低 气 压 悬 浮 列 车.doc

低 气 压 悬 浮 列 车所属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：（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：（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，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：（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：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）；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）；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。设计思路是：只要减小列车上表面受到空气的压强，列车也会像飞机一样能够实现悬浮运行。要达到这一目的，可以设法让列车的上表面与空气彼此隔开。为了满足这个要求，段老师设计了这样的方案：一是列车所用的轨道要悬空；二是要求列车的车头比后面的车厢要高一些；三是要在列车轨道上方修建与轨道长度相等的罩壳，其作用是把列车的上表面、两个侧面与外界的大气相互隔开，同时还要求让运动的列车部分外表面与静止的罩壳要围成一个接近封闭的空心腔。这样，当列车在罩壳内高速运行时，罩壳内部的空气会被车头排挤到车厢下方的空间，车头后面的罩壳内部的空间就会变得空气稀少，空气的压强也会很小。这样，列车上表面受到空气的向下的压力就会小于下表面受到空气的向上的压力，列车就能够实现悬浮运行。该列车最节能的原因有两个：一是让列车实现悬浮运行时不需要耗能，只要车头在高速运行，在排开前方的空气，后面的车厢自然会受到一个向上的空气的压力而实现悬浮运行；二是由于列车的上表面、两个侧面与外界的空气彼此隔开了，故这三个面受到来自空气的摩擦阻力将变得非常小。对于车速不是很大的城市轨道交通列车来说，又是怎样实现悬浮运行的呢？设计方案是：一是让列车轨道悬空；二是在列车通过的轨道上方修建一个与轨道长度相等的罩壳，该罩壳只有一个顶面，罩住了列车的上表面，并且要求让运动的列车的上表面与静止的罩壳围成一个接近封闭的空心腔；三是要利用抽气机把空心腔内部的5%左右的空气抽到列车的外部，并且要求被抽出的空气要向列车运动的反方向高速喷出。这样，列车就会既获得一个使它悬浮的力，又会获得一个使它前进的动力。该列车