專利名稱：基于高速鐵路的帶有仿機(jī)翼的空氣動(dòng)力懸浮列車的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鐵路系統(tǒng)中的機(jī)車及車廂，特別涉及運(yùn)用空氣動(dòng)力學(xué)，通過(guò)加裝在列車上的仿飛機(jī)的機(jī)翼結(jié)構(gòu)的仿機(jī)翼，以對(duì)高速行駛的列車產(chǎn)生一定程度的空氣懸浮力的基于高速鐵路的帶有仿機(jī)翼的空氣動(dòng)力懸浮列車。
背景技術(shù)：
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目前，公知的基于高速鐵路的列車的提速手段是利用磁懸浮的方法減少車輪對(duì)鐵軌的摩擦，然而磁懸浮方法存在的缺點(diǎn)有1.列車不能變軌，不像運(yùn)行在常規(guī)鐵路上的列車可以借助道岔從一條鐵軌進(jìn)入另一條鐵軌；一條軌道只能容納一列列車往返運(yùn)行，造成資源浪費(fèi)。2.由于磁懸浮系統(tǒng)是憑借電磁力來(lái)進(jìn)行懸浮、導(dǎo)向和驅(qū)動(dòng)運(yùn)行的，一旦斷電，磁懸浮列車將發(fā)生嚴(yán)重的安全事故，因此斷電后磁懸浮列車的安全保障措施仍然沒有得到完全解決。3.強(qiáng)磁場(chǎng)對(duì)人的健康、生態(tài)環(huán)境的平衡與電子產(chǎn)品的運(yùn)行都會(huì)產(chǎn)生不良影響。飛機(jī)借助其機(jī)翼可以有效提供上升力而離開地面，將飛機(jī)的升空原理運(yùn)用于高速列車，是本發(fā)明的目的所在。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種可避免磁懸浮技術(shù)的不足，又能在高速鐵路上高速行駛的基于高速鐵路的帶有仿機(jī)翼的空氣動(dòng)力懸浮列車。本發(fā)明是受飛機(jī)升空原理的啟發(fā)，仿制飛機(jī)的機(jī)翼結(jié)構(gòu)制備出仿機(jī)翼，并將仿機(jī)翼安裝于列車的機(jī)車和車廂上，當(dāng)列車行駛時(shí)由與列車相對(duì)運(yùn)動(dòng)的空氣作用于仿機(jī)翼上以對(duì)高速行駛的列車提供足夠的上升力，達(dá)到類似磁懸浮的效果，便于減少車輪與鐵軌的摩擦造成的能量損耗。本發(fā)明的基于高速鐵路的帶有仿機(jī)翼的空氣動(dòng)力懸浮列車，是在列車的機(jī)車和每節(jié)車廂的頂部分別安裝有仿制飛機(jī)的機(jī)翼結(jié)構(gòu)的仿機(jī)翼。所述的在列車的機(jī)車和每節(jié)車廂的頂部安裝的仿機(jī)翼的數(shù)量分別是2個(gè)以上；優(yōu)選安裝2 6個(gè)仿機(jī)翼。所述的在每節(jié)車廂的頂部安裝的仿機(jī)翼的數(shù)量一樣多。所述的在機(jī)車的頂部安裝的仿機(jī)翼，是以等間距的安裝方式安裝在機(jī)車的頂部。所述的在每節(jié)車廂的頂部安裝的仿機(jī)翼，是以等間距的安裝方式安裝在每節(jié)車廂的頂部。所述的在機(jī)車的頂部安裝的仿機(jī)翼的等間距的安裝方式，是以安裝在機(jī)車頂部的可安裝仿機(jī)翼區(qū)域的最前端(即第一個(gè))的仿機(jī)翼到該機(jī)車頂部的前端邊緣的距離，與安裝在該機(jī)車頂部的可安裝仿機(jī)翼區(qū)域的最后端(即最后一個(gè))的仿機(jī)翼到該機(jī)車頂部的后端邊緣的距離，及與安裝在機(jī)車頂部的仿機(jī)翼之間的距離相等。所述的在每節(jié)車廂的頂部安裝的仿機(jī)翼的等間距的安裝方式，是以安裝在車廂頂部的可安裝仿機(jī)翼區(qū)域的最前端(即第一個(gè))的仿機(jī)翼到該車廂頂部的前端邊緣的距離，與安裝在該車廂頂部的可安裝仿機(jī)翼區(qū)域的最后端(即最后一個(gè))的仿機(jī)翼到該車廂頂部的后端邊緣的距離，及與安裝在該車廂頂部的仿機(jī)翼之間的距離相等。所述的仿機(jī)翼之間的距離⑷由機(jī)車或車廂的長(zhǎng)度(L)、仿機(jī)翼的個(gè)數(shù)(N)和可旋轉(zhuǎn)底座的直徑?jīng)Q定(D)，L = NXD+(N+1) Xd0如所述的最前端(即第一個(gè))的仿機(jī)翼到機(jī)車頂部或車廂頂部的前端邊緣或后端邊緣的距離都取d ;也可以取d/2，如果是取d/2則有L = NXD+NXd(如取d，即第一節(jié)車廂頂部的最后一個(gè)仿機(jī)翼到該車廂頂部后端邊緣的距離是山而第二節(jié)車廂頂部的第一個(gè)仿機(jī)翼到第二節(jié)車廂頂部前端邊緣的距離也是d，那么在這兩個(gè)仿機(jī)翼之間的距離就是2d 了 ；而取d/2，即第一節(jié)車廂頂部的最后一個(gè)仿機(jī)翼到該車廂頂部后端邊緣的距離是d/2，而第二節(jié)車廂頂部的第一個(gè)仿機(jī)翼到第二節(jié)車廂頂部的前端邊緣的距離也是d/2，那么在這兩個(gè)仿機(jī)翼之間的距離就是d 了，這樣就保證了每?jī)蓚€(gè)仿機(jī)翼之間的距離都為d)。所述的仿機(jī)翼的安裝角度是個(gè)變化的角度，仿機(jī)翼的水平翼的后掠角的變化范圍在O度到15度之間。安裝角度的設(shè)定以具體實(shí)際需求為第一準(zhǔn)則。如需要達(dá)到最大多少升力取多少度能達(dá)到時(shí)，設(shè)計(jì)建造時(shí)就用多少度。·所述的仿機(jī)翼的結(jié)構(gòu)主要是由最上面的水平翼、中間部件的垂直翼和最下面的可進(jìn)行360度旋轉(zhuǎn)的可旋轉(zhuǎn)底座構(gòu)成；其中可旋轉(zhuǎn)底座為雙層圓盤相疊的結(jié)構(gòu)，下層的圓盤(厚度可為20-30毫米)與上層的圓盤(厚度可為60-70毫米)通過(guò)旋轉(zhuǎn)軸(旋轉(zhuǎn)軸通過(guò)兩圓盤的圓心)相連接；下層的圓盤固定在機(jī)車或車廂的頂部，上層的圓盤可隨旋轉(zhuǎn)軸進(jìn)行360度旋轉(zhuǎn)。所述的旋轉(zhuǎn)軸可以進(jìn)行360度旋轉(zhuǎn)(主要用于高速列車往來(lái)開動(dòng)時(shí)調(diào)整仿機(jī)翼，使水平翼前緣始終朝向列車開動(dòng)的方向)；所述的垂直翼的下緣連接在所述的可旋轉(zhuǎn)底座的上層圓盤的上表面中心對(duì)稱軸處，垂直翼與可旋轉(zhuǎn)底座呈90度直角；所述的垂直翼的上緣與所述的水平翼的正中心軸段處相連接。整體仿機(jī)翼結(jié)構(gòu)成相對(duì)于垂直翼軸對(duì)稱形狀。所述的水平翼的結(jié)構(gòu)是參照飛機(jī)的機(jī)翼的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)及制備，其結(jié)構(gòu)整體呈流線型，具有迎角、前緣后掠角和后緣前掠角；在所述的水平翼的前緣可設(shè)置有人工擾流結(jié)構(gòu)；在所述的水平翼的后緣安裝有后緣襟翼(如圖3所示的后緣雙縫襟翼，或后緣單縫襟翼)。安裝的后緣襟翼可增大流線型水平翼的弧度，從而增大升力系數(shù)，使水平翼獲得的上升力增加。所述的水平翼的前緣設(shè)置的人工擾流結(jié)構(gòu)可分為以下六種類型(a)水平翼的上表面的前緣部分增加粗糙程度(粗糙程度視情況和材料而定)；(b)在水平翼的上表面的近前緣部分附加一條突起的擾流條；(c)在距離水平翼的翼展前緣部位，每隔5厘米垂直地開一排直徑為3 5厘米，深度不超過(guò)2厘米的擾流孔；(d)在水平翼的前緣的前面附加一條有彈性的繞流帶；(e)在水平翼的前緣添加呈虛線狀分布的，每個(gè)O <直徑< 5厘米，間距為7 15厘米的塊狀突起擾流器；(f)在水平翼的前緣附加形狀為鋸齒形的突起擾流條、擾流孔或有彈性的繞流帶。所述的水平翼是平板形翼，其平板形翼的剖面(如圖I所示)選自平板形翼剖面(它相當(dāng)于風(fēng)箏的剖面，靠迎角產(chǎn)生升力)、典型的鳥翼剖面、上拱下略平的翼剖面(氣動(dòng)力特性好，升力大)、上下翼面對(duì)稱的翼型剖面(能做成薄形機(jī)翼)中的一種。所述的水平翼的長(zhǎng)度為300 450厘米，根梢比為O. 5 1，面積為2. 25 4. 5平方米，前緣后掠角為O 26. 5度，后緣前掠角為-26. 5 O度，迎角為O 15度。所述的垂直翼的結(jié)構(gòu)是參照飛機(jī)的垂直尾翼的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)及制備，其整體呈梯形，具有前緣后掠角。所述的垂直翼主要是由垂直翼主體和垂直翼擺構(gòu)成；所述的垂直翼擺是安裝在所述的垂直翼主體的后緣中部，通過(guò)垂直翼擺的左右擺動(dòng)，用以控制氣流的流動(dòng)方向，同時(shí) 也對(duì)高速列車的車體方向產(chǎn)生一定影響。所述的垂直翼的翼高為50 70厘米，根梢比為O. 5 1，面積為O. 3 I. 05平方米(包括垂直翼擺)，前緣后掠角為O 26. 5度，后緣垂直。本發(fā)明的基于高速鐵路的帶有機(jī)翼的空氣動(dòng)力懸浮列車在行駛過(guò)程中，由于其列車上安裝的仿機(jī)翼，通過(guò)與列車相對(duì)運(yùn)動(dòng)的氣流作用于仿機(jī)翼上而產(chǎn)生上抬力，可以對(duì)高速行駛的列車提供上升力，從而減少了列車對(duì)鐵軌的壓力，且該力由空氣動(dòng)力產(chǎn)生，不額外消耗能源，不產(chǎn)生污染。通過(guò)與列車相對(duì)運(yùn)動(dòng)的氣流作用于仿機(jī)翼結(jié)構(gòu)而產(chǎn)生上抬力，從而減少列車對(duì)鐵軌的壓力。所述的仿機(jī)翼的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。


圖I.本發(fā)明中所述的仿機(jī)翼的不同形狀的翼型剖面示意圖；其中(I)是平板形翼的剖面；(2)是典型的鳥翼的剖面；(3)、(4)、(5)及(6)為上拱下略平翼的剖面；(7)、(8)、(9)及(10)為上下翼面對(duì)稱的翼型的剖面。圖2.本發(fā)明中所述的水平翼的前緣設(shè)置的不同的人工擾流結(jié)構(gòu)示意圖；其中a是在水平翼的上表面的前緣部分增加粗糙程度；b是在水平翼的上表面的近前緣部分附加一條突起的擾流條；c是在水平翼的翼展前緣部位開有一排擾流孔；d是在水平翼的前緣的前面附加一條有彈性的繞流帶是在水平翼的前緣添加呈虛線狀分布、等間隔設(shè)置的塊狀突起擾流器是在水平翼的前緣附加的形狀為鋸齒形的突起的擾流條、擾流孔或有彈性的繞流帶形成的擾流器。圖3.本發(fā)明中所述的水平翼的前緣設(shè)置的人工擾流結(jié)構(gòu)，及在后緣安裝的后緣雙縫襟翼結(jié)構(gòu)示意圖。圖4.本發(fā)明中所述的仿機(jī)翼的結(jié)構(gòu)俯視示意圖。圖5.本發(fā)明中所述的仿機(jī)翼的結(jié)構(gòu)立體示意圖。圖6.本發(fā)明的基于高速鐵路的帶有仿機(jī)翼的空氣動(dòng)力懸浮列車示意圖。附圖標(biāo)記I.水平翼2.人工擾流結(jié)構(gòu)3.后緣雙縫襟翼4.垂直翼5.垂直翼擺6.上層圓盤7.旋轉(zhuǎn)軸8.下層圓盤I.高速列車的車體II.仿機(jī)翼d.兩個(gè)仿機(jī)翼之間的距離α .仿機(jī)翼的水平翼的后掠角
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I請(qǐng)參見圖4及圖5，仿機(jī)翼的結(jié)構(gòu)主要是由最上面的水平翼I、中間部件的垂直翼4和最下面的可進(jìn)行360度旋轉(zhuǎn)的可旋轉(zhuǎn)底座構(gòu)成；其中，可旋轉(zhuǎn)底座是直徑為I米的雙層圓盤相疊的結(jié)構(gòu)，可旋轉(zhuǎn)底座的下層圓盤8的厚度為25毫米，可旋轉(zhuǎn)底座的上層圓盤6的厚度為65毫米，上層圓盤通過(guò)旋轉(zhuǎn)軸7與下層圓盤相連接，且旋轉(zhuǎn)軸通過(guò)兩圓盤的圓心；上層的圓盤可隨旋轉(zhuǎn)軸進(jìn)行360度旋轉(zhuǎn)。所述的垂直翼的下緣連接在所述的可旋轉(zhuǎn)底座的上層圓盤的上表面中心對(duì)稱軸處，垂直翼與可旋轉(zhuǎn)底座呈90度直角；所述的垂直翼的上緣與所述的水平翼的正中心軸段處相連接。所述的垂直翼4的整體呈梯形，具有后掠角。所述的垂直翼主要是由垂直翼主體和安裝在垂直翼主體的后緣中部的垂直翼擺5構(gòu)成；垂直翼的翼高為60厘米，根梢比為O. 75，面積為O. 8平方米(包括垂直翼擺)，前緣后掠角為15度，后緣垂直。所述的垂直翼擺占整個(gè)垂直翼面積的1/5，垂直翼擺的高度和垂直翼主體的高度近似相等，垂直翼主體呈凹字形，垂直翼擺呈矩形，垂直翼擺的長(zhǎng)度約為垂直翼主體上緣長(zhǎng)度的1/4。所述的水平翼采用平板型翼(圖4與圖5中的水平翼的板形不同)，其平板形翼的 剖面如圖I中的(I)所示，其整體呈流線型，具有迎角、前緣后掠角和后緣前掠角；在所述的水平翼的上表面的近前緣部分附加的人工擾流結(jié)構(gòu)2是一條突起的擾流條(如圖2中的b所示)；在所述的水平翼的后緣安裝有后緣雙縫襟翼3 (如圖3所示)。所述的水平翼的面積為3平方米，此時(shí)根梢比為O. 75，水平翼的長(zhǎng)度為343厘米，前緣后掠角為15度,后緣前掠角為-15度,迎角為O度。根據(jù)升力公式Y(jié) = 1/2 P CySV2 (升力=1/2 X空氣密度X水平翼面積X升力系數(shù)X列車速度的平方)其中空氣密度P在海拔高度為O時(shí)的情況，數(shù)值為I. 23千克每立方米；列車速度V取期望達(dá)到值540千米每小時(shí)(即150米每秒)。水平翼面積S取值3平方米(此時(shí)根梢比為O. 75，水平翼長(zhǎng)343厘米)；升力系數(shù)Cy取中間值I (根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)來(lái)取值，升力系數(shù)由迎角和仿機(jī)翼的形狀決定，在迎角α為7-8度時(shí)取到，但是此時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的阻力)在此條件下我們選擇安裝4個(gè)仿機(jī)翼。Y = 1/2 P CySV2 = 1/2X 1. 23X3X 1X 150X 150 = 41512. 5 (牛頓)升力折合為質(zhì)量有Y = Mg(升力=質(zhì)量X重力系數(shù))重力系數(shù)g取9.8米/秒2質(zhì)量 M = 41512. 5/9. 8 = 4236 (千克)=4. 236 (噸)總質(zhì)量 M 總=4. 236X4 = 16. 944 (噸)因此，4個(gè)仿機(jī)翼在此情況下可提供約16. 944噸的上升力。在此條件下將上述制備的4個(gè)仿機(jī)翼，通過(guò)可旋轉(zhuǎn)底座的下層圓盤等距離固定安裝在一長(zhǎng)度約為25米的高鐵列車的車廂的頂部(請(qǐng)參見圖6)，根據(jù)計(jì)算公式L =NXD+(N+1) X d，其中車廂長(zhǎng)度L = 25米，N = 4，仿機(jī)翼可旋轉(zhuǎn)底座直徑I米，則安裝在車廂頂部的可安裝仿機(jī)翼區(qū)域的最前端的仿機(jī)翼到該車廂頂部的前端邊緣的距離，與安裝在該車廂頂部的可安裝仿機(jī)翼區(qū)域的最后端的仿機(jī)翼到該車廂頂部的后端邊緣的距離，及與安裝在該車廂頂部的仿機(jī)翼之間的距離(d)均=4. 2米。制造比例為I : 80縮小的基于高速鐵路的帶有仿機(jī)翼的空氣動(dòng)力懸浮列車的模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，請(qǐng)參見圖6，高速列車的車體為I，則實(shí)驗(yàn)中仿機(jī)翼II的面積為真實(shí)面積的1/6400 ;實(shí)驗(yàn)中模型速度選擇50米/秒，即為理論計(jì)算中的1/3 ;實(shí)驗(yàn)測(cè)得此時(shí)升力系數(shù)約為O. 5(仿機(jī)翼的安裝角度和仿機(jī)翼的水平翼的后掠角α的變化均體現(xiàn)在升力系數(shù)的變化中，故計(jì)算里不體現(xiàn)仿機(jī)翼的安裝角度和仿機(jī)翼的水平翼的后掠角α的變化。以下實(shí)施例與此相同)。實(shí)驗(yàn)最終測(cè)得在仿機(jī)翼的作用下，車廂共減重O. 35牛頓。根據(jù)理論計(jì)算，實(shí)驗(yàn)理論值應(yīng)為41512. 5/6400/9/2 = O. 36(牛頓)，則實(shí)際獲得升力為理論值的97. 2%。實(shí)施例2
仿機(jī)翼的結(jié)構(gòu)基本同實(shí)施例1，不同之處在于所述的可旋轉(zhuǎn)底座的下層圓盤的厚度為20毫米，可旋轉(zhuǎn)底座的上層圓盤的厚度為60毫米。所述的垂直翼的翼高為70厘米，根梢比為1，面積為I. 05平方米(包括垂直翼擺)，前緣后掠角為O度，后緣垂直。所述的水平翼采用平板型翼，其平板形翼的剖面如圖I中的(I)所示，在所述的水平翼的上表面的近前緣部分附加的人工擾流結(jié)構(gòu)是在水平翼的前緣附加的形狀為鋸齒形的突起的擾流條(如圖2中的f所示)。所述的水平翼的面積為4. 5平方米，此時(shí)根梢比為I，水平翼的長(zhǎng)度為450厘米，前緣后掠角為O度,后緣前掠角為O度,迎角為O度。根據(jù)升力公式Y(jié) = 1/2 P CySV2 (升力=1/2 X空氣密度X水平翼面積X升力系數(shù)X列車速度的平方)其中空氣密度P在海拔高度為O時(shí)的情況，數(shù)值為I. 23千克每立方米；列車速度V取期望達(dá)到值540千米每小時(shí)(即150米每秒)。水平翼面積S取值4. 5平方米(此時(shí)根梢比為I，水平翼長(zhǎng)450厘米)；升力系數(shù)Cy取中間值2 (根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)來(lái)取值，升力系數(shù)由迎角和仿機(jī)翼的形狀決定，在最大迎角α為15度時(shí)取到，但是此時(shí)會(huì)產(chǎn)生極大的阻力)在此條件下我們選擇安裝2個(gè)仿機(jī)翼。Y= 1/2X 1. 23X4. 5X2X 150X 150 = 124537.5(牛頓)升力折合為質(zhì)量有Y = Mg(升力=質(zhì)量X重力系數(shù))重力系數(shù)g取9.8米/秒2質(zhì)量 M = 124537. 5/9. 8 = 12708 (千克)=12. 7 (噸)總質(zhì)量 M總=12. 7X2 = 25. 4(噸)2個(gè)仿機(jī)翼在此情況下可提供約25. 4噸的上升力。在此條件下將上述制備的2個(gè)仿機(jī)翼，通過(guò)可旋轉(zhuǎn)底座的下層圓盤等距離固定安裝在一長(zhǎng)度約為25米的高鐵列車的車廂的頂部(請(qǐng)參見圖6)，根據(jù)計(jì)算公式L =NXD+(N+1) X d，其中車廂長(zhǎng)度L = 25米，N = 2，仿機(jī)翼可旋轉(zhuǎn)底座直徑I米，則安裝在車廂頂部的可安裝仿機(jī)翼區(qū)域的最前端的仿機(jī)翼到該車廂頂部的前端邊緣的距離，與安裝在該車廂頂部的可安裝仿機(jī)翼區(qū)域的最后端的仿機(jī)翼到該車廂頂部的后端邊緣的距離，及與安裝在該車廂頂部的仿機(jī)翼之間的距離(d)均=7. 7米。制造比例為I : 80縮小的基于聞速鐵路的帶有仿機(jī)翼的空氣動(dòng)力懸浮列車的豐旲型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，請(qǐng)參見圖6，高速列車的車體為I，則實(shí)驗(yàn)中仿機(jī)翼II的面積為真實(shí)面積的1/6400 ;實(shí)驗(yàn)中模型速度選擇50米/秒，即為理論計(jì)算中的1/3 ;實(shí)驗(yàn)測(cè)得此時(shí)升力系數(shù)約為O. 5。實(shí)驗(yàn)最終測(cè)得在仿機(jī)翼的作用下，車廂共減重I. O牛頓。根據(jù)理論計(jì)算，實(shí)驗(yàn)理論值應(yīng)為124537. 5/6400/9/2 = I. 08(牛頓)，則實(shí)際獲得升力為理論值的92. 6%。
實(shí)施例3仿機(jī)翼的結(jié)構(gòu)基本同實(shí)施例1，不同之處在于所述的可旋轉(zhuǎn)底座的下層圓盤的厚度為20毫米，可旋轉(zhuǎn)底座的上層圓盤的厚度為60毫米。所述的垂直翼的翼高為50厘米，根梢比為O. 5，面積為O. 5平方米(包括垂直翼擺)，前緣后掠角為26. 50度，后緣垂直。所述的水平翼采用平板型翼，其平板形翼的剖面如圖I中的⑴所示，在所述的水平翼的上表面的近前緣部分附加的人工擾流結(jié)構(gòu)是在水平翼的前緣的前面附加一條有彈性的繞流帶(如圖2中的d所示)。
所述的水平翼的面積為2. 25平方米，此時(shí)根梢比為O. 3，水平翼的長(zhǎng)度為300厘米，前緣后掠角為25度,后緣前掠角為-25度,迎角為O度。根據(jù)升力公式Y(jié) = 1/2 P CySV2 (升力=1/2 X空氣密度X水平翼面積X升力系數(shù)X列車速度的平方)其中空氣密度P在海拔高度為O時(shí)的情況，數(shù)值為I. 23千克每立方米；列車速度V取期望達(dá)到值540千米每小時(shí)(即150米每秒)。水平翼面積S取值2. 25平方米(此時(shí)根梢比為O. 5，水平翼長(zhǎng)300厘米)；升力系數(shù)Cy取中間值O. 3 (根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)來(lái)取值，升力系數(shù)由迎角和仿機(jī)翼的形狀決定，在最小迎角α為O度時(shí)取到。但是此時(shí)會(huì)產(chǎn)生的升力較小)在此條件下我們選擇安裝6個(gè)仿機(jī)翼。升力Y = 1/2 X I. 23 X 2. 25 X O. 3 X 150 X 150 = 9340 (牛頓)升力折合為質(zhì)量有Y = Mg(升力=質(zhì)量X重力系數(shù))重力系數(shù)g取9.8米/秒2質(zhì)量 M = 15567. 2/9. 8 = 953 (千克)=I. O (噸)單個(gè)仿機(jī)翼在此情況下可提供約I. O噸的上升力?？傎|(zhì)量M總=I X6 = 6 (噸)因此，6個(gè)仿機(jī)翼在此情況下可提供約6噸的上升力。在此條件下將上述制備的6個(gè)仿機(jī)翼，通過(guò)可旋轉(zhuǎn)底座的下層圓盤等距離固定安裝在一長(zhǎng)度約為25米的高鐵列車的車廂的頂部(請(qǐng)參見圖6)，根據(jù)計(jì)算公式L =NXD+(N+1) X d，其中車廂長(zhǎng)度L = 25米，N = 6，仿機(jī)翼可旋轉(zhuǎn)底座直徑I米，則安裝在車廂頂部的可安裝仿機(jī)翼區(qū)域的最前端的仿機(jī)翼到該車廂頂部的前端邊緣的距離，與安裝在該車廂頂部的可安裝仿機(jī)翼區(qū)域的最后端的仿機(jī)翼到該車廂頂部的后端邊緣的距離，及與安裝在該車廂頂部的仿機(jī)翼之間的距離(d)均=2. 7米。制造比例為I : 80縮小的基于高速鐵路的帶有仿機(jī)翼的空氣動(dòng)力懸浮列車的模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，請(qǐng)參見圖6，高速列車的車體為I，則實(shí)驗(yàn)中仿機(jī)翼II的面積為真實(shí)面積的1/6400 ;實(shí)驗(yàn)中模型速度選擇50米/秒，即為理論計(jì)算中的1/3 ;實(shí)驗(yàn)測(cè)得此時(shí)升力系數(shù)約為O. 5。實(shí)驗(yàn)最終測(cè)得在仿機(jī)翼的作用下，車廂共減重O. 13牛頓。根據(jù)理論計(jì)算，實(shí)驗(yàn)理論值應(yīng)為15567. 2/6400/9/2 = O. 135 (牛頓)，則實(shí)際獲得升力為理論值的96. 3%0實(shí)施例4將采用實(shí)施例I制備仿機(jī)翼的相同條件制備得到的4個(gè)仿機(jī)翼，通過(guò)可旋轉(zhuǎn)底座的下層圓盤等距離固定安裝在一節(jié)頂部可安裝仿機(jī)翼區(qū)域長(zhǎng)度約為20米的高鐵列車的機(jī)車的頂部(請(qǐng)參見圖6)，根據(jù)計(jì)算公式L = NXD+ (N+1) X d，其中機(jī)車頂部長(zhǎng)度L = 20米，N=4，仿機(jī)翼可旋轉(zhuǎn)底座直徑I米，則安裝在機(jī)車頂部的可安裝仿機(jī)翼區(qū)域的最前端的仿機(jī)翼到該機(jī)車頂部的前端邊緣的距離，與安裝在該機(jī)車頂部的可安裝仿機(jī)翼區(qū)域的最后端的仿機(jī)翼到該機(jī)車頂部的后端邊緣的距離，及與安裝在該機(jī)車頂部的仿機(jī)翼之間的距離(d)均=3. 2米。制造比 例為I : 80縮小的基于聞速鐵路的帶有仿機(jī)翼的空氣動(dòng)力懸浮列車的豐旲型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，請(qǐng)參見圖6，高速列車的車體為I，則實(shí)驗(yàn)中仿機(jī)翼II的面積為真實(shí)面積的1/6400 ;實(shí)驗(yàn)中模型速度選擇50米/秒，即為理論計(jì)算中的1/3 ;實(shí)驗(yàn)測(cè)得此時(shí)升力系數(shù)約為O. 5。實(shí)驗(yàn)最終測(cè)得在仿機(jī)翼的作用下，機(jī)車共減重O. 33牛頓。根據(jù)理論計(jì)算，實(shí)驗(yàn)理論值應(yīng)為41512. 5/6400/9/2 = O. 36 (牛頓)，則實(shí)際獲得升力為理論值的91. 7%0實(shí)施例5將采用實(shí)施例2制備仿機(jī)翼的相同條件制備得到的2個(gè)仿機(jī)翼，通過(guò)可旋轉(zhuǎn)底座的下層圓盤等距離固定安裝在一節(jié)頂部可安裝仿機(jī)翼區(qū)域長(zhǎng)度約為20米的高鐵列車的機(jī)車的頂部(請(qǐng)參見圖6)，根據(jù)計(jì)算公式L = NXD+ (N+1) X d，其中機(jī)車頂部長(zhǎng)度L = 20米，N=2，仿機(jī)翼可旋轉(zhuǎn)底座直徑I米，則安裝在機(jī)車頂部的可安裝仿機(jī)翼區(qū)域的最前端的仿機(jī)翼到該機(jī)車頂部的前端邊緣的距離，與安裝在該機(jī)車頂部的可安裝仿機(jī)翼區(qū)域的最后端的仿機(jī)翼到該機(jī)車頂部的后端邊緣的距離，及與安裝在該機(jī)車頂部的仿機(jī)翼之間的距離(d)均=6米。制造比例為I : 80縮小的基于聞速鐵路的帶有仿機(jī)翼的空氣動(dòng)力懸浮列車的豐旲型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，請(qǐng)參見圖6，高速列車的車體為I，則實(shí)驗(yàn)中仿機(jī)翼II的面積為真實(shí)面積的1/6400 ;實(shí)驗(yàn)中模型速度選擇50米/秒，即為理論計(jì)算中的1/3 ;實(shí)驗(yàn)測(cè)得此時(shí)升力系數(shù)約為O. 5。實(shí)驗(yàn)最終測(cè)得在仿機(jī)翼的作用下，機(jī)車共減重I. 01牛頓。根據(jù)理論計(jì)算，實(shí)驗(yàn)理論值應(yīng)為124537. 5/6400/9/2 = I. 08 (牛頓)，則實(shí)際獲得升力為理論值的93. 5%。實(shí)施例6將采用實(shí)施例3制備仿機(jī)翼的相同條件制備得到的6個(gè)仿機(jī)翼，通過(guò)可旋轉(zhuǎn)底座的下層圓盤等距離固定安裝在一節(jié)頂部可安裝仿機(jī)翼區(qū)域長(zhǎng)度約為20米的高鐵列車的機(jī)車的頂部(請(qǐng)參見圖6)，根據(jù)計(jì)算公式L = NXD+ (N+1) X d，其中機(jī)車頂部長(zhǎng)度L = 20米，N=6，仿機(jī)翼可旋轉(zhuǎn)底座直徑I米，則安裝在機(jī)車頂部的可安裝仿機(jī)翼區(qū)域的最前端的仿機(jī)翼到該機(jī)車頂部的前端邊緣的距離，與安裝在該機(jī)車頂部的可安裝仿機(jī)翼區(qū)域的最后端的仿機(jī)翼到該機(jī)車頂部的后端邊緣的距離，及與安裝在該機(jī)車頂部的仿機(jī)翼之間的距離(d)均=2米。制造比例為I : 80縮小的基于聞速鐵路的帶有仿機(jī)翼的空氣動(dòng)力懸浮列車的豐旲型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，請(qǐng)參見圖6，高速列車的車體為I，則實(shí)驗(yàn)中仿機(jī)翼II的面積為真實(shí)面積的1/6400 ;實(shí)驗(yàn)中模型速度選擇50米/秒，即為理論計(jì)算中的1/3 ;實(shí)驗(yàn)測(cè)得此時(shí)升力系數(shù)約為0.5。實(shí)驗(yàn)最終測(cè)得在仿機(jī)翼的作用下，機(jī)車共減重O. 128牛頓。根據(jù)理論計(jì)算，實(shí)驗(yàn)理論值應(yīng)為15567. 2/6400/9/2 = O. 135 (牛頓)，則實(shí)際獲得升力為理論值的94. 8%。
權(quán)利要求
1.一種基于高速鐵路的帶有仿機(jī)翼的空氣動(dòng)力懸浮列車，其特征是所述的帶有仿機(jī)翼的空氣動(dòng)力懸浮列車是在列車的機(jī)車和每節(jié)車廂的頂部分別安裝有仿制飛機(jī)的機(jī)翼結(jié)構(gòu)的仿機(jī)翼。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于高速鐵路的帶有仿機(jī)翼的空氣動(dòng)力懸浮列車，其特征是所述的在列車的機(jī)車和每節(jié)車廂的頂部安裝的仿機(jī)翼的數(shù)量分別是2個(gè)以上。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的基于高速鐵路的帶有仿機(jī)翼的空氣動(dòng)力懸浮列車，其特征是所述的在每節(jié)車廂的頂部安裝的仿機(jī)翼的數(shù)量一樣多。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于高速鐵路的帶有仿機(jī)翼的空氣動(dòng)力懸浮列車，其特征是所述的在機(jī)車的頂部安裝的仿機(jī)翼，是以等間距的安裝方式安裝在機(jī)車的頂部； 所述的在每節(jié)車廂的頂部安裝的仿機(jī)翼，是以等間距的安裝方式安裝在每節(jié)車廂的頂部。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于高速鐵路的帶有仿機(jī)翼的空氣動(dòng)力懸浮列車，其特征是所述的在機(jī)車的頂部安裝的仿機(jī)翼的等間距的安裝方式，是以安裝在機(jī)車頂部的可安裝仿機(jī)翼區(qū)域的最前端的仿機(jī)翼到該機(jī)車頂部的前端邊緣的距離，與安裝在該機(jī)車頂部的可安裝仿機(jī)翼區(qū)域的最后端的仿機(jī)翼到該機(jī)車頂部的后端邊緣的距離，及與安裝在機(jī)車頂部的仿機(jī)翼之間的距離相等； 所述的在每節(jié)車廂的頂部安裝的仿機(jī)翼的等間距的安裝方式，是以安裝在車廂頂部的可安裝仿機(jī)翼區(qū)域的最前端的仿機(jī)翼到該車廂頂部的前端邊緣的距離，與安裝在該車廂頂部的可安裝仿機(jī)翼區(qū)域的最后端的仿機(jī)翼到該車廂頂部的后端邊緣的距離，及與安裝在該車廂頂部的仿機(jī)翼之間的距離相等。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2、4或5所述的基于高速鐵路的帶有仿機(jī)翼的空氣動(dòng)力懸浮列車，其特征是所述的仿機(jī)翼的結(jié)構(gòu)包括由最上面的水平翼、中間部件的垂直翼和最下面的可進(jìn)行360度旋轉(zhuǎn)的可旋轉(zhuǎn)底座構(gòu)成；其中可旋轉(zhuǎn)底座為雙層圓盤相疊的結(jié)構(gòu)，下層的圓盤與上層的圓盤通過(guò)旋轉(zhuǎn)軸相連接；下層的圓盤固定在機(jī)車或車廂的頂部，上層的圓盤能夠隨旋轉(zhuǎn)軸進(jìn)行360度旋轉(zhuǎn)；所述的垂直翼的下緣連接在所述的可旋轉(zhuǎn)底座的上層圓盤的上表面中心對(duì)稱軸處，垂直翼與可旋轉(zhuǎn)底座呈90度直角；所述的垂直翼的上緣與所述的水平翼的正中心軸段處相連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于高速鐵路的帶有仿機(jī)翼的空氣動(dòng)力懸浮列車，其特征是所述的水平翼的結(jié)構(gòu)整體呈流線型，具有迎角、前緣后掠角和后緣前掠角；在所述的水平翼的前緣設(shè)置有人工擾流結(jié)構(gòu)；在所述的水平翼的后緣安裝有后緣襟翼。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于高速鐵路的帶有仿機(jī)翼的空氣動(dòng)力懸浮列車，其特征是所述的后緣襟翼是后緣雙縫襟翼或后緣單縫襟翼。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于高速鐵路的帶有仿機(jī)翼的空氣動(dòng)力懸浮列車，所述的水平翼的前緣設(shè)置的人工擾流結(jié)構(gòu)為以下六種類型之一 (a)在水平翼的上表面的前緣部分增加粗糙程度；(b)在水平翼的上表面的近前緣部分附加一條突起的擾流條；(C)在距離水平翼的翼展前緣部位，每隔5厘米垂直地開一排直徑為3 5厘米，深度不超過(guò)2厘米的擾流孔；(d)在水平翼的前緣的前面附加一條有彈性的繞流帶；(e)在水平翼的前緣添加呈虛線狀分布的，每個(gè)O <直徑< 5厘米，間距為7 15厘米的塊狀突起擾流器；(f)在水平翼的前緣附加形狀為鋸齒形的突起擾流條、擾流孔或有彈性的繞流帶。
10.根據(jù)權(quán)利要求7、8或9所述的基于高速鐵路的帶有仿機(jī)翼的空氣動(dòng)力懸浮列車，其特征是所述的水平翼是平板形翼，其平板形翼的剖面選自平板形翼剖面、典型的鳥翼剖面、上拱下略平的翼剖面、上下翼面對(duì)稱的翼型剖面中的一種。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的基于高速鐵路的帶有仿機(jī)翼的空氣動(dòng)力懸浮列車，其特征是所述的水平翼的長(zhǎng)為300 450厘米，根梢比為O. 5 1，面積為2. 25 4. 5平方米，前緣后掠角為O 26. 5度，后緣前掠角為-26. 5 O度，迎角為O 15度。
12.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于高速鐵路的帶有仿機(jī)翼的空氣動(dòng)力懸浮列車，其特征是所述的垂直翼的形狀是整體呈梯形，具有前緣后掠角；所述的垂直翼主要由垂直翼主體和垂直翼擺構(gòu)成；所述的垂直翼擺是安裝在所述的垂直翼主體的后緣中部。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的基于高速鐵路的帶有仿機(jī)翼的空氣動(dòng)力懸浮列車，其特征是所述的垂直翼的翼高為50 70厘米，根梢比為O. 5 1，面積為O. 3 I. 05平方米，前緣后掠角為O 26. 5度,后緣垂直。
全文摘要
本發(fā)明涉及鐵路系統(tǒng)中的機(jī)車及車廂，特別涉及運(yùn)用空氣動(dòng)力學(xué)的基于高速鐵路的帶有仿機(jī)翼的空氣動(dòng)力懸浮列車。本發(fā)明是在列車的機(jī)車和每節(jié)車廂的頂部分別安裝有仿制飛機(jī)的機(jī)翼結(jié)構(gòu)的仿機(jī)翼。本發(fā)明的基于高速鐵路的帶有仿機(jī)翼的空氣動(dòng)力懸浮列車在行駛過(guò)程中，由于其列車上安裝的仿機(jī)翼，通過(guò)與列車相對(duì)運(yùn)動(dòng)的氣流作用于仿機(jī)翼上而產(chǎn)生上抬力，可以對(duì)高速行駛的列車提供上升力，從而減小了列車對(duì)鐵軌的壓力，且該力由空氣動(dòng)力產(chǎn)生，不額外消耗能源，不產(chǎn)生污染。通過(guò)與列車相對(duì)運(yùn)動(dòng)的氣流作用于仿機(jī)翼結(jié)構(gòu)而產(chǎn)生上抬力，從而減少列車對(duì)鐵軌的壓力。所述的仿機(jī)翼的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。
文檔編號(hào)B61D17/02GK102897176SQ20111020911
公開日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2011年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月25日
發(fā)明者江雷, 劉流, 馬洋, 查金龍, 劉克松 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)