真空管道流体膜悬浮车系统技术方案

本发明专利技术涉及一种真空管道流体膜悬浮车系统，该系统将低气压的真空管道与流体膜悬浮车相结合，流体膜悬浮车依靠流体动压效应直接在底盘与轨道面之间形成压力流体膜而悬浮行驶在真空管道中。本发明专利技术通过降低真空管道中的气压以降低管道中气体的密度、流体膜中流体的粘性、流体膜中流体的沸点。气体密度的降低可以降低行驶过程中的压差阻力；流体膜中流体粘性的降低可以降低列车底盘上的粘性阻力；流体膜中流体沸点的降低可以促进流体膜在气动加热作用下自动发生相变过程以增加流体膜厚度、提高载重能力、降低流体膜粘性以及降低列车底盘的粘性阻力。本发明专利技术的真空管道流体膜悬浮车可最大限度的降低行驶阻力，实现列车的高速、高效、稳定的悬浮行驶。

【技术实现步骤摘要】
真空管道流体膜悬浮车系统
本专利技术涉及一种真空管道流体膜悬浮车系统，该系统将低气压的真空管道与流体膜悬浮车结合，可显著降低行驶过程中的阻力，具有较好的高速悬浮稳定性，保障列车高速、高效、稳定的悬浮行驶。
技术介绍
将车辆悬浮与轨道之上，并实现高速度、高效率行驶一直是人类追求的梦想。最大限度的降低列车行驶阻力是实现这个梦想所必须要解决的关键技术问题。常规列车在行驶过程中的总阻力主要来自机械摩擦阻力和空气阻力，机械摩擦阻力可以利用悬浮技术而消除，然而空气阻力的大小与行驶速度的平方成正比，当列车高速行驶时，空气阻力成为最主要的阻力。随着经济和技术的发展，现代社会对于高速度、高效率和高安全性的地面交通工具的需求越来越大，真空管道高速列车技术备受社会关注。真空管道高速列车系统的基本原理是建立密闭管道，利用抽气设备降低管道内压强和气体密度，以减小列车行驶中的空气阻力，提高行驶速度。目前，真空管道高速列车主要包括磁悬浮和气动悬浮两种悬浮形式。1999年，美国工程师达里尔·奥斯特提出了真空管道运输概念，并注册成立了ET3公司，目标是在纽约和洛杉矶之间修建一条长度4600公里，时速6500公里的真空管道磁悬浮列车。真空管道磁悬浮列车采用常导或低温超导技术，通过实时控制悬浮励磁电流大小产生所需要的电磁场以保证稳定的悬浮间隙，实现列车的悬浮行驶。然而，真空管道磁悬浮列车系统中仍然有三个关键技术问题难以攻克：第一，该磁悬浮系统设计非常复杂，造价较高，较大的悬浮励磁电流产生较大的电能损耗；第二，真空管道磁悬浮列车具有复杂的转向架结构用以实现列车的悬浮和导向，转向架的存在不易于整车的流线型设计，在高速行驶时，转向架产生较大的空气干扰阻力；第三，目前关于磁悬浮车的实验研究主要集中在准静态或低速范围，动态测试系统的实验研究速度也在300km/h以下，列车高速行驶时电磁悬浮间隙的振动失稳问题难以解决，列车高速行驶时悬浮和导向的稳定性问题成为真空管道磁悬浮系统未来发展中需要解决的关键技术问题。2013年美国特斯拉公司首席执行官埃隆·马斯克提出了超级高铁计划方案，目标是在洛杉矶和旧金山之间修建一条长度560公里，时速为1220公里的真空管道气动悬浮列车。气动悬浮列车依靠车头安装的气体压缩装置，将真空管道内的稀薄气体吸入车内，再将高压气体向管壁喷射形成气垫，列车依靠气垫支撑而实现悬浮行驶，悬浮高度为0.5～1.3mm。然而，该系统中仍具有以下两个关键问题难以攻克：第一，压缩机的存在增加了列车重量和系统复杂性，行驶过程中产生较大的噪音；第二，列车高速行驶时需要从真空管道内吸入大量的气体以喷射形成足够厚度的气垫，高速行驶时气垫的气体补给和保持气垫稳定性问题是真空管道启动悬浮系统需要解决的关键技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种行驶阻力小，速度高，效率高，悬浮稳定性好的真空管道流体膜悬浮车系统。为了实现上述目的，本专利技术的真空管道流体膜悬浮车系统由流体膜悬浮车和具有低气压环境的真空管道结合。其特征在于：流体膜悬浮车行驶在低气压环境的真空管道中，依靠流体动压效应直接在底盘面与轨道面之间形成压力流体膜而悬浮行驶，可最大程度的降低行驶阻力。可通过选择或控制底盘与轨道面之间流体膜的气态、液态、气液混合态等状态，实现对流体膜中流体的粘性、流体膜的厚度、流体膜悬浮车的载重能力、以及流体膜悬浮车底盘面上承受的粘性阻力的调节。通过降低真空管道中的气压以降低管道中的气体密度，降低流体膜悬浮车行驶过程中的压差阻力。通过降低真空管道中的气压以降低流体膜中流体的粘性，减小流体膜悬浮车在高速行驶时底盘面上所承受的流体膜粘性阻力。通过降低真空管道中的气压以降低流体膜中流体的沸点，促进流体膜在气动加热作用下自动发生相变，即由液态变为气态或气液混合态。相变过程可以增加流体膜的压力和厚度，提升列车载重能力，还可以降低流体膜的粘性，降低流体膜悬浮车行驶过程中底盘面上的粘性阻力。在真空管道流体膜悬浮车底部的底盘上包含电热装置实现对流体膜加热。当列车低速运行气动加热作用不足以使流体膜汽化时，可控制电热装置辅助加热，以实现流体膜温度的调节或流体膜的汽化。在真空管道流体膜悬浮车的底盘上安装平面电机或直线电机作为动力装置，平面电机或直线电机可包括由任何旋转电机拓展成平面或直线结构，主要包括感应电机、开关磁阻电机、同步电机，双馈电机等形式，平面电机或直线电机作为动力装置可以省略轨列车或磁悬浮列车的复杂的转向架结构，使得流体膜悬浮车易于实现整车流线型设计，可以极大的降低行驶过程中的干扰阻力，促进真空管道中流体膜悬浮车的高速和高效行驶。有益效果本专利技术的真空管道流体膜悬浮车系统将低气压的真空管道与流体膜悬浮车结合，具有以下有益效果：1、最大限度降低阻力：一般交通工具行驶过程中的阻力主要包括摩擦阻力、压差阻力、干扰阻力和诱导阻力四种形式，本专利技术的真空管道流体膜悬浮车系统，可最大化的降低上述四种阻力：(1)本专利技术的真空管道流体膜悬浮车系统可实现悬浮行驶，不具有常规列车与地面之间的机械接触和机械摩擦，消除了机械摩擦阻力；(2)本专利技术的真空管道流体膜悬浮车在低气压的真空管道中行驶，稀薄的空气具有较低的密度，极大的减小了行驶中的压差阻力；(3)本专利技术的真空管道流体膜悬浮车系统省略了常规列车或磁悬浮列车中复杂的转向架结构，使得整车易于实现流线型设计，可以极大的降低列车高速行驶过程中的干扰阻力；(4)本专利技术的真空管道流体膜悬浮车系统行驶过程中不具有下洗流场，消除了一般飞行器行驶过程中的诱导阻力。因此，本专利技术的真空管道流体膜悬浮车系统，可以最大限度的减小高速行驶过程中的阻力，实现列车的高速、高效行驶。2、解决了高速悬浮列车的悬浮稳定性问题：由于常规的真空管道磁悬浮列车需要实时的调节励磁电流大小而实现列车悬浮，列车高速行驶时的悬浮控制技术变得非常困难，高速悬浮行驶时的振动失稳问题存在极大的挑战。本专利技术的真空管道流体膜悬浮车系统根据流体动压效应直接形成压力流体膜而实现悬浮行驶，流体膜的平均压力与流体膜厚度的平方成反比，使得流体膜的厚度具有较好的自稳定性和鲁棒性，解决了传统的真空管道磁悬浮列车高速行驶时的悬浮稳定性问题。3、降低流体膜粘性，减小流体膜的粘性阻力：本专利技术的真空管道流体膜悬浮车系统具有低气压的行驶环境，可以降低底盘与轨道面之间的流体膜中分子之间的作用力，使流体膜粘性降低(描述粘性与压力之间变化规律的粘压方程有Brarus方程、Roelands方程和Cameron方程)。由于流体膜悬浮车是一种依靠粘性流体的动压效应使底盘面与轨道面之间直接形成压力流体膜而实现悬浮的交通工具，低气压环境下粘性较低的流体膜可以减小列车高速行驶时底盘面上承受的的粘性阻力，易于实现高速行驶。4、流体膜粘性的调节：本专利技术所述流体膜可包含气体、液体、气液混合体等流体状态，可通过选择或调节底盘与轨道面之间流体膜状态可实现流体膜中流体粘性的调节，以调节行驶过程中底盘面上承受的粘性阻力。5、降低流体沸点，促进流体膜相变：本专利技术的真空管道流体膜悬浮车系统具有低气压的行驶环境，通过降本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种真空管道流体膜悬浮车系统，其特征在于，包括真空管道、流体膜悬浮车、流体膜、轨道面，其中，真空管道中具有低气压的真空环境，轨道面位于真空管道底部，流体膜位于轨道面与流体膜悬浮车之间，流体膜悬浮车依靠流体动压效应直接在底盘面与轨道面之间形成流体膜而悬浮行驶在真空管道中的轨道面上。/n

【技术特征摘要】
1.一种真空管道流体膜悬浮车系统，其特征在于，包括真空管道、流体膜悬浮车、流体膜、轨道面，其中，真空管道中具有低气压的真空环境，轨道面位于真空管道底部，流体膜位于轨道面与流体膜悬浮车之间，流体膜悬浮车依靠流体动压效应直接在底盘面与轨道面之间形成流体膜而悬浮行驶在真空管道中的轨道面上。


2.根据权利要求1所述的真空管道流体膜悬浮车系统，其特征在于：通过降低真空管道中的气压以降低管道中的气体密度，降低流体膜悬浮车行驶过程中的压差阻力。


3.根据权利要求1所述的真空管道流体膜悬浮车系统，其特征在于：通过降低真空管道中的气压以降低流体膜中流体的粘性，减小流体膜悬浮车行驶过程中底盘上所承受的流体膜粘性阻力。


4.根据权利要求1所述的真空管道流体膜悬浮车系统，其特征在于：通过降低真空管道中的气压以降低流体膜中流体的沸点，促进流体膜在气动加热作用下自动发生相变，即由液态变为气态或气液混合态；相变过程不仅可以增加流体膜的压力和厚度，提升列车载重能力，还可以进一步降低流体膜的粘性，降低流体膜悬浮车行驶过程中底盘上的粘性阻力。


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【专利技术属性】
技术研发人员：崔彬，
申请(专利权)人：崔彬，
类型：发明
国别省市：北京;11