一种具有双层耐压乘客舱的真空管道列车车体结构的制作方法

本发明属于真空管道交通系统，尤其是涉及一种具有双层耐压乘客舱的真空管道列车车体结构。

背景技术：

在地球表面稠密大气中高速运行的高铁列车，其运行的主要阻力是空气阻力，空气阻力限制了速度的提升，也形成了巨大的能耗。从理论上，为了提升运行速度，降低运行能耗，可将列车运行的轨道置于管道之内，并把管道抽成真空，把列车至于真空管道之内运行，称为“真空管道列车”。

从工程实践角度而言，所谓真空管道内并不是完全的真空状态，管道内仍然存在极低压强的空气，在此极低压强的空气中，人会在十秒左右时间内失去意识，并在几分钟内因为缺氧而致死，所以，真空管道列车车体的客舱内仍然需要保持0.8至1个标准大气压。也就是说，真空管道内运行的列车的各节车体是需要承受0.8-1个大气压的内外压差的。这个压差大于民航客机在巡航高度时机舱的内外压差，因为客机在巡航高度时，客机外仍然存在0.2-0.3个大气压。这对真空管道列车车体结构的耐压(承担车体内外压差)设计提出了更高的要求。

与飞机还有所不同的是，管道内高速运行的列车距离轨道和管道的间隙非常有限，难以避免列车会与管道及轨道发生滑擦与磕碰。轨道及管道是由钢筋混凝土或钢结构制成，而列车的车体结构考虑列车轻量化设计的要求往往是薄壁结构，发生滑擦或磕碰会极易造成车体的破损，从而导致车体客舱内的空气瞬间与管道内的真空环境联通，危及乘客的生命安全。

如图1和图2所示，目前已经公开的高铁车体结构100，从断面上看基本呈矩形，分为上下两部分，上部为乘客舱101(业内称为客室)，下部为设备舱102。乘客舱的车顶、侧墙和地板均由铝合金挤压中空型材焊接而成。从侧视图上看，客舱的侧面设计有面积很大的矩形车窗103。

为了保障车内乘客和司乘人员的正常呼吸，真空管道列车需要携带氧气罐或其它氧气发生装置，如图3所示，国外文献公开了属于真空管道列车类型的胶囊车200，该胶囊车200将氧气发生装置201或氧气罐置于乘客舱202内。这会出现氧气罐或氧气发生装置导致的火灾和爆炸安全性问题。

现有高速列车的车体结构存在如下问题：

1、高铁车体结构的断面基本呈矩形，侧墙与车顶之间、侧墙与地板之间的过渡圆弧半径很小或者采用直角过渡，这种车体结构在承受大气压差载荷时会在这些过渡部位产生很大的弯曲应力，造成车体结构的破坏；

2、高铁车体的乘客舱由铝合金挤压中空型材焊接而成，车体结构沿着纵向存在若干焊缝，在车体承受大气压差载荷时，在垂直这些焊缝的方向上会产生较大的拉伸应力，从而对车体的疲劳强度不利；

3、高铁车体侧墙上设置面积过大的车窗对车体强度是一种削弱，并且矩形车窗的四个角的过渡圆弧半径太小，在车体承受大气压差时会产生很大的应力，同样对车体强度不利；

4、高铁车体的端墙与车顶、端墙与侧墙之间的过渡为直角或半径很小的圆角，这种车体结构容易与真空管道结构发生磕碰滑擦。

5、胶囊车车体结构采用单层设计，车辆在管道内高速运行时，不能排除车辆碰触真空管道的可能性，发生这种意外时，若车体发生破损则瞬间失去保压功能，乘客瞬间暴露在真空环境中，发生极大的生命危险；

6、胶囊车将氧气罐或氧气发生装置置于乘客舱之内，当氧气罐或氧气发生装置发生泄漏时，增大了火灾及爆炸的安全隐患。

7、胶囊车的端部没有设计端门，当客舱内发生火灾、失压(失去空气压力)缺氧等危机情况时，乘客将无处疏散逃生，这是一个极其严重的安全设计缺陷。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种具有双层耐压乘客舱的真空管道列车车体结构。该车体结构能够保证当外蒙皮与真空管道摩擦磕碰而发生破损时能够确保乘客舱内的空气压力在安全范围内，从而保障客舱内乘客生命安全；该车体结构的左右两侧设计面积较小的类似“圆形”或“椭圆形”的车窗，减少了车窗对车体结构强度的影响；车体结构采用不可燃烧的材料，提高了车体的防火性能，降低了火灾隐患；本发明的车体结构，将氧气罐或氧气发生装置安装于非密封的设备舱内，当氧气罐或氧气发生装置发生泄漏时，所泄漏出来的氧气能够很快散失在管道的真空环境之中，不会发生火灾爆炸等安全问题。

为解决上述技术问题，发明采用如下的技术方案：

一种具有双层耐压乘客舱的真空管道列车车体结构，包括：

上层的乘客舱；和

下层的设备舱；

所述乘客舱包括内蒙皮、内蒙皮纵梁、横梁框、外蒙皮纵梁和外蒙皮；

所述内蒙皮纵梁密封固定在内蒙皮的外表面上；

所述外蒙皮纵梁密封固定与外蒙皮的内表面上；

所述横梁框设置在内蒙皮和外蒙皮之间，并分别与内蒙皮和外蒙皮密封固定；

所述设备舱包括设备舱蒙皮、设备舱横梁框和设备舱纵梁；

所述设备舱横梁框和设备舱纵梁均非密封固定在设备舱蒙皮内表面上；

所述设备舱横梁框固定连接到乘客舱的横梁框上，从而将设备舱和乘客舱连为一体。

进一步地，所述内蒙皮纵梁与内蒙皮通过铆钉固定，所述外蒙皮纵梁与外蒙皮通过铆钉密封固定，且在铆钉孔周围涂抹密封胶。

进一步地，为了进一步提高外蒙皮的密封性能，在外蒙皮与外蒙皮纵梁、横梁框铆接之后，外蒙皮的内侧喷涂气密涂层；气密涂层同时具有隔振降噪、保温防寒功能。

进一步地，所述设备舱横梁框和设备舱纵梁均通过铆钉与设备舱蒙皮固定。

进一步地，为提高结构的防火安全性，所述内蒙皮、内蒙皮纵梁、横梁框、外蒙皮纵梁和外蒙皮均采用高强度铝合金或超高强度铝合金制成。

进一步地，所述内蒙皮和外蒙皮上的侧墙与地板之间的采用大半径圆弧过渡，所述大半径圆弧是指半径为100mm-900mm的圆弧。

进一步地，为确保设备舱与外界环境的空气压力的快速平衡，所述设备舱蒙皮上设计若干通气孔。

进一步地，所述乘客舱左右两侧安装有用于乘客上下车的乘降车门，该车门为向内侧开启式。

进一步地，所述车体的断面为类似圆形、长圆形或椭圆形。将各过渡圆角尽可能放大，从而尽可能将车体内外压差作用下的弯曲应力转化为膜应力，提高车体结构的耐压强度，降低车体结构自重。

进一步地，所述车体两端的端墙与车顶及侧墙为斜面加圆角的过渡方式，这种设计一方面降低车体与管道结构发生碰触的几率，同时有利于提高车体结构的强度。

进一步地，所述乘客舱左右两侧安装有透视舷窗，所述透视舷窗包括设置在外层蒙皮上的外透视玻璃和设置在内层蒙皮上的内透视玻璃，且外透视玻璃和内透视玻璃对应设置。

优选地，所述透视舷窗为类似圆形、长圆形或椭圆形，而非矩形。

进一步地，所述乘客舱的端部还设有端门。

本发明所记载的任何范围包括端值以及端值之间的任何数值以及端值或者端值之间的任意数值所构成的任意子范围。

如无特殊说明，本发明中的各原料均可通过市售购买获得，本发明中所用的设备可采用所属领域中的常规设备或参照所属领域的现有技术进行。

与现有技术相比较，本发明具有如下有益效果：

1、本发明的车体结构提高了真空环境下失压安全性，本发明的车体结构将乘客舱以双层密封耐压结构包裹，即使外层遭到破坏丧失密封保压性能，内层结构仍然能够保证车体空气压力在安全范围内，保障客舱内乘客生命安全；

2、本发明的乘客舱断面采用类似“圆形”或“椭圆形”的设计，将各过渡圆角尽可能放大，从而尽可能将车体内外压差作用下的弯曲应力转化为膜应力，提高车体结构的耐压强度，降低车体结构自重；

3、本发明的车体结构采用高强度铝合金和超高强度铝合金制成的蒙皮、横梁框和纵梁通过铆接而成，结构轻，耐压能力强；

4、本发明车体结构的左右两侧设计面积较小的类似“圆形”或“椭圆形”的车窗，减少了车窗对车体结构强度的影响；

5、本发明车体结构采用不可燃烧的铝合金材料，提高了车体放火性能，降低了火灾隐患；

6、本发明的设备舱为非密封设计，可以将氧气罐或氧气发生装置安装于此非密封的设备舱之内，当氧气罐或氧气发生装置发生泄漏时，所泄漏出来的氧气能够很快散失在管道的真空环境之中，不会发生火灾爆炸等安全问题；

7、本发明的列车车体端部设计有端门，当一节客舱内发生火灾、失压缺氧等危机情况时，乘客通过端门疏散逃生至其它车厢，极大地提高了乘坐安全性。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明

图1为现有的高铁车体主视示意图；

图2为现有的高铁车体结构断面示意图；

图3为现有的胶囊车结构示意图；

图4为本发明车体结构断面结构示意图；

图5为本发明车体结构断面不包括纵梁及横梁框的部分结构示意图；

图6为本发明的乘客舱外蒙皮断面示意图；

图7为本发明的乘客舱内蒙皮断面示意图；

图8为本发明的横梁框结构示意图；

图9为本发明的乘客舱的外蒙皮纵梁断面示意图；

图10为本发明的乘客舱的内蒙皮纵梁断面示意图；

图11为本发明的设备舱横梁框断面示意图；

图12为本发明的设备舱蒙皮断面示意图；

图13为本发明的设备舱纵梁断面示意图；

图14为本发明的真空管道列车车体结构示意图；

图15为图14的a-a面断面剖视图；

图16为图14的b-b面断面剖视图；

图17为本发明的真空管道列车关闭状态的乘降门和端门结构示意图；

图18为本发明的真空管道列车开启状态的乘降门和端门结构示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

参见图4和图5所示，作为本发明的一个方面，一种具有双层耐压乘客舱的真空管道列车车体结构300，包括：

上层的乘客舱310；和

下层的设备舱320；

所述乘客舱310包括内蒙皮311、内蒙皮纵梁312、横梁框313、外蒙皮纵梁314和外蒙皮315；

所述内蒙皮纵梁312密封固定在内蒙皮311的外表面上；

本发明中，所述术语“密封固定”是指在零部件之间相互固定时，在各零部件的相互接触面上涂抹密封材料(例如密封胶)，确保这些连接部位的密封性能。反之，术语“非密封固定”是指在零部件之间相互固定时，因固定连接件(例如设置铆钉孔)而导致零部件密封气密性失效。

所述外蒙皮纵梁314密封固定与外蒙皮315的内表面上；

所述横梁框313设置在内蒙皮311和外蒙皮315之间，并分别与内蒙皮311和外蒙皮315密封固定；

所述设备舱320包括设备舱蒙皮321、设备舱横梁框322和设备舱纵梁323；

所述设备舱横梁框322和设备舱纵梁323均非密封固定在设备舱蒙皮321内表面上；

所述设备舱横梁框322固定连接到乘客舱310的横梁框313上，从而将设备舱320和乘客舱310连为一体。

根据本发明的某些实施例，所述内蒙皮纵梁312与内蒙皮311通过铆钉固定，所述外蒙皮纵梁314与外蒙皮315通过铆钉密封固定，且在铆钉孔周围涂抹密封胶，以保证客舱的气密性能。为了进一步提高外蒙皮的密封性能，在外蒙皮与外蒙皮纵梁、横梁框铆接之后，外蒙皮的内侧喷涂气密涂层(图中未标出)，气密涂层同时具有隔振降噪、保温防寒功能。

所述乘客舱310为双层蒙皮，每层蒙皮均具有气密耐压性能，通过上述气密性的设计，使得在正常运用情况下外蒙皮315两侧的存在压差(既客舱内的气压与管道内气压之差)，而内蒙皮311两侧的气压基本平衡，所以外蒙皮315承受客舱内外的压差载荷，内蒙皮311基本不承受压差载荷。当外蒙皮315由于磕碰、滑擦产生破损失去密封作用时，内蒙皮311能维持车内乘客生命所需要的气压，对车内乘客起到安全保护作用；因此，外蒙皮315需要按照疲劳强度进行设计，内蒙皮311可只按照静强度进行设计，所以外蒙皮315的强度设计要求高于内蒙皮311，当使用同种材料时内蒙皮的厚度小于外蒙皮的厚度，例如外蒙皮的厚度是内蒙皮厚度的1.5-5倍。

根据本发明的某些实施例，所述设备舱横梁框322和设备舱纵梁323均通过铆钉与设备舱蒙皮321固定。铆接时不涂抹密封胶，不做气密性处理。也就是说，设备舱320只有一层不具有气密耐压作用的设备舱蒙皮321进行包裹，且不具有气密耐压性，所以设备舱320的气压与真空管道内的气压是相同的。

根据本发明的某些实施例，所述内蒙皮311、内蒙皮纵梁312、横梁框313、外蒙皮纵梁314和外蒙皮315均采用铝合金材料。

参见图4和图5所示，根据本发明的某些实施例，为了降低内蒙皮311和外蒙皮315的侧墙与地板过渡部位的弯曲应力水平，所述内蒙皮311和外蒙皮315上的侧墙与地板之间的采用大半径圆弧过渡，所述大半径圆弧是是指半径为100mm-900mm的圆弧。

参见图14所示，根据本发明的某些实施例，所述设备舱320内设置氧气罐或氧气发生装置330。将氧气罐或氧气发生装置330等有可能发生泄漏而带来安全性问题的设备安装于设备舱320之内，当这些设备发生泄漏故障时，所泄漏的气体能够很快散失到管道的真空环境之中，可有效避免发生火灾、爆炸等安全事故。

参见图14所示，根据本发明的某些实施例，为了保证设备舱320内气体泄漏后能够及时消散到真空管道之中，以及确保设备舱内外的压差平衡，所述设备舱蒙皮321上设计若干通气孔324。可确保设备舱内外空气压力的快速平衡。

参见图14、图15、图17和图18所示，根据本发明的某些实施例，所述乘客舱320左右两侧安装有用于乘客上下车的乘降车门325，该车门为向内侧开启式。因为车厢内的气压高于车厢之外真空管道内的气压，这样车门325关闭之后在内外侧压差作用下车门会压紧在车体结构的门框上易于保证气密性，并且车门结构的强度安全性易于保证，图17示出了乘降车门325的关闭的状态，图18示出了乘降车门325的开启状态。

参见图4所示，根据本发明的某些实施例，所述车体的断面为类似圆形、长圆形或椭圆形。将各过渡圆角尽可能放大，从而尽可能将车体内外压差作用下的弯曲应力转化为膜应力，提高车体结构的耐压强度，降低车体结构自重。

参见图14、图15所示，根据本发明的某些实施例，为了提升车体结构的耐大气压差载荷的能力以及为了降低车体与管道结构发生磕碰的可能性，所述车体300两端的端墙301与车顶302及侧墙为斜面340加圆角341的过渡方式。而不是传统高铁车辆的直角过渡的方式。这种设计一方面降低车体与管道结构发生碰触的几率，同时有利于提高车体结构的强度。

参见图16所示，根据本发明的某些实施例，所述乘客舱320左右两侧安装有透视舷窗350，所述透视舷窗350包括设置在外蒙皮315上的外透视玻璃352和设置在内蒙皮311上的内透视玻璃351，且外透视玻璃352和内透视玻璃351对应设置。乘客可以通过透视舷窗和真空管道上的透视窗，浏览真空管道两侧的景物，透视舷窗有助于提升乘客视觉体验。且当一层透视玻璃发生破损时，另外一层透视玻璃能够为乘客提供气密安全保护作用。

根据本发明的某些实施例，所述透视舷窗350为近似圆形、长圆形或椭圆形，而非矩形。

参见图15、图17和图18所示，根据本发明的某些实施例，所述乘客舱320的两端还设有端门326，以便于乘客在各节车厢之间的逃生疏散，这是非常优于胶囊车的一种安全性设计。当一节车厢发生火灾等紧急情况时，乘客可以通过端门326向邻近的车厢疏散，当乘客疏散完毕后关闭该节车厢两端的端门，避免火势蔓延到邻近车厢，所以端门326应具有防火、气密和耐压性能，图17示出了端门326的关闭的状态，图18示出了端门326的开启状态。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。