ТРАНСПОРТНАЯ СИСТЕМА

Предлагаемая полезная модель относится к области наземного высокоскоростного транспортного средства и может быть использована для создания высокоскоростных магистральных стабилизаторы,, с применением транспортных средств, обладающими минимальным трением о поверхность пути, например, аппаратов на воздушной подушке, перевозящих пассажиров и грузы на дальние расстояния по транспортному пути.
Известны различные высокоскоростные транспортные системы для передвижения транспортных средств на воздушной подушке.
Известно транспортное средство на воздушной подушке рельсового типа (патент РФ №2003531, Кл. B60V 3/04, 1997.12.10). Сущность изобретения заключается в том, что на монорельсовую дорогу установлены вагоны с возможностью перемещения на воздушной подушке благодаря линейному двигателю, состоящему из двух частей, одна из которых установлена на вагоне и представляет собой развернутую (линейную) обмотку двигателя «ротор», а другая установлена на транспортном пути и представляет собой аналогичную обмотку «статор». Вагоны имеют гибкие ограждения воздушной подушки и центробежные компрессоры для ее формирования под их днищем.
Данную транспортную систему эксплуатируют следующим образом: по длине пути подают переменное напряжение одновременно на стационарную обмотку пути и обмотку линейного двигателя, установленного на вагоне, создавая между ними как стационарное, так и перемещающееся магнитное поле, увлекающее за собой вагоны поезда, а для уменьшения коэффициента трения вагонов о транспортное полотно под ними с помощью, установленных в каждом вагоне компрессоров, создают воздушную подушку, на которой вывешивают и перемещают вагоны.
Недостатками данной транспортной системы является то, что она обладает значительной массой, сложна и неэкономична для решения современных задач по созданию высокоскоростных магистральных транспортных систем, поскольку в известном устройстве исполнительные устройства, линейный двигатель и компрессор не обладают многофункциональностью (каждое работает только для своих нужд).
Необходимо отметить, что все современные поезда с линейным двигателем обладают значительно большей массой по сравнению с традиционными поездами, т.к. под их днищем по всей длине вагона расположена медная обмотка с магнитопроводом линейного ротора.
Кроме этого работа компрессоров для создания воздушной подушки на подобном тяжелом транспортном средстве приводит к существенным затратам энергии, дополнительно усложняет конструкцию и снижает надежность работы транспортной системы.
При этом мощное магнитное поле будет создавать серьезную угрозу здоровью пассажиров.
Известна транспортная система «Аэротрейн» производства Франции с транспортным средством, развивающим скорость более 400 км/час.
Данная транспортная система содержит транспортный путь с продольной направляющей, установленное на нем транспортное средство, содержащее в донной части корпуса ответную часть, снабженную устройствами, охватывающими вышеназванную направляющую, центрирующую транспортное средство во время движения. На транспортном средстве установлены компрессор и нагнетатель-воздухозаборник для создания воздушной подушки, (www.aerotrain. corn., www.aerotrain-wikipedia.com)
Вес одного такого самодвижущегося вагона 60 тонн и для обеспечения высокой скорости, создания мощной воздушной подушки, преодоления значительного аэродинамического сопротивления и трения транспортного средства о направляющую в качестве двигательной установки применен установленный на транспортном средстве, турбореактивный двигатель на углеводородном топливе общей мощностью 2700 киловатт.
Для перемещения транспортного средства данной транспортной системы используют две разные системы:
воздушную подушку (высотой 3 мм) создают с помощью компрессоров и нагнетателей-воздухозаборников, расположенных в транспортном средстве, путем подачи воздушных потоков в специальные кольцевые полости с замкнутыми ограждениями, расположенными под дном транспортного средства,
- разгон и торможение транспортного средства создают с помощью турбореактивного двигателя транспортного средства и газодинамических отражателей, установленных за его соплом.
Однако, данная система не получила своего распространения из-за высокой сложности конструкции, невысокой экономичности и негативного влияния на экологию.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой полезной модели является транспортная система, содержащая подвижное транспортное средство, установленное на транспортный путь выполненный в виде сооруженных на трассе опорах с несущей поверхностью, с возможностью перемещения на воздушной подушке, генераторы воздушных потоков с возможностью силового воздействия на транспортный путь, силовые провода и устройство ориентации (патент РФ №2252880).
В известной системе через определенные расстояния по трассе устанавливают опоры высотой не менее 10-12 м на сваях, омоноличенных сверху ростверками.
Сверху в направлении оси трассы опора выполнена корытообразной, охватывающей транспортное средство не менее, чем на 1/3 высоты.
С внутренней стороны корытообразной поверхности опоры установлены в определенной направленности суперпостоянные магниты и суперэлектромагниты для поддержания транспортного средства во взвешенном положении, без соприкосновения с опорой, ее корытообразной частью.
Кроме того, на опоре установлен статор линейного электродвигателя с суперобмоткой со сверхпроводящими проводами, охлажденными жидким гелием при температуре -250°С.
5
Суперпостоянные магниты изготовлены из сплава редкоземельных металлов SmCo, а сверхпроводники выполнены из сплава ванадия с галием, относящимся не к редкоземельным металлам.
Как постоянные магниты, так и электромагниты сориентированы на одну сторону, нижние - на горизонтальной части желоба вверх, а с боковых сторон по кривой, обращенными перпендикулярно к касательной кривой, т.е. к условной середине транспортного средства.
Кроме того, к корытообразной части опоры подведен сжатый воздух, который способствует созданию дополнительной подъемной силы в виде воздушной подушки между корытообразным верхом опоры и нижней частью транспортного средства и обеспечивает чистоту корытообразной части опоры от снега, льда, запыления в любое время года и в любую погоду путем систематического, автоматического включения.
Само транспортное средство представляет шарнирно сочлененный фюзеляж с высоким аэродинамическим качеством К=25 (отношение подъемной силы электромагнитов и воздушной подушки к силе любого сопротивления) преимущественно из трех секций: передней секции (носовой), средней и хвостовой.
При этом секции расположены на одной оси и соединены между собой связками, обеспечивающими ограниченный поворот в стороны на поворотах трассы.
Причем носовая и хвостовая секции несколько длиннее, чем расстояние между опорами, чтобы иметь возможность упора транспортного средства на четыре опоры, что способствует уменьшению веса транспортного средства.
Носовая секция имеет штурманскую кабину, и установленные снаружи на одном уровне стабилизаторы, создающие дополнительную подъемную силу, предотвращающую прогиб секции при консольном их положении.
Датчиком поворота стабилизаторов является лазер, установленный внизу в передней части секции.
Хвостовая секция имеет традиционные киль и стреловидный стабилизатор, выполняющие в основном функции аэродинамических тормозов, а также стабилизатора от прогиба при консольном положении хвостовой секции,
В нижней части всех трех секций, на их горизонтальных частях и с боковых сторон, до уровня верха корытообразной части опоры, закреплены в определенном чередовании суперпостоянные магниты и суперэлектромагниты, ответно направленными полюсами на отталкивание.
Движущей силой транспортного средства является линейный электродвигатель.
Ротор - самая легкая часть электродвигателя представляет собой прямой стержень, выполненный из стали. Какого поперечного сечения, экономически и технически оправданного, предстоит еще исследовать, изучить: прямоугольного, квадратного, круглого, шестигранного или трубчатого.
Для достижения дополнительной подъемной силы и систематической очистки корытообразной поверхности опоры вдоль трассы проложена в земле или в специальном туннельном канале труба сжатого воздуха, например, диаметром 500 мм, объемом 120000 кубических метров.
Напротив каждой опоры выполнен отвод с вводом в расходный ресивер в нижней части опоры.
Каждый ресивер, соединенный напрямую с магистральным трубопроводом сжатого воздуха, снабжен предохранительным клапаном. Если даже на трассе откажут 10 клапанов, то в магистральном трубчатом ресивере в исправном состоянии 3990, при условии что между опорами 150 метров.
Потребление электрической энергии может быть двоякой. За счет энергетической системы страны и автономной, независимой, за счет ветровой, солнечной энергии. Линейный электродвигатель будет работать импульсно считанные секунды, и если вместимость транспортного средства будет 5000 человек, даже на трассе Москва - С.-Петербург, то статор на опоре включится всего раз или два за день.
Недостатками известной конструкции являются:
1. Высокие газодинамические потери, приводящие к снижению грузоподъемности и скорости за счет воздействия на транспортное средство малоэнергетичными воздушными потоками, поскольку воздушные тракты загромождены системой клапанов и жиклеров, приводящих к затормаживанию потоков в жиклерах, а также в клапанах от соударения потоков при выходе из противоположных окон корпуса клапана.
При наклоне платформы оператором для перемещения рассматриваемого транспортного средства и без того ослабленные воздушные потоки, выходящие из под его донной поверхности, не концентрируются, а напротив, распыляются, что приводит к рассредоточению и уменьшению и составляющих реактивных сил и дополнительному ослаблению воздушной подушки.
2. Высокие энергозатраты, связанные с постоянным расходом воздуха и его пополнением по всему пути, выполненному в виде протяженной полости-коробки с жиклерами, для обеспечения стабильных параметров воздушного потока.
3. Низкая надежность всей транспортной системы в условиях воздействия неблагоприятных факторов внешней среды, поскольку устройства подачи воздушных потоков и клапаны выполнены на принципах перемещения прецизионных элементов в малом пространстве, не допускающем загрязнения, обмерзания и коррозии рабочих поверхностей. Кроме этого, воздух, забираемый из атмосферы и пропускаемый через вышеназванные клапаны, требует фильтрации, поскольку элементы клапанов также не допускают не только твердых, но любых жидких компонентов, которые могут образовывать в зазорах подвижных элементов наслоения и заторы, приводящие к залипанию клапанов и потере давления.
4. Низкое быстродействие исполнительных устройств создания тяги, поскольку в прототипе управление транспортным средством производят путем изменения центра масс системы платформа - оператор, за счет наклона платформы с высокой инерционностью, что не позволяет их применять для реальных скоростных транспортных систем.
5. Сложность герметизации пути, выполненного в виде единой полости - коробки на всем его протяжении.
Техническим результатом, решаемым предлагаемой полезной моделью, является создание транспортной системы, позволяющей упростить ее конструкцию, повысить грузоподъемности системы с одновременным повышением скорости перемещения транспортного средства, снизить энергозатраты.
Технический результат в предлагаемой полезной модели достигают созданием транспортной системы, содержащей подвижное транспортное средство, имеющее возможность перемещения на воздушной подушке и установленное на транспортный путь, выполненный в виде сооруженных на трассе опорах с несущей поверхностью, генераторы воздушных потоков с возможностью силового воздействия на транспортный путь, силовые провода и устройство ориентации, отличающаяся тем, что, транспортный путь выполнен в виде последовательно расположенных, по крайней мере, в два ряда опор, на которых закреплены мачты в виде стержней, несущая поверхность выполнена в виде полотна, связанного с опорами, а подвижное транспортное средство выполнено в виде вагона, имеющего форму аэродинамического крыла, и образующего пространство между полотном и донной частью вагона, при этом генераторы воздушных потоков установлены на подвижном транспортном средстве.
При этом устройство ориентации выполнено в виде крыльев расположенных на периферии транспортного средства и снабжено хвостовым рулем, установленном сверху в задней части вагона - крыла, а силовые электропровода расположены на опорах транспортного пути и мачтах, связанных с опорами.
Кроме того, транспортная система дополнительно содержит мембрану, которая расположена под крыльями транспортного средства и закреплена на опорах и мачтах.
Предлагаемая транспортная система позволяет: создать воздушную подушку, за счет аэродинамических сил и экранного эффекта, обеспечивающую высокую грузоподъемность,
- получить высокие реактивные силы для обеспечения высокой скорости перемещения транспортного средства,
- повысить быстродействия,
- повысить надежность работы системы при воздействии внешних неблагоприятных факторов.
Технико-экономические преимущества предложенного технического решения заключается в следующем:
- относительно простое техническое решение в воплощении, в виде опор в два ряда с несущей поверхностью в виде полотна (мембраны) через определенные расстояния;
- высокая надежность, безопасность, и экономичность, так как подвижное транспортное средство вагон - крыло находится над поверхностью полотна и перемещается за счет аэродинамических сил и экранного эффекта;
- более высокая конкурентоспособность по сравнению с гражданской авиацией;
- не мешает и не перерезает инженерные коммуникации, не препятствует движению любого вида наземного транспорта на всех направлениях;
- не требует отчуждения земельных угодий, за исключением небольших участков - под опоры, не перерезает сельскохозяйственные угодья и не мешает машинной обработке земли;
- относительно небольшие затраты энергии на создание подъемной силы за счет аэродинамических сил и экранного эффекта, так как подвижное транспортное средство вагон - крыло является по сути экранопланом, и перемещается не касаясь полотна, и находится во взвешенном положении за счет аэродинамических сил и экранного эффекта, а движителем являются генераторы воздушных потоков, которые могут быть выполнены в виде электровинтов, или электротурбин; расположенные на крыле
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется нижеследующим описанием и чертежами, где:
на фиг.1 изображено продольное сечение предлагаемой транспортной системы;
на фиг.2 - поперечное сечение предлагаемой транспортной системы
Транспортная система, содержит подвижное транспортное средство 1, установленное на транспортный путь в виде сооруженных на трассе в два ряда опорах 2 с несущей поверхностью 3, выполненной, например, из гибкого прочного базальтового полотна, края которого 4 соединены с опорами 2.
Подвижное транспортное средство 1 выполнено в виде вагона, имеющего форму аэродинамического крыла, и образующего пространство 5 между несущей поверхностью полотна 3 и донной частью 6 подвижного транспортного средства 1, при этом генераторы воздушных потоков 7 расположены на подвижном транспортном средстве 1 и могут быть выполнены в виде электровинтов или электротурбин.
На вагоне 1 установлено устройство ориентации, выполненное в виде крыльев 8, расположенных на периферии вагона 1 и снабжено хвостовым рулем 9, установленном на задней части вагона 1.
Кроме того, транспортная система снабжена силовыми электропроводами 10 и 11
Два нижних силовых электропровода 10 расположены на опорах 2 транспортного пути и имеют возможность взаимодействовать с вагоном 1 по бокам, а силовой электропровод 11, установлен между мачтами 12, закрепленных на опорах 2 и имеет возможность взаимодействовать с токоприемником 13 вагона 1.
При этом нижние силовые электропровода 10 одновременно обеспечивают дополнительную стабилизацию вагона 1 в вертикальной и горизонтальной плоскостях.
Над силовым проводом 11 расположен молниезащитный провод 14.
Под крыльями 8 вагона 1 установлена мембрана 15, которая с одной стороны закреплена на опорах 2, с другой стороны закреплена на мачтах 12.
Выполнение подвижного транспортного средства 1 в виде вагона, имеющего форму аэродинамического крыла с высокими аэродинамическими свойствами повышает эффективность поддува воздуха под транспортное средство 1 и обеспечивает повышение аэродинамической подъемной силы и экранного эффекта за счет образования туннеля 6 между донной частью транспортного средства 1 и несущей поверхностью полотна 3.
Оснащение подвижного транспортного средства 1 вагона системой ориентации в виде крыльев 8 расположенных на периферии подвижного транспортного средства 1 и хвостового руля 9 обеспечивает взаимодействие с мембраной 14, что обеспечивает управление по крену и улучшает маневренность
Выполнение несущей поверхности полотна 3, например, из гибкого прочного базальтового полотна, обеспечивает возможность перемещения транспортного средства на воздушной подушке за счет аэродинамических сил и экранного эффекта. Это позволяет создать искусственную поверхность для обеспечения экранного эффекта практически в любом месте независимо от рельефа местности
Крепление полотна 3 к опорам 2 образует корытообразную поверхность, что способствует стабилизации и устойчивости полета подвижного транспортного средства 1.
Наличие генераторов воздушных потоков 7, расположенных на подвижном транспортном средстве 1 вагона, обеспечивает перемещение подвижного транспортного средства 1 относительно полотна 3.
Эксплуатируют транспортная система следующим образом.
Перед началом движения подвижное транспортное средство 1 устанавливают на транспортный путь с помощью вспомогательных средств, например грузоподъемником (не показан).
Для начала движения подвижного транспортного средства 1 по сигналу с пульта управления или автоматически с помощью системы управления включают генераторы воздушных потоков 7, расположенных на подвижном транспортном средстве 1 в зоне проекции верхней части корпуса подвижного транспортного средства 1.
Регулируя обороты вращения генераторов воздушных потоков 7, например, с помощью частотного регулятора.
Воздушные потоки после выхода из вентиляторов 7 направляют вдоль подвижного транспортного средства 1, тем самым создавая продольную тягу до тех пор пока импульс струи, создающий аэродинамическую подъемную силу не превысит массу подвижного транспортного средства 1 выполненного в виде вагона (по сути экраноплана).
Движение подвижного транспортного средства 1 выполненного в виде вагона - крыла происходит обычным для данного класса летательных аппаратов (экранопланов) образом.
После запуска и повышения оборотов воздушного винта генераторов 7 воздушных потоков, растет давление в воздушной подушке за счет нагнетания воздуха через туннель 5 вниз под подвижное транспортное средство 1 вагон крыла.
На максимальной мощности генераторов воздушных потоков 7 подвижное транспортное средство 1 вагон - крыло выходит на статическую воздушную подушку на месте и затем начинает движение к месту старта.
Устройство ориентации в виде крыльев 8 автоматически выпускается. При выпущенных подкрылках крыльев 8 подвижное транспортное средство 1 вагон - крыло начинает разгон на воздушной подушке.
При увеличении скорости движения до 40-50 км подкрылки крыльев 8 от скоростного напора (который выше, чем в воздушной подушке) автоматически или с помощью ручного привода убираются.
Затем подвижное транспортное средство 1 вагон увеличивает скорость до крейсерской и совершает полет, находясь над полотном 3 за счет аэродинамических сил и экранного эффекта. Посадка подвижного транспортного средства 1 вагона осуществляется в обратном порядке.
Подвижное транспортное средство 1 вагон совершает полет на высоте 1-2 м, т.е. на высоте значительного действия экранного эффекта и оптимального пилотирования. Эволюции в воздухе и посадка подвижного транспортного средства 1 вагона - крыла осуществляются так же, как и экраноплана с силовой установкой, обеспечивающей небольшой избыток мощности и вертикальную скорость полета до 1 м/с.
По сравнению с прототипом предложенная транспортная система значительно проще (отсутствуют магниты, система воздупроводов) при этом улучшаются аэродинамические качества, снижается гидродинамическое сопротивление и улучшаются эксплуатационные свойства. Относительная масса предложенного транспортного пути ниже, чем у прототипа благодаря отсутствию сложных громоздких магнитопроводов и воздухопроводов.
Величина воздушной подушки, подъемной силы, грузоподъемности и скорости движения подвижного транспортного средства на пути удобно может регулироваться изменением расходных характеристик на выходе генераторов воздушных потоков 7, что позволит упростить управление подвижным транспортным средством.
Заявленная транспортная система может быть реализована промышленным способом с использованием известных материалов и агрегатов.
Например, в качестве основных агрегатов могут быть применены серийно выпускаемые в промышленности, осевые вентиляторы электровинты, электротурбины, имеющие значительные зазоры между рабочим колесом и корпусом, и герметизированные в соответствии со стандартными требованиями по электробезопасности, предъявляемым к промышленным вентиляторам подобного типа, работающим на открытом воздухе и обеспечивающим требуемую защищенность от внешних неблагоприятных факторов.
Для изготовления корпуса подвижного транспортного средства могут быть использованы композиционные материалы и легкие сплавы