CN109435973B - 一种无源风力悬浮列车系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无源风力悬浮列车系统，其包括悬空且呈开放状态的列车运行隧道，在隧道壁上设置有多个可打开或闭合的孔洞，随列车运行，列车所处位置的部分或者全部孔洞打开，列车所处位置以外的孔洞闭合；在列车运行隧道的入口，出口或隧道内设置有至少一个空气驱动装置，空气驱动装置运行时空气由隧道入口和打开的孔洞冲入隧道内并由隧道出口冲出，通过孔洞的空气动压使列车悬浮，由入口向出口的气流使列车向前行驶。本发明只需要保证隧道内气流的流通速度即能使车辆悬浮并向前行进，气流速度越大，车辆的行驶速度越快，易实现高速行驶，完全避免了抽真空带来的能源浪费问题，本系统结构简单，控制方案易实行。

Description

一种无源风力悬浮列车系统

技术领域

本发明涉及车辆技术领域，特别涉及一种无源风力悬浮列车系统。

背景技术

随着交通行业的发展，出行速度越来越快。目前，高铁时速300公里左右，上海磁悬浮列车时速最高430公里。为了追求更高的速度，1997年由美国机械工程师奥斯特提出了超音速空气动力火车概念，在此基础上，“特斯拉之父”埃隆·马斯克于2013年提出了“超级环”的设想，即在近乎真空管运输系统中超高速运行的特殊交通工具。空气压缩和磁悬浮是超级高铁的基本工作原理，在一个完全密闭的管道内，通过在火车运行方向抽取管道内的空气，形成接近真空的状态。在大气压强的作用下，就像是一个肺活量超强的巨人在用力吮吸吸管里的火车一样，列车便如同被发射的炮弹从甲地被“吸”到乙地。磁悬浮和真空还能基本消除空气阻力和摩擦产生的阻力，进而实现高速运行。但是抽成真空并维持真空状态需要很多电力，资源消耗大，并且真空状态难于维持，造价高。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种无源风力悬浮列车。

为了实现本发明的上述目的，本发明提供了一种无源风力悬浮列车系统，包括悬空且呈开放状态的列车运行隧道，在所述列车运行隧道的隧道壁上设置有多个可打开或闭合的孔洞，所述孔洞的全部或者部分设置在隧道的底面，随列车运行，列车所处位置的部分或者全部孔洞打开，列车所处位置以外的孔洞闭合；在列车运行隧道的出口设有至少一个空气驱动装置，驱动列车运行隧道内的空气由隧道入口向隧道出口方向运动，所述空气驱动装置运行时空气由隧道入口和打开的孔洞冲入隧道内并由隧道出口吸出，通过孔洞的空气动压使列车悬浮，通过列车运行管道内，通过列车运行管道内，由入口向出口的气流使列车向前行驶。

本发明只需要保证运行隧道内气流的流通速度即能够使车辆悬浮并向前行进，气流速度越大，车辆的行驶速度越快，易实现高速行驶，完全避免了抽真空带来的能源浪费问题，本系统结构简单，控制方案易实行。

本发明的隧道内不需要布设电线，不需要电力驱动，可以做到完全无源；本发明充分利用列车前后的空气动能，在空气驱动装置停止运行时，利用车辆后方的空气动力和/或车辆前后的空气压差驱动能够维持运行一段时间，可以间歇开启空气驱动装置，或者快到站时提前断掉空气驱动装置，降低能耗。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明一种优选实施方式中无源风力悬浮列车系统的结构示意图；

图2是本发明一种优选实施方式中无源风力悬浮列车系统的横截面示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

本发明提供了一种无源风力悬浮列车系统，如图1所示，其包括悬空且呈开放状态的列车运行隧道B，所述列车运行隧道上可以设置有至少一个人员出口，即可以在列车隧道上设置一个或多个站点，供人员上下车出入隧道。在列车运行隧道B的隧道壁上设置有多个可打开或闭合的孔洞G、F，孔洞的全部或者部分设置在隧道的底面，随着列车运行，列车所处位置的部分或者全部孔洞打开(具体可根据气流压力和速度决定打开的孔洞的数量多少)，列车所处位置以外的孔洞闭合。列车所处位置是指孔洞吹入的气流能够吹到列车表面的位置。

在列车运行隧道的入口，出口或隧道内设置有至少一个空气驱动装置H，在本实施方式中，空气驱动装置H为设置于列车运行隧道的入口或在隧道内阶段设置的抽风机，抽风机抽出的气流排除隧道外部，而且所述抽风机可设置在隧道内侧面或者隧道中间，当设置于随带中间时，抽风机可收折于隧道顶部列车接触不到的位置。所有空气驱动装置驱动列车运行隧道内的空气由隧道入口向隧道出口方向运动，空气驱动装置H运行时空气由隧道入口和打开的孔洞冲入隧道内并由隧道出口吸出，通过孔洞的空气动压使列车A悬浮，通过列车运行管道内，由入口向出口的气流使列车向前行驶。

在本实施方式中，具体悬空是指运行隧道与地面之间有一定间隔，保证隧道壁上的孔洞能够顺利流入气体。该系统可以设置于地上，也可以设置于地下，优选设置于地上。具体列车的车头位置密封，且车头优选为平面。

在本实施方式中，如图1和图2所示，孔洞设置于隧道的底面和两侧面上且在两侧面上对称分布。该系统还包括在孔洞上设置的闭合装置以及控制所述闭合装置开启或闭合的控制器，控制器控制孔洞的开启数量及次序。具体装置可采用电机控制的孔洞窗，当需要开启或关闭孔洞时，控制器控制相应的电机打开或者闭合孔洞窗，具体可采电磁感应技术、霍尔传感技术或者光电感应技术检测列车的位置并打开具体的孔洞，以上感应技术可采用现有技术，具体可以但不限于在列车上设置磁性原件或者发光原件，在隧道的孔洞处设置霍尔传感器或者光探测器件，霍尔传感器或者光探测器件的输出端与孔洞窗的电磁装置相连，电磁装置控制孔洞窗的开启与闭合。具体实施时，优选开启列车两侧相同数量的孔洞G，而关闭中间的孔洞F。

在列车运行时，孔洞的开启数量和空气动压满足以下公式：

其中，Mg为列车重力，P_d为空气动压，S为孔洞的面积，i为隧道侧壁的孔洞的行序号，q1为隧道侧壁的孔洞的总行数，m_i为隧道侧壁第i行的孔洞的开启数量，θ_i为隧道侧壁第i行的孔洞吹入的风向与垂直方向的夹角，j为隧道底面的孔洞的行序号，q2为隧道底面的孔洞的总行数，m_j为隧道底面第j行的孔洞的开启数量，θ_j为隧道底面第j行的孔洞吹入的风向与垂直方向的夹角。

具体空气动压根据现有计算方法，由空气密度和流动速度确定。

在本发明的一种优选实施方式中，在隧道外设置有外护管道C，外护管道C与列车运行隧道B之间有气流流通通道，外护管道C入口流入的气流一部分流入列车运行隧道B内部，另一部分流入气流流通通道。防止异物进入隧道，提高了安全性。

具体车辆在行驶时，空气由隧道入口E吹入隧道，由隧道出口D流出，列车所在隧道处的足够数量的孔洞G打开(优选列车车头和车尾处足够数量的孔洞G打开)，流入的空气使列车悬浮，隧道内向前的气流推动列车前进。随着列车前进，控制器列车行进过程中经过的孔洞依次打开(优选列车车头和车尾处足够数量的孔洞G打开)，其余孔洞闭合。从而保证列车稳定运行也节约了能源。

在本实施方式中，空气驱动装置连续或者间断地运行；当空气驱动装置间断运行时，当空气驱动装置停止后列车后的空气和/或列车前后的空气压差推动列车持续向前运行，当空气动压等于临界空气动压时，空气驱动装置重新启动，所述临界空气动压为列车处隧道底面的孔洞全部开启且隧道侧壁的孔洞全部关闭时维持列车悬浮的空气动压。

在本实施方式中，还包括气流调节装置(例如采用三通阀)，该气流调节装置调节进入隧道内部和进入气流流通通道的气流比例。当气流速度高时，少量气体的动压就能够托起列车，则降低进入气流流通通道中的气流比例，提高进入隧道入口的气流比例；当气流速度低时，大量气体的动压才能够托起列车，则提高进入气流流通通道中的气流比例，降低进入隧道入口的气流比例。从而保证列车悬浮且能够稳定向前运行。具体运行时，传感器采集气流的速度信息并传输给控制器，控制器根据孔洞的开启数量和空气动压的公式计算该速度下的需要的最少孔洞开启数量，从而得到需要的气流流量阈值，控制器控制气流调节装置的开度，调整进入气流流通通道的气流量(大于或等于上述计算的气流流量阈值)，其它气流均进入隧道内部。

本发明不需要布设电线，不需要电力，可以做到完全无源；本发明充分利用列车前后的空气动能，在空气驱动装置停止运行时，利用车辆后方的空气动力驱动也能够维持运行一段时间，可以间歇开启空气驱动装置，降低能耗。

在本实施方式中，可以在隧道外部布设太阳能电池板，为空气驱动装置提供电力，太阳能电池板提供的电力如果不足，可由外市电补充。

在本实施方式中，列车底面设置有车轮；列车内部设置有独立运行的动力系统，动力系统驱动车轮旋转前进。在停止风力供给或者其他紧急情况时，可以采用动力系统驱动车轮前进，像常规的车辆一样行驶，提高了可靠性。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种无源风力悬浮列车系统，其特征在于，包括悬空且呈开放状态的列车运行隧道，在所述列车运行隧道的隧道壁上设置有多个可打开或闭合的孔洞，所述孔洞的全部或者部分设置在隧道的底面，随列车运行，列车所处位置的部分或者全部孔洞打开，列车所处位置以外的孔洞闭合；

在列车运行隧道的出口设有空气驱动装置，驱动列车运行隧道内的空气由隧道入口向隧道出口方向运动，所述空气驱动装置运行时空气由隧道入口和打开的孔洞冲入隧道内并由隧道出口吸出，通过孔洞的空气动压使列车悬浮，通过列车运行管道内，由入口向出口的气流使列车向前行驶；

还包括在所述孔洞上设置的闭合装置以及控制所述闭合装置开启或闭合的控制器，所述控制器控制孔洞的开启数量及次序；

在车辆运行时，所述孔洞的开启数量和空气动压满足以下公式：

其中，Mg为列车重力，P_d为空气动压，S为孔洞的面积，i为隧道侧壁的孔洞的行序号，q1为隧道侧壁的孔洞的总行数，m_i为隧道侧壁第i行的孔洞的开启数量，θ_i为隧道侧壁第i行的孔洞吹入的风向与垂直方向的夹角，j为隧道底面的孔洞的行序号，q2为隧道底面的孔洞的总行数，m_j为隧道底面第j行的孔洞的开启数量，θ_j为隧道底面第j行的孔洞吹入的风向与垂直方向的夹角。

2.根据权利要求1所述的无源风力悬浮列车系统，其特征在于，所述孔洞设置于隧道的底面和两侧面上且在两侧面上对称分布。

3.根据权利要求1所述的无源风力悬浮列车系统，其特征在于，所述空气驱动装置连续或者间断地运行；当空气驱动装置间断运行时，当空气驱动装置停止后列车后的空气和/或列车前后的空气压差推动列车持续向前运行，当空气动压等于临界空气动压时，空气驱动装置重新启动，所述临界空气动压为列车处隧道底面的孔洞全部开启且隧道侧壁的孔洞全部关闭时维持列车悬浮的空气动压。

4.根据权利要求1所述的无源风力悬浮列车系统，其特征在于，所述列车底面设置有车轮；

和/或所述列车内部设置有独立运行的动力系统，所述动力系统驱动车轮旋转前进。

5.根据权利要求1所述的无源风力悬浮列车系统，其特征在于，在所述隧道外设置有外护管道，所述外护管道与隧道之间有气流流通通道，所述外护管道入口流入的气流一部分流入隧道内部，另一部分流入气流流通通道。

6.根据权利要求5所述的无源风力悬浮列车系统，其特征在于，还包括气流调节装置，所述气流调节装置调节进入隧道内部和进入气流流通通道的气流比例。

7.根据权利要求1所述的无源风力悬浮列车系统，其特征在于，还包括设置在列车运行隧道或外护管道外部的太阳能电池板，所述太阳能电池板为空气驱动装置供电。