РЕЛЬСОВОЕ ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО С АЭРОДИНАМИЧЕСКОЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ Российский патент 2015 года по МПК B61B13/08 B61C11/06 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к новому транспортному средству, которое не только обладает скоростью и особенностями самолета, но и движется с высокой скоростью по рельсам наподобие поезда.

ПРЕДПОСЫЛКИ ДЛЯ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В начале 2008 года 21 округ и город Хунань, Гуйджоу, Дзянси, Дзянсу, Аньхой и другие в южном Китае пострадали от сильного снега и обледенения. При этом природном бедствии упали более чем 437000 опор линий электропередачи, более 36900 линий электропередачи были повреждены, отключение электропитания произошло в 169 районах, и железнодорожное, и автомобильное сообщение были полностью прерваны. Только на шоссе Пекин - Жухай более 20000 транспортных средств были заблокированы в течение от трех до семи суток. Более 20 аэропортов были закрыты и более 3700 рейсов были отменены. Более 190 миллионов человек, кто намеревался вернуться домой на Праздник Весны, были заблокированы в пути. Не действовал никакой транспорт, и люди испытывали затруднения даже с получением питьевой воды. В этом случае государству пришлось принимать экстраординарные меры, чтобы мобилизовать свыше 900000 солдат и более 2,25 миллионов милиционеров, а также мобилизовать миллионы местных рабочих и населения для участия в спасательных операциях. Это природное бедствие нанесло прямой экономический ущерб свыше 150 миллиардов юаней, и инвестиции в людские и материальные ресурсы трудно подсчитать.

Произойдет ли такое серьезное природное бедствие снова в будущем? Ответа никто дать не может. Важно найти стратегии и подходы для борьбы с таким природным бедствием. При хороших контрмерах и надежных подходах можно легко справиться и с более серьезным бедствием. Из вышеуказанного природного бедствия стало ясно, что ключевым вопросом, который необходимо решать в настоящее время, является вопрос, как сделать линии электропередачи неуязвимыми для снега и льда, и как обеспечить беспрепятственное движение транспортных средств по снегу и льду.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Недостатки существующего уровня техники включают тот факт, что существующие линии электропередачи расположены на открытом воздухе, что неизбежно приводит к обледенению, никакой электровоз не способен двигаться без электричества, автомобиль, движущийся по снегу и льду, неизбежно будет скользить, и самолет не может совершить взлет и посадку на снеге и льде. Кроме того, авиакатастрофы в последние годы продолжаются. Это заставляет автора настоящего изобретения думать, что мы должны создать новое транспортное средство, которое движется по рельсу, чтобы избежать проблемы скольжения. Рельс монтируют в воздухе, и линии электропередачи убирают под этот рельс, так что устраняется эффект любого состояния погоды. Если транспортное средство выполнено так, чтобы парить над рельсом наподобие самолета, оно может заменить самолет и не требует аэропорта, таким образом становясь кабиной американских горок - наиболее быстрым, безопасным и надежным всепогодным транспортным средством, двигающимся на земле.

Такое транспортное средство может заменить поезд на магнитной подвеске из-за следующих принципов магнитной подвески. Необходимо уложить катушки как статор на двух путях, чтобы создать магнитную силу. Катушки должны быть уложены по всей длине рельса, и оценочная стоимость является достаточно высокой. Ротор эквивалентен устанавливаемому на электровоз. После подачи электропитания эти два типа катушек создают сильную магнитную силу для подвески электровоза и продвижения поезда. Поэтому расход электроэнергии огромен. Для того, чтобы проверить оценку изобретателя и испытать превосходство магнитной подвески, я совершил специальную поездку в 2008 году в Шанхай, чтобы опробовать поезд на магнитной подвеске. Автор изобретения из собственного опыта понял, что преимущества поезда на магнитной подвеске очевидны. На максимальной скорости 431 км/ч тряски корпуса поезда на магнитной подвеске не ощущается наподобие полета в самолете. Ожидается, что можно будет увеличить скорость до 500 км/ч (по соответствующим материалам, при эксплуатации без нагрузки была достигнута скорость 517 км/ч). Уровень шума, ощущаемого в поезде на магнитной подвеске, почти напоминает шум в самолете. Однако стоимость строительства действительно высокая. На 30 км пути было затрачено 10 млрд юаней. Несмотря на стоимость билета в один конец 50 юаней и билета туда и обратно 80 юаней, поезд на магнитной подвеске все же убыточен, и для его эксплуатации требуется субсидия в размере 100 млн юаней в год. Это полностью подтвердило оценку автора изобретения. Из-за этого была прекращена эксплуатации поезда на магнитной подвеске в Германии и Японии, и его эксплуатация продолжается только в Шанхае. Как можно видеть, развитие этого транспортного средства регулируется инвестициями и стоимостью эксплуатации.

Почему на большом числе скоростных железных дорог, которые инвестируются и строятся в Китае, не может быть достигнута скорость, развиваемая поездом на магнитной подвеске? Причина заключается в характеристиках конструкций колесного транспортного средства, движущегося по рельсам. Кто-то выполнил точные вычисления. Согласно этим вычислениям колесное железнодорожное транспортное средство может достигать максимальной скорости 350 км/ч. На более высокой скорости сцепление между стальными колесами и рельсами резко снижается, так что стальные колеса будут проскальзывать на рельсах, теряя движущую силу. Правильность этой теории была подтверждена на практике.

Как можно легко понять из вышеприведенного анализа, использование крыла для замены магнитной подвески является наиболее экономичным способом. В результате, можно не только получить большую экономию на строительстве рельсового пути, но и значительно снизить эксплуатационные расходы. Даже рельсы кругового маршрута выполнены отдельно (на высокой скорости рельсы кругового маршрута не могут быть расположены слишком близко, поскольку это будет небезопасно), инвестиции будут резко уменьшены по сравнению с магнитной подвеской, а также по сравнению с существующими скоростными железными дорогами. Поскольку для такого транспортного средства чем выше скорость, тем меньше нагрузка на рельс. Когда подъемная сила равна силе тяжести, нагрузка на рельс равна нулю. Когда подъемная сила больше силы тяжести, рельс будет подвергаться небольшой силе тяги вверх, которая очень мала и не оказывает неблагоприятного влияния. Однако все же необходимо регулировать подъемную силу для достижения баланса. В этом случае рельс функционирует только как направляющее средство, и это противоположно ситуации с существующими скоростными железными дорогами, которые подвергаются динамическим нагрузкам и к которым применяются высокие требования. Для поезда на магнитной подвеске это является самым большим преимуществом над любым другим транспортным средством, двигающимся по земле.

Однако в этот момент также нужно знать, что ключевым фактором при подвеске, обеспечиваемой телу крылом, является скорость. Тело не может быть подвешено на недостаточной скорости. Существующие обычные самолеты имеют скорость при взлете приблизительно 300 км/ч или больше, но это невозможно для колесного транспортного средства, движущегося по рельсам. Увеличить скорость колесного транспортного средства на рельсах можно только при использовании реактивного двигателя. Все существующие реактивные двигатели работают на авиационном керосине, и это приводит к загрязнению окружающей среды. Исследования показали, что также можно использовать электрическую энергию, а именно сжимать воздух, используя электрическую энергию и создавать реактивную струю воздуха для ускорения локомотива. Это также называется электрическим реактивным двигателем, который также является хорошим решением проблемы загрязнения окружающей среды. Хотя, вероятно, такой машины в мире не существует, автор настоящего изобретения полагает, что китайский народ будет способен создать такую машину, и скорость может достигнуть 500 км/ч или больше.

С таким двигателем автор настоящего изобретения полагает, что китайский народ также будет способен создать еще одно чудо, которое невозможно при существующих скоростных железных дорогах, а именно позволить транспортному средству (поезду) двигаться на наклонному рельсу как автомобиль и даже преодолевать высокие горы с определенным уклоном. С такой особенностью стоимость строительства железной дороги будет значительно снижена.

Поскольку такое транспортное средство движется по воздуху на высоте больше 10 м над землей, оно не будет уязвимо для природного бедствия в виде снегопада или обледенения, а также наводнения при условии, что рельс не будет погружен в воду. Это транспортное средство летит как самолет, но не требует аэропорта и не может упасть как самолет. Кроме того, это транспортное средство не будет попадать в аварии как автомобиль, а также не будет конфликтов с наземными транспортными средствами и пешеходами. Поэтому оно становится самым быстрым и безопасным транспортным средством, которое не испытывает влияния любой погоды.

Это транспортное средство также имеет большое преимущество в том, что оно не требует большой площади возделываемой земли, и земля под рельсами также может быть возделана. Таким образом это транспортное средство имеет крупную особенность и выгоду в том, что стоимость строительства намного ниже чем для существующих скоростных железных дорог. Таким образом, плата за проезд также может быть намного дешевле чем на существующих скоростных железных дорогах. С учетом его преимуществ в скорости, безопасности и независимости от погоды, это транспортное средство определенно привлечет большое число пассажиров из путешествующих по автомобильным и железным дорогам и самолетом и предложит им быструю, безопасную и комфортабельную поездку.

С таким транспортным средством серьезное природное бедствие из-за снегопада и обледенения, случившееся в начале 2008 года, больше не является проблемой и может быть спокойно решено. С пиком поездок на Ежегодный Праздник Весны также можно будет спокойно справиться. С таким транспортным средством расстояние между людьми было бы относительно сокращено. Например, людям потребуется всего три часа на поездку из Пекина в Шанхай, только 5-6 из Пекина в Гуанчжоу, возможно 7-8 часов из Пекина в Урумчи. Поэтому такое транспортное средство можно назвать наиболее важным транспортным средством, которое неизбежно будет разработано в 21-м веке. Оно будет не только существенным средством сообщения между крупными городами, но и важным средством сообщения между странами мира, чтобы встроить Китай в быструю транспортную сеть с пятью вертикальными маршрутами и пятью горизонтальными маршрутами, связать между собой соседние страны и реализовать Евразийский наземный мост. Это будет эрой быстрого развития Китая, а также эрой, в которую "Китай должен внести большой вклад в человечество", как сказал Мао Цзедун. В то время эта система не только сможет гарантировать китайскому народу свободной передвижение быстрым и безопасным образом, но и сможет обеспечить свободное передвижение людей по миру быстрым и безопасным образом, а также уменьшит число трагедий в воздухе. Кроме того, это также создаст возможности для занятости и повысит доход миллионов людей. Страна также сможет аккумулировать триллионы, чтобы создать условия для полного устранения бедности и реализации всеобщего процветания.

Более того, по оценке автора настоящего изобретения в ближайшем будущем Китай создаст сверхпроводящий кабель для низких или высоких температур для транспорта электричества. Во время строительства рельса, если в будущем останется место для укладки кабелей, можно будет избежать больших объемов строительства и инвестиций. То есть небольшой объем вложений сегодня создаст условия для развития в будущем. Согласно теперешней конструкции пространство для укладки кабелей может находиться под рельсом, чтобы вмещать 12-16 кабелей (сверхпроводящие силовые кабели и оптоволоконные кабели связи). Таким образом, стране можно не только сэкономить большие инвестиции, но и дать значительные выгоды транспортным предприятиям. По оценке автора настоящего изобретения быстрая транспортная сеть страны с пятью вертикальными маршрутами и пятью горизонтальными маршрутами может сэкономить миллиарды юаней инвестиций в строительство энергетических мощностей и принести транспортным предприятиям десятки или даже сотни миллиардов юаней прибыли. Помимо этого будут созданы исключительно безопасные и надежные условия для электрических компаний и компаний связи, чтобы не зависеть от природных бедствий в виде снегопада или обледенения, а также техногенных катастроф. Кроме того, это поможет устранить небезопасные опоры линий электропередачи и большое количество проводов во многих крупных городах. Такое планирование и строительство соответствует научной концепции перспективного развития и мышления.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Основываясь более чем на годе исследований, автор настоящего изобретения теперь предлагает предварительный проект, специфическая конструкция которого показана на Фиг.1.

1 рельс

2 первый вагон

3 пусковой двигатель и механизм трансмиссии

4 крыло

5 вспомогательный реактивный двигатель

6 промежуточный вагон

7 последний вагон

8 электрический основной реактивный двигатель

9 опора рельса

10 колесо, ограничивающее высоту

11 ведущие колеса

12 балка рельса

13 место, резервируемое для установки сверхпроводящих силовых кабелей

14 элероны

15 закрылки

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Реализация настоящей идеи может быть разделена на следующие этапы.

Первый этап - эксперимент на модели.

Поскольку данное техническое решение является беспрецедентной идеей, выполнить его за один этап невозможно. Поэтому на первом этапе требуется доказать осуществимость этого решения путем эксперимента на модели. Для этого изготовлены имитационные модели первого вагона, промежуточного вагона и последнего вагона, и затем изготовлена имитационная модель электрического реактивного двигателя. Как только электрический реактивный двигатель может продвигать модель вперед и подвешивать вагоны, эксперимент будет успешным, что докажет, что решение осуществимо.

Второй этап - изготовление прототипа транспортного средства и выполнение испытания без нагрузки

Прототип транспортного средства может быть спроектирован и изготовлен согласно будущим потребностям в реальной эксплуатации, а также может быть изготовлен в уменьшенном масштабе. После получения опыта в ходе экспериментов можно будет спроектировать формальный продукт.

Задача такого эксперимента заключается в том, чтобы выяснить разные проблемы в ходе экспериментов и решить эти проблемы по одной разными способами, чтобы в конечном счете добиться успеха.

Согласно идее автора настоящего изобретения, во-первых, пусковой двигатель и механизм трансмиссии используют для приведения в действие ведущих колес поезда и плавного ускорения последнего. Когда скорость достигнет 300 км/ч, запускают основной реактивный двигатель, чтобы ускорить поезд до скорости 500 км/ч или больше. В этом время подъемная сила, создаваемая крылом, будет медленно подвешивать вагоны, а колесо ограничения высоты будет ограничивать высоту подвески в определенном диапазоне, так чтобы колесо не сошло с рельса. Затем устройство автоматического управления может также автоматически управлять подъемной силой крыла, чтобы вагон автоматически достиг равновесия. Все вагоны парят над рельсом, когда их подвесит крыло. Когда поезд должен прибыть на станцию и реактивный двигатель будет отключен, можно будет использовать силу инерции и медленно замедлять вращение колес. Таким образом, независимо от начала движения и остановки, пассажиры не будут чувствовать себя некомфортно.

В случае отказа основного двигателя устройство автоматического управления будет автоматически запускать все вспомогательные двигатели, так что поезд продолжит плавное движение без остановки. Даже в случае отказа некоторых вспомогательных двигателей поезд сможет поддерживать ту же высокую скорость, поскольку кроме энергии, обеспечивающей парение транспортного средства, каждый вспомогательный двигатель имеет резерв энергии, которая предназначена для автоматического управления с общего автоматического пульта.

Кроме того, в случае сильных тайфунов, ураганов или смерчей крыло поезда может быть автоматически сложено или убрано. В такое время можно замедлять вращение колес, чтобы избежать несчастных случаев и обеспечить безопасность движения. Помимо этого, поскольку каждая станция имеет депо для технического обслуживания, то когда какой-то вагон выйдет из строя и ему потребуется ремонт, он может быть перемещен с основного пути в депо по прибытии и заменен новым вагоном. После прибытия поезда в пункт назначения можно перевести весь поезд в тупик для общего ремонта и технического обслуживания. Число вагонов в каждой группе определяется, исходя из фактических потребностей. Можно ожидать использования от четырех до 12 вагонов. Таким образом можно избежать полета без нагрузки в гражданском самолете.

Потенциальные проблемы, которые могут возникнуть или быть предусмотрены, решались соответственно, и эксперименты продолжались. Если результат эксперимента был положительный, он завершался.

Третий этап - строительство стандартизированного поезда и стандартизированного рельса для формальной эксплуатации.

После решения всех проблем, которые могут возникать или прогнозироваться, может быть изготовлена стандартизированная конструкция на основе практического опыта.

Однако следует иметь в виду, что эксперимент без нагрузки значительно отличается от фактической эксплуатации. Поэтому начало эксплуатации должно рассматриваться как экспериментальная стадия, как "пробная эксплуатация" в обычной практике. Во-первых, небольшое количество пассажиров будет нерегулярным, и затем загрузка пассажиров постепенно увеличится до полной. В том случае, если проблемы больше не возникают, может начаться формальная эксплуатация.

Изобретение относится к рельсовому транспортному средству, обладающему характеристиками поезда и самолета. Рельсовое транспортное средство имеет крылья, несколько вагонов (2, 6, 7) и движется по рельсу (1), который установлен в воздухе. Крылья (4) для приведения вагонов (2, 6, 7) в подвешенное состояние расположены по обеим сторонам вагонов. Рельсовое транспортное средство содержит пусковой двигатель, установленный в первом вагоне, для приведения в действие ведущих колес, основной электрический реактивный двигатель для ускорения транспортного средства при достижении им скорости 300 км/ч до скорости 500 км/ч или более с обеспечением подвешивания вагонов за счет подъемной силы крыльев. Рельсовое транспортное средство содержит также устройства автоматического управления подъемной силой крыльев и равновесием и механизм для автоматического складывания и уборки крыльев. В результате повышается надежность и безопасность транспортного средства, уменьшается влияние погодных условий. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Транспортное средство, включающее несколько вагонов и выполненное с возможностью движения по рельсам, причем рельс установлен в воздухе, и крылья для приведения вагонов в подвешенное состояние, расположенные на обеих сторонах вагонов, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит пусковой двигатель, установленный в первом вагоне транспортного средства, для приведения в действие ведущих колес, основной электрический реактивный двигатель для ускорения транспортного средства при достижении им скорости 300 км/ч до скорости 500 км/ч или более с обеспечением подвешивания вагонов за счет подъемной силы крыльев, устройства автоматического управления подъемной силой крыльев и равновесием, и механизм для автоматического складывания и уборки крыльев.

2. Транспортное средство по п.1, отличающееся тем, что содержит колеса, ограничивающие подвески вагонов, расположенные под обеими сторонам вагонов.

3. Транспортное средство по п.1, отличающееся тем, что крыло снабжено вспомогательным реактивным двигателем для ускорения транспортного средства.

4. Транспортное средство по п.1, отличающееся тем, что в качестве устройств автоматического управления подъемной силой крыльев и равновесием использованы закрылки и элероны, установленные в крыльях с возможностью регулировки подъемной силы и равновесия.

5. Транспортное средство по п.1, отличающееся тем, что механизм для автоматического складывания и уборки крыльев расположен на стыке между крылом и вагонами.

6. Транспортное средство по п.1, отличающееся тем, что под рельсом выполнено пространство для установки сверхпроводящих силовых кабелей и оптоволоконных кабелей связи.