ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО Российский патент 2000 года по МПК B60L8/00 F03D5/04 F03D1/04 

Изобретение относится к транспортной технике и предназначено для использования при реализации экономичной перевозки грузов и пассажиров с питанием тяговых систем от природных источников энергоснабжения. Известны транспортные средства (ТС), для которых необходимая для движения энергия воспринимается вращающимися ветроустановками с последующим преобразованиям механической энергии в электрическую посредством электрогенераторов и подачей последней на тяговые электродвигатели непосредственно или через буферную аккумуляторную батарею (DE 32015555 F 03 D 5/04, 1984; FR 2376770 В 60 L 11/16, 1978; US 3621930 В 60 L 11/18, 1971; SU 1789361 В 60 К 1/00, 1992; FR 2509239 В 60 L 11/00, 1983).

Недостатки известных ТС заключаются в низкой эксплуатационной надежности, обусловленной малоэффективными ветродвигателями и ограниченной областью практического использования, охватывающей лишь наземные, причем низкоскоростные ТС.

Наиболее близким из перечисленных ТС к предложенному является транспортное средство по заявке FR 2509239 В 60 L 11/00, 1983. Известное ТС содержит преобразователь энергии воздушных потоков с турбиной, приводимым турбиной электрогенератором, узлом подвода воздуха к турбине, выполненным в виде конфузора, и узлом отвода воздуха за турбиной; тяговый электропривод, питающий вход которого подключен к выходу электрогенератора.

Недостаток известного устройства также связан с невысокой эффективностью преобразователя энергии воздушных потоков (ветродвигателя).

Задачей изобретения является повышение эксплуатационных характеристик подобного транспортного средства и распространение возможности его применения в воздухоплавательных исполнениях.

Поставленная задача решается тем, что транспортное средство, содержащее преобразователь энергии воздушных потоков с установленными на общем валу, по крайней мере, одной турбиной и электрогенератором, по крайней мере, одним узлом подвода воздуха к турбине, выполненном в виде конфузора, и, по крайней мере, одним узлом отвода воздуха за турбиной, по крайней мере, один тяговый электропривод, питающий вход которого подключен к выходу электрогенератора, выполнено в виде объемного экипажа, состоящего из, по крайней мере, трех оболочек, часть из которых предназначена для размещения пассажиров и грузов, а турбина и электрогенератор размещены внутри, по крайней мере, одной из оболочек, выполненной с минимальным аэродинамическим сопротивлением, при этом конфузор и узел отвода воздуха за турбиной образованы указанными оболочками.

Каждая турбина имеет свой индивидуальный входной канал, изолированный от других каналов, и выходной канал либо изолированный от других каналов, либо сообщающийся с некоторыми из них.

Решению поставленной задачи способствуют частные существенные признаки изобретения.

Воздушные турбины располагают в передней оболочке преобразователя энергии, каждую турбину снабжают, по крайней мере, одним электрогенератором или другим преобразователем механической энергии турбины (компрессором, насосом и пр.) - далее генератор, причем, по крайней мере, один генератор может быть расположен перед турбиной.

Входные сечения узлов подвода воздуха к турбинам располагают в передней оболочке преобразователя энергии, а подвод воздуха непосредственно к турбине осуществляют как по оси турбины, так и под углами до 90 градусов относительно оси турбины, при этом наибольшее по площади сечение установки в вертикальной плоскости располагают в зоне выходного канала, образованного центральным телом и внешней оболочкой, причем хвостовую часть центрального тела располагают в плоскости этого сечения или далее по направлению отходящего воздушного потока.

В наземном исполнении транспортного средства, по крайней мере, в одной из оболочек может быть создан изолированный от полостей других оболочек канал, являющийся направляющей для обеспечения движения и одновременно опорным элементом конструкции.

Часть внешней оболочки может быть выполнена с криволинейным сечением, поверхность которого повторяет конфигурацию несущей эстакады, пути или участка разгона транспортного средства до необходимой скорости.

Для разгона до необходимой скорости и запуска транспортного средства может быть использован дополнительный тяговый привод с линейным электродвигателем.

Транспортное средство может быть снабжено системами магнитного подвешивания и поперечной стабилизации.

В качестве магнитных элементов могут быть использованы сверхпроводящие обмотки с криогенным оборудованием для их охлаждения.

Транспортное средство может быть снабжено системой для создания воздушной подушки.

Транспортное средство может быть снабжено опорными колесами.

По крайней мере одна из оболочек может быть заполнена газом легче воздуха, либо подогретым газом с возможностью снижения давления на опорно-подвесную систему.

B воздухоплавательном исполнении транспортного средства по типу самолета, оно снабжено крыловыми профилями и винтовыми или винтовентиляторными или другими движителями.

В воздухоплавательном исполнении транспортного средства по типу дирижабля, по крайней мере, одну из оболочек заполняют газом легче воздуха, либо подогретым газом с возможностью подъема конструкции в атмосферу и перемещения в ней с грузом.

Для разгона до необходимой скорости и запуска транспортного средства возможно оборудование его встроенным аккумулятором энергии.

Для разгона до необходимой скорости и подъема транспортного средства может быть использовано воздухоплавательное средство, применяемое для планерного запуска.

Транспортное средство может быть снабжено колесной взлетно-посадочной системой.

Для подъема на необходимую высоту и запуска транспортного средства может быть использовано наземное путевое устройство, применяемое при запуске ракет-носителей.

Подъем на необходимую высоту транспортного средства в виде дирижабля или в самолетном исполнении может осуществляться за счет его собственной подъемной силы, создаваемой газом, наполняющим его оболочки, и при помощи крыловых профилей, при этом транспортное средство снабжают заанкеренным на земле тросом для удержания на заданной высоте, где скорость набегающего воздушного потока достаточна для работы турбогенераторного узла в заданном режиме, обеспечивающем запуск движителей транспортного средства и его последующий полет. В состав предложенного транспортного средства входят: преобразователь энергии воздушных потоков с системой передачи энергии к тяговому приводу движителя, системы обеспечения движения в заданном направлении с обеспечением минимальных потерь на трение, преобразователи тока и напряжения, грузовые и пассажирские помещения с соответствующим оборудованием и др.

На фиг. 1 представлен общий вид предложенного транспортного средства в наземном исполнении, на фиг. 2 представлена конструктивная схема предложенного транспортного средства, на фиг. 3 и 4 показаны примеры реализации транспортного средства в наземном исполнении с размещением магнитов (электромагнитов) соответственно на нижней и верхней оболочках транспортного средства, а на фиг. 5 изображена магнитная подвеска, выполненная на сверхпроводящих элементах.

На общем виде транспортного средства (фиг. 1) преобразователь энергии 1 с соответствующим оборудованием передвижения установлен на эстакаде 2, снабженной путевым феррорельсом.

Конструктивная схема транспортного средства, представленная на фиг.2, содержит преобразователь энергии 1, установленный на эстакаде 2, во внешней оболочке 7 преобразователя энергии размещена в специальном канале система с электромагнитами тяги и подвешивания 3 транспортного средства, на эстакаде 2 смонтирован путевой феррорельс направления 4, преобразователь частоты тока и напряжения 5 установлен в центральной оболочке 6, где размещен и грузовой отсек транспортного средства; пассажирский отсек размещен во внешней оболочке 7, а генераторы энергии 8 установлены на одном валу с турбинами 9, выходной канал которых выведен в зону минимального сечения незагроможденного канала 10. На фиг. 3 транспортное средство 1 установленное на эстакаде 2 снабжено электромагнитом направления 3, а путевой феррорельс направления 4 смонтирован на эстакаде 2, где установлен и статор линейного двигателя 5, электромагнит для подвешивания и возбуждения линейного двигателя 6 монтируют на транспортном средстве 1. Принципиальная схема размещения оборудования транспортного средства при его вертикальной подвеске представлена на фиг. 4, где транспортное средство 1 через соединительный элемент 8 подвешивают к несущей эстакаде 2, подвешивающий магнит 3 и статор линейного двигателя 5, а также колеса для направления вагона 6 установлены на этом соединительном элементе 8, на эстакаде 2 установлены путевой феррорельс 4 и постоянный магнит пути 7. Схема основных функциональных узлов транспортного средства 1 с электродинамической системой (фиг. 5) содержит сверхпроводящие магниты 3 для создания подъемных, направляющих и тяговых усилий, путевые алюминиевые полосы 4 для создания подъемных и тяговых сил размещенные на эстакаде 2, путевые алюминиевые полосы 5 для создания подъемных и направляющих сил, помещение для криогенной техники 6 и устройство 7 сочленения криогенной техники с конструкцией экипажа.

В зависимости от вида транспортного средства и условий его эксплуатации могут быть изменены конструктивные решения по размещению оборудования, так, например, криогенная техника может быть размещена на эстакаде совместно со сверхпроводящими магнитами, а алюминиевые полосы для создания тяговых и подъемных сил непосредственно на экипаже. Аналогичные решения можно применять и к другим транспортным средствам. Предложенное транспортное средство работает следующим образом: установленное на эстакаде или подвешенное на ней транспортное средство при помощи собственных аккумуляторов энергии или внешнего источника энергии разгоняется при помощи одного из типов линейных двигателей до скорости, обеспечивающей работу преобразователя энергии воздушных потоков. Воздушный поток, обтекающий преобразователь энергии, создает разрежение на его донном срезе, т.е. в плоскости максимального сечения установки в вертикальной плоскости. Под воздействием разрежения и энергии набегающего воздушного потока скорость потока резко возрастает, достигая максимальной величины в минимальном сечении канала. Возрастание скорости потока связано с одновременным падением давления в потоке. Давление в разогнанном потоке существенно меньше давления на донном срезе преобразователя энергии и в минимальном сечении канала, сопряженного с первичным каналом скорость потока еще более возрастет и на турбине, установленной так же в минимальном сечении канала скорость потока будет равна скорости звука. Турбина соединена валом с генератором энергии, который может быть установлен как перед турбиной, так и за ней, вырабатываемой турбиной ток поступает на привод движителей транспортного средства, которые в зависимости от вида транспортного средства, могут быть линейными двигателями какого-либо типа, винтовыми, винтовентиляторными или двигателями других типов. Одновременно энергия поступает к системам обеспечения подвешивания, направления, ориентации и др.

Для согласования параметров тока (частоты, напряжения и др.) источника энергии и потребителей транспортное средство снабжают соответствующими преобразователями тока. При достижении необходимой мощности генераторами преобразователя энергии внешние источники энергии и аккумуляторные системы отключают от потребителей. Запуск транспортных средств в воздухоплавательном варианте может осуществляться путем подъема дирижабля или самолета, наполненных газом легче воздуха или подогретым воздухом, на соответствующую высоту, где естественная скорость воздушных потоков позволяет генераторам преобразователя энергии развить необходимую мощность для полета этих транспортных средств.

Серийно выпускаются турбогенераторные узлы различных типов. Эти узлы могут быть применены без существенных изменений в предлагаемых транспортных средствах. Мировой промышленностью освоена технология производства летательных аппаратов - самолетов и дирижаблей, подвижного железнодорожного состава и комплектующих эти транспортные средства узлов и агрегатов - алюминиевых корпусов самолетов, оболочек дирижаблей из пластических и композитных материалов, винтовых движителей, магнитных (электромагнитных) систем поддержки (подвешивания) и создания тягового усилия для нормального перемещения транспортных средств.

Японской авиационной компанией "Джапан эйрлайнез" создан ряд магнитопланов типа HSST, имеющих электромагнитные системы подвешивания и направления, а в качестве тяговых двигателей используются односторонние линейные асинхронные двигатели. В магнитопланах ML 100А, ML 500 и других установлены линейные синхронные тяговые двигатели со сверхпроводящими обмотками. Консорциумом ряда фирм Германии - "Сименс", "МАН", "Люфтганза", "Броун-Бовери" и др. был создан и испытан ряд магнитопланов типа TR с линейными синхронными тяговыми двигателями. В качестве системы возбуждения двигателя вагона TR-07 использованы постоянные магниты магнитной подвески, а панели кузова этого вагона изготовлены из композитных материалов.

Эти технические решения могут быть применены в предлагаемом изобретении.

Изобретение относится к транспортной технике. Предложенное транспортное средство выполнено в виде объемного тела с грузовыми и пассажирскими помещениями, силовыми энергетическими установками и устройствами для разгона экипажа до необходимой скорости. Основой транспортного средства является преобразователь энергии воздушных потоков, состоящий из нескольких ободочков и каналов между ними. Преобразователь может иметь несколько турбин и генераторов, обеспечивающих энергией привод движителя транспортного средства. Работоспособность преобразователя базируется на использовании разрежения на его донном срезе и энергии набегающего потока, поступающего во входные каналы. Процесс связан с резким увеличением скорости потока на турбине за счет соответствующего уменьшения его энтальпии, т.е. тепловой составляющей полной энергии. Для реализации опорных элементов, движителей, направляющих и других узлов используются технические решения, применяемые на скоростных железных дорогах, дирижаблях и самолетах. Транспортное средство характеризуется повышенными эксплуатационными характеристиками и расширенной областью применения. 17 з.п.ф-лы, 5 ил.

1. Транспортное средство, содержащее преобразователь энергии воздушных потоков с установленными на общем валу турбиной и электрогенератором, узлом подвода воздуха к турбине и узлом отвода воздуха за турбиной, тяговый привод, питающий вход которого подключен к выходу генератора энергии, отличающееся тем, что оно выполнено в виде объемного экипажа, состоящего из, по крайней мере, трех изолированных друг от друга герметичных оболочек, внутри, по крайней мере, одной из которых размещен, по крайней мере, один турбинный узел, соединенный с, по крайней мере, одним генератором энергии, причем генераторы энергии расположены как перед турбиной, так и за ней, а турбины расположены в минимальных сечениях каналов, при этом выходной канал турбины выведен в минимальное сечение незагроможденного канала, а, по крайней мере, одна из оболочек предназначена для размещения пассажиров и груза. 2. Транспортное средство по п.1, отличающееся тем, что входные сечения узлов подвода воздуха к турбинам расположены в передней оболочке преобразователя энергии, а подвод воздуха непосредственно к турбине осуществлен как по оси турбины, так и под углами до 90^o относительно оси турбины, при этом наибольшее по площади сечение установки в вертикальной плоскости расположено в зоне выходного канала, образованного центральным телом и внешней оболочкой, причем хвостовая часть центрального тела расположена в плоскости этого сечения или далее по направлению отходящего воздушного потока. 3. Транспортное средство по п.1 или 2, отличающееся тем, что в его наземном исполнении, по крайней мере, в одной из оболочек создан изолированный от полостей других оболочек канал, являющийся направляющей для обеспечения движения и одновременно опорным элементом конструкции. 4. Транспортное средство по любому из пп.1 - 3, отличающееся тем, что часть внешней оболочки преобразователя энергии выполнена в виде геометрического сечения, поверхность которого повторяет конфигурацию несущей конструкции эстакады, пути или участка для разгона до необходимой скорости. 5. Транспортное средство по любому из пп.1 - 4, отличающееся тем, что для разгона до необходимой скорости и запуска преобразователя энергии воздушных потоков использован дополнительный тяговый привод с линейным электродвигателем. 6. Транспортное средство по любому из пп.1 - 5, отличающееся тем, что оно снабжено системой магнитной подвески. 7. Транспортное средство по п.5 или 6, отличающееся тем, что в качестве магнитных элементов использованы сверхпроводящие обмотки с криогенным оборудованием для их охлаждения. 8. Транспортное средство по любому из пп.1 - 5, отличающееся тем, что оно снабжено системой для создания воздушной подушки. 9. Транспортное средство по любому из пп.5 - 8, отличающееся тем, что оно снабжено опорными колесами. 10. Транспортное средство по любому из пп.1 - 9, отличающееся тем, что, по крайней мере, одна из оболочек заполнена газом легче воздуха либо подогретым газом с возможностью снижения давления на опорно-подвесную систему. 11. Транспортное средство по п.1 или 2, отличающееся тем, что в его воздухоплавательном исполнении по типу самолета оно снабжено винтовыми либо винтовентиляторными движителями. 12. Транспортное средство по п.1 или 2, отличающееся тем, что в его воздухоплавательном исполнении по типу дирижабля или самолета, по крайней мере, одна из оболочек заполнена газом легче воздуха либо погретым газом с возможностью подъема конструкции в атмосферу и перемещения в ней с грузом. 13. Транспортное средство по п.11 или 12, отличающееся тем, что для разгона до необходимой скорости и запуска преобразователя энергии воздушных потоков последний снабжен встроенным аккумулятором энергии. 14. Транспортное средство по п.11 или 12, отличающееся тем, что для разгона до необходимой скорости и запуска преобразователя энергии воздушных потоков использован дополнительный тяговый привод с линейным электродвигателем. 15. Транспортное средство по п. 11 или 12, отличающееся тем, что для подъема на необходимую высоту и запуска преобразователя энергии воздушных потоков использовано воздухоплавательное средство, применяемое для планерного запуска. 16. Транспортное средство по п.11 или 12, отличающееся тем, что для подъема на необходимую высоту и запуска преобразователя энергии воздушных потоков использовано наземное путевое устройство, применяемое при запуске ракет-носителей. 17. Транспортное средство по п.11 или 12, отличающееся тем, что для подъема на необходимую высоту преобразователя энергии воздушных потоков использована его подъемная сила, при этом воздухоплавательное средство прикреплено к тросу, другой конец которого закреплен на земле, а генератор энергии выполнен с возможностью запуска под воздействием набегающего потока. 18. Транспортное средство по любому из пп.11 - 17, отличающееся тем, что оно снабжено колесной взлетно-посадочной системой.