CN106671999A - 一种在行驶中减少重量的节能火车 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种在行驶中减少重量的节能火车，所述壳体包括内壳和外壳，所述内壳与外壳之间构成与外界相通的流体通道；所述外壳包括的上部外壳和下部外壳之间连接有两个以上的支撑架；下部外壳的外表面为凹凸于表面的扰流面，使内壳产生升力，外壳消除升力。本发明区别于现有技术的火车在行驶过程中车轮必须承受所有重量，而通过占火车80％以上重量的内壳，在自然状态行驶中产生向上的升力而悬浮，车轮在承载火车实际重量不到20％左右的状态中行驶，外壳又消除升力，使车体的附地力均匀增加，确保火车更平稳、更安全地行驶；内壳产生升力、外壳消除升力，这种矛盾的技术结构在此得到完美的统一。

Description

一种在行驶中减少重量的节能火车

技术领域

本发明涉及火车结构领域，尤其涉及一种在行驶中减少重量的节能火车。

背景技术

火车出现的近200多年来，其基本结构和原理没有什么本质上的改变，虽然高铁已比原来火车速度大大提高，但再继续提速和进一步发展已很难。

火车在高速行驶时，由于火车的车轮与车体相连接成为整体，所以火车在行驶过程时，其车轮必须承载火车全部重量以及重力加速度产生的向下的力。这样不但造成能耗的不断增加，同时也将造成严重的环境污染。

磁悬浮列车通过巨大的电力产生的电磁场才能使列车悬浮，但实际上高速火车在快速行驶的自然状态中也必然产生升力。发明人已获授权的发明专利名称为《火车》，专利号为20090109252.7的专利申请提出了飞行火车及节能火车的技术结构，发明人经多年研究，针对上述申请进一步开发出一种更为节能的高速火车。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种行驶中减少重量的节能火车，通过升力能够减少车体负重，同时克服火车在高速行驶过程中产生的升力问题，使火车的附地力增加，并显著降低火车能耗。

提供一种在行驶中减少重量的节能火车，通过升力减少车体负重，同时又能消除升力使火车的附地力增加，显著降低火车能耗。

内壳和机翼共同产生升力、外壳消除升力，这看似相互矛盾的技术结构，在本发明中得到合理的统一。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种在行驶中减少重量的节能火车，包括车体的壳体，所述壳体包括内壳和外壳，所述内壳与外壳之间构成与外界相通的流体通道；

所述外壳的上部外壳和下部外壳之间连接有两个以上的支撑架；下部外壳的外表面设有凹凸于表面的扰流面，使内壳产生升力，外壳消除升力。

本发明的有益效果在于：区别于现有技术的火车，在其行驶过程中车轮必须承受车体重量和向下的重力加速度，导致能耗大的不足。本发明通过内壳产生更大的向上升力，从而大部分甚至整体抵消车体自身产生的向下的重力和重力加速度，实现车轮承载的车体实际重量的减小，降低能耗；而通过与车轮连接的外壳又能消除火车行驶过程中内壳所产生的升力，使车体的附地力均匀增加，确保火车更平稳、更安全地行驶。

附图说明

图1为本发明一种在行驶中减少重量的节能火车的结构示意图；

图2为图1中A-A位置的结构剖视图；

图3为本发明具体实施方式一种在行驶中减少重量的节能火车的结构示意图。

标号说明：

1、壳体；2、内壳；3、外壳；4、流体通道、5、扰流面；6、机翼；

7、支撑架；9、连接装置；10、磁性装置；

11、通气口；21、上部内壳；22、下部内壳；23、上部外壳；

24、下部外壳；41、第一流体通道；42、第二流体通道。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。

本发明最关键的构思在于：在火车高速行驶过程中，通过内壳产生向上的升力，从而部分、大部分或全部抵消车体自身产生的向下的重力和重力加速度，实现车轮承载车体的实际重量的减小，从而降低能耗；通过与车轮连接的外壳消除火车行驶过程中机翼和内壳所产生的升力，使车体的附地力均匀增加，确保火车更平隐、更安全地行驶。

请参照图1、图2和图3，本发明提供一种在行驶中减少重量的节能火车，包括车体的壳体1，所述壳体1包括内壳2和外壳3，所述内壳2与外壳3之间构成与外界相通的流体通道4。

所述外壳3包括板状结构的上部外壳23和下部外壳24，上部外壳23和下部外壳24之间连接有两个以上的支撑架7而构成外壳3的结构；其中，下部外壳24与车轮连接；内壳2设在外壳3的板状结构的上部外壳23和下部外壳24之间，在车体的上下部，通过外壳3和内壳2分别形成与外界前后相通的第一流体通道41和第二流体通道42。

在车体底部的下部外壳24与地表相对的外表面设有凹凸于表面的扰流面5，使流体经过的路径大于上部外壳23的路径而产生压力差，使与车轮连接的外壳3消除升力。

进一步的，还包括机翼6，所述内壳2包括上部内壳21和下部内壳22；所述机翼6与所述上部内壳21连接的设置在车体的两侧；所述机翼的上表面也设有凹凸于表面的扰流面。

进一步的，所述机翼还与火车的控制机构相连接，所述控制机构控制机翼形态改变。

由上述可知，机翼6的设置能够使火车在行驶过程中产生更大的升力，实现占火车80％重量，作为载重空间的内壳2，因翼面产生的更大升力而克服更多向下的重力，使火车的车轮只需承受车体重量的20％就可快速行驶；改变了火车的车轮必须承受全部车体重量和重力加速度的公知常识，通过合理的设计，更大的增加上部内壳和下部内壳之间的压力差来产生更大升力，很容易使各类火车节约更多能源。

进一步地，所述流体通道4包括第一流体通道41和第二流体通道42；所述上部内壳21与外壳3构成第一流体通道41，所述下部内壳22与外壳3构成第二流体通道42。

进一步地，所述上部内壳21局部或整体也设有凹凸于表面的扰流面5，以更多延长流体通过的路经，使内壳2的上下部之间产生更大压力差和升力。

由上述描述可知，上部内壳21表面为扰流面5，能够使流体通过的路径更大于经过下部内壳22而产生更大升力，使内壳2的更多重量悬浮于流体通道4内；同时，向上的升力又能部分抵消内壳2自身的重量，从而实现火车整体重量的减轻的效果。

进一步地，所述下部内壳22与下部外壳24之间，通过连接装置9连接。进一步地，还包括磁性装置10，所述磁性装置10设置在所述内壳2和外壳3之间，所述磁性装置10能够在面对内壳2方向和外壳3方向分别产生磁性相反的磁场。

由上述描述可知，所述内壳2与外壳3之间，通过连接装置9的柔性连接能更好的减少火车行驶过程中产生的振动。内壳2和外壳3之间设置有连接装置9，能够通过其柔性连接减少火车行驶过程中产生的振动，在内壳2产生升力时，而不会带动外壳3也随之产生升力，相反使外壳消除升力。

具体的，连接装置9包括弹性、气压、液压等；除此之外，连接装置还包括非钢性的，能产生柔性连接的多种不同的连接装置，这此是本领域常见技术。

所述磁性装置10可以是永磁材料、或者是其它通电后能够产生更大电磁场的磁性装置，来帮助内壳2更好的产生升力。

进一步地，所述流体通道4与外界前后相通的，在车体的流体通道左右两侧位置设有两个以上的通气口11与外界相通。

进一步地，所述扰流面5为凹凸于表面的多个弧形、三角形和/或梯形构成。

进一步的，所述扰流面5还可以是为纵向对称或不对称、或者纵横方向分别对称或不对称的水波面。

由上述描述可知，扰流面5的设置增加了流体经过的路径，尤其是下部外壳24的外表面为凹凸于表面的扰流面5，能够使流体经过的路径大于车身上部的壳体1，使流体经过时流速增加，彻底消除火车行驶中产生的升力；同时使火车四轮的附地力均匀增加，车轮转一圈也就行走一圈的路径，避免由于升力使车轮每转一圈至少有部分空转产生的能耗损失，进一步达到节能的目的。

实施例一

请参照图1、图2和图3，一种在行驶中减少重量的节能火车，包括车体的壳体1，壳体1包括内壳2和外壳3，内壳2和外壳3之间间隔一定距离设置构成与外界相通的流体通道4。

所述外壳3包括板状结构的上部外壳23和下部外壳24，上部外壳23和下部外壳24之间连接有两个以上的支撑架7而构成外壳3的结构，其中，下部外壳24与车轮连接；内壳2设在外壳3的板状结构的上部外壳23和下部外壳24之间，在车体的上下部，通过外壳和内壳分别形成与外界前后相通的第一流体通道41和第二流体通道42，在流体通道4的左右两侧还设有外界相通的通气口11。

位于车体底部的下部外壳24的外表面设有凹凸于表面的扰流面5，使流体经过的路径大于上部外壳23的路径而产生压力差，使与车轮连接的外壳3消除升力。

设在板状结构的上部外壳23和下部外壳24之间的内壳2，因弧面的上部内壳21与为平面下部内壳22之间，产生压力差和升力使内壳2悬浮在第一流体通道和第二流体通道之间。

进一步地，在车体两侧设有机翼6与内壳2相连接，使内壳2产生更大压力差和升力，使内壳2更好整体悬浮在第一流体通道和第二流体通道之间。

所述外壳3的上部外壳23和下部外壳24在车体的局部或整体设置，即可以包括在内壳2上下部的中间，还可以包括在内壳2上下部的前部和后部，以及整个内壳2的上下部，此时，可以对应在车体的前后挡风玻璃位置上或再设一层玻璃；外壳3可以对应在内壳2的局部或整体设置。外壳3包括位于车体上部的上部外壳23和位于车体下部的下部外壳24；所述下部外壳24优选为加固的板状结构，并与车轮连接。

通常高速火车的上部为弧形，下部为平面，因而在行驶过程中火车由于周围流体连续性的作用而产生升力；本发明基于同一原理，在为弧形上部内壳21与为平面的下部内壳22之间流速不同，将产生压力差而产生升力。

进一步地，在为弧形上部内壳21上面，局部或整体的设有凹凸于表面的延长流体通过路径的扰流面5，与为平面的下部内壳22之间，使内壳2产生更大的压力差和升力而悬浮。

进一步地，还设有与内壳2的左右两侧面相连接的机翼6，优选机翼6设置在上部内壳21局部，即中间的顶部上面、或在上部内壳21的整体设置；机翼6的上表面为弧面，下表面为平面，类似飞机的机翼6结构，机翼6的设置而使内壳2更好的产生升力。

具体的，通过控制机构的控制能够使机翼6的形态改变，从车体中轴线的左右方向或前后方向，向外平行或有一定角度的伸延，，从车体内向外伸出一定距离形成翼面，扩大了机翼6翼面的迎风面积和流体通过的路径，优选所述机翼6的迎风面积能够通过控制机构实现自定义控制。

进一步地，如圈2所示，优选机翼6设置在内壳2的左右两侧面，为不影响内壳2左右两侧窗的视线，优选机翼6使用透明材料制成，使用时通过控制机构的控制，左右两侧面的机翼向上翻起，与上部内壳21相平行。

当流体通过翼面时，扩大了车体的上部内壳21的迎风面积与流体通过的路径，使与平面结构的下部内壳22之间因流速产生很大差异，从而更容易产生更大的升力而悬浮力。

进一步地，在下部内壳22与下部外壳24之间，构成与车体前后相通第二流体通道42，位于车体底部的下部外壳24为板状结构，并与车轮相连。

第二流体通道42与车体前后相通，其左右两侧设有多个通气口11更好的导入更多的流体至流体通道内。

下部外壳24的下表面流体通过的路径大于其上表面，优选下部外壳24的上表面为平面，下表面设有扰流装置，优选所述扰流装置为沿车体底部的长度方向，局部或整体地设有多个弧形、三角形或梯形中的一种或多种组合成不同几何形状的扰流板；或者为凹入、凸出的弧形、三角形、或梯形中的一种或多种组合而成的扰流面5，使流体通过下部外壳24下表面的路径大于其上表面，也大于第二流体通道42，也大于上部外壳23的路径，由此使外壳3减少或彻底消除升力。

由于流体通过火车周围不同路径而同时到达后部的连续性，若车上部流速大于下部流速就产升力，反之消除升力。所以首先使下部外壳24的下表面流速大于上部外壳23流速而产生压力差，才能彻底消除升力。

进一步地，在上部内壳21设有扰流面5，扰流面5可以是纵向对称或不对称、或纵横方向分别对称或不对称地水波纹构成的水波面，上述形状的扰流面5能够更好使流体通过上部内壳21，与为平面的下部内壳22之间产生更大压力差，使内壳2更好的产生升力。

进一步的，外壳3的上部外壳23与下部外壳24之间通过多个支撑架7相连接，内壳2设在板状结构的上部外壳23与下部外壳24之间，在内外壳的上下部之间形成前后相通的车体上部的第一流体通道41和车体下部的第二流体通道42；

至少两个支撑架7设在壳体1外部表面或内部，支撑架7可以是中空或实心结构的直线型、条形或者弧形结构；优选支撑架7能自由的穿过内壳2的周围壳体的内部，与上部外壳23、下部外壳24相连接，当外壳消除升力时、不影响内壳2产生升力；这样结构更美观、更合理。

多个支撑架7与上部外壳23和下部外壳24相连接，使上部与下部构成为整体的外壳3，上部外壳23承受低流速产生的高压力，向下部外壳24高流速产生的低压力转移压力差，压力差如一只无形的大手紧紧压在上部外壳23，转移从上向下的压力差才能彻底消除升力。

进一步地，由于外壳3承受了从上向下的压力差，才能使火车彻底消除升力，所以内壳2设在外壳3的上部外壳23与下部外壳24之间，即第一流体通道41和第二流体通道42内；在此前提下才能不影响在其中间的内壳2因其上下部之间产生升力，同时机翼6又产升力，共同使载重空间的内壳更好地悬浮。

进一步地，在第二流体通道42的下部外壳24和下部内壳22之间，设有多个彼此相连接的连接装置9；具体的，在第二流体通道42内的下部外壳24和下部内壳22上分别设有极性相反的第一磁性装置和第二磁性装置，依据同性相吸、异性相斥的原理，极性相反而产生相斥力的磁性材料，帮助车体更好产生向上的升力。

所述第一磁性装置和第二磁性装置可以是永磁材料或者是其它通电后能够产生更大电磁场的磁性装置，使内壳2在已产生升力的状态中，更容易在磁性装置10产生相斥力的作用下产生更大的升力。

而通过连接装置9的柔性连接又能够有效避免或减少火车行驶中产生的振动，同时使火车行驶时内壳2产生升力，而不会带动外壳3产生升力。

进一步地，在内壳2与外壳3之间的第一流体通道41和第二流体通道42通过连接装置9将内、外壳连接，则能够通过连接装置9的柔性连接能更好的减少火车行驶过程中产生的振动，尤其是车前后设连接装置9在刹车时有效减少火车产生的振动。

进一步地，连接装置9包括柔性连接的弹性、气压、液压等；除此之外、连接装置还包括非钢性的，能产生柔性连接的多种不同的连接装置，这此是本领域常见技术。

进一步地，在前后分别与外界相通的第一流体通道41和第二流体通道42设在车体上部外壳23、下部外壳24的前段、中段、后段或全部；第一流体通道41和第二流体通道42与车体前后部与外界相通。

进一步地、通过设置在车体的第一流体通道41和第二流体通道42两侧的多个通气口11与外界相通。

支撑架7的重量很轻，连接板状的上部外壳23和下部外壳24形成外壳3，而下部外壳24与车轮相连，所以其自重均不大，最多为火车重量的20％左右；而内壳2容纳了车体的整个运载空间，运载空间内又容纳很重的动力装置等结构部件：内壳2作为整个运载空间很容易容纳各种较重的结构部件，所以内壳2自重很重，当载人载物后至少占火车整车重量80％左右。

当高速火车快速行驶时，通常时速为200-300公里左右，火车在此时速的自然状态中必然产生极大的升力，若合理利用，并进一步加大其升力、就能使壳体很好的悬浮。

由于上部内壳21的弧面、进而设有扰流面5、进而又设有机翼6，使流体通过的路径更大于为平面的下部内壳22流体经过的路径，当火车时速为200-300公里左右时，内壳2在此时速的自然状态中必然产生极大的升力而整体悬浮，而内壳2上下部流体经过的路径相差越大，产生的升力越大，克服的重力越多，就越节能；使内壳更好整体重量悬浮于流体通道4内，从而使火车行驶中的重量减轻；一分重量，一分能耗，因重量的减少火车行驶中的能耗自然减少。

通过合理设计机翼6的结构，更多延长流体通过的路径，使其上下表面之间因流速差异很大而产生更大压力差，使载重空间占80％重量的内壳2部分，大部分或全部重量悬浮于第一流体通道41和第二流体通道42之间。

如内壳2重量全部悬浮时，当发动机驱动车轮行驶，因为车轮仅承受不到火车总重量20％左右的实际重量，一分重量、一分能耗、所以发动机驱动车轮占火车总重量20％左右的外壳3和车轮行驶时，就显著的节约能源，同时车轮又彻底消除升力，使火车附地力增加、而更平稳更安全。

进一步地，在车体的内壳2两侧部、上部外壳23、和机翼6上面，以及壳体1的其它部位上，覆盖太阳能装置，所述太阳能装置是通过太阳能转化为电能的装置，如、可以是太阳能板或膜、等太阳能装置。

当火车快速行驶时，内壳2的载重空间占80％重量的部分、大部分或全部重量悬浮于流体通道4之间，克服因自重产生的向下的重力，而内壳2为主要载重空间产生升力使自重减少，当发动机驱动车轮行驶，因为车轮仅承受不到火车总重量20％左右的实际重量，此时，使各种绿色能源、及太阳能驱动的火车商业化立即成为现实。

本发明改变火车经200多百年发展以来，在自然状态行驶时车轮必须承受全部车体重量、和重力加速度的公知常识。

本领域公知常识是：火车行驶时，车轮承载火车全部重量及重力加速度；由于传统火车的车轮与车体相连接成为整体，所以不论火车在停止或行驶时，车轮都必然承受了火车的全部重量。

本发明改变公知常识，由于外壳3消除升力，内壳2产生升力，内外壳之间通过多个连接装置9的柔性连接，避免或至少部分地避免在内壳2产生向上升力时，带动外壳3产生向上的升力。

值得一提的是，现有技术的火车车轮与车身相连接，火车行驶中产生升力，影响行车安全。

而本发明中的火车壳体1包括与车轮相连的外壳3消除升力，通过连接装置9的柔性连接，在内壳2产生升力时不会带动外壳3也产生升力。

进一步地通过控制机构的控制机翼6产生更大升力，使80％重量的内壳2产生多少升力，就节约多少能源，内壳2产生的升力越大，由升力克服内壳2向下的重力就越多，火车行驶时越节能。

上述壳体1结构，能够在火车行驶时，内壳2产生升力来有效克服火车向下的重力、使载重空间的内壳2整体悬浮在流体通道4内，而外壳3消除升力，在内壳2产生向上升力时，外壳3不会产生升力，反而消除升力，使火车更稳定更安全，因此使火车行使的能耗显著减少，同时安全稳定性显著提高。

本发明的火车行驶时，载重空间的车体能产生多少升力，就克服多少火车的自重、载重、及重力加速度，就使火车减少多少向下的车体重量、就使车轮减少多少所承受的重量，也就使火车减少多少能耗，这是一一对应的关系。

本发明解决的问题为：

1、作为全部运载空间的内壳2上下部之间、以及设置在车体上的机翼6，共同使火车产生向上的升力，克服车体本身向下的重力，从而使火车行驶中的重量减少，起到节约能源的目的；而外壳3与车轮相连来接消除升力，使火车的附地力均匀增加，火车行驶更平稳更安全；同时车轮附地力增加，转一圈、就必然行走一圈、从而节约能源。

2、内壳2和机翼6共同产生升力，外壳3消除升力这看似相矛盾的结构在本发明中得到合理的结构统一，内壳2作为全部载重空间占火车80％左右重量，其所产生的升力，不会带动占火车20％左右重量的外壳3产生向上的升力，相反，外壳3消除升力后能够使火车的附地力增加，同时载重空间的内壳2和机翼6因产生升力而克服向下的重力，使火车的自重减少而更节能，同时能够更安全地行驶。

3、改变火车200多百年发展过程需要人为加重火车底盘的重量，来克服火车行驶中产生的升力的不合理结构；外壳3用压力差来彻底消除升力，使火车底盘的重量显著减少，从而更安全、更节能。

4、本发明改变自200多年火车百年发展以来，火车自重、载重、及重力加速度产生的全部重量都由车轮承受的技术结构。

5、当高速列车快速行驶时必然产生力，利用高速列车在自然状态中快速行驶时产生升力，同样达到与磁悬浮列车相同的悬浮效果；而磁悬浮列车与普通列车的成本相差多倍。

6、所述外壳板状结构的上部外壳23、下部外壳24之间通过多个支撑架7相连接，其重量很轻，同时又能强化车身结构，进一步的，只有外壳3的上下部之间产生压力差才能消除升力。

综上所述，本发明提供的一种在行驶中减少重量的节能火车，整个火车分为内壳和外壳两个部分，在火车行驶时因内壳和机翼产生升力而悬浮于流体通道内；而外壳与车轮相连接，使流体经过底部的路径大于其上部而消除升力；通过内壳和机翼产生向上的升力而克服车体产生的向下的重力，使车轮承受的重量大大减少，进而节省所消耗的能源；同时，又能使火车的安全性能显著提升。内壳产生升力、外壳消除升力，这种矛盾的技术结构在此得到完美的统一。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种在行驶中减少重量的节能火车，包括车体的壳体，其特征在于：所述壳体包括内壳和外壳，所述内壳与外壳之间构成与外界相通的流体通道；

所述外壳的上部外壳和下部外壳之间连接有两个以上的支撑架；下部外壳的外表面设有凹凸于表面的扰流面，使内壳产生升力，外壳消除升力。

2.如权利要求1所述的一种在行驶中减少重量的节能火车，其特征在于：包括车轮；所述下部外壳与所述车轮相连接。

3.如权利要求1所述的一种在行驶中减少重量的节能火车，其特征在于：还包括机翼，所述内壳包括上部内壳和下部内壳；所述机翼与所述上部内壳连接地设置在车体的两侧；所述机翼的上表面也设有凹凸于表面的扰流面。

4.如权利要求3所述的一种在行驶中减少重量的节能火车，其特征在于：所述上部内壳的局部或整体设有凹凸于表面的扰流面。

5.如权利要求3所述的一种在行驶中减少重量的节能火车，其特征在于：所述机翼还与火车的控制机构相连接，所述控制机构控制机翼形态改变。

6.如权利要求3所述的一种在行驶中减少重量的节能火车，其特征在于：所述流体通道包括第一流体通道和第二流体通道；所述上部内壳与外壳构成第一流体通道，所述下部内壳与外壳构成第二流体通道。

7.如权利要求1所述的一种在行驶中减少重量的节能火车，其特征在于：所述内壳和外壳之间通过连接装置相连接。

8.如权利要求1所述的一种在行驶中减少重量的节能火车，其特征在于：还包括磁性装置，所述磁性装置设置在所述内壳和外壳之间产生相斥力，所述磁性装置能够在面对内壳方向和外壳方向分别产生磁性相反的磁场。

9.如权利要求1所述的一种在行驶中减少重量的节能火车，其特征在于：所述扰流面由凹凸于表面的多个弧形、三角形和/或梯形构成，或者所述扰流面由纵向对称或者纵横方向分别对称的水波纹构成。

10.如权利要求1所述的一种在行驶中减少重量的节能火车，其特征在于：还包括太阳能装置；所述太阳能装置固定设置在机翼或/和火车的壳体上。