WO2010051687A1

WO2010051687A1 - 悬浮列车

Info

Publication number: WO2010051687A1
Application number: PCT/CN2009/001226
Authority: WO
Inventors: 段贤毛
Original assignee: Duan Xianmao
Priority date: 2008-11-07
Filing date: 2009-11-04
Publication date: 2010-05-14

Description

悬浮列车

所属^ 领域

本发明涉及一种利用低气压让列车悬浮起来的悬浮列车

背景当今的高速列车分为两类，即轮轨列车和磁悬浮列车。现在的轮轨列车由于受其本身条件的制约，速度不能太大，否则路面阻力、空气阻力太大，产生的各种噪声会很大，由于摩擦而产生的各种磨损会很大。另外，速度太大时，还不利于列车的转弯等。

磁悬浮列车存在的缺点主要有以下几点：一是技术要求高，操作难度大，需要的条件很难满足，造价特高；二是能耗大，要依靠电流来产生强大的磁力把笨重车体支撑起来是需要很大电流的。而电流大，则消耗的电能大 (尽管是超导体输电）；三是在稠密的大气层中，磁悬浮列车的速度不能太大，即不能超过 400km/h，否则因为能耗和噪声大到超标而难于被运输部门和乘客所接受。

虽然有些国家提出要在不久的将来建造真空隧道磁悬浮时速万里的列车，但该种列车存在的缺点也会很多，主要有：（1 )利用磁悬浮要消耗大量的电能 ·,（2 )建造磁悬浮轨道时要消耗大量贵重的良导体，导致造价高-； (3)旅客上下车时因为有一个从常压到真空再到常压的过渡过程，因为该过程的技术操作严密而要耽误较长的时间，因而这种列车不适合被选^ [短距离交通运输工具；（4) 旅客在乘车的安全方面又增加了一个因为车厢漏气所造成的危险因素；（5 ) 只要是利用磁悬浮原理，就绝对不能消除强磁场对人体可能产生的影响；（6 ) 列车装载的物体重量绝对不会很大，不会满足货物列车的需要。

另外，现有的城市地下铁路和城市高架轻轨铁路存在列车启动加速度小、正常运行速度小的问题；在能耗方面，列车能量的利用率还不是最大，还可以进一步降低能耗，提高能量的利用率。

发明内容：

发明目的：列车在高速i驶时，让列车对轨道的力尽量减小到最小，从而让列车受到来自轨道的摩擦阻力也减小到最小；让列车侧面和上表面受到来自空气的阻力尽量减小到最小；让列车的载重量大幅度地得到增加；让列车能够高速度急转弯；让高速列车的安全稳定系数大幅度地得到提高；让高速列车的维护修理费用能够减小到最小；让高速列车的铁路建造技术和运行操作技术含量及建造成本能够降到最低极限；让城市轨道交明书通车辆的运行平均速度在不增加能耗的前提下得到较大的提高。

方惠和特点

根据实际需要' 低气压悬浮列车要分成四个档次，艮 P: a列车正常行驶速度设计为 80- 120km/h的低气压准悬浮常速列车（特指城市轨道列车)； b列车正常行驶速度设计为 200-350km/h的低气压准 ^悬浮准高速列车； c列车正常行驶速度设计为 350-500km/h的低气压准悬浮高速列车； d列车正常行驶速度设计为 500- 800km/h的低气压完全悬浮超高速列车。每个档次的低气压悬浮列车系统又可以分成三大系统，即悬浮系统、控制系统（包括导向和制动）和动力系统等。 .

(一)悬浮系统的主要组成部分和悬浮原理如下： -

(1)组成部分：每种低气压悬浮列车的悬浮系统都由三大主要部分组成：即罩壳（静止在轨道上方)、列车车体外表面的一部分及抽气系统等。

(2)悬浮原理：以正常行驶速度设计为 200- 350km/h的低气压准悬浮准高速列车为例，艮 p:让列车轨道悬空，让车体下施 30-300cm高的空间。再在列车所用的轨道上方建造拱桥形状的罩壳，罩壳有两个侧面和顶面，没有底面，罩壳长度与錯九道长度一样长。

又把列车车头做高一点，高度比列车车头后部的车厢要高 10-100cm。这样，当列车在罩壳内运动时，列车的部分外表面与静止的罩壳的内表面的一部分就围成一个接近封闭的空心腔，该空心腔在靠近列车尾部是开口的。当列车在罩壳内高速前进时，车头把前方的空气排挤到车厢的下方去了（或者是车头把前方空气的一部分吸入压缩成高压气体用来产生动力)，则车头后方的空心腔在很短的时间内为低气压区域，车厢上表面受到空心腔内空气压强要小于下表面受到的空气压强，列车车体就会受到空气压力的一个合力，合力方向是向上的，当这个合力 F的大小等于或接近列车重力 G时，列车就 ¾浮起来或接近悬浮状态。列车在完^ :浮或接近完^ 1浮状态运行时都为正常运行。

(3)其他档次的悬浮列车的悬浮原理与准悬浮准高速列车的 :浮原理基本相似。所不同的是对于正常行 ¾速度设计为 80- 120km/h的准悬浮常速列车来说，由于该档次的列车车速较小，则车头与后面车厢高度要设计成一样高，列车轨道上所修建的罩壳也有点不同，此时的罩壳实际上就是一个位于轨道上方的平面，罩壳只罩住列车车体的上表面即可。列车的悬浮是完全依靠抽气机不停地把空心腔内空气抽走一部分，从而使空心腔内形成低气压，车厢就浮起来。且列车在完^ ¾浮或接近完^ 1浮状态运行时都为正常运行。 (二）其他方面的主要技术方案是：

( 1 )本发明把轮轨列车和悬浮列车相结合，使列车能够和应该完^ ¾浮就完全悬浮，不能够和不应该完全悬浮就以接近完全悬浮的方式运行，列车在完浮或接近完全悬浮（即准悬浮）的状态下，都能够正常行驶。这样，列车的动力系统和导向系统就能够很容易地解决了。

(2)对于用在城市地下深处轨道交通的低气压准悬浮常速列车来说，其动力系统采用普通的电力机车。为了便于控制列车的高度，在列车的底部和顶部都设计安装了车轮，因而，列车说所用的轨道也有两套，一套在列车的下方，另一套在列车的上方，列车在正常运行时，是同时沿着这两套轨道前进的。

(3)对于正常行驶速度设计为 80- 500km/h的低气压准悬浮列车（不包括用在城市地下深处轨道交通的低气压准悬浮常书速列车）来说，如果列车转弯频繁，且又需要转急弯（如城市地下浅表轻轨列车和高架轻轨列车及需要急转弯的高速列车)，贝 1J必须把列车的轨道和车轮安装在车体的两侧和顶面。

(3)对于正常行驶速度设计为 500- 800km/h的完全悬浮超高速列车的导向系统来说，在列车的车厢中有一部分的车厢是专门用来导向的，导向车厢中有两种气室，用来调节列车的高度和左右偏转方向。设计时要求气室中能够有高压气体喷出。高压气体喷出时舍对车体产生两种力，利用这两种力来调节车体的受力，从而达到导向的效果。这两种力是：一是当高压气体从车体中喷出时会对车体产生一种反冲力；二是喷出的高压气体停留在气室中时，又会对车体产生一种压力。

(4)对于正常行度设计为 350- 800km/h的准悬浮髙速和完^ 1浮超高速列车来说，轨道上的罩壳要把列车的上表面和两个侧面以及列车的下表面的一部分罩住，这样，可以最大限度地减小列车表面受到的来自空气的阻力。

(5)对于正常行驶速度设计为 350-800km/h的准悬浮高速和完浮超高速列车来说，其动力系统要采用航空发动机原理，最好釆用一种专用的发动机叫大地发动机。大地发动机的主要组成部分有：汽缸、喷气管和挡气板等。汽缸是固定在铁路的路面上，与列车所用轨道长度相等，汽缸中有挡气板，能够自动挡住气体通过。当固定在列车上的喷气管在汽缸中向列车前进方向的反方向喷出高压气体时，汽缸中的挡气板就会自动挡住喷气管中高压气体的喷出，从而喷气管受到的高压气体喷出时对它产生的反冲力就会达到最大限度，高压气体的能量的禾 [J用率也到极限值。

本发明的优与现有的动车组列车相比较，低气压准悬浮列车具有的优点有：在功率一定时，车速能够更快、能耗更小、窗高速急转弯、载重量特别大、维护和修理费用会极低、安全稳定系数特别高。与磁悬浮列车相比较，低气压完^:浮列车除了具备以上优点以外，还同时具备了以下几个优点，就是：技术含量常低，操作非常简单；不会消耗大量的贵重的良导体、超导体材料；使列车悬浮起来不必要额外消耗任何能量 ( 牛是列车车速要达到 —定的大小)；没有什么强磁场对人体可能产生的什么影响等等。另外，列车的安全稳定系数特别高等等。

本发明的范围说

-适用于： ①城市地下深处轨道列车（即现在正在营运的城市地铁，它位于地面以下深度较大，路线较直，轨道走向与所处的街道路线走向没有联系）； ②城市地下浅表轻轨列车（一种新列书车，即列车所用的通道就在城市街面的人行道、汽车道大街两旁的绿化带以下约五十厘米深处，轨道路线走向与所处的街道路线走向几乎完全重合。它的建造成本低、旅客上下车的站点可以以很低的造价多设立一些，旅客上下车非常方便等）； ③ 城市高架轻轨列车； '④中程距离的城际列车、长距离的 S际列车以及超长距离的洲际列车；⑤既适合于旅客乘坐的客运列车，更适合于用来装载超大重量的货物列车。如适合于装载各种 \矿产资源、工农业生产中的各种原材料和产品的列车。但物体的个体体积因为超规格而装不进者例外。

附图说明

图 1是本发明的轨道和轨道上方荤壳结构示意图；图 2是本发明的一种车厢结构示意图；图 3是本发明的一个实施例示意图；图 ⁴是本发明的一个实施例示意图；图 5是本发明的列车车头和列车驾驶室外观结构示意图；图 6是本发明的一种列车尾部最后一节车厢结构示意图；图 7是本发明的一个实施例示意图；图 8是本发明的一个实施例示意图；图 9是本发明的一个实施例示意图；图 10 是本发明的一个实施例示意图；图 11是本发明的一种导向车厢外观结构示意图；图 12是本发明的一种城市地下深处轨道列车的车厢结构意图；图 13是本发明的一种实施例示意图；图 14是本发明的一种城市地下浅表轻轨列车的实施例示意图；图 15是本发明的一种城市地下浅表轻轨列车的实施例示意图。

注：图 3和图 4是同一种列车两个不同部位的纖面示意图；图 7与图 8是同一种列车两个不同部位的横截面示意图；图 14与图 15是同一种列车两个不同部位的横截面示意图。

图中各数字分别表示： (或 1 ' ) ·罩壳， 2.轨道， 3.立柱， 4.限高车轮， 5.承重车轮， 6.车厢底座， 7.排气孔（抽气孔)， 8.列车车厢（车体)， 9.地面， 10.空心腔， 11.列车转向轮（或导向轮)， 12.轨道凹槽， 13.车头空心罩框， 14. 列车驾驶室， 15.空心罩 βΞ右两侧面的连接板， 16.车尾门， 17.车尾挡板， 18. 长方体形输气管道， 19.汽缸细颈， 20·汽缸壁（或汽缸)， 21.喷气管， 22.长方体形盖体， 23.汽缸开口， 24.汽缸空腔， 25.汽缸细颈上端面， 26.挡板， 27.挡板下方的空心腔， 28.排气口， 29.导向车厢侧面气室中的出气孔， 30. 导向车厢顶部气室中的出气孔， 31.导向车厢顶部气室， 32.导向车厢侧面气室， 33.堵气板， 34.导向车厢， 35.小空心腔， 36.车窗， 37.车轮， 38.车轮轴， 39.车厢顶部空腔， 40.轨道支撑架， 41.地下隧道侧壁， 42.隧道底面， 43.隧道顶面， 44.围板， 45.-车厢顶部空腔侧面， 46.顶部轨道， 47.支柱， 48.导向轮， 49.车轮轴， 50.空气通道， 51.空气通道， 52.空气通道。

注： ①图 4中用虚线画出的部分 (1 ' )是罩壳 1上面增加的部分， 3¾种罩壳只适用于高速和超高速列车使用；②在图 .10中，由于导向车厢的存在，空心腔 10被导向车厢 34分成了若干部分，每一部分应该要用较粗的空心管连通，在图中没有画出用来连通的空心管。

具"^ ^^式

(一) 低^ ¾^¾浮>¾^2¾3¾车简介

主要构造：低气压^ ¾浮¾3^速列车车头和车厢在形状上与现有的高速轮轨列车基本上相同，所用的轨道也基本相同。所不同的是轨道要悬空，车厢底部要有一定的空间，离地面； ¾ 1. 2m以上；还要在轨道上方修建罩壳。见图 1 至图 6.图 1是轨道 2、罩壳 1的结构示意图，即两条轨道要悬空，且固定在罩壳 1的两个侧面上。轨道 2悬空、车厢底部离地面有一定高度，其目的有二，一是便于车头能够及时地把车头前方的空气排挤到列车的底部去；二是当列车高速运行时，會使车厢下方的空气压强基本保持不变。

图 2是车厢的外观结构示意图。限高车轮和承重车轮 5安装在车厢的侧面，两者高度不同。车厢底座 6比车厢 8要宽，在餅允许时，车厢 8与底座 6 比较，要尽可能地小，底座 6的厚度要尽量做大一些，以便更好地 E±空气进入空心腔 10内。

车厢 8上部幵有排气孔 7，该排气孔通过一排气管道，与车体下方的大气相连 31。排气管的末端开口方向必须指向列车前进方向的反方向，以便空心腔 10 内气体更好地自动排出（是列车要高速前进)。在排气管里面装有抽气机，还装上一个只允许气体流出来而不能流进去的自动阀门。 ' - . 图 3为车厢、列车高度控制用车轮、'轨道和罩壳组装起来的横截面结构示意图。把轨道和车轮设计在侧面，是为了降低建造铁路成本，减小车轮在高速运转时受到空气的阻力等等。车厢底座 6与罩壳 1之间的空隙要尽可能地小，夕卜部空气就不易 «空心腔 10.图 4为车厢、列车左右转向控制用车轮、轨道和罩壳组装起来的橫截面结构示意图。转向轮 11能够让列车自动转向。图 5为列车头的外观结构示意图，分为左右两部分，右边为驾驶操作室，左边为空心罩框。罩框 13有五个面，其中的底面上要按照一定的要求开有排气口。在列车高速前进时，车头前方的空气，从罩说框 13的前边流进，从罩框 13的底边排气口流出。这样设计目的有三，一是能够减少空气从车头与罩壳之间的空隙流进空心腔 10;二是当列车高速前进时，不要让流进罩框 13的空气对罩壳 1的内表面产生太大的向外的压力，从而降低建造罩壳的书成本；三是让流进罩框 13的空气不要集 —个,气口排出，这样，当空气从罩框 13的底面排出时，空气对罩框 13产生的反冲力就不会集中在某一个部位，罩框受到空气的反冲力就会变得均匀一些。 >空心罩框 13与轨道上罩壳 1之间的空隙要尽量地小，夕卜部空气就 · 不易^ ¾空心腔 10.图 6为列车最后一节车厢的夕卜观结构示意图。车厢尾部的挡板 47与罩壳 1之间的空隙也要求是越小越好。在车厢尾部挡板 17上还开有一扇门，取名为车尾门 16，列车正常行驶时，轨道 2要位于凹槽 12的内部。

工作过程和原理

列车的动力系统采用已有的动车组所用电力机车或普通的电力机车。

列车车体分三部分，即如图 5所示的车头、如图 2所示的车厢、如图 6所示的列车尾部车厢。把三部分连接时，要求车厢之间不能有漏气的缝隙，要求凹槽 12与轨道 2要相互吻合起来，两者之间空隙要越小越好。另外，让空心罩框 13、车体的上表面、列车车尾挡板 17和罩壳 1的内表面的一部分等四部分共同围成一个空心腔 10，空心腔 10对气体的密封性能题大越好。

静态悬浮问题列车启动时，先把车尾门 16关闭，再开启抽气机，让抽气机把空心腔 10内空气抽出一部分，使其中的气压减小到规定的值 P，则车厢 8受到底部空气对它产生的向上的压强，会大于空心腔 10内气对它产生的向下的压强，车厢 8会受到一个向上的空气压力的合力 F，当这^力 F的大小等于或接近车厢的重力 G时，列车就会处在完^ ¾浮或接近完^ ¾浮的状态， '即准悬浮状态。 "

列车在完^ t浮状态或接近完浮状态时，车厢 8对轨道 2的压力会为 0 或很小，这时，列车启动时非动力车厢受到的来自路面的摩擦阻力为 0或很小，整个列车会很容易启动（注：动力车厢与轨道之间的压力只能减小到一定的大小，否则车轮会在原地打滑)。

动态悬浮问题当列车速度增大到正常设计的运行速度时，就可以关闭抽气机、打开车尾门 16，此时，列车照样会保持悬浮或 ί魏悬判犬态运行。原因有二，一是列车在高速运行时，车头把前方空气排挤到车厢的底部去了，则空心腔 10在短时间内不会有足够多的空气會够及时地流过来填充，空心腔 10内空气压强是很小的，为低气压区域，车厢 8就会悬浮或者接近悬浮状态。由于列车的悬浮是由于有低气压而产生说的，故把这种列车称为低气压悬浮列车。二是当列车在高速运行时，假设空心腔 10内的空气压强等于外部的大气压强，根据流体压强与流速的关系，空心腔 10内的气体有一部分会自动地从图 2中的排气孔 7排出，这样，空心腔 10的气压会自动减书小，从而列车会受到向上的压力而悬浮起来。总之，列车速度越大，空心腔 10内空气的压强就^！小，列车就越容易悬浮起来。

实际上，列车在运行时，单纯地依靠列车的车速大小来调节空心腔 10内空气压强大小，从而使列车始终处在悬浮或接近悬浮状态的效果是不理想的，还必须借助其它方式来调节空心腔内空气压强大小，即要设计一个自动控制电路，禾！]用它去自动控制抽气机的工作状态，以便保证空心腔 10内的空气压强在一个规定的、允许的范围内波动和变化，从而保证列车受到空气对它向上的压力大小基本上在一个规定的、允许的范围内波动和变化。

個效果:由上面的分析可得，低 ^ 浮¾3§^!1^现有的磁悬浮列车相比，（1 )节能。在使高速运动的低气压准浮¾^¾ ^车悬浮起来时， ¾3里仑 J^J¾不霜 ·¾·¾^卜消耗任何 «½。因为，只要车头速运动， ^JA - 前方的≤：气，则^ Γ后方的就自然会氐^ J£区域，列车自然会! ¾¾J一个向上的 ^的合力而悬 5 。 (2 ) 列车 ¾¾J的 ^将； R^PR^地银到减当歹 1 中 1^¾ί¾¾ί 5¾¾浮的方 S^T5¾¾ 5"Bd"，由于列车的两个

ΤΗϋ面口表面殳有与 -1^·大^ ί 角虫，车的两个侧面和 Jt^面气的率擦 P_§^W 常 J、，妾¾^ 0，只有列车的底面与夕大妾角虫， ¾¾1来自空 " 的享擦阻力。由于列车; ¾¾ 5^ti妾芋的，列车; ¾¾J来自路面的摩擦阻力当然是非常 ^^^/ 0， ·¾ι^个列车！的 ^«^7的。要小于同^^件下的磁悬浮列车的所 ¾¾1的阻力。 (3 ) 列车的载重别大。表现在两个方面，一是每一节车厢的载重 ¾ij _g大，当把^ x¾ ISJ*l空¾£3 喊 1、到^^ 大^ 虽的 30%8 ，则车厢底板 1 m²面积会 ¾¾1 3 ^向上的大 ^的合力； ^¾ 说明书

^ 车头: ^够拖 ¾ ^车麻的节数特另 ϋ大，因为该歹]1车¾¾1的主要是车头受到气的阻力，而^ ^后部的车厢 ¾¾j空气的阻力是很小的，故增加列^^厢

■ψ^ ^-^ ^¾^½要±曾力口 ί艮大的 ¾^?>₀ ： έ口利用^中歹 11^^¾¾货物，则 ¾^ ^J

力口' I 货物 35L¾、降 T¾¾ 输成本^^， 1¾H!i¾ ¾JE^ ¾人 f门: ¾够；*^？主往 3 常 ^¾1¾的±»村 (岛 A与地区与大，不怕突遇停电、不怕

导向^ ^制动由于低 ^¾；^¾浮¾3§!^¾^^«7^¾：与¾/ 5¾^妾角虫的，因而该列车的导;^和制动 >51题都很简单，可 A^JU^照的富; &轨歹 u车 (如现营的动车^ υ车）

(二)低气压准悬浮常速列车简介（主要^ ¾市轨道列车）存在问题：现在城市轨道列车（包括地铁和高架轻轨列车）存在这样的问题：由于列车的启动和制动变化频繁，导致列车在整个过程中的平均速度不是很大。 ·

解决方案提高城市轨道列车的平均速度有两种方法，一是加大发动机的功率，从而增大列车启动时的加速度，二是保持原有的发动机的功率不变，减小列车受到的阻力，从而也肯^)多增大列车启动时候的加速度，缩短列车达到正常行驶速度所用的时间，提高列车的平均速度。从长远的角度和从节约能源、减少肯耗的角度来考虑，还是采用第二个方案，就是减少列车受到的来自路面的阻力 (因为列车受到空气阻力不是很大)，即让列车保持悬浮或准悬浮状态。

使城市轨道列车保持悬浮或准悬浮状态可以说不需要增加很大的费用。由于列车速度不是很大，故列车的两个侧面受到来自空气的阻力不是很大，为了尽可能节省聽成本，把图 1所示的罩壳做成一个平面，即罩壳只有顶面，没有两个侧面，只要能够把列车车体的上表面罩住即可。这样还能够便于列车转急弯。根据低气压准悬浮常速列车的特点，则城市地下轨道列车可以根据实际需. 要按照图 .12、图 13或图 14、图 15所示的两种方案去设计和修建。把图 12、图 13所示方案的列车叫城市地下深处轨道列车；把图 14、图 15所示方案的列车叫城市地下浅表轻轨列车。

(1)城市地下深处轨道列车简介：图 12是城市地下深处轨道列车的车厢外观结构示意图，图 13是城市地下深处轨道列车的车厢、轨道和地下隧道的横截面示意图。车厢上部有空腔 39，空腔内部装有车轮 37和车轮轴 38，车轮 37在轨道 2上运行，围板 44附属在空腔壁 45的外部，为橡胶制品，有弹性，在弹力作用下，设计它能够自动变化高度，这样能够更好地 lh空气 ί«空腔 39。空腔 39对气体的密封性能是越高越好 (它是决定节能效果的最重要的环节) . 工作过程列车在启动时，先用抽气机把空腔 39 内的空气抽出一部分，使车厢 8受到空气压力的合力 · F的大小基本上等于车厢的重力 G即可。这样列车与轨道之间的压力就会很小，甚至为 0，贝咧车前进时受到的阻力也会很小，甚至为 0。列车在整^ ¾行过程中（包括在中途车站停车)，利用抽气机来抽出空腔 39中空气时，空腔 39中空气说压强始终要大体上保持不变。而抽气机工作时的能耗功率不会很大的，它的能耗要远远小于因为列车悬浮而节省的能耗。

-列车的动力系统：采用城市地下深处轨道列车专用的电力机车，这种电力机车介绍如下：在图 13中，设图中下方的两书个车轮是主动轮，是产生动力的车轮（也可以是图中所示四个车轮都是主动轮)。当不需要产生动力时，动力车轮与轨道之间没有压力，如需要产生动力时，可以采用液压系统使图中的上、下四个车轮分别同时与各自的轨道接触，通过液压系统可以任意调节车轮 37与轨道 2之间的压力大小，从而获得任意大小的动力，按照同样原理也可以获得任意大小的制动力。 . .

棚效果：按照上述要求去设计的城市地下深处轨道列车系统，则列车受到来自路面的摩擦阻力大小可以任意调节，列车受到的动力大小也能够任意调节，列车本身的质量也能够最大限度地得以减轻。这样，在列车功率一定时，列车的平均速度会增大很多；由于车轮与铁轨之间的压力得到了最大限度地减小，故由于它们之间的相互碰撞而发出的噪声也会大为减小。 ^_

注：城市地下深处轨道列车的动力系统也可以采用： ①常规电力机车； ②空气螺旋桨，利用空气螺旋桨把车头前方的空气打到车头后方去用以产生动力，同时把抽气机抽出的空气喷到列车的后方去用以产生一部分动力。

(2)城市地下浅表轻轨列车简介：

世界上正在运营的城市地下铁路存在缺点：①由于地铁通道往往是修建在相当深的地下，这样增加了地铁的建造成本； ②由于地铁通道在很深的地下，故乘客上、下车时费时费力，同时导致中途小车站的建设费用也很大； ③列车中途两个小车站间的距离相隔较大，不能很好地满足所有乘客的需要。

城市地下浅表轻轨列车主要的设计思路：沿着城市麵的走向，在人行道或绿化带或汽车车道以下五十厘米深处开挖城市地下轻轨列车所用的通道，然后按照图 14和图 15的结构示意图去建造轨道和建造列车车体。在图 14中，假设图中所示车厢为动力所在的车厢，即假设图中限高车轮和承重车轮 5还同时兼备了动力车轮的作用。当需要动力车轮产生动力时，可以采用液压系统原理，让图中转动的限高车轮 4和承重车轮 5同时紧贴轨道 2，这样，就能够产生使列车前进的动力（按照同样方法也能够产生制动力，只是此时的车轮不能转动)。由于导向轮 11和导向轮 48的作用，贝 ij这种列车能够急转弯；由于列车是悬浮或准悬浮的，它受到来自轨道的摩擦阻力会很小，贝咧车能够频繁地启动和刹车。

工作过程列车在启动时，先说用抽气机把空腔 39 内的空气抽出一部分，使车厢 8受到空气压力的合力 F的大小基本上等于车厢的重力 G即可。这样列车 · 与轨道之间的压力就会很小，甚至为 0，则列车前进时受到的阻力也会很小，甚至为 0。列车在整^ ¾行过程中（包括在中途书车站停车)，要利用抽气机不停地出空腔 39中的一部分空气，空腔 39中空气压强始终要大体上保持不变。而抽气机工作时的能耗功率不会很大的，它的能耗要远远小于因为列车悬浮而节省的能耗。

侧效果： ①按照上述要求去设计的城市地下浅表轻轨列车系统，则列车受到来自路面的摩擦阻力的大小可以任意调节，列车受到的动力大小也能够 - 任意调节，列车本身的质量也能够得到最大限度地减小。这样，在列车功率一定时，列车的平均速度会增大很多。②由于车轮与铁轨之间的压力得到了最大限度地减小，故由于它们之间的相互 ί避童而发出的噪声也会大为减小。 ③由于城市地下浅表轻轨列车能够悬浮或接近悬浮，因而前进时摩擦力小，启动加速度就会很大，因而在运行中途可以频繁制动和启动；又因为该列车侧面和顶面装有转向轮，故能够灵活地急转弯。因此，该列车能够像城市中的公共汽车那样，在大街的地面以下非常方便地装载乘客，让乘客很方便地上车和下车，但列车在运行过程中，又会畅通无阻，不会受到任何因素的干涉。 ④城市地下浅表轻轨歹!]车系统建造成本要远远低于现在正在运营的城巿地下轨道列车系统的。因为只要在大街上沿着人行道或沿着绿化带或沿着汽车车道，把地面挖开即可建造，最后，在挖开的通道上面铺设预制板即可。

注：城市地下浅表轻轨列车的动力系统也可以采用： ①常规电力机车， ②空气螺旋桨，利用空气螺旋桨把车头前方的空气打到车头后方去用以产生动力，同时把抽气机抽出的空气喷到列车的后方去用以产生一部分动力。

(3)城市高架轻轨列车系统简介:可以完全仿照城市地下浅表轻轨列车系统来操作，主要不同的是，城市地下浅表轻轨列车系统是修建在大街上的人 fi¾或绿化带或汽车车道以下，而城市高架轻轨列车系统，是修建在封上的人 fi¾或绿化带或汽车车道以上。

(三）低气压准悬浮髙速列车简介

准悬浮准高速列转在问题：前面介绍了低气压准悬浮准高速列车，当该档次的列车速度在 00-350km/h吋，该列车存在的问题不是很突出，但是，当该档次的列车速度继续增大，如增大到 500km/h左右时，则此时的列车存在的问题就很大了。主要表现在两说个方面，一是车头很难及时地把前方的空气排开，这时，车头受到空气的阻力会大幅度地增加；二是列车的动力车轮因为摩擦而导致的磨损现象非常严重。

解决方案：要克服上述两点，贝 I识书要更换低气压准悬浮准高速列车的动力系统即可，即换上一种叫大地发动机的动力装置，使列车在高速前进时，车头也肯^多保持悬浮或者准悬浮状态运行；另外，用吸气机把位于列车前方的来不及排走的空气吸走，把吸气机吸走的空气经过压缩后又可以用来产生动力。

大地发动机的特点是：它类似于航空喷气发动机，但能量的转化效率又远远地高于航空喷气发动机；另外，列车在高速运行时，不会与地面上的固定物发生任何接触，但又必须依靠地面上的固定物才能产生巨大的动力。因为该发动机的巨大的动力来源于地面，故取名为大地发动机。其构造、原理和工作过程简介如下：

大地发动机原理：一根弯曲的正在向水平方向喷出水流的软塑料水管，当用手指挡住出水口的 95 %左右的面积时，水喷出的距离会大幅度地增大，同时，水管也会迅速向'后退缩。这说明手指拦住出水管出水口时，水管中水的压强大幅度增加了，水管受到的水的压力也大幅度地增大。同样道理，当压縮空气从喷气管高速喷出时，如果也用一个与地面是固定连接的物体来阻碍喷气管内气体的喷出，则喷气管受到喷出气体的反冲力就会大幅度地增加。由于喷气管是固定在列车上的，贝咧车受到的动力也会大幅度地增加。

大地发动机构造及各部分的作用：见图 7、图 8、图 9。大地发动要有一个汽缸空腔 24，在图 8中，汽缸空腔 24的横截面像一个"凸"字形，但"凸" 字的顶端没有封闭。在图 9中，汽缸空腔 24的底面上还设计有能够绕固定转轴转动的挡板 26。要求挡板 26很轻巧，但又能够承受巨大的压力。挡板 26的下方设计有一个空心腔 27，用来容纳一定量的空气。对挡板 26形状的设计要求满足这样的牛，就是挡板 26只要稍微受到一个向上翻转的力，它就会向上翻转。在图 7中，列车动力车厢 8底部安装了一个横截面为长方形的进气管 18，称为长方体形进气管。进气管 18的下方又连接一个喷气管 21，喷气管 21与进气管 18相互垂直，（同时参看图 9); '喷气管 21、进气管 18连成一个整体，固定在车厢 8的底部。喷气管 21全部位于汽缸空腔 24的内部，进气管 18是通过汽缸的凸形开口 23把车厢 8内的压缩气体送到喷气管 21内部的。在图 9中，紧挨着长方体形进气管 18的画斜线部分为长方体形盖体 22，与进气管 18—样，也是安装在车体 8的底部，其作用是用来堵住汽缸的开口 23，让汽缸空腔 24内的压缩气体不容易泄露出来，以增说大列车所受到的动力。

大地发动机工作过程：如图 9所示，设列车原来是静止在图 9中所示位置，当列车启动时，位于车头内部的电动压缩机开动，吸入车头前方的空气并 ί巴这些空气压缩，使气体压强增大、温度升高，再书让这些压缩空气通过长方体形进气管 18流进喷气管 21.当压缩空气从喷气管 21喷出时，列车就会受到向前的动„ 力。当喷出的空气从挡板 26-2的上方高速流过时，根据流体压强与流速的关系可得，挡板 26-2受到空心腔 27内部空气对它向上的压强要大于挡板 26-2上方空气对它向下的压强，挡板 26- 2就会绕着它的转轴向上翻转，从而挡住喷气管 21 内高压气体的喷出，此时，列车受到喷出的空气对它产生的向左的压力就会大幅度地增大。

.在图 9中，当长方体形盖体 22随列车向左边运动刚刚通过图 9中挡板 26-2时，则挡板 26-2左边汽缸内的高压气体就幵始泄漏了，汽缸内气压会快速减小。在设计时，要求此时的喷气管 21的管口刚刚通过挡板 26-3的上方。同理，此时挡板 26-3也会自动向上翻转，堵住喷气管 21内的气体喷出。

这样，每当喷气管 21的管口从一个挡板 26的上方通过时，挡板 26就会自动向上翻转，堵住喷气管 21 内的高压气体的喷出，从而使列车获得最大限度的推力。

.在图 9中，各个挡板 26在没有受到喷气管 21喷出气体的影响时，都应.该是处在水平状态，且与汽缸内部的底面保持一样的平整。

由于同一条铁道应该允许列车能够双向行驶，故在汽缸 20 的底部，应该还要设置另组挡板 26，该组挡板 26的偏转方向与图 9中挡板 26 的偏转方向要完全相反。

"喷气式飞机虽然速度快，但能耗大，能量的利用率很小，原因是，气体 Α飞机尾部喷出 ^寸速度很快，温度也很高。而 *气压悬浮列车专用的动说明书力装置即大地发动机在工作时，气体喷出后速度几乎为 0，温度也不会很高，也就没有很大的动能和热能的损失。故相比之下，该动力装置的能量利用率是极高的，与电动机的能量利用率不会相差很远。

大地发动机优点、缺点低气压悬浮列车专用的发动机技术含量非常低、结构非常简单，就是一台电动压缩机，因而制造容易、维修简单、操作方便且环保等等。缺点是一次性投入建造汽缸的成本费用较高低气压准悬浮高速列车主要构造：低气压准悬浮髙速列车与上面已经介绍了的低气压准悬浮准髙速列车的构造基本相同。不同之处主要有三点：一是低气压准悬浮富速列车与低气压准悬浮准: ϋτ速列车因为动力装置不同，而导致列车车头形状和构造也不同。二是低气压准悬浮富速列车与低气压准 _悬浮准髙速列车所使用的罩壳也有一点不同，在图 4中，低气压准悬浮准高速列车的车厢下方没有罩壳 1 ' ，否则，罩壳里面的空气不容易被车头及时地排挤到车厢的下方。而低气压准悬浮髙速列车是要把车头前方的空气全部吸进去，不需要把罩壳里面的空气排挤到车厢的下方去。故为了最大限度地减小气压准浮高速列车表面所受到的空气的阻力，要在图 4中增加罩壳 1' 。而罩壳 1 ' 宽度的设计要视列车正常行驶的¾度而定。车速越大，车厢受到空气压力的向上的合力就越大，则车厢底部与下方的空气接触的面积可以越小，则罩壳 1 ' 的宽度也可以越大。三是两种列车最大的不同点是，低气压准悬浮髙速列车比低气压准悬浮准高速列车多了一个与道路一长的汽缸空腔 24。

低气压准悬浮髙速列车工作¾：程：先关闭车厢尾部的车尾门 16，开启抽气机，把空心腔 10内空气抽出一部分，使车厢 . 8受到空气对它的向上的压力大体上等于列车的重力。再开启位于列车车头里面的空气压缩机，产生高压气体。当高压气体从喷气管 21 喷出时，列车就会受到一个向前的动力。列车前进时，不断地吸入前方的 ¾气，并把吸入的空气压缩成高温高压的压缩气体。

气压准悬浮髙速列车使用效果列车在高速前进时，车头受到来自前方空气的阻力会大幅度地减小 (可以分析推理得出这个结论)。这样，在相同速度的条件下，列车就会更节能。另外，整个列车都能够处在悬浮或准悬浮状态，则列车因为摩擦而造成的磨损将减小到最低的程度。因为磨损小，所以还能够节省大量的维护和修理费用。 (四）低气压完全悬浮超富速列车简介

存在。η题当低气压准悬浮高速列车通过车轮与轨道接触、在以 500km / h左右速度行驶时，此时列车存在的问题不是很突出。但是，当列车速度继续增加，如增加到 700km / h以上时，则列车存在的问题就会很突出了。主要表现是：因为车速太快，则车轮受到的摩擦阻力也会 4艮大，车轮的磨损也会很严重。这样就导致能耗和各种维护修理费用都会很大。

解决方案让整个列车全部处在完全悬浮状态，而不是接近悬浮的准悬浮状态。 · 说

构造及组成部分的作用、原理

低气压完全悬浮超窗速列车的构造与前面介绍的低气压准悬浮髙速列车的构造基本上相同，即低气压完全书悬浮超寅速列车完全具备了低气压准悬浮髙速列车上所有的构造、功能，就是大小也相同。不同之处是：低气压完全悬浮超髙速列车多了一种长度比其它车厢要短的特殊车厢 ——导向车厢，其作用是用来控制列车前进时的高度和左右偏转方向。'构造如图 11所示。在图 10、图 11中，导向车厢主要有两种气室和两个小空心腔，即导向车厢顶部气室 31、导向车厢侧面气室 32和小空心腔 35.

工作原理是：请同时参看图 10、图 11。首先在设计时，当列车正常行驶时，要求除导向车厢以外的其它车厢受到空气的向上的压力要大约等于车厢重力的 1. 15倍左右，这样车厢就会始终是保持上升的状态。此时，其它车厢就会带动导向车厢 34上升，导向车厢 34也会处在一个高度始终是上升的状态。当导向车厢 34高度升高时，高压气体就会自动从出气孔 30喷出（或者：列车在整个运行过程中，出气孔 30一直在喷出高压气体)，高压气体喷出时能够对导向车厢产生向下的反冲力，喷出的气体短暂停留在导向车厢气室 31中，也会对导向车厢 34产生向下的压力，导向车厢 34高度会下降，但不会一直下降。因为高度下降到一定大小时，导向车厢顶部气室 31内部气体压强就会大幅度地减小，导向车厢 34又会自动回升。这样，导向车厢 34的高度会自动保持不变，从而处在完孚的状态。

在图 10中，当导向车厢 34前进时左右方向发生偏转（设向前进方向的左边 -发生偏转:）时，高压气体会自动从出气孔 29喷出（或者是列车在行过程中出气孔 29—直在向外喷出高压气体)，充满导向车厢侧面气室 32，导向车厢 34会受到向右的两种力而向右偏转，但不^"直向右偏转。因为导向车厢 34的两个侧面都设计有气室，-都会有高压气体产生作用力。这样，列车前进时，始终不会与两侧的罩壳发生接触，从而处在完 fe 浮状态。

上面讲到高压气体从出气孔 29、 30排出来，那么，排出的气体又流到哪里去了？这些气体是绝对不能流到空心腔 10里面去的，否则会干扰车厢 8的受力平衡。为此，特设计两个小空心腔 35，在空心腔 35中设计了与夕卜界大气相舰的排气口 28，排气口 28的面积较大，能够及时地排出气压大的气体。

主要工作过程：先开启位于列车车头里面的空气压缩机，产生高压气体。后关闭车厢尾部的车尾门 16，开启抽气机，把空心腔 10内空气抽出一部分，使列车受到空气对它的向上的合力说 F的大小与列车的重力 G大体上满足关系式 F=1. 15G。这时，车厢 8就会上升，带动导向车厢 34上升，，但不会一直上升，最后会处在悬浮状态。再让高压气体喷气管 21内，当高温、高压的气体从喷气管 21喷出时，列车就会受到向前的动力书而运动。当列车达到稳定、正常的行驶速度时，就可以自动关闭抽气机，打开车尾门 16。这时，列车仍然能够保持原来的悬浮状态前进。此时，抽气机的工作状态要接受空心腔 10内空气压强大小的调控，当空心腔 10内压强大小的变化超出规定的变化值范围时，抽气机要育自动重启或自动关闭，从而基本保证空心腔 10内空气压强不变，最终使列转体受到空气压力的合力大小基本保持不变。

如果列车前进的方向（包括高度）要发生较小的变化，则完全可以在高速运行的条件下，通过列车的导向车厢 34来实现。如果列车前进的方向要发生较大的变化，则必须事先要列车减速到 500km/h以下，同时改变列'车的运行方式，使列车从完全悬浮的运行状态转换成准悬浮运行状态。 ' 此时,由于列车的车轮与轨道是接触的，则列车的运动方向改变就变得非常容易了。 '

安全稳定问题:如果列车突遇停电，由于车速不会突然大幅度地减小，则空心腔 10 内的空气压强也不会突然大幅度地增加，列车也不会突然掉落下来而与轨道接触。这时，完全有足够多的时间去采取其它办法，让列车按照要求停下来。故车体不会在高速运动的条件下与轨道发生意外的接触。用来导向的高压气体事先也能够多储备一些，当突遇停电时，也可以较长时间地继续提供高压气体。当列车速度自动降到 500km/h以下时，列车就可以通过车轮与轨道产生接触，从而使列车按照人们的要求停车。注：所有低气压悬浮列车都可以利用架设在轨道上的电压较高的电网供电。

Claims

权利要求书

1.一种低气压悬浮列车，低气压悬浮列车的悬浮系统主要由罩壳、列车部分外表面和抽气机三部分组成，其特征是：低气压悬浮列车系统中有一个空心腔，该空心腔是由运动的列车车体的部分外表面与静止的罩壳的部分内表面共同围成。

2. 根据权利要求书 1所述的低气压悬浮列车，其特征是：在列车所用的轨道周围建造了与轨道长度相等的罩壳，罩壳大小和形状的设计要.求是：当列车正常行驶速度设计为 80- 120kra/h时，轨道周围的罩壳形状为一^ 面，位于列车车体的正上方，只罩住列车的上表面；当列车正常行驶速度设计为 200_350km/h时，轨道周围的罩壳由三个面围成，即两个侧面和一个顶面，罩住了列车的上表面和两个侧面；当列车正常行驶速度设计为 350-800km/h时，轨道周围的罩壳由四个面围成，即两个侧面、一个顶面和一部分底面，罩壳把列车车体的两 ^Hi面和上表面罩住以外，还把车体的下表面的一部分也罩住了。

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3. 根据权利要求书 1所述的低气压悬浮列车，其特征是：低气压悬浮列车车体下方有 30- 300cm高的空间。

4. 根据权利要求书 1所述的低气压悬浮列车，其特征是：当列车正常行驶的速度设计为 80- 120km/h时，列车车头的高度与列车车头后部的车厢高度要设计为一样高；当列车正常行驶的速度设计为 200- 800km/h 时，列车车头的高度比列车车头后部的车厢高度要高 10-100cm_o

5. 根据权利要求书 1所述的低气压悬浮列车，其特征是：在列车车体的上表面设计和安装了车轮;在列车车体的上方空间设计和安装了列车所用的轨道。

6. 根据权利要求书 1所述的低气压悬浮列车，其特征是：当列车正常

lb 权利要求书行驶速度设计为 500- 800km/h时，在列车中设计有导向车厢，导向车厢的主要构造是：导向车厢中设计有导向车厢顶部气室（31)、导向车厢侧面气室 (32)和小空心腔（35)。

7. 根据权利要求书 1所述的低气压悬浮列车，其特征是：当列车正常行驶速度设计为 350- 800km/h时，列车的动力系统中主要设计有汽缸 (24)、喷气管（21)、长方体形盖体 (22)和挡气板（26)。