帶翼準(zhǔn)懸浮與懸浮高速列車系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明帶翼準(zhǔn)懸浮與懸浮高速列車系統(tǒng)，包括帶翼列車部分，鋼軌部分，接觸網(wǎng)和受電弓部分。其特征是，帶翼列車通過(guò)在車體頂部和兩側(cè)安裝單級(jí)或多級(jí)頂翼和側(cè)翼，在列車高速運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的升力將列車提升，使列車處于準(zhǔn)懸浮或懸浮狀態(tài)；鋼軌幾何尺寸保證列車作準(zhǔn)懸浮或懸浮運(yùn)行時(shí)，安裝于車體底架的限位裝置和監(jiān)測(cè)裝置正常工作，使脫軌系數(shù)Q/P處國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)以下；高鐵的接觸網(wǎng)和受電弓的幾何尺寸適當(dāng)壓縮空間，使頂翼有安裝余地。本發(fā)明在安全、可靠、適用、經(jīng)濟(jì)原則下，充分利用現(xiàn)有高鐵基礎(chǔ)設(shè)施，提高高速列車運(yùn)行安全性，同時(shí)大幅延長(zhǎng)高鐵基礎(chǔ)設(shè)施和列車使用壽命。
【專利說(shuō)明】帶翼準(zhǔn)懸淳與懸淳高速列車系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】：
[0001] 本發(fā)明涉及軌道交通技術(shù)與航空飛行技術(shù)。

【背景技術(shù)】：
[0002] 20世紀(jì)60年代以來(lái)，高鐵在日、德、法、意、西、韓等國(guó)相繼興起并獲快速發(fā)展。截 止2012年底，世界高鐵運(yùn)營(yíng)里程已達(dá)24000km。
[0003] 自1964年日本建成高鐵東海道新干線，以時(shí)速200km/h運(yùn)營(yíng)，其后，對(duì)速度的追求 成為在安全、可靠、實(shí)用、經(jīng)濟(jì)原則下發(fā)展高鐵的一個(gè)重要方面。1981年，法國(guó)高鐵TGV速 度達(dá)380km/h;1988年德國(guó)ICE高鐵最高試驗(yàn)速度達(dá)406. 9km/h;2007年，法國(guó)的TGV-V150 創(chuàng)當(dāng)時(shí)最高試驗(yàn)速度574. 8km/h;2014年1月我國(guó)南車集團(tuán)制造的CIT500型高鐵列車，在 青島四方機(jī)車車輛股份有限公司試驗(yàn)線路上，創(chuàng)造試驗(yàn)速度605km/h的新的世界記錄。
[0004] 我國(guó)高鐵始于2004年國(guó)務(wù)院常務(wù)會(huì)議提出并通過(guò)的"中長(zhǎng)期鐵路網(wǎng)規(guī)劃"，該規(guī) 劃提出建立超過(guò)1. 2萬(wàn)km、"四縱四橫"快速客運(yùn)專線網(wǎng)。自此以后，我國(guó)高鐵在引進(jìn)日本、 德國(guó)、法國(guó)、加拿大等國(guó)高鐵技術(shù)基礎(chǔ)上，沿引進(jìn)、消化、創(chuàng)新路徑，飛速發(fā)展。十余年來(lái)，我 國(guó)高鐵后來(lái)居上，運(yùn)營(yíng)總里程2013年底已達(dá)11028km，運(yùn)營(yíng)速度達(dá)300?380km/h，穩(wěn)居世 界高鐵運(yùn)營(yíng)里程榜首，成為中國(guó)和平崛起的一張金光閃閃的名片，名揚(yáng)世界。
[0005] 據(jù)報(bào)道，我國(guó)有近萬(wàn)名科技人員參入軌道交通的技術(shù)創(chuàng)新研究與開(kāi)發(fā)。
[0006] 科技人員的理論和試驗(yàn)研究表明：高鐵涉及三大核心技術(shù)，即列車與軌道、接觸網(wǎng) 的動(dòng)力作用，空氣動(dòng)力作用，以及列車牽引與制動(dòng)。
[0007] 高速列車的輪軌垂向作用力約與速度平方成正比，輪軌垂向力（軸重，尤其是簧 下質(zhì)量）影響軌道下沉變形，導(dǎo)致軌道不平順，造成磨損與破壞，并波及軌枕、道床和路基； 輪軌的橫向作用力影響列車的穩(wěn)定性與曲線通過(guò)的安全性。
[0008] 高速列車的空氣動(dòng)力作用，其所受空氣阻力約與速度平方成正比，據(jù)理論和試驗(yàn) 研究表明，當(dāng)速度達(dá)160km/h時(shí)，空氣阻力已十分突出，車速達(dá)200km/h時(shí)，空氣阻力占列車 所受總阻力的70%;和諧號(hào)CRH380A在京滬高鐵以時(shí)速486.lkm/h運(yùn)行，其所受空氣阻力 超過(guò)總阻力的92%;如果時(shí)速達(dá)500km/h，則空氣阻力占總阻力的95%。列車空氣阻力以 外所受阻力，主要就是輪軌垂向力、即軸重造成的摩擦阻力。
[0009] 高鐵列車的能耗用于克服行車阻力，行車阻力一部分是輪軌摩擦阻力，另外大部 分是空氣阻力。因此，高鐵列車的能耗主要用于克服空氣阻力，而空氣阻力約與速度平方成 正比，故此，高鐵列車的單位距離能耗也大致與列車速度平方成正比。
[0010] 由于列車所受空氣阻力是影響列車速度和能耗的主要因素，因此，減小或消除空 氣阻力，便成為人類追求高速和超高速列車的又一個(gè)偉大夢(mèng)想。
[0011] 1999年，美國(guó)機(jī)械工程師戴睿?奧斯特提出"真空管道磁懸浮列車"的美國(guó)專利 申請(qǐng)，試圖以密封真空管道磁懸浮列車，來(lái)達(dá)到高速和超高速運(yùn)輸，并大幅降低能耗。2001 年，我國(guó)學(xué)者張耀平將此概念性技術(shù)從美國(guó)引入中國(guó)，2002年，在美國(guó)工程師戴睿?奧斯 特幫助下，我國(guó)西南交通大學(xué)組建以兩院院士沈志云、磁懸浮專家王家素和學(xué)者張耀平等 參入的"真空管道運(yùn)輸研究所"，在國(guó)家經(jīng)費(fèi)支持下，2006年開(kāi)始作理論和試驗(yàn)研究。據(jù) 該研究所稱，他們第一步將在2020?2030年實(shí)現(xiàn)普通真空高鐵時(shí)速500-600km/h的運(yùn) 營(yíng)；第二步二、三年后開(kāi)展時(shí)速超過(guò)l〇〇〇km/h的低真空磁懸浮列車研究；第三步開(kāi)展時(shí)速 4000-20000km/h的高真空磁懸浮列車的理論研究。該研究所稱，真空管道磁懸浮高速交通， 由于管道密封，沒(méi)空氣摩擦，磁懸浮列車可以驚人高速運(yùn)行，具有一系列優(yōu)越性，諸如：
[0012] 無(wú)需車載過(guò)多電源，安全性高，能靜止懸浮，啟動(dòng)耗能少，運(yùn)行噪音低，車體輕，適 合高頻發(fā)車，大幅降低路基和軌道成本，以及可在海底和氣候惡劣地區(qū)不受任何影響安全 運(yùn)營(yíng)，等等。
[0013] 在目前世界上認(rèn)真研究真空管道磁懸浮運(yùn)輸系統(tǒng)的三個(gè)國(guó)家（美國(guó)、瑞士、中國(guó)） 中，我國(guó)居于首位，除理論研究外，也開(kāi)展了試驗(yàn)研究。
[0014] 不過(guò)，真空管道磁懸浮列車自申請(qǐng)專利以來(lái)，世界開(kāi)展認(rèn)真研究的僅三家，連精于 模仿的日本也不為所動(dòng)，可見(jiàn)，真空管道磁懸浮列車的開(kāi)發(fā)前景包含許多風(fēng)險(xiǎn)。
[0015] 其一，真空管道磁懸浮列車系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)施與傳統(tǒng)鐵路（包括高鐵）截然不同，包 括真空管道、磁懸浮系統(tǒng)、列車、隧道、橋涵等的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的投入費(fèi)用將是天文數(shù)字；尤 其是在山區(qū)建設(shè)平直（大曲率半徑）隧道、橋梁，在海底建設(shè)隧道都將是人類史上費(fèi)用極為 巨大的宏偉工程。
[0016] 其二，由于管道密封和處于真空狀態(tài)，故事故處理、災(zāi)難救援的難度大為增加。
[0017] 其三，整個(gè)系統(tǒng)的維護(hù)費(fèi)用（如保持管道真空）也將非常巨大。
[0018] 由于這些難于克服的本質(zhì)性弊端和弱點(diǎn)，設(shè)想依靠真空管道磁懸浮運(yùn)輸系統(tǒng)消除 空氣阻力為人類提供高速甚至超高速的安全運(yùn)營(yíng)工具，恐怕未來(lái)幾十年都將停留于理論研 究和小尺寸、小規(guī)模模型試驗(yàn)階段，成為可望而不可及的"紙上宏偉工程"。
[0019] 另外，就【背景技術(shù)】而言，不能不提及，隨著高鐵列車提速，那么，在軌道上的列車通 過(guò)流量將成比例增加，速度增加一倍，則流量也增加一倍。如前所述，高速列車運(yùn)行時(shí)，其輪 軌垂向力大約與速度平方成正比，除掉列車運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的升力，輪軌垂向力導(dǎo)致軌道下沉 變形，軌道不平順，造成磨損和破壞，并波及軌枕、道床和路基，故列車提速，這種負(fù)面影響 勢(shì)必大為加劇，它們影響到車輛、軌道、路基使用壽命，這一點(diǎn)決不容忽視。
[0020] 為了提高高速列車安全運(yùn)營(yíng)速度，同時(shí)降低輪軌垂向力對(duì)輪軌、車輛、路基的負(fù)面 影響，延長(zhǎng)車輛、鐵軌、路基使用壽命，本發(fā)明試圖給高速列車裝上頂翼和側(cè)翼，以高速列車 運(yùn)行時(shí)頂翼和側(cè)翼產(chǎn)生的升力來(lái)降低輪軌垂向力，這就需要略提飛行技術(shù)背景。
[0021] 現(xiàn)代飛行技術(shù)已十分成熟，下面列出飛機(jī)的升力和阻力公式，可以看出，從空氣動(dòng) 力學(xué)角度看，它們與高鐵列車所受升力和阻力有類似之處。
[0022] 飛機(jī)機(jī)翼所產(chǎn)力的升力可表示為

【權(quán)利要求】
1.帶翼準(zhǔn)懸浮與懸浮高速列車系統(tǒng)，包括：帶翼列車部分，鋼軌部分，接觸網(wǎng)和受電弓 部分；所述帶翼列車部分，其特征是，不論動(dòng)車或拖車，都安裝有單級(jí)或多級(jí)頂翼和側(cè)翼； 頂翼安裝于車體頂部，以樞軸和支架與車體聯(lián)結(jié)；頂翼翼型、展弦比和面積，由設(shè)計(jì)要求和 風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)確定；頂翼后緣由液壓裝置與車體聯(lián)接，以控制頂翼的迎角；同時(shí)，選用在頂翼上 表面（前緣或后緣）設(shè)置抽、噴氣孔進(jìn)行附面層控制，增減頂翼升力或頂翼的摩擦阻力；選 用襟翼和擾流板等調(diào)節(jié)頂翼的升力或阻力；頂翼樞軸由支架與車體聯(lián)結(jié)，列車高速運(yùn)行時(shí) 頂翼產(chǎn)生的升力通過(guò)樞軸和支架提升車體，支架由合金鋼等材質(zhì)構(gòu)成；頂翼取三角翼形狀； 側(cè)翼安裝在車體兩側(cè)，其翼型、展弦比和面積由設(shè)計(jì)要求和風(fēng)洞試驗(yàn)確定；側(cè)翼取三角翼 形狀；側(cè)翼以內(nèi)置合金鋼支架與車體聯(lián)接，列車高速運(yùn)行時(shí)側(cè)翼產(chǎn)生的升力通過(guò)支架提升 車體；列車頂翼和側(cè)翼的展長(zhǎng)必須處在高鐵基礎(chǔ)設(shè)施安全營(yíng)運(yùn)寬度限制以內(nèi)；當(dāng)列車頂翼 和側(cè)翼產(chǎn)生的總升力小于車體總軸重，列車做準(zhǔn)懸浮運(yùn)行；安裝于車體底架和轉(zhuǎn)向架上的 輪軌限位裝置、輪軌垂向力監(jiān)測(cè)裝置與橫向力監(jiān)測(cè)裝置及其它輪軌監(jiān)測(cè)裝置，確保處準(zhǔn)懸 浮狀態(tài)的高速列車的脫軌系數(shù)Q/P低于國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)值，保障列車不發(fā)生爬軌、跳軌、蛇行脫軌 等脫軌事故；當(dāng)列車頂翼和側(cè)翼產(chǎn)生的總升力大于車體總軸重，列車做懸浮運(yùn)行，安裝于車 體底架的抱軌裝置、和安裝于底架和轉(zhuǎn)向架上的輪軌限位裝置與輪軌垂向力與橫向力監(jiān)測(cè) 裝置和其它輪軌監(jiān)測(cè)裝置，確保處懸浮狀態(tài)的高速列車不發(fā)生脫軌事故；所述鋼軌部分，其 特征是，其幾何尺寸確?？梢杂行浜狭熊嚫咚贉?zhǔn)懸浮運(yùn)行或懸浮運(yùn)行時(shí)，安裝于列車底 架上的限位裝置、抱軌裝置與輪軌垂向力和橫向力監(jiān)測(cè)裝置及其它輪軌監(jiān)測(cè)裝置的正常工 作，保障列車高速準(zhǔn)懸浮或懸浮運(yùn)行時(shí)不發(fā)生脫軌事故；所述接觸網(wǎng)和受電弓部分，其特征 是，為充分利用現(xiàn)有高鐵基礎(chǔ)設(shè)施，帶翼準(zhǔn)懸浮與懸浮高速列車系統(tǒng)的接觸網(wǎng)和受電弓應(yīng) 壓縮所占空間，提升接觸網(wǎng)輸電線高度；安裝于拖車或動(dòng)車上的受電弓，裝于列車頂翼前方 或后方，以不受頂翼空氣動(dòng)力學(xué)特性影響為度，為此，安裝受電弓的拖車或動(dòng)車，其所裝頂 翼的翼型、展弦比、面積、安裝位置及其它調(diào)控頂翼升力、阻力和空氣流動(dòng)狀態(tài)的方式，也都 相應(yīng)調(diào)整，使受電弓與接觸網(wǎng)的接觸能夠在列車做準(zhǔn)懸浮或懸浮運(yùn)行時(shí)，給列車安全、可靠 輸電。
【文檔編號(hào)】B60L5/18GK104442859SQ201410636192
【公開(kāi)日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年11月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月13日
【發(fā)明者】康子純 申請(qǐng)人:康子純