Сверхзвуковая наземная транспортная система с вакуумной подушкой
SUPERSONIC GROUND TRANSPORTATION SYSTEM WITH VACUUM CUSHION

Изобретение относится к наземному транспорту, в частности к сверхзвуковым наземным поездам, которые курсируют в магистральных трубопроводах.
Известна система «Hyperloop», которая представляет собой стальную трубу со стенками толщиной 25 мм. Капсулы приводятся в движение линейным электродвигателем, статором которого является кусок алюминиевого рельса. За счет высокой скорости движения капсулы, статор не должен быть непрерывным - достаточно расположить один 15-метровый рельс на 110 километров трубы. Расстояние до следующего рельса капсула будет лететь по инерции. Оставшийся в трубе воздух перенаправляется направляющими и вентилятором под днище капсулы и создает воздушную подушку. Из трубы откачивается воздух, до уровня 100 Па (1/1000 нормального атмосферного давления). Соответственно у капсулы нет необходимости преодолевать трение опоры и встречное сопротивление воздуха. Система оборудована солнечными батареями, размещенными на внешней поверхности транспортных труб (http://smartbabr.com/?doc=423&frm=yn).
Недостаток аналога - значительные затраты электрической энергии для создания пониженного давления (вакуума) в стальной трубе.
Известна сверхзвуковая наземная транспортная система, содержащая транспортное средство с вагонами, оборудованными в нижней части ротором линейного двигателя, суперэлектромагнитами и суперпостоянными магнитами, статор линейного двигателя, установленный на сооруженных на трассе опорах и выполненный со сверхпроводниковой обмоткой, охлаждаемой жидким гелием, а также с суперэлектромагнитами и суперпостоянными магнитами, ориентированными полюсами с возможностью создания магнитной подушки, причем на опорах установлена цельнометаллическая воздухонепроницаемая магистральная труба, составленная из отдельных труб, соединенных между собой герметично посредством кольцевых сильфонов, в верхней части трубы с двух сторон по образующей выполнены иллюминаторы с герметично заделанным стеклом, на конечных и на промежуточных пунктах остановки транспортного средства выполнены шлюзы с параболоидными затворами, разделенными на секторные лепестки, управляемые синхронно при их герметичном открытии и закрытии с помощью гидроцилиндров, в нижней части шлюзов внизу торца магистральной трубы выполнены пандусы для автотранспорта и завоза груза, а с боковых сторон выполнены открывающиеся наружу двери, сверху магистральной трубы, преимущественно на стыках отдельных труб, установлены ветроэнергетические установки, а по всей длине трассы на магистральной трубе установлены отрегулированные на автоматическую работу вакуум-насосы (Патент на изобретение РФ №2252881, B60L 13/10, 2005 г.).
По наибольшему количеству сходных признаков и достигаемому при использовании результату данное устройство выбрано в качестве прототипа.
Недостаток прототипа - сложная конструкция цельнометаллической воздухонепроницаемой магистральной трубы, оборудованной ветроэнергетическими установками и вакуум-насосами.
Техническим результатом заявляемого устройства является упрощение конструкции магистральной трубы за счет отказа от использования энергоемких ветроэнергетических установок и вакуум-насосов для создания вакуума в полости магистральной трубы и совершенствование транспортного средства с вагонами, которое выполнено с локальной вакуумной подушкой, которая снижает сопротивление при движении.
Для достижения указанного технического результата в сверхзвуковой наземной транспортной системе с вакуумной подушкой, содержащей транспортное средство с вагонами, оборудованными в нижней части ротором линейного двигателя, суперэлектромагнитами и суперпостоянными магнитами, магистральную трубу, установленную на опорах и оборудованную статором линейного двигателя со сверхпроводниковой обмоткой, охлаждаемой жидким гелием, а также с суперэлектромагнитами и суперпостоянными магнитами, ориентированными полюсами с возможностью создания магнитной подушки, причем она снабжена воздухозаборником, оборудованным асинхронным вентилятором, соплом Лаваля, оборудованным турбогенератором, транспортное средство с вагонами выполнено в виде секций круглых перфорированных труб, которые соединены между собой цилиндрическими гибкими манжетами, в каждой секции размещен герметичный вагон, между собой вагоны соединены посредством шарнирных соединений, воздуховод размещен в пространстве между поверхностью вагонов и стенками секций круглых перфорированных труб, один конец воздуховода сообщается с воздухозаборником обтекаемой формы, который размещен в носовой части головной секции, а другой конец сообщается с соплом Лаваля, размещенным в кормовой части концевой секции.
Кроме того, заявляемое техническое решение имеет факультативные признаки, характеризующие его частные случаи, а именно:
- магистральная труба, секции круглых перфорированных труб и вагоны оборудованы иллюминаторами, которые установлены на одном уровне от продольной оси магистральной трубы;
- вагоны оборудованы выдвижными дверями, которые при движении размещены внутри вагона, а на остановках автоматически выдвигаются в сторону задвижки, размещенной в секции круглой перфорированной трубы, которая автоматически открывается;
- магистральная труба оборудована выдвижными дверями, которые во время движения вагонов размещены на поверхности посадочной площадки, а на остановках автоматически вдвигаются в сторону задвижки, размещенной в секции круглой перфорированной трубы, которая автоматически открывается;
- секции круглых перфорированных труб имеют равномерное распределение отверстий, достаточное для сохранения жесткости и устойчивости трубы, а также для эффективного отсоса пограничного слоя;
- секции круглых перфорированных труб с внешней поверхности покрыты тефлоном;
- воздухозаборник обтекаемой формы выполнен в виде конуса, на поверхности которого вырезаны продольные окна, расширяющиеся в сторону основания конуса.
Отличительными признаками предлагаемого устройства от указанного выше, наиболее близкого к нему, являются то, что оно снабжено воздухозаборником, оборудованным асинхронным вентилятором, соплом Лаваля, оборудованным турбогенератором, транспортное средство с вагонами выполнено в виде секций круглых перфорированных труб, которые соединены между собой цилиндрическими гибкими манжетами, в каждой секции размещен герметичный вагон, между собой вагоны соединены посредством шарнирных соединений, воздуховод размещен в пространстве между поверхностью вагонов и стенками секций круглых перфорированных труб, один конец воздуховода сообщается с воздухозаборником обтекаемой формы, который размещен в носовой части головной секции, а другой конец сообщается с соплом Лаваля, размещенным в кормовой части концевой секции.
Благодаря наличию этих признаков применение этого устройства позволит упростить конструкцию сверхзвуковой наземной транспортной системы с вакуумной подушкой, снизить капитальные вложения на строительство и упростить эксплуатацию за счет исключения поддержания в магистральной трубу постоянного вакуума.
Предлагаемое устройство иллюстрируется чертежами на фиг. 1 и 2.
На фиг. 1 показана сверхзвуковая наземная транспортная система с вакуумной подушкой (продольный разрез);
На фиг. 2 - поперечный разрез А-А на фиг. 1.
Сверхзвуковая наземная транспортная система с вакуумной подушкой содержит (фиг. 1 и 2): опору 1; сопло Лаваля 2; задвижку 3; иллюминатор 4; цилиндрическую гибкую манжету 5; секцию круглой перфорированной трубы 6; отверстия 7; аккумуляторные батареи 8; электродвигатель 9; рабочее колесо 10 асинхронного вентилятора; воздухозаборник 11; окно 12; направляющую пирамиду 13; поверхность земли 14; магистральная трубу 15; суперэлектромагнит 16 секции; суперпостоянный магнит 17 магистральной трубы; суперпостоянный магнит 18 секции; суперэлектромагнит 19 магистральной трубы; ротор линейного двигателя 20 секции; статор линейного двигателя 21 магистральной трубы; воздуховод 22; вагон 23; двери (выдвижные) 24 вагона; двери (вдвижные) 25 магистральной трубы; посадочную площадку 26; стойку 27; электрогенератор 28; турбину 29 (турбогенератор поз. 28 и 29); иллюминатор 30 магистральной трубы.
Работа сверхзвуковой наземной транспортной системы с вакуумной подушкой заключается в следующем.
Машинист включает системы электропитания суперэлектромагнитов 16, 19, которые взаимодействуют с суперпостоянными магнитами 17, 18, приводят транспортную систему во взвешенное состояние на магнитной подушке. Затем включается электропитание от аккумуляторных батарей 8 и подается на электродвигатель 9 асинхронного вентилятора, рабочее колесо 10, вращаясь, подсасывает воздух через окна 12 воздухозаборника 11 и нагнетает его, минуя направляющую пирамиду 13, в воздуховод 22, который размещен в пространстве между поверхностью вагонов 23 и стенками секций круглых перфорированных труб 6 с отверстиями 7. Для исключения завихрений воздушного потока в промежутках между вагонами 23 это пространство перекрывается гибкими кожухами обтекаемой формы (на фиг. 1 и 2 не показаны). Далее поток воздуха поступает в сопло Лаваля 2, вращает турбину 29 электрогенератора 28, который вырабатывает электрический ток для потребностей вагонов 23 и подзарядки аккумуляторных батарей 8. В зоне выхода воздушного потока из сопла Лаваля 2 создается разряжение, стремящееся к вакууму. С боковой поверхности секций перфорированных труб 6, покрытых тефлоном с целью уменьшения сопротивления при движении, происходит саморегулируемый процесс отсоса пограничного слоя через отверстия 7, за счет ускоренного потока воздуха в воздуховоде 22. В результате этого процесса происходит снижение давления на боковой поверхности секций перфорированных труб 6 до уровня, равного давлению в зоне выхода воздушного потока из сопла Лаваля 2. Таким образом, на боковой поверхности секций перфорированных труб 6 создается зона пониженного давления, названная вакуумной подушкой, которая снижает сопротивление при движении. Движению вперед будет способствовать реактивный импульс от выхода воздушного потока из сопла Лаваля 6. Транспортное средство начинает движение, и машинист включает электропитание линейного двигателя, включая ротор 20 и статор 21. Магистральная труба 15, секции круглых перфорированных труб 6 с цилиндрическими манжетами 5 и вагоны 23 оборудованы иллюминаторами, соответственно 30, 4, (иллюминаторы вагонов 23 не показаны на фиг. 1 и 2), которые установлены на одном уровне от продольной оси магистральной трубы 15. Вагоны 23 оборудованы выдвижными дверями 24, которые при движении размещены внутри вагона 23, а на остановках автоматически выдвигаются в сторону задвижки 3, размещенной в секции круглой перфорированной трубы 6, которая автоматически открывается. Магистральная труба 15 оборудована выдвижными дверями 25, которые во время движения вагонов 23 размещены на поверхности посадочной площадки 26 на стойках 27 на уровне опор 1, а на остановках автоматически вдвигаются в сторону задвижки 3, размещенной в секции круглой перфорированной трубы 6, которая автоматически открывается. Секции круглых перфорированных труб 6 имеют равномерное распределение отверстий 7, достаточное для сохранения жесткости и устойчивости трубы 6, а также для эффективного отсоса пограничного слоя. Секции круглых перфорированных труб 6 с внешней поверхности покрыты тефлоном для снижения сопротивления трения при движении. Воздухозаборник 11 обтекаемой формы выполнен в виде конуса, на поверхности которого вырезаны продольные окна 12, расширяющиеся в сторону основания конуса.
Использование устройства позволит упростить конструкции сверхзвуковой наземной транспортной системы с вакуумной подушкой за счет отказа от использования энергоемких ветроэнергетических установок и вакуум-насосов для создания вакуума в полости магистральной трубы и тем самым сократить капитальные вложения строительства и упростить эксплуатацию транспортного средства с вагонами, которое выполнено с локальной вакуумной подушкой, которая снижает сопротивление при движении.