带翼准悬浮与悬浮高速列车系统技术方案

本发明专利技术带翼准悬浮与悬浮高速列车系统，包括带翼列车部分，钢轨部分，接触网和受电弓部分。其特征是，带翼列车通过在车体顶部和两侧安装单级或多级顶翼和侧翼，在列车高速运行时产生的升力将列车提升，使列车处于准悬浮或悬浮状态；钢轨几何尺寸保证列车作准悬浮或悬浮运行时，安装于车体底架的限位装置和监测装置正常工作，使脱轨系数Q/P处国际标准以下；高铁的接触网和受电弓的几何尺寸适当压缩空间，使顶翼有安装余地。本发明专利技术在安全、可靠、适用、经济原则下，充分利用现有高铁基础设施，提高高速列车运行安全性，同时大幅延长高铁基础设施和列车使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
带翼准悬淳与悬淳高速列车系统
： 本专利技术涉及轨道交通技术与航空飞行技术。
技术介绍
： 20世纪60年代以来，高铁在日、德、法、意、西、韩等国相继兴起并获快速发展。截 止2012年底，世界高铁运营里程已达24000km。 自1964年日本建成高铁东海道新干线，以时速200km/h运营，其后，对速度的追求 成为在安全、可靠、实用、经济原则下发展高铁的一个重要方面。1981年，法国高铁TGV速 度达380km/h;1988年德国ICE高铁最高试验速度达406. 9km/h;2007年，法国的TGV-V150 创当时最高试验速度574. 8km/h;2014年1月我国南车集团制造的CIT500型高铁列车，在 青岛四方机车车辆股份有限公司试验线路上，创造试验速度605km/h的新的世界记录。 我国高铁始于2004年国务院常务会议提出并通过的中长期铁路网规划，该规 划提出建立超过1. 2万km、四纵四横快速客运专线网。自此以后，我国高铁在引进日本、 德国、法国、加拿大等国高铁技术基础上，沿引进、消化、创新路径，飞速发展。十余年来，我 国高铁后来居上，运营总里程2013年底已达11028km，运营速度达300?380km/h，稳居世 界高铁运营里程榜首，成为中国和平崛起的一张金光闪闪的名片，名扬世界。 据报道，我国有近万名科技人员参入轨道交通的技术创新研究与开发。 科技人员的理论和试验研究表明：高铁涉及三大核心技术，即列车与轨道、接触网 的动力作用，空气动力作用，以及列车牵引与制动。 高速列车的轮轨垂向作用力约与速度平方成正比，轮轨垂向力（轴重，尤其是簧 下质量）影响轨道下沉变形，导致轨道不平顺，造成磨损与破坏，并波及轨枕、道床和路基； 轮轨的横向作用力影响列车的稳定性与曲线通过的安全性。 高速列车的空气动力作用，其所受空气阻力约与速度平方成正比，据理论和试验 研究表明，当速度达160km/h时，空气阻力已十分突出，车速达200km/h时，空气阻力占列车 所受总阻力的70%;和谐号CRH380A在京沪高铁以时速486.lkm/h运行，其所受空气阻力 超过总阻力的92%;如果时速达500km/h，则空气阻力占总阻力的95%。列车空气阻力以 外所受阻力，主要就是轮轨垂向力、即轴重造成的摩擦阻力。 高铁列车的能耗用于克服行车阻力，行车阻力一部分是轮轨摩擦阻力，另外大部 分是空气阻力。因此，高铁列车的能耗主要用于克服空气阻力，而空气阻力约与速度平方成 正比，故此，高铁列车的单位距离能耗也大致与列车速度平方成正比。 由于列车所受空气阻力是影响列车速度和能耗的主要因素，因此，减小或消除空 气阻力，便成为人类追求高速和超高速列车的又一个伟大梦想。 1999年，美国机械工程师戴睿?奥斯特提出真空管道磁悬浮列车的美国专利 申请，试图以密封真空管道磁悬浮列车，来达到高速和超高速运输，并大幅降低能耗。2001 年，我国学者张耀平将此概念性技术从美国引入中国，2002年，在美国工程师戴睿?奥斯 特帮助下，我国西南交通大学组建以两院院士沈志云、磁悬浮专家王家素和学者张耀平等 参入的真空管道运输研究所，在国家经费支持下，2006年开始作理论和试验研究。据 该研究所称，他们第一步将在2020?2030年实现普通真空高铁时速500-600km/h的运 营；第二步二、三年后开展时速超过l〇〇〇km/h的低真空磁悬浮列车研究；第三步开展时速 4000-20000km/h的高真空磁悬浮列车的理论研究。该研究所称，真空管道磁悬浮高速交通， 由于管道密封，没空气摩擦，磁悬浮列车可以惊人高速运行，具有一系列优越性，诸如： 无需车载过多电源，安全性高，能静止悬浮，启动耗能少，运行噪音低，车体轻，适 合高频发车，大幅降低路基和轨道成本，以及可在海底和气候恶劣地区不受任何影响安全 运营，等等。 在目前世界上认真研究真空管道磁悬浮运输系统的三个国家（美国、瑞士、中国） 中，我国居于首位，除理论研究外，也开展了试验研究。 不过，真空管道磁悬浮列车自申请专利以来，世界开展认真研究的仅三家，连精于 模仿的日本也不为所动，可见，真空管道磁悬浮列车的开发前景包含许多风险。 其一，真空管道磁悬浮列车系统的基础设施与传统铁路（包括高铁）截然不同，包 括真空管道、磁悬浮系统、列车、隧道、桥涵等的基础设施建设的投入费用将是天文数字；尤 其是在山区建设平直（大曲率半径）隧道、桥梁，在海底建设隧道都将是人类史上费用极为 巨大的宏伟工程。 其二，由于管道密封和处于真空状态，故事故处理、灾难救援的难度大为增加。 其三，整个系统的维护费用（如保持管道真空）也将非常巨大。 由于这些难于克服的本质性弊端和弱点，设想依靠真空管道磁悬浮运输系统消除 空气阻力为人类提供高速甚至超高速的安全运营工具，恐怕未来几十年都将停留于理论研 究和小尺寸、小规模模型试验阶段，成为可望而不可及的纸上宏伟工程。 另外，就
技术介绍
而言，不能不提及，随着高铁列车提速，那么，在轨道上的列车通 过流量将成比例增加，速度增加一倍，则流量也增加一倍。如前所述，高速列车运行时，其轮 轨垂向力大约与速度平方成正比，除掉列车运行时产生的升力，轮轨垂向力导致轨道下沉 变形，轨道不平顺，造成磨损和破坏，并波及轨枕、道床和路基，故列车提速，这种负面影响 势必大为加剧，它们影响到车辆、轨道、路基使用寿命，这一点决不容忽视。 为了提高高速列车安全运营速度，同时降低轮轨垂向力对轮轨、车辆、路基的负面 影响，延长车辆、铁轨、路基使用寿命，本专利技术试图给高速列车装上顶翼和侧翼，以高速列车 运行时顶翼和侧翼产生的升力来降低轮轨垂向力，这就需要略提飞行技术背景。 现代飞行技术已十分成熟，下面列出飞机的升力和阻力公式，可以看出，从空气动 力学角度看，它们与高铁列车所受升力和阻力有类似之处。 飞机机翼所产力的升力可表示为本文档来自技高网...

【技术保护点】
带翼准悬浮与悬浮高速列车系统，包括：带翼列车部分，钢轨部分，接触网和受电弓部分；所述带翼列车部分，其特征是，不论动车或拖车，都安装有单级或多级顶翼和侧翼；顶翼安装于车体顶部，以枢轴和支架与车体联结；顶翼翼型、展弦比和面积，由设计要求和风洞实验确定；顶翼后缘由液压装置与车体联接，以控制顶翼的迎角；同时，选用在顶翼上表面(前缘或后缘)设置抽、喷气孔进行附面层控制，增减顶翼升力或顶翼的摩擦阻力；选用襟翼和扰流板等调节顶翼的升力或阻力；顶翼枢轴由支架与车体联结，列车高速运行时顶翼产生的升力通过枢轴和支架提升车体，支架由合金钢等材质构成；顶翼取三角翼形状；侧翼安装在车体两侧，其翼型、展弦比和面积由设计要求和风洞试验确定；侧翼取三角翼形状；侧翼以内置合金钢支架与车体联接，列车高速运行时侧翼产生的升力通过支架提升车体；列车顶翼和侧翼的展长必须处在高铁基础设施安全营运宽度限制以内；当列车顶翼和侧翼产生的总升力小于车体总轴重，列车做准悬浮运行；安装于车体底架和转向架上的轮轨限位装置、轮轨垂向力监测装置与横向力监测装置及其它轮轨监测装置，确保处准悬浮状态的高速列车的脱轨系数Q/P低于国际标准值，保障列车不发生爬轨、跳轨、蛇行脱轨等脱轨事故；当列车顶翼和侧翼产生的总升力大于车体总轴重，列车做悬浮运行，安装于车体底架的抱轨装置、和安装于底架和转向架上的轮轨限位装置与轮轨垂向力与横向力监测装置和其它轮轨监测装置，确保处悬浮状态的高速列车不发生脱轨事故；所述钢轨部分，其特征是，其几何尺寸确保可以有效配合列车高速准悬浮运行或悬浮运行时，安装于列车底架上的限位装置、抱轨装置与轮轨垂向力和横向力监测装置及其它轮轨监测装置的正常工作，保障列车高速准悬浮或悬浮运行时不发生脱轨事故；所述接触网和受电弓部分，其特征是，为充分利用现有高铁基础设施，带翼准悬浮与悬浮高速列车系统的接触网和受电弓应压缩所占空间，提升接触网输电线高度；安装于拖车或动车上的受电弓，装于列车顶翼前方或后方，以不受顶翼空气动力学特性影响为度，为此，安装受电弓的拖车或动车，其所装顶翼的翼型、展弦比、面积、安装位置及其它调控顶翼升力、阻力和空气流动状态的方式，也都相应调整，使受电弓与接触网的接触能够在列车做准悬浮或悬浮运行时，给列车安全、可靠输电。...

【技术特征摘要】
1.带翼准悬浮与悬浮高速列车系统，包括：带翼列车部分，钢轨部分，接触网和受电弓 部分；所述带翼列车部分，其特征是，不论动车或拖车，都安装有单级或多级顶翼和侧翼； 顶翼安装于车体顶部，以枢轴和支架与车体联结；顶翼翼型、展弦比和面积，由设计要求和 风洞实验确定；顶翼后缘由液压装置与车体联接，以控制顶翼的迎角；同时，选用在顶翼上 表面（前缘或后缘）设置抽、喷气孔进行附面层控制，增减顶翼升力或顶翼的摩擦阻力；选 用襟翼和扰流板等调节顶翼的升力或阻力；顶翼枢轴由支架与车体联结，列车高速运行时 顶翼产生的升力通过枢轴和支架提升车体，支架由合金钢等材质构成；顶翼取三角翼形状； 侧翼安装在车体两侧，其翼型、展弦比和面积由设计要求和风洞试验确定；侧翼取三角翼 形状；侧翼以内置合金钢支架与车体联接，列车高速运行时侧翼产生的升力通过支架提升 车体；列车顶翼和侧翼的展长必须处在高铁基础设施安全营运宽度限制以内；当列车顶翼 和侧翼产生的总升力小于车体总轴重，列车做准悬浮运行；安装于车体底架和转向架上的 轮轨限位装置、轮轨垂向力监测装置与横向力监测装置及其它轮轨监测装置，确保处准悬 浮状态的...

【专利技术属性】
技术研发人员：康子纯，
申请(专利权)人：康子纯，
类型：发明
国别省市：湖南;43