[发明专利]悬挂式空气动力列车

说明书

发明一种悬挂式空气动力列车，目的是：一、提高列车运行速度，提高运输能力：二、减少征用土地，避免受地理条件的限制，缩短建设工期，降低总造价：三、提高安全性能。

现有铁路建设都是将轨铺在地上，必须使用大量土地，既不便于保护耕地，同时要支付大笔征地费，并且受复杂地理条件的限制，建设难度大，悬挂式空气动力列车的发明解决了这一问题。如今，可以建造跨山谷、大河、港湾、海峡的大跨度斜拉桥、悬索桥(据《辞海》记载：“1976年英国亨北桥跨度达1410米”)。通过斜拉桥、悬索桥(可以两者并用)将钢轨架设在空中，将列车悬挂起来，离开地面(如附图1所示)。这样还可以减少对地面原有建筑物的破坏，避免征地拆迁安置碰到的一系列困难，省去安置补偿费，并可减轻地面交通负担。

为了将列车悬挂起来，并能来回运行，因此将钢轨设计成开口回形形状(附图2中①)，架设时将开口朝下用高强度钢缆索斜拉将钢轨固定在空中(附图3)，利用许多吊钩装置将列车悬挂在钢轨上，离开地面。吊钩装置(附图4)由主轮(附图中②)、万向轮(附图4中③)、强力弹簧(附图4中④)、横杆(附图4中⑥)、连杆(附图4中⑤)组装而成。主轮和方向轮都为滚动轴承。吊钩装置可沿开口回形钢轨作来回滚动，其位移与列车同方向，同步骤。方向轮安装在连杆上，回形钢轨开口处，与强力弹簧一起，起固定连杆稳定车身，缓冲，转弯时挤压钢轨两侧使改变方向的作用。吊钩装置取代了传统列车的传动装置，以滚动形式取代传动形式，克服了机械传动能量消耗、效率低、传动速率受发动机转速的限制，速度不高的弊病。吊钩装置的滚动运动取决于作用于滚动轴承上的水平力的大小，作用力越大，滚动速度则越快(根据牛顿第二运动定律：F=ma，在质量一定情况下，加速度与外加力成正比)。因此，只要发动机推力足够大，则列车就可达到一个高的速度。

列车运行必须有一个水平的推动力，为了使列车达到一个高的速度，其发动机必须产生足够的水平推力。悬挂式空气动力列车采用空气动力机构。空气动力机构(附图5)安装在车箱腹部，由空气压缩机(附图5中②⑥)，冲压式空气发动机(附图5中③⑦)，制冷装置(附图5中④)，减压装置(附图5中⑤)组合而成。冲压式空气发动机为核心，依次安装空气压缩机、冲压式空气发动机、制冷装置、减压装置为一组，以后类推，可以有三至四组，每一组为一级。起动时，空气压缩机产生高压空气冲压空气发动机发动产生推力(据《辞海》记载：“冲压式空气发动机利用飞行中高速气流在进气道内滞止提高压力(速度冲压)，进入燃烧室，同时喷油燃烧，高温高压燃气以高速度从尾喷管喷出，产生飞行所需推力。优点是构造简单，重量轻，推力大，当以高超音速飞行时发动机效率高，经济性好，但静止不动时发动机不能产生推力……”)，前面一级发动机喷出的高温高压气体经冷却，减压提供给下一级，多级空气发动机产生的合推力为列车所需总动力，推动列车向前高速滚动飞行。将发动机喷出的高温高压气体冷却、减压，一方面减小反推力，同时避免对沿途农作物、居民区、环境的破坏。

列车(特别是在静止时)巨大的重量加在钢轨和高强度钢缆索上，因为桥跨度大，钢轨和钢缆索所承受的拉力巨大，为了减轻这种拉力，可将列车箱设计成流线形状，列车高速运行时，迎面高速空气流作用于列车上产生升力(据《辞海》记载：“物体和空气相对运动时，空气作用于物体上的总空气动力，在垂直于未受扰动的迎面气流方向上的分力为升力，升力大小正比于空气密度，机翼面积，迎角，气流速度的平方以及升力系数的大小。”)，将列车托起，也为了减小空气阻力。列车车箱采用流线偏形子弹头形状(附图6)，列车比现有列车宽，头部象子弹头(附图6中④)，车箱两侧安装隐形翼(附图6中⑤⑥⑦)，一是为了提高升力，二是为了减少占用横向空间；每节车箱底层腹部安装多个翼板，根据运行速度设计翼板形式，可在低速翼型，超临界翼型，高速薄翼型中选择(附图5中⑧)，翼板可转动改变迎角，改变空气作用力：车箱底盘为向上凹形，节节相连，整体形成波浪形状，凸起部分为波峰，凹下部分为波谷，波谷相对空气流方向形成迎角(附图7上图)，波峰在高速空气流从底盘经过时形成低压区域，高压区域空气通过此区域作用于底盘产生向上的升力(附图7上图)；底盘还分布进气孔，进气孔的作用是减少上层高压空气对底盘的作用力削弱升力。尾部安装尾翼，如飞机尾翼(附图6中⑧)(据《辞海》记载：“飞机尾翼在飞行时保证飞机平衡，并提供飞机安定性和飞机操纵性翼面”)。高速空气流作用于隐形翼、腹翼、底盘、尾翼及车身产生总升力，将列车托起。因为钢轨和缆索所受拉力减小，对钢轨和缆索的强度技术要求降低，并可增大桥的跨度，对建设有利。