящих КПД двигателей скоростных поездов железных дорог (по первичной затрате топлива)более чем в два раза при меньшей в несколько раз потере энергии движителей на преодоление пути с помощью воздушных подушек, затраты топлива на тонно-километр транспортируемого груза в ПК-4 будут в несколько раз меньше, чем затраты топлива на скоростном железнодорожном транспорте.

Благодаря отсутствию движущихся деталей двигателей и движителей ПК-4 и отсутствию сил трения, свойственных двиигателям и движителям железнодорожных поездов, срок службы ПК-4 будет в несколько раз дольше, чем срок службы подвижного состава скоростного железнодорожного поезда.

Полет ПК-4 совершается на высоте мене 10 см над полотном дороги ДК-4 в автоматическом режиме с изменением высоты полета менее 2 см, так как если подъемная сила воздушных подушек 23 увеличится до значения, превосходящего силу тяжести вагона, то при его подъеме на 1-2 см возрастет утечка воздуха из воздушных подушек 23 в зазор между дном 50 вагона и боковыми стенками 37 воздушных подушек, в результате уменьшится их подъемная сила. Кроме того, компьютер может изменять мощность работы ДДК-4, исходя из заданного давления оси лыжи на балку 76 дна вагона, которое фиксирует электродатчик 88.

Поезд ПК-4 производит полет на высоте менее 10 см. Это самый безопасный полет, так как он происхоидт на самой малой высоте, с самым малым ее изменением и с самой надежной автоматизированной посадкой из всех устройств, когда-либо реализованных для полетов. ПК-4 затрачивает для своего полета меньше энергетических ресурсов, чем любое другое устройство, презназначенное для транспортных целей, так как полет ПК-4 производится на воздушной подушке, создаваемой отработанными газами реактивных двигателей-движителей, т.е. без специальной затраты энергии на преодоление силы тяжести. ПК-4 реализует самый экономичный способ полета, не требующий затраты топлива на набор высоты и ее поддержания с большой степенью постоянства в течение всего времени полета.

Использование: железнодорожный транспорт, в частности конструирование средств скоростного железнодорожного транспорта. Сущность изобретения: у воздушно-дорожного транспорта, имеющего дорожное полотно и подвижной состав вагонов различного назначения, соединенных в поезд, в качестве дорожного полотна применена воздушно-подушечная дорога, имеющая две взаимно параллельных лыжни в виде стальных балок двутаврового или швеллерного профиля с деревянной обшивкой внутренних сторон, и стальной рельс, проложенный по осевой линии дорожного полотна, между осевым рельсом и каждой лыжней, в свою очередь, проложены стальные корпуса со стенками, параллельными осевому рельсу, с уступами, отделяющими одну воздушную подушку от другой, ей смежной, с дверцами, при этом дверца имеет ширину, равную ширине воздушной подушки, в качестве подвижного состава применен полетно-дорожный поезд из головного, пассажирских и хвостового вагонов с включением одного или нескольких вагонов-платформ для перевозки крупногабаритных грузов, все вагоны имеют лыжи, установленные на лыжни воздушно-подушечной дороги, головной, пассажирский и хвостовой вагоны имеют тормозные лыжи с масляными домкратами, головной и пассажирский вагоны имеют воздушно-реактивные двигатели-движители, компрессоры основной и дополнительный, баллоны с жидким или газообразным топливом, головной и хвостовой вагоны имеют еще двигатель внутреннего сгорания с электрогенераторами, хвостовой вагон имеет камеры вторичного реактивного движителя, установленные над камерами воздушных подушек, все вагоны полетно-дорожного поезда соединены стыковочными устройствами в обтекаемый состав, использующий силу давления газов воздушных подушек на дно вагонов для противодействия силе тяжести вагонов вплоть до равенства этих взаимно противоположных по направлению сил, во время которого реализуется полет полетно-дорожного поезда над воздушно-подушечной дорогой, при этом давление газов воздушных подушек создается через отверстие газовода реактивного двигателя в верхнюю часть объема воздушной подушки воздушно-подушечной дороги, все вагоны полетно-дорожного поезда имеют катки с вертикальными осями вращения, установленные по боковым сторонам осевого рельса и контактирующие с ним, полетно-дорожный поезд имеет стрелочные устройства, установленные на лыжнях, отходящих от основного магистрального пути с минимально допустимым радиусом кривизны на другой магистральный путь или на путь для формирования и ремонта полетно-дорожного поезда. 4 з.п. ф-лы, 23 ил.

1. Воздушно-дорожный транспорт, имеющий дорожное полотно и подвижной состав вагонов различного назначения, соединенных в поезд, отличающийся тем, что в качестве дорожного полотна применена воздушно-подушечная дорога, имеющая две взаимно параллельные лыжни в виде стальных балок двутаврового или швеллерного профиля с деревянной обшивкой внутренних сторон, и стальной рельс, проложенный по осевой линии дорожного полотна, между осевым рельсом и каждой лыжней проложены стальные корпуса со стенками, параллельными осевому рельсу, с уступами, отделяющими одну воздушную подушку от другой, ей смежной, с дверцами, при этом дверца имеет ширину, равную ширине воздушной подушки, в качестве подвижного состава применен полетно-дорожный поезд из головного, пассажирских и хвостового вагонов с включением одного или нескольких вагонов-платформ для перевозки крупногабаритных грузов, вне вагона имеют лыжи, установленные на лыжни воздушно-подушечной дороги, головной, пассажирский и хвостовой вагоны имеют тормозные лыжи с масляными домкратами, головной и пассажирский вагоны имеют воздушно-реактивные двигатели-движители, компрессоры основной и дополнительный, баллоны с жидким или газообразным топливом, головной и хвостовой вагоны имеют еще двигатель внутреннего сгорания с электрогенераторами, хвостовой вагон имеет камеры вторичного реактивного движителя, установленные над камерами воздушных подушек, все вагоны полетно-дорожного поезда соединены стыковочными устройствами в обтекаемый состав, использующий силу давления газов воздушных подушек на дно вагонов для противодействия силе тяжести вагонов вплоть до равенства этих взаимно противоположных по направлению сил, во время которого реализуется полет полетно-дорожного поезда над воздушно-подушечной дорогой, при этом давление газов воздушных подушек создается через отверстие газовода реактивного двигателя в верхнюю часть объема воздушной подушки воздушно-подушечной дороги, все вагоны полетно-дорожного поезда имеют катки с вертикальными осями вращения, установленные по боковым сторонам осевого рельса и контактирующие с ним, полетно-дорожный поезд имеет стрелочные устройства, установленные на лыжнях, отходящих от основного магистрального пути с минимально допустимым радиусом кривизны на другой магистральный путь или на путь для формирования и ремонта полетно-дорожного поезда. 2. Транспорт по п. 1, отличающийся тем, что имеет воздушно-реактивный двигатель-движитель, составленный из двух половин, одной - верхней, установленной в вагоне, и другой - нижней, установленной на полотне дороги, верхняя половина воздушно-реактивного двигателя-движителя имеет оголовник цилиндрической формы с торцами в виде полусфер, в котором установлена сдвоенная камера сгорания, разделенная посередине в ее суженной части теплоинерционным воспламенителем в виде диска с кронштейнами, соединенными с корпусом камеры сгорания, в металлическом диске воспламенителя концентрично установлен электронагревательный диск из материала с электрическим сопротивлением, контактирующий по своей поверхности с наружным металлическим диском, к центральной части электронагревательного диска подведен контакт электропровода в керамической изоляции, который включен в электроцепь, проходящую через аккумулятор, компьютер и массу воздушно-реактивного двигателя-движителя, сдвоенная камера сгорания по торцам соединена с патрубками, идущими от баллона со сжатым воздухом и от топливного насоса, эти патрубки имеют клапаны, управляемые компьютером, а патрубок, идущий от топливного насоса, оканчивается форсункой, камера сгорания соединена сопловым отверстием с газоводом, расширяющимся к прямоугольному отверстию, соединяющему его с камерой воздушной подушки воздушно-подушечной дороги, камера сгорания и газовод окружены теплоизолирующей камерой, которая через промежуточную камеру и патрубок соединена с дополнительным компрессором, увеличивающим сжатие воздуха, поступающего в него из баллона со сжатым воздухом, теплоизолирующая камера имеет сопловое сужение и своими расширяющимися концами соединена через клапан, управляемый компьютером, с камерой воздушной подушки воздушно-подушечной дороги, газовод и теплоизолирующая камера имеют упрочняющие их перегородки, нижняя половина воздушно-реактивного двигателя-движителя образована воздушными подушками воздушно-подушечной дороги, имеет стальной корпус с дном, боковыми стенками и уступами, образующими воздушную подушку, при этом через два или три уступа у передней части уступа установлена ось вращения дверцы, перекрывающей воздушную подушку до впереди установленного уступа, дверца имеет гребень в виде пластинчатой пружины, контактирующей с дном вагона, образующим верхнюю часть воздушной подушки, боковая стенка стального корпуса имеет пластинчатую пружину, перекрывающую зазор между этой стенкой и дном вагона, а также желоб, по дну которого скользит пластинчатая пружина, установленная на дне вагона и перекрывающая зазор между дном вагона и дном желоба. 3. Транспорт по п.1, отличающийся тем, что имеет вторичный реактивный движитель в виде наклонной камеры, установленной в дне хвостового вагона над воздушными подушками воздушно-подушечной дороги и дверцами стального корпуса воздушных подушек, которые контактируют своими гребнями с верхней плоскостью наклонной камеры хвостового вагона, при движении которого дверцы вращаются вокруг своих осей, образуя камеры расширения газов, заполняющих воздушные подушки, наклонная камера начинается в передней части дна хвостового вагона и заканчивается прямоугольным отверстием в задней части хвостового вагона, высота которого меньше возможной высоты подъема дверцы, а подъем дверцы не доходит до отвесного положения. 4. Транспорт по п.1, отличающийся тем, что имеет стыковочное устройство в виде рамы, соединяющей между собой передний и задний вагоны полетно-дорожного поезда, задний вагон соединен со стыковочным устройством вертикальной осью, проходящей через проушины заднего вагона и рамы стыковочного устройства, передний вагон соединен со стыковочным устройством горизонтальной осью в виде двух полуосей, вставленных в проушины переднего вагона, рама образует малые горизонтальные углы со стенками заднего вагона и малый вертикальный угол со стенкой переднего вагона. 5. Транспорт по п. 1, отличающийся тем, что имеет воздушно-подушечную дорогу со стрелочными переводами с магистрального пути на запасной или другой магистральный путь, образованными остряками в виде боковой стороны лыжни с минимальным радиусом кривизны, допускаемым для лыжни, и с осью вращения, с осевым рельсом в виде стальной полой балки прямоугольного сечения, возвышающейся над полотном воздушно-подушечной дороги до катков вагонов полетно-дорожного поезда, контактирующих с боковыми сторонами этой балки, а во время торможения вагонов полетно-дорожного поезда контактирующей верхней плоскостью с подошвой тормозной лыжи, при этом рельс жестко соединен с полотном воздушно-подушечной дороги и с помощью стальных шпал с боковыми сторонами стальных корпусов воздушных подушек.