专利名称：低气压悬浮列车的制作方法
技术领域：
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技术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(I)利用磁悬浮要消耗大量的电能；⑵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做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行驶时，让列车对轨道的压力尽量减小到最小，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。技术方案和特点根据实际需要，低气压悬浮列车要分成四个档次，即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
(I)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，即让列车轨道悬空，让车体下方有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，罩壳长度与整个轨道长度一样长。又把列车车头做高一点，高度比列车车头后部的车厢要高lO-lOOcm。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，列车就会悬浮起来或接近悬浮状态。列车在完全悬浮或接近完全悬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悬浮原理基本相似。所不同的是对于正常行驶速度设计为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，车厢就会悬浮起来。且列车在完全悬浮或接近完全悬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(I)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全悬浮就完全悬浮，不能够和不应该完全悬浮就以接近完全悬浮的方式运行，列车在完全悬浮或接近完全悬浮(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)，则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。高压气体喷出时会对车体产生两种力，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)对于正常行驶速度设计为350_800km/h的准悬浮高速和完全悬浮超高速列车来说，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的准悬浮高速和完全悬浮超高速列车来说，其动力系统要采用航空发动机原理，最好采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，高压气体的能量的利用率也会达到极限值。本发明的优点是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、能高速急转弯、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，低气压完全悬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，就是技术含量非常低，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(条件是列车车 速要达到一定的大小)；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。本发明的适用范围适用于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(一种新列车，即列车所用的通道就在城市街面的人行道、汽车道和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城市高架轻轨列车中程距离的城际列车、长距离的国际列车以及超长距离的洲际列车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。
图I是本发明的轨道和轨道上方罩壳结构示意图；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不意图；图7是本发明的一个实施例不意图；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示意图；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横截面不意图；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1(或I' ) 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.空心罩框左右两侧面的连接板，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.减速板，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(I')是罩壳I上面增加的部分，这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。
具体实施例方式(一 )低气压准悬浮准高速列车简介主要构造低气压准悬浮准高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，离地面为I. 2m以上；还要在轨道上方修建罩壳。见图I至图6.图I是轨道2、罩壳I的结构示意图，即两条轨道要悬空，且固定在罩壳I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，能够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4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，在条件允许时，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，以便更好地阻止空气进入空心腔10内。车厢8上部开有排气孔7，该排气孔通过一排气管道，与车体下方的大气相连通。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(条件是列车要高速前进)。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I之间的空隙要尽可能地小，外部空气就不易流进空心腔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横截面结构示意图。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I的内表面产生太大的向外的压力，从而降低建造罩壳的成本；三是让流进罩框13的空气不要集中从某一个排气口排出，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I之间的空隙要尽量地小，外部空气就不易流进空心腔10.图6为列车最后一节车厢的外观结构示意图。车厢尾部的挡板17与罩壳I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I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对气体的密封性能是越大越好。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内空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，当这个合力F的大小等于或接近车厢的重力G时,列车就会处在完全悬浮或接近完全悬浮的状态，即准悬浮状态。列车在完全悬浮状态或接近完全悬浮状态时，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接近悬浮状态运行。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能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内空气的压强就会越小，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，利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。
使用效果由上面的分析可得，低气压准悬浮准高速列车与现有的磁悬浮列车相比，(I)节能。在使高速运动的低气压准悬浮准高速列车悬浮起来时，在理论上是不需要额外消耗任何能量的。因为，只要车头在高速运动，在排开前方的空气，则车头后方的空间就自然会成为低气压区域，列车自然会受到一个向上的空气压力的合力而悬浮。(2)列车受到的总阻力将最大限度地得到减小。当列车在罩壳I中以悬浮或接近悬浮的方式高速运行时，由于列车的两个侧面和上表面没有与外界大气接触，故列车的两个侧面和上表面受到空气的摩擦阻力非常小，接近为0，只有列车的底面与外界大气接触，受到来自空气的摩擦阻力。由于列车是悬浮或接近悬浮的，列车受到来自路面的摩擦阻力当然是非常小甚至为0，故整个列车受到的摩擦阻力的总和要远远小于同样条件下的磁悬浮列车的所受到的阻力。(3)列车的载重量特别大。表现在两个方面，一是每一节车厢的载重量特别大，当把空心腔内空气压强减小到等于外界大气压强的30%时，则车厢底板Im2面积会受到3吨重的向上的大气压力的合力；二是一个车头能够拖动的车厢的节数特别大，因为该列车受到的阻力主要是车头受到空气的阻力，而车头后部的车厢受到空气的阻力是很小的，故增加
列车车厢节数时，不必要增加很大的动力。如果利用这种列车床装运货物，则这种列车必将取代远洋货轮，必将极大地缩短运输所用的时间、加快货物流通、降低运输成本等等，使地球真正成为人们能够来来往往非常方便的地球村(岛屿地区与非岛屿地区之间的运输例外)。(4)安全稳定系数特别大，不怕突遇停电、不怕大风、大雨、大雪和冰雹，只怕大地震。导向系统和制动系统由于低气压准悬浮准高速列车的车轮与轨道是接触的，因而该列车的导向和制动问题都很简单，可基本上按照已有的高速轮轨列车(如现在正在运营的动车组列车)所采用的技术和方法去操作。( 二)低气压准悬浮常速列车简介(主要指城市轨道列车)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，从而也能够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、减少能耗的角度来考虑，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，为了尽可能节省建造成本，把图I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。(I)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，减速板44附属在空腔壁45的外部，其作用是用来减缓空气从减速板44与隧道顶面43之间的间隙中流入空腔39内的流速，增大列车车厢8受到空气向上压力的合力。它的宽度越大越好，它与隧道顶面43之间的间隙越小越好，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，则列车前进时受到的阻力也会很小，甚至为O。列车在整个运行过程中(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。使用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街道的走向，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4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，则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，则列车能够频繁地启动和刹车。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O，则列车前进时受到的阻力也会很小，甚至为O。列车在整个运行过程中(包括在中途车站停车)，要利用抽气机不停地抽出空腔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。使用效果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碰撞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城市地下浅表轻轨列车系统建造成本要远远低于现在正在运营的城市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行道或绿化带或汽车车道以下，而城市高架轻轨列车系统，是修建在大街上的人行道或绿化带或汽车车道以上。(三)低气压准悬浮高速列车简介准悬浮准高速列车存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200-350km/h时，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个缺点，则只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，车头也能够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，当压缩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，则列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。大地发动机主要有一个汽缸空腔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条件，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，以增大列车所受到的动力。大地发动机工作过程如图9所7]^，设列车原来是静止在图9中所位置，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把这些空气压缩，使气体压强增大、温度升高，再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开始泄漏了，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，应该还要设置另外一组挡板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，气体从飞机尾部喷出时速度很快，温度也很高。而低气压悬浮列车专用的动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高速列车与上面已经介绍了的低气压准悬浮准高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高速列车与低气压准悬浮准高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。二是低气压准悬浮高速列车与低气压准悬浮准高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r，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 气压准悬浮高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低气压准悬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I'。而罩壳I'宽度的设计要视列车正常行驶的速度而定。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I'的宽度也可以越大。三是两种列车最大的不同点是，低气压准悬浮高速列车比低气压准悬浮准高速列车多了一个与道路一样长的汽缸空腔24。低气压准悬浮高速列车工作过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，不断地吸入前方的空气，并把吸入的空气压缩成高温高压的压缩气体。低气压准悬浮高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)低气压完全悬浮超高速列车简介存在问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很大，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。构造及组成部分的作用、原理低气压完全悬浮超高速列车的构造与前面介绍的低气压准悬浮高速列车的构造基本上相同，即低气压完全悬浮超高速列车完全具备了低气压准悬浮高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高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I. 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 —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，从而处在完全悬浮的状态。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(或者是列车在整个运行过程中出气孔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，但不会一直向右偏转。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，从而处在完全悬浮状态。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中设计了与外界大气相连通的排气口 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F的大小与列车的重力G大体上满足关系式F=L 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。再让高压气体流进喷气管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，抽气机要能够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，最终使列车车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。
权利要求
1.一种悬浮列车，包括悬浮系统、控制系统和动力系统，悬浮系统由罩壳(I)、列车车体外表面的一部分和抽气系统组成，让列车能够悬浮的方法是把列车所用轨道(2)悬空，在轨道(2)的上方建造与轨道长度相等的罩壳(I)，当列车正常行驶的车速设计为200km/h—800km/h时，列车车头的高度比列车车头后部车厢的高度要高IOcm-IOOcm,列车运行时，让罩壳(I)内表面的一部分和列车外表面的一部分共同围成一个接近封闭的空心腔(10)，空心腔(10)在列车的尾部处是向后开口的，当列车快速运动时，车头把罩壳⑴内的空气挤开，则空心腔(10)内空气压强变小，车厢受到空气的向上的压力要大于向下的压力，列车就会悬浮；当列车正常行驶速度设计为80km/h-120km/h时，利用抽气机抽出空心腔内部分空气来降低空气压强，从而实现列车的悬浮。
2.根据权利要求I所述的悬浮列车，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，罩壳的大小和形状的设计要求是当列车正常行驶速度设计为80km/h-120km/h，轨道周围的罩壳形状为一个平面，位于列车的正上方，只罩住列车的上表面；当列车的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；当列车的正常行驶速度设计为350-800km/h时，轨道周围的罩壳由四部分组成，即两个侧面、一个顶面和一部分底面，罩壳把列车车体的两个侧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。
3.根据权利要求I所述的悬浮列车，其特征是列车车体下方有30-300cm高的空间。
4.根据权利要求I所述的悬浮列车，其特征是当列车正常行驶速度设计为500km/h—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)。
5.根据权利要求I所述的悬浮列车，其特征是当列车正常行驶速度设计为350km/h—800km/h时，列车的动力系统中设计有汽缸(24)和喷气管(21)、长方体形盖体(22)和挡气板(26)。
全文摘要
本发明涉及一种利用低气压让列车悬浮的方法。在让高速列车悬浮这一方面是不需要额外消耗任何能量；在让城市轨道列车悬浮时则需要消耗很小比例的能耗。方法是把轨道悬空，在轨道上方修建与轨道长度相等的罩壳，罩壳有顶面、侧面没有底面；把列车车头、车厢底座做大一些，车体其它尺寸做小一点。这样，当列车在罩壳内前进时，在列车部分外表面和静止的罩壳之间就围成一个接近封闭的空心腔，该空心腔在列车尾部是开口的。当列车高速前进时，车头把前方空气排挤到车体下方去了，车头后方空心腔内部为低气压区域，车厢上表面受到空气压强要小于下表面受到的压强，列车就会悬浮。对于城市轨道列车，依靠抽气机抽出空心腔内一部分空气而使列车悬浮。
文档编号B61B13/08GK102765394SQ20111012461
公开日2012年11月7日 申请日期2011年5月6日 优先权日2011年5月6日
发明者段贤毛 申请人:段贤毛