专利名称：基于高速铁路的车体底盘带有仿机翼的空气动力悬浮列车的制作方法
技术领域：
本发明涉及铁路系统中的机车及车厢，特别涉及运用空气动力学，通过加装在列车上的仿飞机的机翼结构的仿机翼，以对高速行驶的列车产生一定程度的空气悬浮力的基于高速铁路的车体底盘带有仿机翼的空气动力悬浮列车。
背景技术：
目前，公知的基于高速铁路的列车的提速手段是利用磁悬浮的方法减少车轮对铁轨的摩擦，然而磁悬浮方法存在的缺点有1.列车不能变轨，不像运行在常规铁路上的列车可以借助道岔从一条轨道进入另一条轨道；一条轨道只能容纳一列列车往返运行，造成资源浪费。2.由于磁悬浮系统是凭借电磁力来进行悬浮、导向和驱动运行的，一旦断电，磁 悬浮列车将发生严重的安全事故，因此断电后磁悬浮列车的安全保障措施仍然没有得到完全解决。3.强磁场对人的健康、生态环境的平衡与电子产品的运行都会产生不良影响。飞机借助其机翼可以有效提供上升力而离开地面，将飞机的升空原理运用于高速列车，是本发明的目的所在。
发明内容
本发明的目的是提供一种可避免磁悬浮技术的不足，又能在高速铁路上高速行驶的基于高速铁路的车体底盘带有仿机翼的空气动力悬浮列车。本发明是受飞机升空原理的启发，仿制飞机的机翼结构制备出仿机翼，并将仿机翼安装在列车的机车的底盘的左右两侧和安装在车厢的底盘的左右两侧(如图7所示)，当列车行驶时由与列车相对运动的空气作用于仿机翼上以对高速行驶的列车提供足够的上升力，达到类似磁悬浮的效果，便于减少车轮与铁轨的摩擦造成的能量损耗。为了使本发明达到更好的效果，在轨道的两侧及在仿机翼的上方设置有挡风板，以保证高速铁路在利用仿机翼的升力时不会受到外界的风向影响，使列车行驶更加稳定、安全。本发明的基于高速铁路的车体底盘带有仿机翼的空气动力悬浮列车，是在列车的机车的底盘的左右两侧和在每节车厢的底盘的左右两侧分别对称安装有仿制飞机的机翼结构的仿机翼。所述的在列车的机车的底盘的左右两侧对称安装的仿机翼的总数量是4个(2组)以上；优选安装的总数量是4 12个(2 6组)仿机翼。所述的在每节车厢的底盘的左右两侧对称安装的仿机翼的总数量是4个(2组)以上；优选安装的总数量是4 12个(2 6组)仿机翼。所述的每节车厢上安装的仿机翼的数量一样多。所述的在列车的机车的底盘的左右两侧对称安装的仿机翼，每侧安装的仿机翼都是以等间距的安装方式安装在机车的底盘的侧面上，且每一组(左右两侧对称安装的各一个仿机翼为一组)左右两侧对称安装的仿机翼的中心横轴在同一条横轴线上。所述的在每节车厢的底盘的左右两侧对称安装的仿机翼，每侧安装的仿机翼都是以等间距的安装方式安装在每节车厢的底盘的侧面上，且每一组(左右两侧对称安装的各一个仿机翼为一组)左右两侧对称安装的仿机翼的中心横轴在同一条横轴线上。所述的在机车的底盘的侧面上安装的仿机翼的等间距的安装方式，是以安装在机车底盘侧面的可安装仿机翼区域的最前端(即第一个)的仿机翼到该机车底盘侧面的前端边缘的距离，与安装在该机车底盘侧面的可安装仿机翼区域的最后端(即最后一个)的仿机翼到该机车底盘侧面的后端边缘的距离，及与安装在机车底盘侧面的仿机翼之间的距离相等。所述的在每节车厢的底盘的侧面上安装的仿机翼的等间距的安装方式，是以安装在车厢底盘侧面的可安装仿机翼区域的最前端(即第一个)的仿机翼到该车厢底盘侧面的前端边缘的距离，与安装在该车厢底盘侧面的可安装仿机翼区域的最后端(即最后一个)的仿机翼到该车厢底盘侧面的后端边缘的距离，及与安装在该车厢底盘侧面的仿机翼之间的距离相等。 所述的仿机翼前后之间的距离⑷由机车或车厢的长度(L)、仿机翼的个数(N)和固定底座的水平长度决定(D)，L = NXD+(N+1) Xd。如所述的最前端(即第一个)的仿机翼到机车底盘或车厢底盘的前端边缘或后端边缘的距离都取d ;也可以取d/2，如果是取d/2则有L = NXD+NXd(如取d，即第一节车厢底盘侧面上的最后一个仿机翼到该车厢底盘侧面上的后端边缘的距离是d，而第二节车厢底盘侧面上的第一个仿机翼到第二节车厢底盘侧面上的前端边缘的距离也是d，那么在这两个仿机翼之间的距离就是2d 了 ；而取d/2，即第一节车厢底盘侧面上的最后一个仿机翼到该车厢底盘侧面上的后端边缘的距离是d/2，而第二节车厢底盘侧面上的第一个仿机翼到第二节车厢底盘侧面上的前端边缘的距离也是d/2，那么在这两个仿机翼之间的距离就是d 了，这样就保证了每两个仿机翼之间的距离都为d) ο所述的仿机翼的安装角度是个变化的角度，仿机翼的水平翼的后掠角的变化范围在O度到15度之间。安装角度的设定以具体实际需求为第一准则。如需要达到最大多少升力取多少度能达到时，设计建造时就用多少度。所述的仿机翼的结构主要是由固定底座(优选固定底座为长方体结构，厚度可为60 70毫米)和固定在其上的水平翼构成，该固定底座的一面与水平翼相连接，另一面安装在机车或车厢的侧面。水平翼与固定底座呈90度直角。整体仿机翼结构成相对于机车或车厢的对称形状。所述的固定底座是安装在机车或车厢的底盘侧面的中部；即所述的水平翼的上缘与机车的底盘的上缘之间的距离和水平翼的下缘与机车的底盘的下缘之间的距离相等；所述的水平翼的上缘与车厢的底盘的上缘之间的距离和水平翼的下缘与车厢的底盘的下缘之间的距离相等。所述的水平翼的结构是参照飞机的机翼的结构进行设计及制备，其结构整体呈流线型，具有迎角、前缘后掠角和后缘前掠角；在所述的水平翼的前缘可设置有人工扰流结构；在所述的水平翼的后缘安装有后缘襟翼(如图3所示的后缘双缝襟翼，或后缘单缝襟翼)。安装的后缘襟翼可增大流线型水平翼的弧度，从而增大升力系数，使水平翼获得的上升力增加。所述的水平翼的前缘设置的人工扰流结构可分为以下六种类型(a)水平翼的上表面的前缘部分增加粗糙程度(粗糙程度视情况和材料而定)；(b)在水平翼的上表面的近前缘部分附加一条突起的扰流条；(c)在距离水平翼的翼展前缘部位，每隔5厘米垂直地开一排直径为3 5厘米，深度不超过2厘米的扰流孔；(d)在水平翼的前缘的前面附加一条有弹性的绕流带；(e)在水平翼的前缘添加呈虚线状分布的，每个O <直径< 5厘米，间距为7 15厘米的块状突起扰流器；(f)在水平翼的前缘附加形状为锯齿形的突起扰流条、扰流孔或有弹性的绕流带。所述的水平翼是平板形翼，其平板形翼的剖面(如图I所示)选自平板形翼剖面(它相当于风筝的剖面，靠迎角产生升力)、典型的鸟翼剖面、上拱下略平的翼剖面(气动力特性好，升力大)、上下翼面对称的翼型剖面(能做成薄形机翼)中的一种。所述的水平翼的长度为150 225厘米，根梢比为O. 5 1，面积为I. 125 2. 25平方米，前缘后掠角为O 26. 5度，后缘前掠角为-26. 5 O度，迎角为O 15度。所述的高速铁路的轨道的两侧固定安装有挡风板(材料可为铸钢或水泥等，厚度·可为3 5厘米)。所述的轨道的两侧固定安装的挡风板的结构主要是由水平挡风板、竖直挡风板和固定底座(优选固定底座为长方体结构)构成；其中，所述的竖直挡风板固定连接在所述的固定底座上，所述的竖直挡风板的上缘与所述的水平挡风板相连接(可焊接在一起)。所述的水平挡风板与所述的竖直挡风板优选以角度为90 135度相连接。优选方案为所述的竖直挡风板与所述的水平翼的外缘的水平距离为15 30厘米。优选方案为所述的水平挡风板与所述的水平翼的上表面的竖直距离为30 40厘米，靠近机车或车厢的侧面的所述的水平挡风板的一端与机车或车厢的侧面的水平距离为25 35厘米。本发明的基于高速铁路的车体底盘带有仿机翼的空气动力悬浮列车在轨道的两侧安装有挡风板的高速铁路上行驶时，仿机翼的升力不会受到外界的风向影响，列车行驶更加稳定、安全。本发明的基于高速铁路的车体底盘带有仿机翼的空气动力悬浮列车在行驶过程中，由于其列车上安装的仿机翼，通过与列车相对运动的气流作用于仿机翼上而产生上抬力,可以对高速行驶的列车提供上升力，从而减少了列车对铁轨的压力，且该力由空气动力产生，不额外消耗能源，不产生污染。所述的仿机翼的结构简单。
图I.本发明中所述的仿机翼的不同形状的翼型剖面示意图；其中(I)是平板形翼的剖面；(2)是典型的鸟翼的剖面；(3)、(4)、(5)及(6)为上拱下略平翼的剖面；(7)、(8)、(9)及(10)为上下翼面对称的翼型的剖面。图2.本发明中所述的水平翼的前缘设置的不同的人工扰流结构示意图；其中a是在水平翼的上表面的前缘部分增加粗糙程度；b是在水平翼的上表面的近前缘部分附加一条突起的扰流条；c是在水平翼的翼展前缘部位开有一排扰流孔；d是在水平翼的前缘的前面附加一条有弹性的绕流带是在水平翼的前缘添加呈虚线状分布、等间隔设置的块状突起扰流器是在水平翼的前缘附加的形状为锯齿形的突起的扰流条、扰流孔或有弹性的绕流带形成的扰流器。图3.本发明中所述的水平翼的前缘设置的人工扰流结构，及在后缘安装的后缘双缝襟翼结构示意图。图4.本发明中所述的仿机翼的结构俯视示意图。图5.本发明中所述的仿机翼的结构立体示意图。图6.本发明的基于高速铁路的车体底盘带有仿机翼的空气动力悬浮列车的示意图(虚线部分为仿机翼的剖视图)。图7.本发明的带有挡风板的基于高速铁路的车体底盘带有仿机翼的空气动力悬浮列车的横截面示意图。 图8.本发明的带有挡风板的基于高速铁路的车体底盘带有仿机翼的空气动力悬浮列车的正面效果图。图9.本发明的带有挡风板的基于高速铁路的车体底盘带有仿机翼的空气动力悬浮列车的侧面效果图。附图标记I.水平翼2.人工扰流结构3.后缘双缝襟翼4.固定底座5.水平挡风板6.竖直挡风板7.轨道I.高速列车的车体II.仿机翼III.挡风板d.两个仿机翼之间的距离 α .仿机翼的水平翼的后掠角
具体实施例方式实施例I请参见图4及图5，仿机翼的结构主要是由长方体结构的固定底座4和固定在其上的水平翼I构成；其中，该固定底座的一面与水平翼相连接，另一面安装在机车或车厢的侧面，固定底座的水平长度为I米，宽为30厘米，固定底座的厚度为65毫米，水平翼与固定底
座呈90度直角。所述的水平翼采用平板型翼，其平板形翼的剖面如图I中的⑴所示，其整体呈流线型，具有迎角、前缘后掠角和后缘前掠角；在所述的水平翼的上表面的近前缘部分附加的人工扰流结构2是一条突起的扰流条(如图2中的b所示)；在所述的水平翼的后缘安装有后缘双缝襟翼3 (如图3所示)。所述的水平翼的面积为I. 5平方米，此时根梢比为O. 75，水平翼的长度为171. 5厘米，前缘后掠角为15度,后缘前掠角为-15度,迎角为O度。根据升力公式Y = 1/2 P CySV2 (升力=1/2 X空气密度X水平翼的面积X升力系数X列车速度的平方)其中空气密度P在海拔高度为O时的情况，数值为I. 23千克每立方米；列车速度V取期望达到值540千米每小时(即150米每秒)。水平翼的面积S取值I. 5平方米(此时根梢比为O. 75，水平翼长171. 5厘米)；升力系数Cy取中间值I (根据以往经验来取值，升力系数由迎角和仿机翼的形状决定，在迎角α为7-8度时取到，但是此时会产生较大的阻力)在此条件下我们选择安装8个(4组)仿机翼。Y = 1/2 P CySV2 = 1/2X1. 23X1X1. 5Χ 150X 150 = 20756. 25 (牛顿)升力折合为质量有Y = Mg(升力=质量X重力系数)重力系数g取9.8米/秒2质量M = 20756. 25/9. 8 = 2118 (千克)=2. 118(吨)总质量1^总=2. 118X8 = 16. 944(吨)
因此，8个(4组)仿机翼在此情况下可提供约16. 944吨的上升力。在此条件下将上述制备的8个(4组)仿机翼，通过固定底座对称且等距离固定安装在一长度约为25米的高铁列车的车厢的底盘的左右两侧的中部(请参见图6)，且每一组左右两侧对称安装的仿机翼的中心横轴在同一条横轴线上。根据计算公式L =NXD+(N+l) Xd，其中车厢长度L = 25米，N = 4，固定底座的水平长度为I米，则安装在车厢底盘侧面的可安装仿机翼区域的最前端的仿机翼到该车厢底盘侧面的前端边缘的距离，与安装在该车厢底盘侧面的可安装仿机翼区域的最后端的仿机翼到该车厢底盘侧面的后端边缘的距离，及与安装在该车厢底盘侧面的仿机翼之间的距离(d)均=4. 2米。制造比例为I : 80缩小的基于闻速铁路的车体底盘带有仿机翼的空气动力悬浮列车、及轨道和厚度为3厘米的铸钢材料的挡风板的模型进行实验；请参见图6及图7，固定安装在轨道7两侧的所述的铸钢材料的挡风板III是由水平挡风板5、竖直挡风板6和固定底座构成；其中，所述的竖直挡风板固定连接在所述的固定底座上，所述的竖直挡风板的上缘与所述的水平挡风板以角度为90度焊接在一起，所述的竖直挡风板与所述的水平翼的外缘的水平距离为30厘米，所述的水平挡风板与所述的水平翼的上表面的竖直距离为30厘米，靠近机车侧面的所述的水平挡风板的一端与机车侧面的水平距离为30厘米。高速列车的车体为I，则实验中仿机翼II的面积为真实面积的1/6400 ;实验中模型速度选择50米/秒，即为理论计算中的1/3 ;实验测得此时升力系数约为O. 5 (仿机翼的安装角度和仿机翼的水平翼的后掠角α的变化均体现在升力系数的变化中，故计算里不体现仿机翼的安装角度和仿机翼的水平翼的后掠角α的变化。以下实施例与此相同)。实验最终测得在仿机翼的作用下，车厢共减重I. 42牛顿。根据理论计算，实验理论值应为20756. 25X8/6400/9/2 = I. 44 (牛顿)，则实际获得升力为理论值的98. 6%。实施例2请参见图4及图5，仿机翼的结构主要是由长方体结构的固定底座4和固定在其上的水平翼I构成；其中，该固定底座的一面与水平翼相连接，另一面安装在机车或车厢的侧面，固定底座的水平长度为I米，宽为30厘米，固定底座的厚度为60毫米，水平翼与固定底
座呈90度直角。所述的水平翼采用平板型翼，其平板形翼的剖面如图I中的(I)所示，在所述的水平翼的上表面的近前缘部分附加的人工扰流结构是在水平翼的前缘附加的形状为锯齿形的突起的扰流条(如图2中的f所示)。所述的水平翼的面积为2. 25平方米，此时根梢比为1，水平翼的长度为225厘米，前缘后掠角为O度,后缘前掠角为O度,迎角为O度。根据升力公式Y = 1/2 P CySV2 (升力=1/2 X空气密度X水平翼的面积X升力系数X列车速度的平方)其中空气密度P在海拔高度为O时的情况，数值为I. 23千克每立方米；列车速度V取期望达到值540千米每小时(即150米每秒)。水平翼的面积S取值2. 25平方米(此时根梢比为I，水平翼长225厘米)；升力系数Cy取中间值2 (根据以往经验来取值，升力系数由迎角和仿机翼的形状决定，在最大迎角α为15度时取到，但是此时会产生极大的阻力)在此条件下我们选择安装4个(2组)仿机翼。Y= 1/2X 1. 23X2X2. 25Χ 150X 150 = 62268. 75 (牛顿)
升力折合为质量有Y = Mg(升力=质量X重力系数)重力系数g取9.8米/秒2质量 M = 62268. 75/9. 8 = 6354 (千克)=6. 354 (吨)总质量M总=6. 354X4 = 25. 4(吨)4个(2组)仿机翼在此情况下可提供约25. 4吨的上升力。在此条件下将上述制备的4个(2组)仿机翼，通过固定底座对称且等距离固定安装在一长度约为25米的高铁列车的车厢的底盘的左右两侧的中部(请参见图6)，且每一组左右两侧对称安装的仿机翼的中心横轴在同一条横轴线上。根据计算公式L =NXD+(N+l) Xd，其中车厢长度L = 25米，N = 2，固定底座的水平长度为I米，则安装在车厢底盘侧面的可安装仿机翼区域的最前端的仿机翼到该车厢底盘侧面的前端边缘的距离，与安装在该车厢底盘侧面的可安装仿机翼区域的最后端的仿机翼到该车厢底盘侧面的后端边缘的距离，及与安装在该车厢底盘侧面的仿机翼之间的距离(d)均=7. 7米。制造比例为I : 80缩小的基于闻速铁路的车体底盘带有仿机翼的空气动力悬浮列车、及轨道和厚度为3厘米的铸钢材料的挡风板的模型进行实验；请参见图6及图7，固定安装在轨道7两侧的所述的铸钢材料的挡风板III是由水平挡风板5、竖直挡风板6和固定底座构成；其中，所述的竖直挡风板固定连接在所述的固定底座上，所述的竖直挡风板的上缘与所述的水平挡风板以角度为120度焊接在一起，所述的竖直挡风板与所述的水平翼的外缘的水平距离为15厘米，所述的水平挡风板与所述的水平翼的上表面的竖直距离为40厘米，靠近机车侧面的所述的水平挡风板的一端与机车侧面的水平距离为25厘米。高速列车的车体为I，则实验中仿机翼II的面积为真实面积的1/6400 ;实验中模型速度选择50米/秒，即为理论计算中的1/3 ;实验测得此时升力系数约为O. 5。实验最终测得在仿机翼的作用下，车厢共减重2. 08牛顿。根据理论计算，实验理论值应为62268. 75X4/6400/9/2=2. 16 (牛顿)，则实际获得升力为理论值的96. 3%。实施例3请参见图4及图5，仿机翼的结构主要是由长方体结构的固定底座4和固定在其上的水平翼I构成；其中，该固定底座的一面与水平翼相连接，另一面安装在机车或车厢的侧面，固定底座的水平长度为I米，宽为30厘米，固定底座的厚度为60毫米，水平翼与固定底
座呈90度直角。所述的水平翼采用平板型翼，其平板形翼的剖面如图I中的⑴所示，在所述的水平翼的上表面的近前缘部分附加的人工扰流结构是在水平翼的前缘的前面附加一条有弹性的绕流带(如图2中的d所示)。所述的水平翼的面积为I. 125平方米，此时根梢比为O. 3，水平翼的长度为150厘米，前缘后掠角为25度,后缘前掠角为-25度,迎角为O度。根据升力公式Y = 1/2 P CySV2 (升力=1/2 X空气密度X水平翼的面积X升力系数X列车速度的平方)其中空气密度P在海拔高度为O时的情况，数值为I. 23千克每立方米；列车速度V取期望达到值540千米每小时(即150米每秒)。水平翼的面积S取值2. 25平方米(此时根梢比为O. 5，水平翼长150厘米)；升力系数Cy取中间值O. 3 (根据以往经验来取值，升力系数由迎角和仿机翼的形状决定，在最小迎角α为O度时取到。但是此时会产生的升力较小)在此条件下我们选择安装12个(6组)仿机翼。升力Y = 1/2 X I. 23 X O. 3 X I. 125 X 150 X 150 = 4670 (牛顿)
升力折合为质量有Y = Mg(升力=质量X重力系数)重力系数g取9.8米/秒2质量M = 4670/9. 8 = 476. 5 (千克)=O. 4765 (吨)单个仿机翼在此情况下可提供约O. 4765吨的上升力。总质量M 总=O. 4765X 12 = 5. 72 (吨)因此，12个(6组)仿机翼在此情况下可提供约5. 72吨的上升力。在此条件下将上述制备的12个(6组)仿机翼，通过固定底座对称且等距离固定安装在一长度约为25米的高铁列车的车厢的底盘的左右两侧的中部(请参见图6)，且每一组左右两侧对称安装的仿机翼的中心横轴在同一条横轴线上。根据计算公式L =NXD+(N+l) Xd，其中车厢长度L = 25米，N = 6，固定底座的水平长度为I米，则安装在车厢底盘侧面的可安装仿机翼区域的最前端的仿机翼到该车厢底盘侧面的前端边缘的距离，与安装在该车厢底盘侧面的可安装仿机翼区域的最后端的仿机翼到该车厢底盘侧面的后端边缘的距离，及与安装在该车厢底盘侧面的仿机翼之间的距离(d)均=2. 7米。制造比例为I : 80缩小的基于闻速铁路的车体底盘带有仿机翼的空气动力悬浮列车、及轨道和厚度为3厘米的铸钢材料的挡风板的模型进行实验；请参见图6及图7，固定安装在轨道7两侧的所述的铸钢材料的挡风板III是由水平挡风板5、竖直挡风板6和固定底座构成；其中，所述的竖直挡风板固定连接在所述的固定底座上，所述的竖直挡风板的上缘与所述的水平挡风板以角度为135度焊接在一起，所述的竖直挡风板与所述的水平翼的外缘的水平距离为20厘米，所述的水平挡风板与所述的水平翼的上表面的竖直距离为35厘米，靠近机车侧面的所述的水平挡风板的一端与机车侧面的水平距离为35厘米。高速列车的车体为I，则实验中仿机翼II的面积为真实面积的1/6400 ;实验中模型速度选择50米/秒，即为理论计算中的1/3 ;实验测得此时升力系数约为O. 5。实验最终测得在仿机翼的作用下，车厢共减重O. 475牛顿。根据理论计算，实验理论值应为4670X12/6400/9/2 =
O.486 (牛顿)，则实际获得升力为理论值的97. 8%。实施例4将采用实施例I制备仿机翼和挡风板的相同条件制备得到的挡风板和8个(4组)仿机翼，通过固定底座对称且等距离固定安装在一节底盘的侧面可安装仿机翼的区域长度约为20米的高铁列车的机车的底盘的左右两侧的中部(请参见图6)，且每一组左右两侧对称安装的仿机翼的中心横轴在同一条横轴线上。根据计算公式L = NXD+(N+l) Xd，其中机车底盘侧面的长度L = 20米，N = 4，固定底座的水平长度为I米，则安装在机车底盘侧面的可安装仿机翼区域的最前端的仿机翼到该机车底盘侧面的前端边缘的距离，与安装在该机车底盘侧面的可安装仿机翼区域的最后端的仿机翼到该机车底盘侧面的后端边缘的距离，及与安装在该机车底盘侧面的仿机翼之间的距离(d)均=3. 2米。制造比例为I : 80缩小的基于闻速铁路的车体底盘带有仿机翼的空气动力悬浮列车的模型进行实验，请参见图6，高速列车的车体为I，则实验中仿机翼II的面积为真实面积的1/6400 ;实验中模型速度选择50米/秒，即为理论计算中的1/3 ;实验测得此时升力系数约为O. 5。实验最终测得在仿机翼的作用下，机车共减重I. 37牛顿。根据理论计算，实验理论值应为20756. 25X8/6400/9/2 = I. 44 (牛顿)，则实际获得升力为理论值的
95.1%。实施例5将采用实施例2制备仿机翼和挡风板的相同条件制备得到的挡风板和4个(2组) 仿机翼，通过固定底座对称且等距离固定安装在一节底盘的侧面可安装仿机翼的区域长度约为20米的高铁列车的机车的底盘的左右两侧的中部(请参见图6)，且每一组左右两侧对称安装的仿机翼的中心横轴在同一条横轴线上。根据计算公式L = NXD+(N+l) Xd，其中机车底盘侧面的长度L = 20米，N = 2，固定底座的水平长度为I米，则安装在机车底盘侧面的可安装仿机翼区域的最前端的仿机翼到该机车底盘侧面的前端边缘的距离，与安装在该机车底盘侧面的可安装仿机翼区域的最后端的仿机翼到该机车底盘侧面的后端边缘的距离，及与安装在该机车底盘侧面的仿机翼之间的距离(d)均=6米。制造比例为I : 80缩小的基于闻速铁路的车体底盘带有仿机翼的空气动力悬浮列车的模型进行实验，请参见图6，高速列车的车体为I，则实验中仿机翼II的面积为真实面积的1/6400 ;实验中模型速度选择50米/秒，即为理论计算中的1/3 ;实验测得此时升力系数约为O. 5。实验最终测得在仿机翼的作用下，机车共减重2. 08牛顿。根据理论计算，实验理论值应为62268. 75X4/6400/9/2 = 2. 16 (牛顿)，则实际获得升力为理论值的
96.3%。实施例6将采用实施例3制备仿机翼的相同条件制备得到的12个(6组)仿机翼，通过固定底座对称且等距离固定安装在一节底盘的侧面可安装仿机翼的区域长度约为20米的高铁列车的机车的底盘的左右两侧的中部(请参见图6)，且每一组左右两侧对称安装的仿机翼的中心横轴在同一条横轴线上。根据计算公式L = NXD+(N+l) Xd，其中机车底盘侧面的长度L = 20米，N = 6，固定底座的水平长度为I米，则安装在机车底盘侧面的可安装仿机翼区域的最前端的仿机翼到该机车底盘侧面的前端边缘的距离，与安装在该机车底盘侧面的可安装仿机翼区域的最后端的仿机翼到该机车底盘侧面的后端边缘的距离，及与安装在该机车底盘侧面的仿机翼之间的距离(d)均=2米。制造比例为I : 80缩小的基于闻速铁路的车体底盘带有仿机翼的空气动力悬浮列车的模型进行实验，请参见图6，高速列车的车体为I，则实验中仿机翼II的面积为真实面积的1/6400 ;实验中模型速度选择50米/秒，即为理论计算中的1/3 ;实验测得此时升力系数约为O. 5。实验最终测得在仿机翼的作用下，机车共减重O. 468牛顿。根据理论计算，实验理论值应为4670X 12/6400/9/2 = O. 486 (牛顿)，则实际获得升力为理论值的96. 3%。
权利要求
1.一种基于高速铁路的车体底盘带有仿机翼的空气动力悬浮列车，其特征是所述的车体底盘带有仿机翼的空气动力悬浮列车是在列车的机车的底盘的左右两侧和在每节车厢的底盘的左右两侧分别对称安装有仿制飞机的机翼结构的仿机翼。
2.根据权利要求I所述的基于高速铁路的车体底盘带有仿机翼的空气动力悬浮列车，其特征是所述的在列车的机车的底盘的左右两侧对称安装的仿机翼的总数量是4个以上； 所述的在每节车厢的底盘的左右两侧对称安装的仿机翼的总数量是4个以上。
3.根据权利要求I或2所述的基于高速铁路的车体底盘带有仿机翼的空气动力悬浮列车，其特征是所述的每节车厢上安装的仿机翼的数量一样多。
4.根据权利要求2所述的基于高速铁路的车体底盘带有仿机翼的空气动力悬浮列车，其特征是所述的在列车的机车的底盘的左右两侧对称安装的仿机翼，每侧安装的仿机翼都是以等间距的安装方式安装在机车的底盘的侧面上，且每一组左右两侧对称安装的仿机翼的中心横轴在同一条横轴线上； 所述的在每节车厢的底盘的左右两侧对称安装的仿机翼，每侧安装的仿机翼都是以等间距的安装方式安装在每节车厢的底盘的侧面上，且每一组左右两侧对称安装的仿机翼的中心横轴在同一条横轴线上。
5.根据权利要求4所述的基于高速铁路的车体底盘带有仿机翼的空气动力悬浮列车，其特征是所述的在机车的底盘的侧面上安装的仿机翼的等间距的安装方式，是以安装在机车底盘侧面的可安装仿机翼区域的最前端的仿机翼到该机车底盘侧面的前端边缘的距离，与安装在该机车底盘侧面的可安装仿机翼区域的最后端的仿机翼到该机车底盘侧面的后端边缘的距离，及与安装在机车底盘侧面的仿机翼之间的距离相等； 所述的在每节车厢的底盘的侧面上安装的仿机翼的等间距的安装方式，是以安装在车厢底盘侧面的可安装仿机翼区域的最前端的仿机翼到该车厢底盘侧面的前端边缘的距离，与安装在该车厢底盘侧面的可安装仿机翼区域的最后端的仿机翼到该车厢底盘侧面的后端边缘的距离，及与安装在该车厢底盘侧面的仿机翼之间的距离相等。
6.根据权利要求1、2、4或5所述的基于高速铁路的车体底盘带有仿机翼的空气动力悬浮列车，其特征是所述的仿机翼的结构主要是由固定底座和固定在其上的水平翼构成，该固定底座的一面与水平翼相连接，另一面安装在机车或车厢的侧面；水平翼与固定底座呈90度直角。
7.根据权利要求6所述的基于高速铁路的车体底盘带有仿机翼的空气动力悬浮列车，其特征是所述的水平翼的结构整体呈流线型，具有迎角、前缘后掠角和后缘前掠角；在所述的水平翼的前缘设置有人工扰流结构；在所述的水平翼的后缘安装有后缘襟翼。
8.根据权利要求7所述的基于高速铁路的车体底盘带有仿机翼的空气动力悬浮列车，其特征是所述的后缘襟翼是后缘双缝襟翼或后缘单缝襟翼。
9.根据权利要求7所述的基于高速铁路的车体底盘带有仿机翼的空气动力悬浮列车，所述的水平翼的前缘设置的人工扰流结构为以下六种类型之一 (a)在水平翼的上表面的前缘部分增加粗糙程度；(b)在水平翼的上表面的近前缘部分附加一条突起的扰流条；(C)在距离水平翼的翼展前缘部位，每隔5厘米垂直地开一排直径为3 5厘米，深度不超过2厘米的扰流孔；(d)在水平翼的前缘的前面附加一条有弹性的绕流带；(e)在水平翼的前缘添加呈虚线状分布的，每个O <直径< 5厘米，间距为7 15厘米的块状突起扰流器；(f)在水平翼的前缘附加形状为锯齿形的突起扰流条、扰流孔或有弹性的绕流带。
10.根据权利要求7、8或9所述的基于高速铁路的车体底盘带有仿机翼的空气动力悬浮列车，其特征是所述的水平翼是平板形翼，其平板形翼的剖面选自平板形翼剖面、典型的鸟翼剖面、上拱下略平的翼剖面、上下翼面对称的翼型剖面中的一种。
11.根据权利要求10所述的基于高速铁路的车体底盘带有仿机翼的空气动力悬浮列车，其特征是所述的水平翼的长为150 225厘米，根梢比为O. 5 1，面积为I. 125 2.25平方米，前缘后掠角为O 26. 5度，后缘前掠角为-26. 5 O度，迎角为O 15度。
12.根据权利要求I、2、4、5、7、8、9或11所述的基于高速铁路的车体底盘带有仿机翼的空气动力悬浮列车，其特征是所述的高速铁路的轨道的两侧固定安装有挡风板。
13.根据权利要求12所述的基于高速铁路的车体底盘带有仿机翼的空气动力悬浮列车，其特征是所述的轨道的两侧固定安装的挡风板的结构主要是由水平挡风板、竖直挡风板和固定底座构成；其中，所述的竖直挡风板固定连接在所述的固定底座上，所述的竖直挡风板的上缘与所述的水平挡风板相连接； 所述的竖直挡风板与所述的水平翼的外缘的水平距离为15 30厘米； 所述的水平挡风板与所述的水平翼的上表面的竖直距离为30 40厘米，靠近机车或车厢的侧面的所述的水平挡风板的一端与机车或车厢的侧面的水平距离为25 35厘米。
14.根据权利要求13所述的基于高速铁路的车体底盘带有仿机翼的空气动力悬浮列车，其特征是所述的水平挡风板与所述的竖直挡风板以角度为90 135度相连接。
全文摘要
本发明涉及铁路系统中的机车及车厢，特别涉及运用空气动力学的基于高速铁路的车体底盘带有仿机翼的空气动力悬浮列车。本发明是在列车的机车的底盘的左右两侧和在每节车厢的底盘的左右两侧分别对称安装有仿制飞机的机翼结构的仿机翼。为了使本发明达到更好的效果，使列车行驶更加稳定、安全，以及使仿机翼不受外界的风向影响，在轨道的两侧及在仿机翼的上方设置有挡风板。由于在列车上安装有仿机翼，通过与列车相对运动的气流作用于仿机翼上而产生上抬力，可以对高速行驶的列车提供上升力，从而减小了列车对铁轨的压力，且该力由空气动力产生，不额外消耗能源，不产生污染。所述的仿机翼的结构简单。
文档编号B61D17/02GK102951166SQ201110242739
公开日2013年3月6日 申请日期2011年8月23日 优先权日2011年8月23日
发明者江雷, 查金龙, 刘流, 马洋, 刘克松 申请人:北京航空航天大学