超高速管道飞行器系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种超高速管道飞行器系统，交通运输技术领域。系统包括飞行器分系统、管道分系统、悬浮推进分系统、供电分系统和运行控制分系统；飞行器分系统用于装载和运送乘客；管道分系统内部抽成接近真空的低气压环境，供飞行器往返使用；悬浮推进分系统用于提供飞行器行驶所需的悬浮力、导向力和推进力；供电分系统提供系统运行所需要的能量；运行控制分系统根据运行计划办理飞行器运行进路，实时控制和监督飞行器运行速度。本实用新型专利技术利用高温超导磁悬浮装置将飞行器悬浮在铺设于管道内的磁悬浮轨道上，实现在地面以接近声速甚至超声速的速度高速载货或载人运输。

Ultra high speed pipeline aircraft system

The utility model discloses an ultra high speed pipeline aircraft system and the technical field of traffic and transportation. The system includes vehicle subsystem, pipeline system, suspension system, to promote the power supply system and operation control system; vehicle system for loading and transporting passengers; pipeline system of internal air pressure near vacuum environment, for aircraft usage; suspension propulsion subsystem is used to provide vehicle driving force, suspension the guiding force and thrust force; power supply system provides the energy required for system operation; operation control system according to the operation plan for vehicle running route, real-time control and supervision of vehicle running speed. The utility model utilizes high temperature superconducting magnetic levitation device to suspend an aircraft in a magnetic levitation track laid in a pipeline, and realizes high-speed loading or manned transportation on the ground at near the speed of sound or even supersonic.

【技术实现步骤摘要】
超高速管道飞行器系统
本技术涉及交通运输
，具体涉及一种在真空管道内高速运行的飞行器系统。
技术介绍
目前，我国一线城市之间距离多在1000-2000公里，省会/二线城市之间多在300-3000公里，但是1小时内,高铁运行不到350公里，民航客机不到900公里，远途旅行时间长，只能通过“商务座”、“头等舱”形式加大乘坐空间等手段来提高远途旅行舒适性，但必须以高票价为代价，使得高舒适远途旅行成为普通人的“奢侈品”，因此，未来远途交通工具需要具备超高速度运行大幅缩短旅行时间来跨越提升舒适性的能力。2015年，我国流动人口规模达已经2.47亿人，占总人口的18％，相当于每六个人中有一个是流动人口。未来人们远途工作出差、探亲访友和旅游的频次将不断续增多，远程交通工具与人们工作生活的联系将更为紧密。人们在远途出差和旅行时，总是希望能够依据个人的工作和生活具体时间安排，更为自由地选择出发/到达时间，并且所乘交通工具的换乘方式和流程简单，在旅途中滞留时间更短。然而，目前人们长途旅行受到火车和飞机的影响还很大，自由、便捷性还不够。因此，未来远途交通工具需要具备换乘简单、发车频次高、快速到达等能力以实现自由便捷性的大幅提高。交通产业作为重大基础设施，是带动国家经济和就业等持续增长的重要领域，需要不断探索能够形成市场占有率优势的新交通工具，促进国家发展。按照开锐客运市场占有率模型，旅行时间是赢得客运市场占有率的首要因素。1804年，英国人德里维克制造出世界上第一台蒸气机车，此后经过近200年发展，火车成功占据了陆上长途运输市场的主要份额。1919年，英国制造了DH-16单发动机4座专用客机，之后近100年，民用航空以高速飞行缩短旅途时间的绝对优势，成功抢占了火车占有的部分长途运输市场份额。为应对竞争，铁路领域聚焦速度，大力发展高速铁路，如我国到2015年就建成1.8万公里高铁，以高特为主骨干的快速铁路网络总规模达到4万公里，成功稳住了市场占有率。火车和飞机进入细化市场，以及综合比拼旅行时间、票价、安全性、服务的阶段，交通体系整体得到良性发展。因此，未来远途交通工具需要在综合旅行时间、票价、安全性、服务等的能力方面出现大幅提升，具备激烈竞争条件下抢占远途运输市场份额的能力，从而有效推动交通产业整体持续发展。目前，远程快速交通工具主要是高速铁路、喷气式客机。其中，高速铁路运行速度约250～400公里/小时，喷气式客机运行速度约600～900公里/小时。喷气式客机的主要优势是速度快和受地理影响小，客机从空中点对点飞行，基本不受地表形貌限制，可以跨海或到达偏远/山地/岛屿/冰原等特殊地区。但是，喷气式客机未来综合性能大幅提升的空间小，主要体现在：旅行时间持续缩短难度大。主要有两个方面原因，一是空中飞行速度大幅提升代价高。自1903年莱特兄弟制造首架飞机以来，民航领域一直在努力提高飞行速度，1968～1969年，欧洲和苏联分别试飞“协和”号和图-144超声速客机。但是，大型客机在稠密大气层飞行，速度提升到超声速以上，将出现严重的噪声、音爆、高油耗和大气污染等问题。例如，“协和”号飞行速度最大马赫数2，起降噪音接近120分贝，远超过人正常生活可承受的最大75～90分贝，油耗达到20.5吨/小时，因此，在小规模商业运营27年后，于2003年黯然退役，目前商业运营的大型客机基本都是亚声速飞行。二是额外旅途时间难以缩短。由于飞机起降空间限制和噪声影响等，机场通常必须远离人口密集的市区，导致人们从住地到机场通常需要耗费较长时间，进入机场后还需要经过复杂的安检、检票、候机流程。飞机在空中飞机的速度优势，在一定距离内，被登机前和到站后所消耗的时间抵消，而这些在地面消耗的时间还没有有效的解决方案。以国内大型城市为例，从出发地市区到机场、进入机场到起飞、降落后到达目的地市区，通常平均分别需要约1个小时，总额外时间约3个小时。从北京到济南、上海、广州的直线距离分别大约360、1000和2000公里，虽然目前客机在空中飞行时间最快分别可以达到1小时10分钟、2小时10分钟、3小时20分钟，但是总旅行时间实际上分别需要4、5和6.5个小时甚至更长。舒适性持续提升的空间小。主要有两个方面原因，一是大气乱流的影响增多。大气中普遍存在乱流，飞机在紊乱的气流中飞行，会产生左右摇晃、上下抛掷和机身抖动的现象，上下高度经常在可达数十米甚至数百米的范围内快速变化，严重影响乘客舒适度，并且还有危险性，近年来，每年都有颠簸受伤事件发生，2008年，上海航空公司一架飞机受乱流影响造成机上20余人受伤。根据世界气象组织会议的预测，到2050年，由于全球变暖，航空乘客遇到的乱流数量将是目前的两倍，且飞机难以避免。二是气象条件的影响频繁。航班延误指比计划降落时间延迟30分钟以上。为了保证飞行安全，飞机需要达到符合起飞、飞行、降落的天气标准，才能准许起降，这些天气标准包括出发地和目的地机场状况(如能见度、低空云、雷雨区、强侧风等)、飞行航路上的气象情况(如高空雷雨区)，以及因恶劣天气导致的后续状况(如跑道结冰、严重积水等)。目前，天气原因是造成航班延误的主要原因之一，随着全球变暖，未来恶劣/极端气象将更为频繁，乘客旅行体验受气象条件的影响将难以避免。高速铁路的主要优势是准点率、安全系数高以及舒适性好。高铁运行平稳，并采取减震、隔音等措施，车内环境安静；火车站能够在市区修建，与城市地铁系统直接无缝驳接，额外旅途时间比飞机少，乘客旅途综合体验优于飞机。高铁在相对封闭环境中自动化运行，安全性高，如京广高铁武广段开通运营6年来从未发生人员伤亡事故，日本新干线从1964年开通至今运行52年来从未发生过一起人员伤亡事故。但高速铁路未来综合性能大幅提升的空间也较小，主要体现在：旅行时间可减小量已经接近极限。火车在地面行驶需要克服机械摩擦阻力和空气阻力。一方面，轮轨高速铁路的机械摩擦阻力主要来自车轮与铁轨之间的滚动摩擦，以及电机到车轮之间的传动摩擦，持续减小的技术难度大。另一方面，由于空气阻力与列车运行速度的平方成正比列车速度提升1倍，空气阻力将增大4倍，当列车在地面大气环境中速度达到500公里/小时，列车需要克服的空气阻力在总阻力中的比例将达到92％，摩擦阻力仅占8％。目前，高铁实际运行速度最大仅为300公里/小时左右，试验条件下的最高速度为600公里/小时左右。传统铁路进入高铁时代后，未来实际运行速度大幅提升的难度大，远途旅行时乘坐高铁所需时间仍然较长。例如，从北京到广州，目前乘坐高铁最快也需要9小时18分左右，接近飞机3倍，即使乘坐7:40的最早班车，也要到17:14才能抵达，朝发才能夕至，舒适度、便捷性难以满足未来人们远途旅行需求。远途高速运营成本高。高速列车运行所需能耗与速度的三次方成正比(N＝κρSv3)，提高速度必然伴随高能耗、高成本。中国铁路总公司总经理盛光祖接受采访时表示，高铁时速提高50公里，成本将提高三分之一左右，主要是电价、零部件磨损和维修成本加大。因此，远距离的高速铁路为保证运营利润，不得不采取以下措施：一是提高票价。例如，从北京到广州，目前高铁的票价为一等座1380元，二等座862元，实际上已经接近飞机平时的市场价格，竞争力大幅降低。二是减少本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超高速管道飞行器系统，该系统包括飞行器分系统、管道分系统、悬浮推进分系统、供电分系统和运行控制分系统；所述飞行器分系统用于装载和运送乘客并在管道分系统的真空管道内运行；所述管道分系统有两条真空管道并列平行放置，管道内部抽成接近真空的低气压环境，供飞行器往返使用，管道仅维持飞行器分系统高速运行所需的真空环境，不承担飞行器及轨道的承力功能；所述悬浮推进分系统用于提供飞行器行驶所需的悬浮力、导向力和推进力；所述供电分系统采用太阳能发电与电网供电相结合的方式提供系统运行所需要的能量；所述运行控制分系统根据运行计划办理飞行器运行进路，保证进路正确安全；实时控制和监督飞行器运行速度，防止飞行器超速；调整飞行器追踪问隔，保证运行安全。

【技术特征摘要】
1.一种超高速管道飞行器系统，该系统包括飞行器分系统、管道分系统、悬浮推进分系统、供电分系统和运行控制分系统；所述飞行器分系统用于装载和运送乘客并在管道分系统的真空管道内运行；所述管道分系统有两条真空管道并列平行放置，管道内部抽成接近真空的低气压环境，供飞行器往返使用，管道仅维持飞行器分系统高速运行所需的真空环境，不承担飞行器及轨道的承力功能；所述悬浮推进分系统用于提供飞行器行驶所需的悬浮力、导向力和推进力；所述供电分系统采用太阳能发电与电网供电相结合的方式提供系统运行所需要的能量；所述运行控制分系统根据运行计划办理飞行器运行进路，保证进路正确安全；实时控制和监督飞行器运行速度，防止飞行器超速；调整飞行器追踪问隔，保证运行安全。2.如权利要求1所述的超高速管道飞行器系统，其特征在于，所述飞行器分系统包括机体、人机环境模块和车载电源；机体内部分隔成控制室、乘客室、行李室和机载电池室，机体总重不大于10吨；人机环境模块乘客转变符合生存条件的气压、符合大气成分的空气、以及适宜的温湿度和人机交互设备；机载电源提供机上控制设备、生命保障设备与照明设备所需电能。3.如权利要求1或2所述的超高速管道飞行器系统，其特征在于，所述管道分系统包括管道、真空设备、接驳装置和路基桥隧；真空设备由大型真空泵系和小型真空泵系两部分组成，大型真空泵系用于初始或特殊状态下抽出整个管道的大量空气，此时需要选用大型真空泵，保证在较短时间获取真空环境；真空保持系统用于在平时运营过程中保证真空环境平稳可靠，由于管道及接缝存在的漏率，使得真空环境压力逐渐增大，为了保持管道内部真空环境平稳，若开启或部分开启大型真空泵系统可能造成管道内局部压力不均衡，影响飞行器行驶安全，在管道的接缝处设置小型真空泵系；接驳装置用于实现站点间的乘客换乘；路基桥隧为铺设管道的基础土建工程。4.如权利要求1所述的超高速管道飞行器系统，...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛凯，黄承静，赵明，杨慧君，史晓丽，刘国鉴，
申请(专利权)人：北京机电工程研究所，
类型：新型
国别省市：北京,11