АЭРОПОЕЗД И ПУТИ ЕГО ДВИЖЕНИЯ Российский патент 2018 года по МПК B61B1/00 B61B13/00 B61B13/08 B61B15/00 B60V3/04 

Изобретение относится к новому виду высокоскоростных транспортных средств.

Известны железные дороги, где ширина колеи регламентирована два столетия назад, но скорость движения пассажирских поездов приближается к пределу технических возможностей, а скорость движения грузовых поездов недостаточна при современных требованиях к доставке грузов.

Известны железные дороги, расположенные на надземных эстакадах, на которых скорость движения так же недостаточна. Строительство и эксплуатация таких дорог дороже наземных.

Известны проекты аэропоездов с опорой на монорельс или с подвеской к нему. К недостатком этих проектов можно отнести то, что они не предполагают перевозку грузов, сравнимых по тоннажу с железнодорожным транспортом. К другим недостаткам можно отнести то, что балки монорельсов работают на изгиб. Это определяет: небольшое расстояние между пролетами опор балки, большой вертикальный размер балок, а значит неэкономичность.

Известен проект Airtrain авторы Elvest I Lehl и Glen W Zumwalt, предлагающий передвижение пассажирского модуля по монорельсу и над ним в режиме полета. Недостаток данного проекта состоит в том, что монорельс должен быть рассчитан на вес пассажирского модуля в средней точке пролета с учетом динамического коэффициента усилия 1,3-1,4, при возможном выходе модуля из режима полета. При этом монорельс будет работать на изгиб с присущими этой системе нагружения недостатками, указанными выше. Проект не гарантирует безопасность при возможном разрушении монорельса: усталость металла, удар молнии, при опускании пассажирского модуля на монорельс на остановке, заполнение монорельса снегом, гололед и т.п. По этой же причине невозможно применить этот проект для многовагонных перевозок грузов, сравнимых по тоннажу с грузовым железнодорожным поездом.

Известен проект пассажирского поезда MagLev. Для его использования требуется сооружение специальных весьма дорогостоящих путей и эстакад, что экономически не обосновано для перевозок пассажиров на дальние расстояния в сотни и тысячи километров, а тем более для грузовых перевозок.

Известно транспортное средство - самолет.

Недостаток самолетов - ограниченная его размерами и мощностью двигателей грузоподъемность.

Цель изобретения - создание аэропоезда большой грузоподъемности в сочетании с простотой и безопасностью, предназначенного для доставки грузов и людей с большой скоростью на дальние расстояния.

Цель достигается тем, что по обе стороны направления движения аэропоезда (далее АЭРП) и вдоль пути следования проложены железнодорожные рельсы 10, опирающиеся на шпалы 11, уложенные на наземное путевое строение 1 (Фиг. 3). Расстояние между рельсами по ширине превосходит существующее и определено расстоянием между колесами грузового самолета, являющееся новым стандартом.

По шпалам проложены греющие кабели для удаления снега и гололеда. (На Фиг. 3 не показаны). По обе стороны рельса 10 на расстоянии от него натянуты с двух сторон ограждающие канаты 13 и закреплены непрерывные металлические полосы 14 (Фиг. 3). Рельс и полосы заземлены.

АЭРП состоит из локомотива и грузопассажирских модулей. Элемент АЭРП - грузопассажирский модуль представлен на Фиг. 1. На Фиг. 1 обозначены: грузопассажирский модуль (вагон) 1, выполненный в виде корпуса самолета с крыльями 2 и хвостовым оперением 3, содержит грузовые тележки модуля 4, колеса грузовой тележки 5 для движения по рельсам.

Грузовая тележка 4 содержит продольные электромагниты 6, расположенные вблизи рельса 10, продольная ось которых совпадает с продольной осью рельса, служащего для них якорем. Грузовая тележка 4 содержит боковые электромагниты 15 (Фиг. 2), расположенные вблизи металлических полос 14, служащих для боковых электромагнитов якорем. Грузовая тележка и боковые электромагниты содержат обтекатели встречного воздуха для снижения аэродинамического сопротивления. (не показаны).

Грузовые модули соединены между собой и с локомотивом сцепными устройствами 7, аналогичными существующим железнодорожным (Фиг. 1), допускающими повороты в горизонтальной и вертикальной плоскости с пропущенными через них натяжными канатами 8, для предотвращения (страховки) от несанкционированного разъединения вагонов. В локомотиве концы натяжных канатов 8 (Фиг. 4) заключены в металлическую втулку 17, входящую в электромагнит 16 как его сердечник. При поворотах и подъемах электромагнит 16 работает как электромагнитная пружина, обеспечивая стяжку вагонов АЭРП. На подходе к станции рельсы могут содержать стрелочный перевод, что позволяет перевести поезд на участок разгрузки-погрузки и переформирования, освобождая основную магистраль для прохода другого поезда.

Крылья вагонов и локомотива могут быть выполнены с изменяющейся геометрией крыла, иметь элементы механизации крыла, управление которыми и хвостовым оперением ведется из локомотива.

Локомотив и вагоны по верху крыш по всей длине содержат воздуховоды высокого давления 9 (Фиг. 1) с встроенными в воздуховод по всей длине двухсторонними конфузорами 18 (Фиг. 5) для подачи воздуха на обе стороны крыши, выполненными с возможностью управляемого изменения величины открытия и закрытия (не показаны).

Локомотив и вагоны содержат компрессоры высокого давления и интеркулеры для подачи сжатого воздуха в воздуховоды высокого давления 9.

На крышах вагонов и локомотива установлены панели солнечных батарей для питания, в том числе устройств бесперебойного питания, для зарядки силовых конденсаторов, питающих электромагниты при торможении АЭРП в режиме экстренного торможения (не показаны).

На грузовых тележках и на локомотиве расположены страховочные устройства, предназначенные для контроля и предотвращения недопустимого отклонения колес АЭРП от рельс, для чего могут быть использованы, например, лазерные дальномеры (не показаны).

Локомотивом может быть самолет, электровоз с крыльями и хвостовым оперением, как у вагонов с питанием от контактной сети, расположенной между рельсами пути движения АЭРП, с токосъемником внизу или тепловоз. В качестве двигателей локомотива возможно использовать винты-пропеллеры, приводимые асинхронными двигателями с частотным управлением, что позволяет регулировать скорость вращения винтов для обеспечения форсированного режима при разгоне и «взлете» АЭРП и скорость вращения в установившемся режиме движения. В этом случае электродвигатели питаются от электрогенератора, приводимого, например, газотурбинным двигателем, работающим на органическом топливе, например на сжиженном газе.

Использование для движения АЭРП винтов, приводимых асинхронными двигателями, по сравнению с реактивными двигателями обеспечивает малошумность. Не лимитируется длина пробега АЭРП при электропитании его от контактной сети. После загрузки на станции АЭРП начинает движение и набирает скорость. Начинают работать компрессоры, подающие сжатый воздух в воздуховоды высокого давления 9. По мере набора скорости на крылья вагонов и локомотива начинают действовать подъемные силы крыла самолета. Открываются конфузоры 18 и происходит обдув сжатым воздухом с регулируемой скоростью крыш вагонов и локомотива. Выходящий из конфузоров 18 с большой скоростью воздух «прилипает» к поверхности крыш - Эффект Коанда, обеспечивается понижение давления атмосферного воздуха - Закон Бернулли - на крышах по сравнению с его давлением под днищем вагонов и локомотива. Разность давлений создает аэродинамическую подъемную силу, действующую на вагоны и локомотив аналогично крыльям самолета. Суммарная аэродинамическая подъемная сила крыльев и корпуса вагона обеспечивает грузоподъемность АЭРП. Воздух, «прилипший» к поверхности локомотива и вагонов, понижает трение встречного воздуха и снижает величину аэродинамического сопротивления.

Скорость АЭРП увеличивается и достигает скорости, при которой АЭРП «взлетает» на небольшую высоту над путями движения и далее следует как самолет, «левитируя» над ними. Разрываются контакты между рельсом и колесами, срабатывают контактные реле и подается заданная величина напряжения на электромагниты. При этом возникает магнитная связь между колесами и рельсом и между боковыми электромагнитами и боковыми металлическими полосами. Величина токов электромагнитов контролируется системой автоматического управления (САУ). В движении величина токов электромагнитов минимальна и используется системой автоматического управления совместно с датчиками положения колес от лазерных дальномеров для обеспечения устойчивого положения АЭРП относительно пути движения при возможных отклонениях от заданных параметров под действием внешних воздействий на АЭРП. На поворотах и на подъемах сердечник 1 натяжных канатов выдвигается из электромагнита (Фиг. 4), ток электромагнита увеличивается системой автоматического управления, способствуя возврату сердечника в исходное положение, стягиванию вагонов канатами.

Для обеспечения торможения АЭРП, в том числе и для экстренного торможения в режиме «стоп-крана», на электромагниты подается ток большой величины, магнитная связь АЭРП и путей движения увеличивается, что приводит к торможению АЭРП и опусканию колес на рельсы.

Торможение АЭРП выполняется также и с использованием известных способов реверса тяги двигателей, систем механизации крыла.

Если крылья вагонов выполнены с изменяющейся геометрией крыла, возможна дальнейшая транспортировка вагона как автоприцепа.

Если крылья локомотива и вагонов расположены над фюзеляжем как, например, у самолета ИЛ-76, то расстояние между железнодорожным полотном и водоотводными каналами с двух сторон можно использовать как автодороги, что позволяет совместить их при сооружении железнодорожных мостов.

Использование изобретения позволит обеспечить безопасную перевозку грузов, сравнимых по тоннажу с железной дорогой и людей на дальние расстояния со скоростью самолета. Обеспечивается безопасность по сравнению с самолетами, так как при любой нештатной ситуации АЭРП просто опускается на рельсы и тормозится. В качестве ограждающих канатов предпочтительнее использовать связку из полимерных канатов, для предотвращения коррозии. АЭРП допускает преодоление поворотов в режиме полета над рельсами и «на колесах», с временным ослаблением тросовой стяжки вагонов и локомотива. АЭРП допускает преодоление препятствий по высоте, за счет возможности поворота сцепных устройств вагонов в вертикальной плоскости.

Существенным преимуществом АЭРП перед существующим железнодорожным транспортом является ширина колеи, большая, чем у железнодорожных вагонов, что позволяет сделать вагоны «широкофюзеляжными» и более грузоподъемными.

Предмет изобретения

1. Аэропоезд, состоящий из локомотива и соединенных с локомотивом грузопассажирских модулей (вагонов), выполненный с возможностью передвижения по железнодорожному пути и над ним, отличающийся тем, что локомотив и вагоны выполнены с крыльями и хвостовым оперением и с воздуховодами высокого давления с встроенным в воздуховод двухсторонним конфузором, выполненным с возможностью управляемого изменения скорости выходящего воздуха.

2. Аэропоезд по п. 1, содержащий грузовые тележки вагонов и локомотива, отличающиеся тем, что они содержат электромагниты впереди и сзади колес с совпадением продольных осей электромагнитов с продольной осью рельса и непосредственно над ним и содержат боковые электромагниты, расположенные вблизи боковых металлических полос ограждения рельса.

3. Аэропоезд по п. 1, отличающйеся тем, что локомотив и вагоны содержат страховочные устройства, предназначенные для контроля и препятствия недопустимому отклонению колес по высоте от рельса и от боковых металлических полос в режиме полета.

4. Пути движения аэропоезда, содержащие путевое строение с уложенными на нем шпалами и рельсами, отличающиеся тем, что каждый путь содержат ограждение каждого рельса, выполненное из канатов с расположенными на них заземленными металлическими полосами.

Изобретение относится к высокоскоростным транспортным средствам. Аэропоезд состоит из локомотива и соединенных с локомотивом грузопассажирских модулей – вагонов и выполнен с возможностью передвижения по железнодорожному пути и над ним. Локомотив и вагоны выполнены с крыльями и хвостовым оперением и с воздуховодами высокого давления с встроенными в воздуховод двухсторонними конфузорами, выполненными с возможностью управляемого изменения скорости выходящего воздуха. Пути движения аэропоезда содержат путевое строение с уложенными на нем шпалами и рельсами. Каждый путь содержит ограждение каждого рельса, выполненное из канатов с расположенными на них заземленными металлическими полосами. В результате создано высоскоростное транспортное средство, в котором большая грузоподъемность и высокая скорость сочетаются с простотой и безопасностью. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Аэропоезд, состоящий из локомотива и соединенных с локомотивом грузопассажирских модулей – вагонов, выполненный с возможностью передвижения по железнодорожному пути и над ним, отличающийся тем, что локомотив и вагоны выполнены с крыльями и хвостовым оперением и с воздуховодами высокого давления с встроенными в воздуховод двухсторонними конфузорами, выполненными с возможностью управляемого изменения скорости выходящего воздуха.

2. Аэропоезд по п.1, отличающийся тем, что содержит несущие тележки вагонов и локомотива, при этом тележки содержат электромагниты впереди и сзади колес с совпадением продольных осей электромагнитов с продольной осью рельса и непосредственно над ним, а также боковые электромагниты, расположенные вблизи боковых металлических полос ограждения рельса.

3. Пути движения аэропоезда, содержащие путевое строение с уложенным на нем шпалами и рельсами, отличающиеся тем, что каждый путь содержит ограждение каждого рельса, выполненное из канатов с расположенными на них заземленными металлическими полосами.