超級管道列車以及超級管道列車系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種超級管道列車以及超級管道列車系統(tǒng)，屬于交通工具領域，提供一種在高速行駛環(huán)境下，通過自動調整車倉傾斜角度來適應拐彎情況以提升乘客舒適度的超級管道列車，以及采用此超級管道列車做成的超級管道列車系統(tǒng)；通過將車廂做成具有車廂外殼和車廂內殼的雙層結構，并且通過旋轉軸承以及在車倉的底部設置配重體，使車廂內殼可以在列車拐彎時發(fā)生自由轉動，自動調整內部車倉的傾斜角度。另外采用本超級管道列車做成的超級管道列車系統(tǒng)，將超級管道列車置于管道內行駛，同時通過高壓空氣泵在管道內形成高速氣流，高速氣流與超級管道列車同向，因此可以大大降低超級管道列車的空氣阻力；使超級管道列車行駛速度得到提高。
【專利說明】超級管道列車以及超級管道列車系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于交通工具領域，具體涉及一種超級管道列車以及采用該超級管道列車組成的超級管道列車系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]早在數千年前人類就發(fā)明了風帆，利用空氣動力學實現(xiàn)了在海上航線。如今，在火箭、飛機以及高速行駛的列車上，都不得不考慮空氣動力學的影響。眾所周知，在自然環(huán)境下，當一個物體運動的速度越高，其受到空氣的阻力就越大；當物體速達到一定高速時，空氣阻力就會成為制約物體進一步加速的主要原因；另外，空氣與物體表面產生摩擦升溫，也是制約物體進一步加速的原因之一。例如，火箭在飛行時，其頂端的圓錐表面會與空氣直接撞擊，同時將空氣分開，分開的空氣會與圓錐表面，以及下方的圓柱表面產生摩擦阻力；由于火箭速度非?？欤虼丝諝鈱鸺a生的阻力將會非常大，對火箭的提速造成較大阻礙；同時在火箭表面由于摩擦會形成高溫，因此火箭表面的材料必須滿足耐高溫的條件。
[0003]目前，歐美國家已有多名專家提出了采用真空管道的高速列車；我國也有專家學者正在研究真空管道列車項目；由于在真空環(huán)境下，空氣阻力將會消失，因此其理論時速將可達到幾千公里甚至上萬公里每小時。然而，由于需要在管道內實現(xiàn)真空環(huán)境，因此對管道的制造要求較高；同時為了保證車廂內部空氣環(huán)境與自然大氣環(huán)境一致，車廂必須要實現(xiàn)完全密封，因此對列車的制造要求也較高；另外需要考慮列車在真空管道內與自然大氣環(huán)境之間的轉換，因此其站點的建造成本和難度較大。目前，世界各地的真空管道列車項目均處于研究階段。
[0004]另外，目前市面上普通的高速列車一般以動車組為主，以我國為例，動車組的時速一般在300公里左右。在這種情況下，當列車拐彎時，通常是將拐彎處的軌道做成傾斜狀態(tài)，使列車自身重力的一部分分力承擔主要的向心力，防止列車拐彎時脫軌，同時使乘客乘坐更加舒適。拐彎處軌道的傾斜角度在拐彎半徑一定的情況下和列車速度的大小成正相關關系；即列車速度越大所需軌道的傾斜角度越大，反之同理。在未來超級高速列車的運行速度下，例如，列車時速達到1000公里或者更快時，如果任采用傾斜拐彎軌道的方式，則拐彎處軌道的傾斜角度將非常大，例如傾斜角度可能大于45°。然而，當拐彎處軌道傾斜角度較大時，其要求列車必須以一定的速度通過；否則，列車傾斜過大將存在脫軌風險。另外，軌道拐彎處的傾斜角度一但設定，必然只能對應一個固定的最佳列車速度，當列車以這個最佳速度通過時，車廂內乘客的感受才是最舒適的；反之，當列車速度低于這個最佳列車速度時，乘客將有向拐彎內側傾斜的感覺；而當列車速度高于這個最佳列車速度時，乘客將有被甩向拐彎外側的感覺。因此在未來采用超級高速列車的情況下，并不適宜在列車拐彎時使用傾斜軌道角度的方式。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明解決的技術問題是提出一種列車在高速行駛環(huán)境下，通過自動調整車倉傾斜角度來適應拐彎情況以提升乘客舒適度的超級管道列車，以及采用此超級管道列車做成的超級管道列車系統(tǒng)。
[0006]本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的:超級管道列車，包括至少一節(jié)車廂，其特征在于:所述車廂包括車廂外殼和車廂內殼；所述車廂外殼套在車廂內殼上；在車廂外殼和車廂內殼之間設置有旋轉軸承，使車廂內殼可在車廂外殼內轉動；所述車廂內殼內部的空間區(qū)域為車倉，在車倉的底部設置有配重體。
[0007]進一步的是:還包括車頭和車尾，所述車頭和車尾均為錐形結構；所述車廂位于車頭和車尾之間；所述車廂外殼和車廂內殼的橫截面均為圓環(huán)形；車廂外殼和車廂內殼同軸配合。
[0008]進一步的是:在每節(jié)車廂的車廂外殼上設置有至少兩層驅動輪組，每層驅動輪組包括至少三個均勻分布在同一橫截面上的驅動輪；每個驅動輪由一個驅動電機驅動。
[0009]進一步的是:在每節(jié)車廂的車廂外殼上設置有兩層驅動輪組；每層驅動輪組包括四個均勻分布在同一橫截面上的驅動輪。
[0010]進一步的是:還包括圓環(huán)形的擋風機構，所述擋風機構固定在車廂外殼的外圓周面上，并與車廂外殼同軸；所述擋風機構包括多個擋風口，在每個擋風口上設置有可打開和關閉的擋風板。
[0011]采用上述超級管道列車做成的超級管道列車系統(tǒng)，還包括圓形的管道，所述超級管道列車在管道內行駛；沿超級管道列車的行駛方向，在超級管道列車后方管道的管口上設置有高壓空氣泵，高壓空氣泵向管道內送入高速氣流，高速氣流的流動方向同超級管道列車的行駛方向同向。
[0012]進一步的是:車廂外殼的外徑Dl與管道的內徑D2的比值的取值范圍為0.5至
0.7 ;擋風機構的外徑D3與管道的內徑D2的比值的取值范圍為0.9至0.99。
[0013]進一步的是:所述車廂外殼的外徑Dl與管道的內徑D2的比值為0.6 ;所述擋風機構的外徑D3與管道的內徑D2的比值為0.95。
[0014]進一步的是:在管道上設置有站點，在站點內沿列車行駛方向依次串連減速管道和加速管道；減速管道和加速管道之間通過變軌管道連接；高壓空氣泵設置在站點內；高壓空氣泵通過變軌管道與管道連接。
[0015]進一步的是:所述減速管道分為三段，依次為一級減速段、二級減速段和三級減速段；在二級減速段的管道上設置有多個排氣孔，所有排氣孔的面積之和大于管道的橫截面面積；在三級減速段的末端上設置有可關閉和打開管道的尾端門。
[0016]本發(fā)明的有益效果是:通過將車廂設置為兩層結構，包括車廂外殼和車廂內殼，并且車廂外殼套在車廂內殼上，通過在二者之間設置的旋轉軸承，使車廂內殼可在車廂外殼內轉動，同時在車廂內殼的底部設置有配重體，使整個車廂內殼的重心相對于車廂內殼的幾何中心出現(xiàn)較大偏下。這樣，由于車廂內殼的重心和幾何中心存在較大偏差，加上車廂內殼通過旋轉軸承可以在車廂外殼內轉動，因此在列車拐彎過程中，車廂內殼隨之自動發(fā)生轉動，調整車倉內部的傾斜角度，并且根據列車速度的不同和拐彎半徑的不同而隨之調整不同的傾斜角度，使乘客的舒適度始終保持在最佳狀態(tài)。另外，可以將車廂外殼和車廂內殼均做成圓環(huán)形的管狀結構，并且同軸配合，同時將車頭和車尾做成錐形結構，可以使整個超級管道列車的風阻降到最低。本發(fā)明所述的超級管道列車需要置于管道結構的軌道內行駛，同時受到管道對列車周向上的制約，因此列車根本不可能發(fā)生脫軌、翻車等情況。另外可以在車廂外殼的外側設置擋風機構，當擋風板和擋風口呈開啟狀態(tài)時，可以允許高速氣流從列車外殼四周的擋風口流過；當擋風板和擋風口呈關閉狀態(tài)時，高速氣流基本不能從列車的四周流過，在列車加速時，通過在列車后方的管道口送入高速氣流可以對列車起到加速作用。同理在列車減速時，擋風機構也可以起到制動作用。
[0017]采用本發(fā)明所述的超級管道列車組成的超級管道列車系統(tǒng)，將超級管道列車置于管道內行駛，通過在沿超級管道列車行駛的管道后方管口上設高壓空氣泵，高壓空氣泵向管道內送入高速氣流，使管道內部形成高速流通的氣流。這樣由于氣流本身速度很快，因此當在管道內順著氣流方向行駛的超級管道列車受到的空氣阻力將大大減小。超級管道列車實際受到的空氣阻力為列車速度減去管道內空氣流通速度后所受阻力，因此超級管道列車的實際速度可以隨著高速氣流速度的提高而得到提高。另外，在超級管道列車系統(tǒng)中設置有站點，在站點內沿列車行駛方向依次串連減速管道和加速管道，減速管道和加速管道分別對進入站點的超級管道列車進行減速和對駛出站點的超級管道列車進行加速用。站點內的減速管道和加速管道之間通過可以擺動的變軌管道進行連接。采用本發(fā)明所述的超級管道列車系統(tǒng)，可以大大降低超級管道列車在行駛時的空氣阻力，降低空氣與超級管道列車外表面的摩擦，因此可以提高超級管道列車的運行速度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是本發(fā)明的結構示意圖；
[0019]圖2為圖1中A-A截面所示的結構示意圖；
[0020]圖3為圖1中B-B截面所示的結構示意圖；
[0021]圖4為具有多節(jié)車廂的結構示意圖；
[0022]圖5為超級管道列車系統(tǒng)中站點的一種示意圖；
[0023]圖6為管道布置中拐彎管道的結構示意圖；
[0024]圖7為火箭的結構示意圖；
[0025]圖8為應急備用管道的結構示意圖；
[0026]圖中標記為:超級管道列車1、車頭11、車尾12、高速氣流2、車廂3、車廂外殼31、車廂內殼32、旋轉軸承33、車倉34、配重體35、驅動輪組36、驅動輪361、驅動電機362、車門37、儲物倉38、座椅39、擋風機構4、擋風口 41、擋風板42、管道5、減速管道51、一級減速段511、二級減速段512、三級減速段513、排氣孔514、尾端門515、加速管道52、變軌管道53、供電區(qū)54、應急備用管道55、三維顯示屏56、三維環(huán)繞攝像頭57、高壓空氣泵6、站點7、火箭頂端圓錐表面81、火箭圓柱表面82、球式密封活動配合結構9、車廂外殼的外徑D1、管道的內徑D2、擋風機構的外徑D3、一節(jié)車廂長度D4、彎道直線長度D5。
【具體實施方式】
[0027]下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0028]如圖1至圖4所示，本發(fā)明所述的超級管道列車，包括至少一節(jié)車廂3，其特征在于:所述車廂包括車廂外殼31和車廂內殼32 ;所述車廂外殼31套在車廂內殼32上；在車廂外殼31和車廂內殼32之間設置有旋轉軸承33，使車廂內殼32可在車廂外殼31內轉動；所述車廂內殼32內部的空間區(qū)域為車倉34，在車倉34的底部設置有配重體35。
[0029]超級管道列車根據實際需要應當設置至少一節(jié)車廂3，當有多節(jié)車廂3時，多節(jié)車廂3之間的連接方式應當允許任一兩節(jié)相鄰的車廂3之間可以實現(xiàn)一定的彎轉，以允許整列列車在拐彎軌道內行駛時，整列列車隨彎道而彎曲；同時還應當允許兩節(jié)相鄰車廂3內部的車廂內殼32可以互不影響的轉動；也就是相鄰兩節(jié)車廂3內部的車廂內殼32彼此獨立。例如，兩節(jié)相鄰的車廂3可以采用球式密封活動配合結構9 ;也就是將上一節(jié)車廂3的尾部做成部分球形凸起的結構，將下一節(jié)車廂3的頭部做成部分球形凹槽結構，通過球式密封配合，允許兩節(jié)車廂之間彎轉和相對轉動。每列超級管道列車包含的車廂3的數量以及每節(jié)車廂3的長度可以根據實際情況而定，例如可以在每列超級管道列車內設置20節(jié)車廂3，并且將每節(jié)車廂3設置為15米長。
[0030]車廂外殼31套車廂內殼32上，并且通過設置在二者之間的旋轉軸承33，使得車廂內殼32可以在車廂外殼31內轉動。其原理類似于滾子軸承，在二者中間設置旋轉軸承33，旋轉軸承33相當于滾子軸承中的滾珠；通過旋轉軸承33可使車廂內殼32在車廂外殼
31內轉動。通常只需要將車廂外殼31和車廂內殼32通過旋轉軸承33配合的位置分別做成圓形結構即可，例如:可以只將車廂外殼31的內壁面的橫截面做成圓形，將車廂內殼32的外壁面的橫截面也做成圓形，并且二者同軸配合，旋轉軸承33位于兩層壁面之間。也可以將車廂外殼31和車廂內殼32均做成橫街面為矩形的結構，只是二者大小不同；同時在車廂外殼31的內壁面上設置一個圓形的配合槽，在車廂內殼32的外側面上也設置一個圓形的配合槽，使兩個圓形配合槽同軸配合，將旋轉軸承33設置在兩圓形配合槽之間，通過這樣的配合也可以使矩形的車廂內殼32在矩形的車廂外殼31內轉動；當然在轉動的過程中，兩層殼體不得發(fā)生碰撞。
[0031]另外，也可以進一步將整個車廂外殼31和車廂內殼32的橫截面均做成圓環(huán)形，SP將車廂外殼31和車廂內殼32的內壁面和外側面的橫截面均設置為圓形；也就是將車廂外殼31和車廂內殼32設置為類似于圓管的結構，再將二者同軸配合；將旋轉軸承33置于兩層管壁之間。
[0032]另外，本發(fā)明的超級管道列車還可以包括車頭11和車尾12，將車廂3置于車頭11和車尾12之間，根據車廂外殼31外壁面的橫截面形狀的不同，車頭11和車尾12應當做成不同的對稱結構，以降低空氣阻力。如上述將車廂外殼31做成圓管形后，相應的車頭11和車尾12可以設置成錐形結構，這樣整個超級管道列車最終的形狀將呈現(xiàn)出兩頭尖的圓柱形；這樣的形狀結構利于將其置于管道內行駛，同時可以降低受到空氣的阻力。當然，如果沒有設置車頭11和車尾12的時候，也可以將超級管道列車中的第一節(jié)車廂3的前端做成錐形，將最后一節(jié)車廂3的尾端做成錐形，也可以使整個列車受到的空氣阻力得到降低。
[0033]另外，旋轉軸承33可以是球形結構，也可以是柱形結構，并且可以在同一節(jié)車廂3內設置多層旋轉軸承33 ;同一層上的旋轉軸承33應當均勻的分布在圓周上，其數量根據實際需要設定。如圖1和圖2中所示，旋轉軸承33為球形結構，且同一層上設置有均勻分布的八個旋轉軸承33。
[0034]車廂內殼32的內部區(qū)域為車倉34，車倉34內主要為乘客艙，相應可以設置座椅39 ;在車倉34的底部設置有配重體35。配重體35的作用是使車廂內殼32的重心相對幾何中心偏下，這樣配合車廂內殼32在車廂外殼31內轉動，使得當超級管道列車在轉彎時，車廂內殼32可以自動發(fā)生轉動，以調整車倉內部的傾斜角度，并且根據列車速度的不同和拐彎半徑的不同而隨之調整不同的傾斜角度，使乘客的舒適度始終保持在最佳狀態(tài)；車廂內殼32自動偏轉的原理類似于不倒翁。理論上，通過配重體35配重后，使車廂內殼32的重心和幾何中心的偏差距離越大越好。實際則可以根據現(xiàn)實情況而設定配重體35。
[0035]另外，在車倉34的兩側，還可以設置成儲物倉8，可以放置一些應急氧氣設備或者供乘客放置物品等。當然，考慮到整個超級管道列車是封閉的，為了給乘客提供最舒適的環(huán)境，可以在車倉34的兩側設置三維顯示屏56，并且在管道5的外側設置三維環(huán)繞攝像頭57，通過三維環(huán)繞攝像頭57將管道5周圍的環(huán)境實時拍攝下來，再通過車倉34內部兩側的三維顯示屏56呈現(xiàn)到乘客眼前，使乘客實時了解列車外面的自然環(huán)境。
[0036]本超級管道列車需要在圓形的管道5內行駛，以保證超級管道列車的四周均受到約束，而不發(fā)生脫軌的風險。另外超級管道列車在行駛時，不管車廂外殼31和管道5發(fā)生任何變化，其車廂內殼32在均可以通過自動轉動來調整車倉34內的傾斜角度，使車倉34內始終保持最舒適狀態(tài)。
[0037]考慮到目前磁懸浮列車技術已經比較成熟，因此本超級管道列車也可以采用磁懸浮結構，當然，超級管道列車的四周勻需要受到磁力約束，以防止列車轉彎時發(fā)生翻轉或者脫軌危險。當然，也可以不采用磁懸浮原理，而是在每節(jié)車廂3的車廂外殼31上設置至少兩層驅動輪組36，每層驅動輪組36包括至少三個均勻分布在同一橫截面上的驅動輪361 ;每個驅動輪361由一個驅動電機362驅動；這樣也可以實現(xiàn)對超級管道列車在周向上的約束。驅動輪361與管道5的配合，理論上，驅動輪361除了可以在管道5的徑向上移動外，也可以在管道5的周向上移動，也就是允許車廂外殼31在管道5內轉動；但是通常為了方便控制以及安全考慮采取將車廂外殼31與管道5進行定向約束，也就是驅動輪361只能在管道5的徑向上移動，而不能在周向上移動，例如可以采用目前普通列車使用的鋼軌與列車滾輪的配合形式，在管道5的內壁面上內管設置多條鋼軌，驅動輪361只能卡在鋼軌上滾動。進一步可以優(yōu)選在每節(jié)車廂3的車廂外殼31上設置有兩層驅動輪組36 ;每層驅動輪組36包括四個均勻分布在同一橫截面上的驅動輪361 ;兩層驅動輪組36可以保證車廂3受到足夠的支撐；而每層驅動輪組36包括四個驅動輪361，則可以更好的約束超級管道列車始終處于管道5的中心位置。
[0038]另外，可以在車廂外殼31的外圓周面上設置擋風機構4，擋風機構4成圓環(huán)形，并且與車廂外殼31同軸配合，擋風機構4包括多個擋風口 41，在每個擋風口 41上設置有可打開和關閉的擋風板42。當列車需要加速時，擋風機構4中的擋風口 41和擋風板42關閉，這樣當在管道5內流動的高速氣流2的速度大于列車的速度時，高速氣流2可以作用一部分力在擋風機構4上，對列車起到加速作用；當列車高速行駛時，高速氣流2的速度小于列車的速度，高速氣流2可以通過打開的擋風口 41流過，而對列車形成較小的空氣阻力；當列車需要減速是時，由于高速氣流2的速度小于列車的速度，此時關閉擋風口 41，空氣對擋風機構4形成較大阻力，輔助實現(xiàn)對列車的減速。擋風機構4可以在一列超級管道列車上只設置一個，也可以設置多個，例如可以在每節(jié)車廂3上設置一個擋風機構4。每個擋風機構4上的擋風口 41和擋風板42需要一一對應，其數量通常設置多個，以便在整個圓環(huán)結構的擋風機構上方便布置，如至少設置三個擋風口 41，三個擋風口 41的大小相等且均勻的分布在車廂外殼31的周向上。當然，擋風口 41的具體數量可以根據實際情況而定，只要方便打開和關閉擋風板42即可。例如圖3中設置有16個擋風口 41，以及16個擋風板42。
[0039]另外，由于車廂3有兩層結構，因此相應的車門也設計有兩層，為了保證兩層車門37對應一致，當超級管道列車在停穩(wěn)上下乘客時，需要將車廂外殼31和車廂內殼32相對固定下來，防止車廂內殼32轉動，然后再打開分別設置在車廂外殼31和車廂內殼32上的兩層車門37，以便乘客上下。
[0040]本發(fā)明所述的超級管道列車系統(tǒng)，需要采用上述超級管道列車1，同時將超級管道列車I放置到管道5內行駛；管道5的內壁面的橫截面應當為圓形結構。超級管道列車I在管道5內行駛時應當受到管道5在周向上的約束，這樣超級管道列車I才不可能發(fā)生脫軌風險。管道5對超級管道列車I的周向約束可以采用磁懸浮結構，通過在周向上的磁力使超級管道列車I懸浮在管道5內行駛。也可以采用如圖1和圖2中所示，通過在車廂外殼31周向上設置的驅動輪組36與管道5的配合，將超級管道列車I約束在管道5內行駛；由于超級管道列車I受到管道5周向上的約束，因此超級管道列車I不可能發(fā)生脫軌情況。另外，由于超級管道列車I內部的車廂內殼32可以相對轉動，加上車倉34內部設置有配重體35，因此，車倉34內始終保持最舒適狀態(tài)。如在管道5不轉彎的情況下，不管車廂外殼31是否發(fā)生轉動，車廂內殼32始終保持豎直向下；而當超級管道列車I轉彎時，受到向心力的影響，即使車廂外殼31不發(fā)生傾斜，車廂內殼32也會隨之發(fā)生轉動，使車倉34內部發(fā)生傾斜，以調整一部分重力作為向心力，而乘客則始終處于最舒適狀態(tài)。
[0041]本發(fā)明所述的超級管道列車系統(tǒng)的核心點就是需要在管道5內形成高速氣流2，高速氣流2與超級管道列車I的行駛方向應當一樣。因此需要在沿超級管道列車I的行駛方向，在超級管道列車I后方管道5的管口上設置有高壓空氣泵6，由高壓空氣泵6向管道5內送入高速氣流2。通過在管道5內形成與超級管道列車I行駛方向同向的高速氣流2，可以大大減低空氣對超級管道列車I的阻力。其原理如下:令管道5內的高速氣流的速度為VI，超級管道列車I的行駛速度為V2，根據Vl和V2大小的不同將有三種情況:第一:當Vl > V2時，高速氣流2不但對超級管道列車I沒有阻力，反而可以對超級管道列車施加一定的推動力；第二:當Vl = V2時，高速氣流2與超級管道列車I的速度相同，因此高速氣流2不會對超級管道列車造成阻力；第三:當Vl < V2時，高速氣流2對超級管道列車I具有阻力，但是阻力大小相當于超級管道列車I以V2-V1的速度在靜止空氣環(huán)境中行駛時的空氣阻力；這樣空氣阻力的大小由超級管道列車I的速度V2和高速氣流2的速度Vl的差值決定；只要高速氣流2的速度接近超級管道列車I的速度，就可以大大降低空氣對超級管道列車I的阻力。例如，高速氣流2的速度Vl為800km/h，超級管道列車I的速度V2為1000km/h，則超級管道列車I在管道5內行駛時實際的空氣阻力只相當于以200km/h的速度行駛在靜止空氣環(huán)境中時空氣的阻力，而這樣的空氣阻力對列車影響并不大。如目前的動車組基本已經可以達到時速300km的速度，在300km/h的速度下空氣阻力帶來的問題已經可以采用現(xiàn)有技術解決。因此，只要管道5內的流動的高速氣流2的速度足夠快，那么超級管道列車I的速度就可以達到更快。理論上，采用本發(fā)明所述的超級管道列車系統(tǒng)的超級管道列車I的速度可以達到上千公里每小時甚至更高。
[0042]管道5內的高速氣流2由在超級管道列車I后方管道5的管口上設置的高壓空氣泵6提供，高壓空氣泵6可以采用壓縮機，其向管道5內輸入高壓高速空氣；高壓空氣泵6的大小以及功率的選擇當然需要滿足能提供的所需的高速氣流。[0043]由于管道5內的超級管道列車I的速度非常快，加上管道5內需要通入高速氣流2，因此，對管道5的工程質量有一定要求，在沿途的管道5上不能漏氣，同時對管道5的內壁面應當盡量光滑，以降低內壁面對空氣的阻力。另外，管道5在有拐彎時，其拐彎半徑不得過小，如圖6中所示，其拐彎彎道上a、b、c三點連線的彎道直線長度D5的值一般不能短于超級管道列車I在3秒內行駛的距離；否則超級管道列車I在拐彎時所需的向心力將較大，不利于超級管道列車I的安全行駛。
[0044]另外，當超級管道列車I置于管道5內以后，由于高速氣流2需要在超級管道列車I的周圍流過，因此在超級管道列車I和管道5之間應當留有足夠的間隙，以供高速氣流2流過；因此車廂外殼的外徑Dl與管道的內徑D2的比值的取值范圍限定為0.5至0.7，進一步優(yōu)選比值為0.6。另外擋風機構4的作用上面已經提過；為了使擋風機構4在擋風口 41和擋風板42閉合時能最好的阻擋高速氣流，因此擋風機構的外徑D3與管道的內徑D2的比值的取值范圍限定為0.9至0.99，進一步優(yōu)選比值為0.95。擋風機構4在超級管道列車I行駛的任何時候都不得與管道5的壁面接觸，否則將造成嚴重破壞。另外，超級管道列車I在行駛時的動力來源由沿著管道5設置的供電區(qū)54提供，其從供電區(qū)54獲得電能；如圖2和圖3中所示，在管道5內的上端設置有供電區(qū)54 ;當然，擋風機構4不得與供電區(qū)54有任何接觸，否則造成破壞。
[0045]管道5—般為高強度的圓管結構，通常由支架架設在地表上。進一步還可以將管道5的管壁由里向外設置成四層結構，分別為:供電層、絕緣層、加固層、防銹層。此時，供電層即可以代替上述供電區(qū)54，為超級管道列車I提供電能；絕緣層將供電層隔離；加固層則保證管道5的強度；防銹層保證整個管道5不受到空氣腐蝕。
[0046]另外，在管道5上設置有站點7，在站點7內沿列車行駛方向依次串連減速管道51和加速管道52 ;減速管道51和加速管道52之間通過變軌管道53連接；高壓空氣泵6設置在站點7內；高壓空氣泵6通過變軌管道53與管道52連接。如圖5中所示，在站點7內設置有多處高壓空氣泵6。站點7的作用是用于對超級管道列車I進行減速停車，以方便乘客上下車；另外也是將超級管道列車I進行加速發(fā)車的地方。變軌管道53的作用是實現(xiàn)對管道5的變軌作用，另外就是將管道5與高壓空氣泵6連通；其變軌作用類似于現(xiàn)有的鐵路交通軌道中的道岔。當然，變軌管道53在變軌前后都應當滿足對管道5的密封要求，同時其變軌應當準確、快速。進一步可以將減速管道51分為三段，依次為一級減速段511、二級減速段512和三級減速段513 ;在二級減速段512的管道5上設置有多個排氣孔514，所有排氣孔514的面積之和大于管道5的橫截面面積；在三級減速段513的末端上設置有可關閉和打開管道5的尾端門515。排氣孔514的作用是排出管道5內的高速氣流，而尾端門515的作用是阻止管道5內的高速氣流2流通。為了使排氣孔514能順利的排除管道5內的高速氣流，要求所有的排氣孔514的面積加起來應當至少大于管道5的橫截面積；排氣孔514的數量不受限制，只要滿足上述要求即可。
[0047]另外，也可以在每間隔一定距離的管道5上設置一個應急備用管道55，應急備用管道55與管道5并列，其兩端通過變軌管道53與主管道5連接；當出現(xiàn)交通狀況或者需要臨時停車時，列車可以駛入應急備用管道55內進行停車。應急備用管道55可以設置成和站點7內的減速管道51和加速管道52相類似的結構。
[0048]下面參照圖5對本發(fā)明的超級管道列車系統(tǒng)中的站點7的工作過程做進一步的說明:當有一列超級管道列車I將要進入站點7前，向站點7發(fā)出需要進站停車信號，站點7接到信號后提前通過高壓空氣泵6在其中一根減速管道51內形成高速氣流2，當超級管道列車I即將進入站點7時，迅速通過變軌管道53將進站的管道5與剛剛形成高速氣流2的減速管道51連通；超級管道列車I隨后駛入減速管道51的一級減速段511內，同時將尾端門515關閉，此后高壓空氣泵6逐漸減慢供氣速度，使減速管道51內的高速氣流2的速度逐漸降低，同時將擋風機構4的擋風板42逐漸關閉，以增加管內空氣對超級管道列車I的阻力，使超級管道列車I逐漸減速，以保證乘客安全；另外設置在二級減速段上的排氣孔514可以將超級管道列車I前段的擠壓的空氣排出，防止過快減速；當超級管道列車I駛入三級減速段513后，高壓空氣泵6停止供氣，同時擋風板42完全關閉；此時超級管道列車I速度已經很慢，此時由于前端管口被尾端門515關閉，以及擋風機構4上的擋風板42也已經完全關閉，因此在三級減速段內的空氣只能通過擋風板機構4原管壁的縫隙流過，三級減速段內的空氣會逐漸被壓縮，可以對超級管道列車I實現(xiàn)最后的阻力減速，當然超級管道列車I自身也配合制動，使超級管道列車最終停下來，此后方可進行乘客上下車。采用三段減速段的作用是使超級管道列車I的速度緩慢降下來，防止過快減速造成乘客不適，同時減速過程中利用管道5內的空氣阻力對列車實現(xiàn)制動，可以有效節(jié)約能源。
[0049]當一列超級管道列車I需要從站點7加速出站時，首先打開尾端門515，超級管道列車I靠自身驅動通過變軌管道53從減速管道51駛入加速管道52，此時列車的行駛速度很慢；當超級管道列車I進入加速管道52之后，變軌管道53再將加速管道52連接到高壓空氣泵6上，然后高壓空氣泵6逐漸向加速管道52內送入高速氣流2，并且高速氣流2的速度逐漸增大，并大于超級管道列車I此時的行駛速度，隨后關閉擋風機構4上的擋風板42，高速氣流2對超級管道列車I實現(xiàn)推力加速作用，同時超級管道列車I自身也在進行驅動加速；當超級管道列車I的速度逐漸接近高速氣流2時，擋風板42逐漸打開；此后靠超級管道列車I自身進一步加速，使超級管道列車I的速度逐漸大于高速氣流2的速度，最后超級管道列車I以高速正常行駛后再通過變軌管道53接入出站管道5后出站。
[0050]整個超級管道列車系統(tǒng)，不僅在超級管道列車I進站和出站時需要非常精確的調度，即使在超級管道列車I行駛過程中也需要進行非常精確的控制駕駛，因此需要用到先進的控制系統(tǒng)和控制軟件等進行實時跟蹤，通過控制系統(tǒng)來實現(xiàn)對超級管道列車I的全自動精確駕駛，以確保萬無一失。因此在建造整個超級管道列車系統(tǒng)的同時需要建立一個控制網絡，同時在超級管道列車I上設置先進的控制室，通過控制室與整個超級管道列車系統(tǒng)的控制網絡進行實時的通信，以確保各個站點7都能獲得相關超級管道列車I的實時狀態(tài)；進而通過控制室可以實現(xiàn)對整列超級管道列車I的全自動精確駕駛，以防止采用人工駕駛使出現(xiàn)操作失誤等情況。另外，在超級管道列車系統(tǒng)的控制網絡中應當設立一個控制中心，該控制中心應當具有強大的數據處理能力，以便對整個控制網絡中的所有超級管道列車I進行實時監(jiān)測、追蹤和調度；考慮到列車速度非常快，因此要求控制中心對超級管道列車I有超高精度的監(jiān)測和追蹤；例如可以建造一個如火箭發(fā)射控制中心那樣高精度的中心站作為本發(fā)明中超級管道列車系統(tǒng)中的控制中心。
[0051]另外，由于超級管道列車行駛速度非常開，例如達到時速2000公里時，則其減速停車過程所需要的距離相應增加，因此站點7的長度可能需要幾十甚至上百公里。例如將減速管道51和加速管道52的長度分別設置為100公里的長度，并且減速管道的一級減速段設置為60公里，二級減速段設置為20公里，三級減速段設置為20公里；整個站點7的長度將超過200公里，這樣的長度基本可以滿足時速2000公里的超級管道列車進行減速停車和加速發(fā)車的要求。當然，如果超級管道列車的正常行駛速度更快，如時速10000公里時，其相應的站點7的長度可能需要更長才能滿足超級管道列車的減速停車和加速發(fā)車要求。同理，超級管道列車的減速用時和加速用時也根據其正常行駛速度有關，例如，當超級管道列車的正常行駛速度為2000km/h時，通常加速或減速的時間需要3分鐘左右，此時其平均加速度或者平均減速度約為3m/s2，這樣的速度可以防止乘客產生不適感；而當超級管道列車的正常行駛速度為10000km/h時，通常加速或減速的時間隨著上升到需要20分鐘左右。
[0052]當進站的超級管道列車I不需要停車時，則不需要變軌管道53進行變軌，超級管道列車I直接由管道5穿過站點7 ;該站點7內的高壓空氣泵6以及變軌管道53等都不需要工作，整個貫穿站點7的管道5內的高速氣流2可以由設置在整個管道系統(tǒng)中的其它地方的高壓空氣泵6提供高壓氣流2。
[0053]另外，由于管道5內部的高速氣流速度較快，因此其壓強可能較大，超級管道列車I不得直接設置窗戶結構。為了保證車倉34內部空氣壓強正常，以及保證車倉34內部空氣流通，需要設置將車倉34內部空氣和管道5內空氣進行交換的裝置；該裝置需要能將管道5內的空氣壓強調整到常壓后供應到車倉35內，既為車倉34提供流通的空氣，又保證車倉34內的空氣壓強與自然大氣壓強接近。
[0054]如圖7中所不，為火箭的結構不意圖；當火箭在飛行時，火箭頂端圓維表面81會與空氣直接撞擊，同時將空氣分開，分開的空氣會與火箭頂端圓錐表面81、以及下方的火箭圓柱表面82產生摩擦阻力；由于火箭速度非?？?，因此空氣對火箭產生的撞擊力和阻力將會非常大；同時在火箭表面由于摩擦會形成高溫，這些問題都將制約著火箭速度的進一步提高。然而，如果將 火箭放置到本發(fā)明所述的超級管道列車系統(tǒng)的管道5中進行飛行，通過高壓空氣泵6在管道5內形成高速氣流，并且使高速氣流與火箭保持一致的速度，這樣將可以解決火箭所遇到的很多難題:第一、避免高溫，安全環(huán)保，節(jié)省能源；第二、化解空氣阻力；第三、火箭不用擔心半路沒有加油站；第四、在管道內行駛永不越軌；第五、火箭自身不需要攜帶易燃易爆物品，火箭所需動力源由管道提供。
[0055]綜上，本發(fā)明所述的超級管道列車系統(tǒng)，其中超級管道列車I的行駛速度，主要取決于管道5中的高速氣流2的速度，只要管道5的精度和內壁面的光潔度足夠高，以及采用的高壓空氣泵6的功率足夠強，使其驅動管道5內的高速氣流2的速度得到提高，則超級管道列車行駛的速度將隨之得到提高。例如，高速氣流2的速度達到1800km/h則超級管道列車的速度將可以達到2000km/h的速度，而且在這樣的高速行駛情況下，超級管道列車I受到的空氣阻力實際只相當于以200km/h的速度在靜止空氣環(huán)境下行駛。
[0056]下面詳細說明發(fā)明人對本發(fā)明所述的超級管列車系統(tǒng)的構思原理:早在數千年前人類就在海上發(fā)明了風帆，世界上數千年前就誕生了空氣動力學，而自然界隨時隨地都在讓我們感受空氣動力學給人類帶來的災難與樂趣:臺風、暴風、天上的飛云……，由此可見空氣動力所具有的力量是如此之大。本發(fā)明正是要通過超強的高壓空氣泵形成超強的風力，在管道內形高速氣流，使在管道內行駛的超級管道列車可以像子彈在槍管里飛速行駛一樣，將我們帶到我們想去的地方和該去的地方。
[0057]不用擔心管道原理的速度不夠快，在現(xiàn)實中，管道原理無處不在:大炮、火槍、氣槍、以及美國航空母艦上使戰(zhàn)斗機起飛的彈射器等等，都用到了管道原理。以氣槍中子彈的速度為例，普通氣槍射出的子彈速度一般300m/左右，而高級的特種步槍或者超音速步槍，其射出的子彈已經超過1000m/S。由此可見，只要動力源足夠強勁，管道內的高速氣流將完全可以達到幾百甚至數千公里的時速。
[0058]有科學界人士曾經預言說未來的人類進步需要走三步臺階，也就是三種維度--第一維度是在50年內取消化學火箭，使用等離子引擎；第二維度是從地球上建設四根管道交通到太空后在繞地球一圈，需要用200年時間完成；第三維度就是用反光鏡罩住整個恒星，把光聚集到一個真空點上打開一條蟲洞，需要一萬年的時間完成。發(fā)明人希望通過本專利大膽的將管道交通提前200年實現(xiàn)在地球上。
[0059]作為本發(fā)明的發(fā)明人，希望如阿姆斯特朗所說的那樣以個人的一小步帶動人類的一大步。希望通過本發(fā)明的超級管道列車讓人們感受一下一個永不飛出槍管的子彈飛車。
【權利要求】
1.超級管道列車，包括至少一節(jié)車廂(3)，其特征在于:所述車廂包括車廂外殼(31)和車廂內殼(32);所述車廂外殼(31)套在車廂內殼(32)上；在車廂外殼(31)和車廂內殼(32)之間設置有旋轉軸承(33)，使車廂內殼(32)可在車廂外殼(31)內轉動；所述車廂內殼(32)內部的空間區(qū)域為車倉(34)，在車倉(34)的底部設置有配重體(35)。
2.如權利要求1所述的超級管道列車，其特征在于:還包括車頭(11)和車尾(12)，所述車頭(11)和車尾(12)均為錐形結構；所述車廂(3)位于車頭(11)和車尾(12)之間；所述車廂外殼(31)和車廂內殼(32)的橫截面均為圓環(huán)形；車廂外殼(31)和車廂內殼(32)同軸配合。
3.如權利要求1所述的超級管道列車，其特征在于:在每節(jié)車廂(3)的車廂外殼(31)上設置有至少兩層驅動輪組(36)，每層驅動輪組(36)包括至少三個均勻分布在同一橫截面上的驅動輪(361);每個驅動輪(361)由一個驅動電機(362)驅動。
4.如權利要求3所述的超級管道列車，其特征在于:在每節(jié)車廂(3)的車廂外殼(31)上設置有兩層驅動輪組(36);每層驅動輪組(36)包括四個均勻分布在同一橫截面上的驅動輪(361)。
5.如權利要求1至4中任意一項所述的超級管道列車，其特征在于:還包括圓環(huán)形的擋風機構(4)，所述擋風機構(4)固定在車廂外殼(31)的外圓周面上，并與車廂外殼(31)同軸；所述擋風機構(4)包括多個擋風口(41)，在每個擋風口(41)上設置有可打開和關閉的擋風板(42)。
6.采用權利要求5所述的超級管道列車組成的超級管道列車系統(tǒng)，其特征在于:還包括圓形的管道(5)，所述超級管道列車(I)在管道(5)內行駛；沿超級管道列車(I)的行駛方向，在超級管道列車(I)后方管道(5)的管口上設置有高壓空氣泵(6)，高壓空氣泵(6)向管道(5)內送入高速氣流(2)，高速氣流(2)的流動方向和超級管道列車(I)的行駛方向同向。
7.如權利要求6所述的超級管道列車系統(tǒng)，其特征在于:車廂外殼的外徑Dl與管道的內徑D2的比值的取值范圍為0.5至0.7 ;擋風機構的外徑D3與管道的內徑D2的比值的取值范圍為0.9至0.99。
8.如權利要求7所述的超級管道列車系統(tǒng)，其特征在于:所述車廂外殼的外徑Dl與管道的內徑D2的比值為0.6 ;所述擋風機構的外徑D3與管道的內徑D2的比值為0.95。
9.如權利要求6至8中任一項所述的超級管道列車系統(tǒng)，其特征在于:在管道(5)上設置有站點(7)，在站點(7)內沿列車行駛方向依次串連減速管道(51)和加速管道(52)；減速管道(51)和加速管道(52)之間通過變軌管道(53)連接；高壓空氣泵(6)設置在站點(7)內；高壓空氣泵(6)通過變軌管道(53)與管道(5)連接。
10.如權利要求9所述的超級管道列車系統(tǒng)，其特征在于:所述減速管道(51)分為三段，依次為一級減速段(511)、二級減速段(512)和三級減速段(513);在二級減速段(512)的管道(5)上設置有多個排氣孔(514)，所有排氣孔(514)的面積之和大于管道(5)的橫截面面積；在三級減速段(513)的末端上設置有可關閉和打開管道(5)的尾端門(515)。
【文檔編號】B61B13/08GK104015734SQ201410300568
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年6月27日 優(yōu)先權日:2014年6月27日
【發(fā)明者】盧松軍 申請人:盧松軍