有軌飛行機車運行系統的製作方法

2023-07-20 18:36:06 2

專利名稱：有軌飛行機車運行系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種利用地面效應的有軌飛行機車運行系統。
背景技術：
所謂地面效應，是指當飛機從高空降到接近地面時，飛機機翼上產生的浮力明顯高於高空中的浮力，其原因是，機翼對其下的空氣壓縮時，因為地面的阻擋，而產生壓縮，即機翼之下產生比在高空中更高的氣壓，從而產生更大的浮力。地面效應的應用，主要集中在海洋之上，即靠海水表面產生的地面效應，而提高飛行器效率。這樣做的原因是海洋表面比陸地表面平坦而且安全，歐美以及俄羅斯已經有幾百噸級別的海上地面效應飛行器出現，如俄羅斯的被稱為「裏海怪物」的飛行重量大於500噸，可以像普通飛機一樣貼著海面飛行，而在陸地上利用地面效應的飛行器目前還不多見。

發明內容
本發明所要解決的技術問題在於提供一種在陸地上利用地面效應實現飛行運行的有軌飛行機車運行系統。本發明所採用的技術方案是一種有軌飛行機車運行系統，包括機車以及一對導軌，機車的底面設有車輪；在機車底面之下從前至後設有若干個機車底翼，每一個機車底翼通過若干個支撐筋與機車底面相連；各個機車底翼從前端至後端相對於導軌頂面的高度逐漸降低；有軌飛行機車運行系統還包括限制該機車的飛行高度的防脫軌機構。本發明的機車可利用地面效應實現安全可靠的飛行，提高了機車的行駛速度。


圖Ia是飛機的外形示意圖；圖Ib是圖Ia的A-A剖面示意圖；圖2是本發明有軌飛行機車運行系統的一種實施方式的結構示意圖；圖3是本發明有軌飛行機車運行系統的一種實施方式的橫截面示意圖；圖如是本發明的機車底翼的結構示意圖；圖4b是本發明的機車底翼的縱向剖面結構示意圖；圖fe、5b、5c和5d分別示出了本發明的機車底翼的橫截面的不同形狀；圖6是本發明多個機車底翼的級聯示意圖；圖7a示出了本發明有軌飛行機車運行系統的防脫軌機構的另一種實施方式的結構示意圖；圖7b是圖7a的局部放大示意圖；圖8a示出了本發明有軌飛行機車運行系統的防脫軌機構的另一種實施方式的結構示意圖；圖8b是圖8a的防脫軌機構在機車臨界起飛時的狀態示意圖9a示出了本發明有軌飛行機車運行系統的防脫軌機構的又一種實施方式的結構示意圖；圖9b是圖9a的防脫軌機構在機車臨界起飛時的狀態示意圖；圖10示出了機車可獲得的動力與機車運行速度的關係示意圖；圖11是本發明的安全栓的結構示意圖；圖12a是本發明的機車頂翼10的局部放大示意圖；圖12b是機車頂翼10的受力分析示意圖；圖13是本發明的一個實施例的機車的縱向剖面示意圖。
具體實施例方式本發明的飛行機車的升力產生原理與飛機機翼的升力產生原理是類似的，主要基於以下兩個流體定理(流動的空氣就是一種流體)連續性定理和伯努利定理。流體的連續性定理是指當流體連續不斷而穩定地流過一個粗細不等的管道時，由於管道中任何一部分的流體都不能中斷或擠壓起來，因此在同一時間內，流進任一切面的流體的質量和從另一切面流出的流體質量是相等的。伯努利定理是指流體運動的機械能量永遠守恆。流體在一個管道中流動時，流速大的地方壓力小，流速小的地方壓力大。如圖Ia和Ib所示，機翼100的上表面是彎曲的，下表面是平坦的，因此在機翼與空氣相對運動時，流過機翼上表面的空氣在同一時間(T)內走過的路程(Sa)比流過機翼下表面的空氣的路程(Sb)遠，所以在機翼上表面的空氣的相對速度比機翼下表面的空氣快 (Va = Sa/T > Vb = Sb/T)。根據帕奴利定理~"流體對周圍的物質產生的壓力與流體的相對速度成反比」，因此機翼上表面的空氣施加給機翼的壓力1 小於機翼下表面的的空氣施加給機翼的壓力冊。&與冊的合力必然向上，這就產生了升力。而飛機接近地面飛行、利用到地面效應時，機翼下表面的空氣施加給機翼的壓力冊會比在高空中更大，即總的浮力更大。本發明的機車同時利用到上面的兩個定理以及地面效應來產生浮力，由於機車接近軌道平面飛行，有效地利用了地面效應，並且讓利用地面效應產生的浮力成為主導的浮力， 這樣就可以做到比普通飛機具有更高的效率。機車起飛後，與軌道的摩擦力減少到最小，如同飛機起飛到空中之後，其能耗就變得非常小，所以運行相同的距離，其能耗比起普通的高速火車要小，這是機車的優勢所在。另外飛行機車的造價遠小於飛機，因為其安全上的考慮比起飛機要少，而且所使用的材料，也比飛機廉價。所以比起飛機，有很大的成本優勢。圖2和圖3示出了本發明的一種實施方式。本發明的有軌飛行機車運行系統，包括機車1、一對導軌2以及限制該機車1的飛行高度的防脫軌機構，機車1的底面18設有車輪3。在機車底面之下從前至後設有若干個機車底翼4，每一個機車底翼4通過若干個支撐筋5與機車底面18相連；各個機車底翼4從前端41至後端42相對於導軌頂面的高度逐漸降低。機車底翼4與導軌頂面之間的夾角以大於0°且小於等於30°為佳。最好是，機車底翼4具有在機車前進時將該機車底翼下方的空氣由兩側向中間壓縮的形狀。圖如至圖 5d示出了機車底翼4的橫截面形狀的幾種不同示例，如圖所示，機車底翼4具有本體部43 和位於本體部43兩側並向下延伸的側翼部44。如圖如所示，機車底翼4的前端的寬度為Li，其後的中間位置寬度為L2 ；前端的高度為H1，其後的中間位置高度為H2，那麼Ll > L2, Hl > H2。因為Ll > L2，所以從前方進到機車底部的氣體會從兩側向中間壓縮，即減小機車底翼之下的氣體流出到機車兩側； 而Hl >H2，所以從前方進到機車底翼之下的氣體會被向下壓縮，而產生更高的氣壓，因此把地面效應發揮得到更佳。在獲得相同的浮力的情況下，飛行機車飛行速度越快，則向內與向下的壓縮率越小，反之亦然。最好是，如圖4b所示，機車底翼4的縱向剖面形狀與飛機機翼的剖面形狀相同。上述的若干個機車底翼以及若干個支撐筋可以是一個或多個。多個支撐筋5相互間隔設置，相鄰的每兩個支撐筋5之間形成氣體通道51。當採用多個機車底翼4時，如圖6 所示，可以將該多個機車底翼4從前到後級聯。由於每一機車底翼的前端在寬度和高度上都大於後端，那麼前後的機車底翼就可以相互重疊，但也可以保持間隔。機車底翼的斜率要根據機車的設計速度不同有所不同；級連的機車底翼是重疊還是保持間隔，要根據設計速度而選擇。每一個機車底翼的斜率以及距離導軌頂面的高度可以根據其所在位置不同而調整，以最大限度的利用地面效應。例如，處於飛行機車後面的機車底翼在高度上比前級略高一些，而斜率比前級略大一些更有利。另外，機車的寬度越寬，則地面效應的利用效率越高，而機車越寬，導軌也就越寬。 為了實現象飛機一樣的飛行效果，使得機車底翼產生的浮力足夠浮起整個機車，可以使機車底翼的橫向寬度大於機車車體的寬度。換句話說，減小單位機車底翼面積上對應的載重量，以實現高速飛行。而另一個方法就是儘量減輕飛行機車的車體重量，如利用輕質而堅固的材料來製造等。在機車底面18與前後級聯的機車底翼4之間的間隙處還可設置若干個渦輪風扇發動機6或電動風扇發動機。加上渦輪風扇發動機6或電動風扇發動機，則會在這個間隙產生高速的氣流，部分氣流會流入機車底翼之下(如圖2中的箭頭Al所示)，而產生一定的浮力，即把部分動力轉化為升力，有利於提高機車的整體浮力。為了更加高效的利用地面效應，在導軌的兩側還設有向內傾斜的圍牆8，圍牆8與地面的夾角以小於90°且大於等於30°為佳，其作用是阻止氣體向兩側水平直接洩露，同時減小機車在飛行時對沿途居民的幹擾。另外，因為機車底翼4與其下方的軌道基面7之間會產生高壓，會導致圍牆8承受一定的高壓，向內側傾斜的圍牆可以靠重心的向內偏移，抵消掉部分壓力，這樣提高了軌道圍牆的使用壽命，也有利於有效地阻擋向兩側洩漏的空氣， 提高機車底翼之下的空氣壓強。另外，還可以在機車的左、右側面上從前至後設置若干個機車底翼4，每一個機車底翼與機車側面相連；各個機車底翼從前端至後端相對於軌道平面的高度逐漸降低。機車底翼4不但向下壓縮空氣，同時也從兩側向中間壓縮空氣，這樣可以進一步提高機車所獲得的浮力。此兩側的機車底翼的寬度越大，則其提供的浮力越大。在圖3所示的實施例中，防脫軌機構包括設置在機車底面18上的多對滾輪91，滾輪91設置在導軌2的軌頭下方，在機車飛行中拉住機車1，使其不至於偏離導軌2。在圖7a和圖7b示出的實施例中，防脫軌機構包括設置在機車上的多對導電側輪 92、設置於一對圍牆8的內側壁上的導電基座82和限位基座81，限位基座81位於導電基座82的上方。各導電側輪92設置在由圍牆8、導電基座82和限位基座81圍成的空腔內， 導電側輪92與設置在導電基座上82的導電線11電接觸。每對導電側輪92通過一對彈性裝置12與機車底面18相連，且各對彈性裝置12的長短互不相同，使得在機車飛行或降落時，多對導電側輪92是以逐對的方式脫離導電線11或與導電線11接觸；機車根據處於導電狀態的導電側輪92的對數來控制機車功率的大小。一旦機車底翼4的浮力太大，機車1 升得太高，就會使得導電側輪92逐對地脫離導電線11，而脫離導電線11的導電側輪92的對數越多，機車1的功率就會減小，直到行駛的速度開始降低；而速度一旦降低，機車1就會下降，從而讓更多的導電側輪92重新接觸導電線11，這樣機車1的功率就會提高，行駛的速度就會提高，這樣反覆數次，機車1的速度就穩定在某個較小的速度範圍內，開始以比較穩定的速度行駛，這可以保證機車不會因為升力太高而脫軌，保證機車的平衡和安全。圖fe和圖8b示出了防脫軌機構的又一種實施方式。該防脫軌機構包括設置在機車底面上的多個導電滾輪93以及設置在導電滾輪93下方的導電線11。導電滾輪93壓在導電線11上，每個導電滾輪93分別通過一彈性裝置12與機車的底面18相連，各彈性裝置 12的長短互不相同，使得在機車飛行或降落時，多個導電滾輪93是以逐個的方式脫離導電線11或與導電線11接觸；機車1根據處於導電狀態的導電滾輪93的數量來控制機車功率的大小。隨著機車的速度提高，機車因受到浮力上升時，會有部分導電滾輪93脫離導電線 11而讓機車失去部分電力，直到讓機車的動力減少，防止機車進一步升高。而當機車1降低時，接觸導電線11的導電滾輪93的數量增加，那麼就可以獲得更多的動力，讓機車再次升高。這樣反覆數次，機車1的速度就穩定在某個較小的速度範圍內，開始以比較穩定的速度行駛，這可以保證機車不會因為升力太高而脫軌，保證機車的平衡和安全。彈性裝置12可採用彈簧。圖9a和圖9b示出了防脫軌機構的又一種實施方式。防脫軌機構包括設置在機車底面18的多組開關94，該多組開關94跟隨機車底面一起升降。每一組開關94均通過接觸一組彈性裝置13而接通，該彈性裝置與車輪的輪軸21相連，各彈性裝置13的長短互不相同，使得在機車飛行或降落時，多組開關94是以逐組的方式接通或斷開；機車根據處於接通狀態的開關數量來控制機車功率的大小。彈性裝置13的上端設有一個T型導體131，該T型導體與其下方的彈性裝置主體之間保持絕緣。當飛行機車高速運行或者飛行時，隨著機車速度的提高，機車由於浮力的增大而逐漸上升，那麼多組開關94會一個接一個地脫離與其電接觸的T型導體，也就是斷開開關。這樣，機車的動力逐漸減小，速度開始降低；而當機車動力減少、速度降低之後，機車車體又會下降，就會使更多的開關94處於接通狀態，從而又給機車加速。如此反覆數次，就可以保證讓機車穩定在某個設定的較小速度範圍內，以比較穩定的速度前進，機車的上升高度也會限制在某個範圍內，而不至於飛的太高。而這個範圍的大小取決於開關的個數，開關的個數越多，那麼這個範圍就越容易精確的確定。彈性裝置13可採用彈簧。圖10示出了機車可獲得的動力與機車運行速度的關係示意圖。機車飛行的臨界狀態就是，機車對車輪沒有壓力，車輪對機車無支撐力也無拉力，因而車輪上的彈簧處於自然伸展狀態。為了增加機車飛行的安全度，在機車底面18還可設置安全栓14，如圖11所示，安全栓的作用是防止機車飛行得太高以拉升車輪而脫軌。為了增加機車的上升浮力，還可在機車的頂面上設置機車頂翼10，如圖1 所示， 每組機車頂翼包括一對轉軸101和兩塊轉板102，該兩塊轉板102分別設置在該一對轉軸 101上。一對轉軸101傾斜設置在機車的頂面17上，轉板102的一側設置在轉軸101上，並可圍繞轉軸轉動。當轉板102調節成阻擋空氣的時候，那麼就受到空氣的反作用力，從而產生浮力Ff，如圖12b所示。此浮力可以分成兩個力，一個是向上的力Fs，另一個是向機車頂面中心的力冊，即向左或者右的力。Fs起到上拉的作用，而1 可以影響機車的方向，當機車因為動力原因或者外界環境的原因而向左或者右偏離時，調節左邊或者右邊的頂翼，就可以在左和右方向上的平衡，防止機車偏離軌道甚至脫軌。機車頂翼之所以設計為傾斜的， 是因為機車在橫向上沒有太多的空間，不能像飛機那樣向兩側延伸。故機車頂翼只能向斜上方延伸。從機車的車頭到車尾，均勻地分布數個這樣的機車頂翼，可以有效地提高機車的總的浮力。 另外，本發明的機車車體的縱向剖面形狀可以設計為與飛機機翼的剖面形狀相同，如圖13所示。機車底面從前到後由高變低，從前方來的空氣會被下洗(意思為向下反射)，能使機車底面之下的空氣壓強變得更大，從而產生更大的浮力，提高機車的升力。當靠近底面時候，下洗的空氣被底面阻擋，從而產生高壓，為機車提供強大的浮力。而機翼型剖面設計，使得空氣流過機車頂面之上的路程大於流過機車底面之下的路程，所以根據帕奴利定理，得到機車頂面之上的空氣氣壓與機車底面之下的氣壓的差距進一步增大，從而增大機車所得到的浮力。
權利要求
1.一種有軌飛行機車運行系統，包括機車以及一對導軌，所述機車的底面設有車輪； 其特徵在於，在所述的機車底面之下從前至後設有若干個機車底翼，每一個機車底翼通過若干個支撐筋與機車底面相連；各個機車底翼從前端至後端相對於導軌頂面的高度逐漸降低；所述有軌飛行機車運行系統還包括限制該機車的飛行高度的防脫軌機構。
2.如權利要求1所述的有軌飛行機車運行系統，其特徵在於，所述的機車底翼具有在機車前進時將該機車底翼下方的空氣由兩側向中間壓縮的形狀。
3.如權利要求1或2所述的有軌飛行機車運行系統，其特徵在於，機車的底面與機車底翼之間設有若干個渦輪風扇發動機或電動風扇發動機。
4.如權利要求1或2所述的有軌飛行機車運行系統，其特徵在於，在所述的機車的左、 右側面上從前至後設有若干個機車底翼，每一個機車底翼與機車側面相連；各個機車底翼從前端至後端相對於軌道平面的高度逐漸降低。
5.如權利要求1或2所述的有軌飛行機車運行系統，其特徵在於，該有軌飛行機車運行系統還包括一對圍牆，該一對圍牆位於所述導軌的兩側，並向內傾斜。
6.如權利要求5所述的有軌飛行機車運行系統，其特徵在於，所述防脫軌機構包括設置在機車上的多對導電側輪、設置於所述一對圍牆的內側壁上的導電基座和限位基座，所述限位基座位於導電基座的上方；各導電側輪設置在由所述圍牆、所述導電基座和所述限位基座圍成的空腔內，導電側輪與設置在導電基座上的導電線電接觸；每對導電側輪通過一對彈性裝置與機車底面相連，且各對彈性裝置的長短互不相同，使得在機車飛行或降落時，多對導電側輪是以逐對的方式脫離導電線或與導電線接觸；所述機車根據處於導電狀態的導電側輪的對數來控制機車功率的大小。
7.如權利要求1所述的有軌飛行機車運行系統，其特徵在於，所述防脫軌機構包括設置在機車底面上的多個導電滾輪以及設置在導電滾輪下方的導電線；導電滾輪壓在導電線上，每個導電滾輪分別通過一彈性裝置與機車的底面相連，各彈性裝置的長短互不相同，使得在機車飛行或降落時，多個導電滾輪是以逐個的方式脫離導電線或與導電線接觸；所述機車根據處於導電狀態的導電滾輪的數量來控制機車功率的大小。
8.如權利要求1所述的有軌飛行機車運行系統，其特徵在於，所述防脫軌機構包括設置在機車底面的多組開關，該多組開關跟隨機車底面一起升降；每一組開關均通過接觸一組彈性裝置而接通，所述彈性裝置與車輪的輪軸相連，各彈性裝置的長短互不相同，使得在機車飛行或降落時，多組開關是以逐組的方式接通或斷開；所述機車根據處於接通狀態的開關數量來控制機車功率的大小。
9.如權利要求1所述的有軌飛行機車運行系統，其特徵在於，該有軌飛行機車運行系統還包括多組機車頂翼，每組機車頂翼包括一對轉軸和兩塊轉板，該兩塊轉板分別設置在該一對轉軸上，所述一對轉軸傾斜設置在機車的頂面上，轉板的一側設置在轉軸上，並可圍繞轉軸轉動。
10.如權利要求1所述的有軌飛行機車運行系統，其特徵在於，所述機車車體的縱向剖面形狀以及機車底翼的縱向剖面形狀與飛機機翼的剖面形狀相同。
全文摘要
本發明公開了一種有軌飛行機車運行系統，包括機車以及一對導軌，機車的底面設有車輪。在機車底面之下從前至後設有若干個機車底翼，每一個機車底翼通過若干個支撐筋與機車底面相連；各個機車底翼從前端至後端相對於導軌頂面的高度逐漸降低；該有軌飛行機車運行系統還包括限制該機車的飛行高度的防脫軌機構。本發明的機車可利用地面效應實現安全可靠的飛行，提高了機車的行駛速度。
文檔編號B61D17/02GK102233878SQ20101015048
公開日2011年11月9日 申請日期2010年4月20日 優先權日2010年4月20日
發明者褚蒙 申請人:褚蒙