способ создания тяги транспортного средства и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ создания тяги транспортного средства, в котором поток воздуха направляют на неподвижные лопатки, установленные вдоль всего направляющего пути для транспортного средства, отличающийся тем, что упомянутый поток воздуха создают в замкнутом циркуляционном контуре переменного сечения, содержащем нагнетатель, сопловый направляющий аппарат и диффузор, размещенные на транспортном средстве, а между сопловым аппаратом и диффузором проходят упомянутые лопатки.

2. Устройство для создания тяги транспортного средства, движущегося по направлению пути, вдоль которого установлены неподвижные лопатки аэродинамического профиля, содержащее средство силового взаимодействия воздушного потока, создаваемого на транспортном средстве, с упомянутыми лопатками, отличающееся тем, что средство силового взаимодействия представляет собой единый агрегат, установленный на транспортном средстве и состоящий из последовательно соединенных воздушного нагнетателя с приводом, преимущественно электрическим, соплового направляющего аппарата и диффузора, причем между сопловым аппаратом и диффузором имеется зазор для пропуска упомянутых лопаток, установленных с интервалом, меньшим ширины воздушного потока, а все элементы агрегата вместе с лопатками образуют замкнутый циркуляционный контур.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что упомянутый агрегат установлен на опорах с возможностью их поперечного перемещения и снабжен средством для его центровки относительно направляющего пути.

4. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что сопловой аппарат снабжен средством для изменения угла его установки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к транспортным средствам и может быть использовано при конструировании, например, высокоскоростных поездов на воздушной подушке.

Известны транспортные средства на воздушной подушке, в качестве двигателей которых используют либо тепловые двигатели, размещаемые непосредственно на транспортном средстве, либо электродвигатели, питающиеся от контактной электросети.

И в том и в другом случае сила тяги, движущая транспортное средство, создается с помощью известных способов, а именно:

1. Трибофрикционным способом, при котором сила тяги возникает в результате действия сил трения на ободе колеса о рельс. Этот способ прост в осуществлении, имеет высокий КПД. Однако он требует постоянного контакта подвижных частей транспортного средства и элементов полотна пути, что затрудняет его использование для высокоскоростных средств, движущихся на воздушной подушке;

2. Электроиндукционным способом, при котором сила тяги возникает в результате взаимодействия бегущего электромагнитного поля с линейным магнитопроводом, расположенным вдоль полотна специально оборудованного пути на всем его протяжении. Однако, несмотря на внешнюю привлекательность этого способа, он имеет очень низкий КПД;

3. Струйно-реактивным способом, при котором тяга возникает как реакция струи газа, отбрасываемой в сторону, противоположную направлению движения. Этот способ широко применяется в авиации и используется для высокоскоростных поездов на воздушной подушке. Однако этот способ имеет низкую экономичность при малых и умеренных скоростях движения, а кроме того экологически вреден - загрязняет окружающую среду выхлопными газами и обладает высоким уровнем шума.

Известен также способ создания тяги транспортного средства, выбранный за прототип, заключающийся в том, что тяга создается в газовой турбине, последняя ступень которой имеет прямолинейно развернутую форму, а направляющие лопатки прикреплены к основе путевого полотна (SU, а.с. СССР N 994323 кл. B 60 V 3/04, 1983).

Однако этот способ также обладает экологическими недостатками, указанными для струйно-реактивного способа.

Известны различные устройства создания тяги для привода транспортных средств высокоскоростных дорог на воздушной подушке, например: устройство, основанное на струйно-реактивном способе, описанное в сборнике "Technologikal aspekts of aerotrain" Bertinet compani 1987.

Известно также устройство, взятое за прототип, движущееся по направляющему пути в виде монорельса, по гребню которого установлены лопатки аэродинамического профиля, выполняющие роль направляющих лопаток газовой турбины, и средства силового взаимодействия газового потока с упомянутыми лопатками (SU, а.с. СССР N 994323 кл. B 60 V 3/04, 1983).

Однако реализация известного устройства связана с большими потерями энергии, что снижает его КПД, и к тому же оно обладает недостатками реализуемого способа.

Технический результат от реализации описываемой группы изобретений будет выражаться в обеспечении охраны внешней среды, а также в повышении КПД устройства создания тяги. При реализации предлагаемого способа создания тяги, заключающегося в том, что направляют поток воздуха, создаваемого на транспортном средстве, на неподвижные лопатки, установленные вдоль всего направляющего пути, результат достигается тем, что создают циркуляцию упомянутого потока воздуха в замкнутом контуре переменного сечения. Этот контур содержит нагнетатель, сопловой направляющий аппарат, диффузор, а также упомянутые лопатки, проходящие в зазоре между сопловым аппаратом и диффузором. Воздушный поток, циркулирующий в этом контуре, ускоренный в сопловом аппарате, попадает на неподвижные лопатки и, изменив направление движения на угол, близкий к 180^o, попадает в диффузор, в котором частично восстанавливается давление воздушного потока.

Кроме того, указанный технический результат достигается при использовании устройства создания тяги транспортного средства, движущегося по направляющему пути, вдоль которого установлены неподвижные лопатки аэродинамического профиля, содержащие средство силового взаимодействия воздушного потока, создаваемого на транспортном средстве, с упомянутыми лопатками. При этом средство силового взаимодействия представляет собой единый агрегат, состоящий из последовательно соединенных воздушного нагнетателя с приводом, преимущественно электрическим, соплового направляющего аппарата и диффузора, причем между сопловым аппаратом и диффузором имеется зазор для пропуска упомянутых лопаток, установленных с интервалом, меньшим ширины воздушного потока, а все элементы агрегата вместе с лопатками образуют замкнутый циркуляционный контур.

Кроме того, агрегат такого устройства установлен на опорах с возможностью их поперечного перемещения и снабжен средством для его центровки относительно полотна направляющего пути.

Наряду с этим у такого устройства сопловой аппарат может быть снабжен средством для изменения угла его установки.

На фиг.1 показана схема реализации описываемого способа; на фиг.2 - поперечный разрез транспортного средства с описываемым устройством в рабочем положении.

На фиг. 1 проиллюстрирован предлагаемый способ создания тяги. Имеется лопастной нагнетатель воздуха 1, сопловой направляющий аппарат 2, диффузор 3 и неподвижные лопатки 4, установленные на всем протяжении направляющего пути. Все указанные элементы образуют замкнутый контур, в котором циркулирует воздушный поток, при этом нагнетатель 1, аппарат 2 и диффузор 3 установлены на транспортном средстве, а лопатки 4 - на направляющем пути.

При работе нагнетателя 1 воздух циркулирует по контуру в направлении указанном стрелками (нагнетатель 1 - сопловой аппарат, 2 - лопатки 4 -диффузор 3 - нагнетатель 1). Поток воздуха, ускоренный в сопловом аппарате 2, с большой скоростью направляется на неподвижные лопатки 4 под острым углом к направлению, обратному направлению движения транспортного средства. Оптимальные углы истечения, зависящие от аэродинамической формы и материала лопаток, лежат в диапазоне 15 - 25^o. При прохождении через неподвижные лопатки направление движения потока воздуха меняется на угол, близкий к 180^o, в результате чего создается сила тяги транспортного средства. Затем поток воздуха поступает в диффузорную насадку 3, где оставшаяся кинетическая энергия частично преобразуется в статическое давление в диффузоре 3, что позволяет уменьшить напор, создаваемый нагнетателем 1, и тем самым снизить потребную мощность нагнетателя. Таким образом, создание тяги описанным способом даст возможность значительно уменьшить потери энергии за счет отсутствия выброса воздушной струи в атмосферу и использования устройств, входящих в замкнутый контур. Кроме того, создание тяги в замкнутом контуре значительно улучшает экологические показатели предлагаемого способа по сравнению с известными.

Для реализации способа создания тяги здесь описано устройство для привода, например, транспортного средства высокоскоростных дорог. На фиг.2 показан поперечный разрез такого транспортного средства с устройством создания тяги в рабочем положении. Транспортное средство включает в себя воздушные подушки 1, уплотнение из эластичного материала 2, дистанцирующие ролики 3 для центровки устройства, диффузор 4, спрямляющие лопатки 5, опоры силового агрегата 6, аэродинамические лопатки 7 симметричного профиля, установленные вдоль гребня направляющего пути 18, карман 8, служащий для введения лопаток при спущенных подушках, корпус транспортного средства 9, вентилятор 10 для системы воздушных подушек и компенсации утечек воздуха из контура, электродвигатель 11 для нагнетателя устройства тяги, нагнетатель 12, рама 13 агрегатных устройств, камеры 16, устройство 14 изменения угла установки сопловых насадок, сопловой направляющий аппарат 15 и каналы 17 системы воздушных подушек.

Устройство создания тяги работает следующим образом. В исходном положении транспортное средство стоит на путях. Вентиляторы 10 и12 не работают. Воздушные подушки 1 спущены, лопатки 7 введены в карман 8. Перед началом движения запускается вентилятор 10 и поезд " всплывает" на подушках 1. Сопловой направляющий аппарат 15 поднимается на уровень лопаток 7. В машинном отделении, как и в системе воздушных подушек, создается повышенное давление воздуха 400 - 600 кг/м². Запускается вентилятор 12 (нагнетатель), который забирает воздух из корпуса транспортного средства 9 и прогоняет его по замкнутому контуру в следующей последовательности: напорная камера 16, сопловой направляющий аппарат 15, лопатки 7, спрямляющие лопатки 5, диффузор 4 и корпус транспортного средства 9. Из соплового аппарата 15 поток воздуха с высокой скоростью вытекает в направлении, близком к направлению "в корму" и изменяет свое направление движения на лопатках 7, порождая тягу. После прохождения лопаток неиспользованная кинетическая энергия потока утилизируется в диффузоре 4, где происходит частичное восстановление давления, что снижает потребную мощность вентилятора 12. Изменение скорости движения осуществляется либо изменением скорости вращения (производительности) вентилятора 12, либо изменением угла установки лопаток соплового аппарата 15 с помощью специального устройства 14. Режим торможения может осуществляться, например:

- прижатием тормозных колодок, установленных на поезде, к гребню направляющего пути;

- переключением потока воздуха в специальную тормозную камеру, из которой воздух вытекает на лопатки в направлении, близком к направлению движения.

Эффективность предлагаемого устройства зависит от возможных перетечек воздуха в атмосферу через зазоры между подвижными и неподвижными элементами контура, а также от герметичности корпуса транспортного средства. Для снижения перетечек между рамой 13 и корпусом вагона проложено уплотнение из эластичного материала 2, а зазоры между лопатками 7 и камерами в раме 13 для элементов 15 и 5 выбираются минимальными, исходя из условий прохода поворотов направляющего пути.

Для исключения задевания лопаток 7 об элементы рамы 13 предусмотрены дистанцирующие ролики 3, а рама 13 закреплена к корпусу транспортного средства на подвижных опорах силового агрегата 6 с обеспечением ее самоцентровки относительно гребня полотна пути 18 и лопаток 7.

Предложенные способ и устройство создания тяги высокоскоростных транспортных средств дают возможность повысить их экономичность и уменьшить вредные влияния на окружающую среду.