超音速免维护冲压式真空管道运输系统的制作方法

专利名称：超音速免维护冲压式真空管道运输系统的制作方法
超音速免维护冲压式真空管道运输系统一、涉及领域本产品涉及一种地表运输工具。二、技术背景经过几千年的发展改进，人们的交通工具有了长足的进步，有了汽 车、火车、飞机、轮船，甚至火箭、飞船，但是与人们的需求仍然有很大的差距，不够理想，不 能满足现代社会人们高速安全方便运行的需要。空中的飞机受天气，机场状况影响很大，并 且多在远郊，运行不方便。地表汽车、列车的运行速度慢，更重要的是汽车、列车的慢速度无 法有更大的改善，尽管高速铁路已经能跑350公里，但是再提高的可能性不大，因为高速运 行时，阻力已经不仅是和地表的摩擦，而来自于空气的阻力更多，悬浮技术的优势在这种情 况下显得很微小。因而，无论采用哪种技术，地表交通工具在大气中速度都不应超过每小时 400公里，超过这个速度后，空气阻力太大，消耗的燃料不仅会使运输变得非常不经济，而且 带来的空气污染也相应激增，噪音的大小和速度的七到八次方成比例，这对环境的影响也 是无法承受的。人们并不希望仅有现在的运行速度，但是很高的运行速度要克服巨大的空气阻 力，克服巨大空气阻力，提高运行速度的有效方法是降低空气密度。降低空气密度是当今克 服巨大空气阻力问题的关键。真空管道运输是降低空气密度，维持低密度，运行实现高速度 的有效方法。真空管道运输就是在机车在真空管道内高速穿梭运行。在管道中，可以实现类似 太空环境的高真空，实现类似高空飞行环境的低真空，可以实现更高的速度，速度能达到 600米/秒以上；真空管道运输在密封管道中运行，几乎不受风、雪、雨、温度、天气的影响， 扰动气流的影响很小，有一个稳定的气流环境，运行稳定，噪音很小；由于有密封管道的保 护，基础设施的损坏减少，脱轨、翻出等重大事故的几率也大幅降低，运行十分安全；因而， 真空管道运输是一种比火车更快速，比飞机更节省的方法，真空管道高速运输是人们在城 市之间旅行的理想工具，是人们希望的高速安全方便运行工具，但实现起来比较难，快速、 高效、大体积、长久性、低成本的真空管道更难以实现，成为这一问题的瓶颈。所以，自从我 听到这一方法后一直憧憬有一天能够实现，但已经三十年了，现在还未能实现，令人遗憾。三、发明内容为快速高效的解决大体积、长久性、低成本真空管道问题，本人提 出一有低成本，能长久维持的真空管道运输系统工程方案，超音速免维护冲压式真空管道 运输系统。超音速免维护冲压式真空管道运输系统如果实现，可以几乎不用维护，就可以快 速高效的实现大体积、长久性、低成本的管道真空，实现快速、大量、廉价、方便的客货运输， 实现三十年前的梦想。本人解决其技术问题的方案是在现有运输系统的基础上由路基及位于其上固定 不动管状体密封管道和位于高速运行机车上的空气排放器紧密结合，构成一个高速运动时 活动自如又不失气太多的空气排放体；在间隙大小适中的密封管道运行通道中，利用高速 机车运动产生的高压气体快速向密封管道外排放空气，降低密度，产生真空，并利用其来维 护管道的真空状况。空气排放体由路基及位于其上固定不动的密封管道和位于高速运行机车上的空 气排放器组成。
在现有运输系统的路基上，用中间有与机车间隙大小适中的运行通道，两侧带有 向运动方向倾斜的气动排气道，中部有透明窗，紧急通道，两端带有密封门，上下电力、信号 及其附属设备组成了密封管道。密封管道为由高强度、高密封、低挥发，隔音防噪、耐冲击、 耐老化材料构成的管状管道密封体，其形状与高速运行机车上的空气排放系统紧密结合， 其间隙大小适中，使高速运动时活动自如又不失气太多。排气道为向管道外排放空气的主 要通道，其两端为快速气动单向止回阀门控制，中间为可以膨胀收缩的压力器组成的定向 收口管状物，有接受、缓存气体、排气、消声作用。空气排放器由位于高速运行机车前部的空气排放系统和位于机车密封车厢上的 空气排放系统组成。机车前部的空气排放系统由空气积聚压缩器、高压气体存储器及其两侧上的羊角 型气动排气嘴构成。空气积聚压缩器为收缩段口径前小后大，长度后小前大的数个拉瓦尔 管及其上的导流器叠加而成，定向冲压、积聚、压缩气体。导流器是位于每个拉瓦尔管收缩 段边缘相同水平线上集中空气并排放的三角瓦型导流槽，与密封管道上的排气道距离相 等。喉口处有可调喉口调整口径大小控制流量流速。高压气体存储器为共同的拉瓦尔管扩 张段与锥形机车头部构成的结合体，其两侧有羊角型气动排气嘴，底部有密封车厢通气道 入口，后有机车，压缩、存储气体。气动排气嘴为高性能定向流线型的快速气动止回阀门，开 启的数量大小受高压气体存储器中气体压力的控制。机车密封车厢上的空气排放系统呈门状将密封车厢包围。吸收漏过的空气继续集 中，压缩，排放。左右空气排放器由空气积聚压缩器、高压气体存储器及其上的气动排气嘴 于车厢结合构成的呈小半圆型体尾部带两个羊角型气动排气嘴的空气排放器组成，内有密 封车厢上空调、空气压缩机的出风口。机车上的空气排放器由空气积聚压缩器、高压气体存 储器组成，向密封车厢内有限排气。由于机车的双向运行，机车密封车厢的空气排放系统为 大小相同，位置相对，方向相反，成对出现的空气排放器构成。在密封管道中的机车高速运行后，空气排放体开始工作，机车运动产生的高压气 体一部直接在机车前部的空气排放系统的空气积聚压缩器前通过拉瓦尔管收缩段边缘的 导流器集中打开密封管道上排气道的高性能定向的快速气动止回阀阀门，穿越密封管道向 外排气。一部分别经过数个不同口径的拉瓦尔管收缩段路径进入空气积聚压缩器冲压、压 缩后进入其后高压气体存储器高压存储，可以减少空气分离，加速空气流动，控制边界层， 空气分流大小不仅与机车速度、拉瓦尔管口径大小，还与密封管道的间隙有关。其中一部穿 越高压气体存储器底部进入机车密封车厢靠近内壁的通气道供人使用，最终经密封车厢的 空气压缩机压缩并经过密封车厢两侧的空气排放器羊角型气动排气嘴打开排气道，穿越密 封管道排放。漏过的空气进入密封车厢上的空气排放系统。机车两侧空气一部通过密封车厢上空气排放器高压空气存储器的羊角型气动排 气嘴打开密封管道上排气道的高性能定向的快速气动止回阀阀门，穿越密封管道向外排 气，一部通过高压空气存储器进入密封车厢的通气道向密封车厢供气供人使用，最终经密 封车厢的空气压缩机压缩并经过密封车厢两侧的空气排放器羊角型气动排气嘴打开排气 道，穿越密封管道排放；机车上的空气排放器空气通过高压空气存储器进入密封车厢的通 气道向密封车厢供气供人使用。当高压气体存储器中的压缩气体达到一定的数值后，自动打开其上适当数量的气动排气嘴，并快速打开密封管道上排气道的高性能定向的快速气动止回阀阀门，压力器 膨胀，空间放大，穿越密封管道向外快速安全排气，压力器收缩，快速排气持续，空气密度降 低；当高压气体存储器数值降低后，减少开启的气动排气嘴数量，维持压力，持续快速排气。尽管管道内的密度不断降低，但由于机车运行速度不断增高，空气阻力几乎没有 变化，排气压力持续维持。尽管空气积聚压缩器出口面积小流出速度有限，进口面积大流入 速度高，但由于经机车高速运行排气后在管道密封中的空气密度通常较低，经过空气积聚 压缩器冲压压缩后流出的空气密度很高，有关资料显示进气速度为3倍音速时，理论上可 使空气压力提高37倍，可以维持出入的平衡。由于在管道密封中，机车每运行一次，排气一些，空气密度下降一些，阻力降低一 些，机车的速度提高一些，排气能力增加一些，空气密度再下降一些，循环往复，空气密度持 续下降，直到靠增加机车运行速度和时间再也不能积聚到足够大的空气密度和压力，无法 向外排除气体，真空产生并持续维持。由于高速机车的惯性力很大，通过排气道排出的气体还要持续向前运行一些距 离，既速度分量，排气道向运动方向有个角度的倾斜。在真空产生并持续维持过程中，速度 控制，管道、机车型态调节对波的产生和控制，即噪声控制有重要作用。工作原理机车在密闭管道中运行有真空产生和持续维持二个内容，产生是重点， 持续维持是难点。(一)运行内容在密封管道中运行的机车排出空气后，周围空气不会再进入补 充，密度只能减少，不能增加，真空产生必须在管道密封中进行。密闭管道中的空气，一部 直接排出，一部通过空气积聚压缩器排出，一部排不出去保存，一部漏气；排出和保持不仅 与速度、拉瓦尔管口径大小，还与密封管道间隙有关；几方面兼顾就要有适当的管道间隙， 大小适中才能保持安定平稳的运行，又有很高的排气效率。拉瓦尔管口径越大，排出的空气越多，效率越高。但是，机车运行会产生摩擦、撞 击，不可能完全与管道密封，为不妨碍机车运行，与密封管道一定要有间隙，有间隙就会有 漏气。机车不可能一直高速运行，会有不大于密封管道外的空气压力时刻，就会有一部分气 体排不出去而保存。真空产生排出空气的效率与机车运行的速度密切相关，速度越高真空产生的速度 越快。但是事实上机车不可能一开始就运行在超音速阶段，阻力极大，既不经济也不高效， 还会引发许多问题。由于有间隙，流过空气积聚压缩器与管道间隙时会有空气分离，尤其是 跨音速运行阶段，产生激波，产生卡门涡节，产生不稳定气流，产生振动，为减少这些问题， 就要用数个大小不一叠加的拉瓦尔管吸收周边空气控制边界层，管壁上的排气道连续排 放，作消声处理，气流分离现象减少，激波减少，才能稳定运行。因此，一个完全的真空产生要经历高速运行、亚音速、跨音速和超音速四个阶段， 不同阶段有不同的特点，了解这些特点对机车的安全运行、真空产生有重要意义。( 二 )运行阶段和状况高速运行高速运行M数在0. 3以下，为100米/秒以下， 可以不考虑空气压缩性的影响，由于是运行的开始，空气密度为标准大气，空气阻力增加很 快，在空气阻力最大的阶段超速运行得不偿失，应当先大量排气，高速运行后的空气密度降 低为标准大气压的0. 2以下，进入亚音速运行阶段。亚音速亚音速为M数在0.3到0.8马赫的运行，低于280米/秒，，随着M数的增6大，压缩性的影响逐渐明显，M数在0. 8以下，压缩性对运行的影响只有量的变化，无质的突 破。随着速度的增加，空气阻力应当增加迅速，但是空气密度已经降低为标准大气压的0. 2 以下，空气密度较小，空气阻力减小，空气阻力总量没有大的变化。机车亚音速运行后的空 气密度降低为标准大气压的0. 04以下，进入跨音速运行阶段。跨音速通常把M数为0. 8 1. 2运行运动速度280到400米/秒的称为跨音速， M数在0. 8左右时，飞行器表面的局部流速可达到音速，开始出现激波，随着M数的增大，超 音速区域逐渐扩大，一直持续到大体上M数等于1. 2左右，流动呈现亚音速和超音速共存的 局面。在跨音速区域内气流分离现象严重，空气阻力剧增，运行稳定性变坏。但是空气密度 降低为标准大气压的0. 04以下，空气密度小，空气阻力低，空气阻力总量没有变化。机车跨 音速运行后的空气密度降低为标准大气压的0. 008以下，进入超音速运行阶段。超音速当M数超过1. 2以后，整个流场都达到超音速，流动的性质与亚音速相比有 本质上的不同。通常把M数为1.2 5.0的运行称为超音速运行。空气密度持续降低为标 准大气压的0.008以下，空气密度很小，空气阻力很低，空气阻力总量没有变化。机车超音 速运行后的空气密度降低为标准大气压的0. 0016以下，进入音速运行高级阶段。由于有密 封管道的庇护，管道内运行的机车一般是安全的，即使出现故障，也会停留在管道内，不会 出现冲出管道的现象，因此，即使是高超音速运行，也是安全的。针对以上特点，分高速运行、亚音速、跨音速和超音速四个阶段列表显示产生 IOOOkm真空的状况，100米/秒高速10000秒运行解决80%密度问题，运行速度提高到170米/秒，密 度为20%。170米/秒亚音速5882秒运行解决16%密度问题、运行速度提高到290米/秒， 密度为4%。290 米 密度为0.8%。490 米， 密度为0. 16%。833米/秒超音速1200秒运行解决0. 1 %密度问题，运行速度提高到1416米/ 秒，密度为0. 032%。1416米/秒超音速862秒运行解决0. 0256%密度问题。运行速度提高到M06米 /秒，密度为0. 0064% ο受机车运行的推力作用，如同活塞在密闭的管道中推进一样，密封管道内的空气 密度也有压缩、膨胀的变化。对于亚音速、高速运动，压缩部位在空气积聚压缩器、高压气体 存储器，仅限于机车前部的递减变化，膨胀部位在机车前部及羊角型气动排气嘴，排气道。 对于超音速，压缩膨胀的变化变化仅限于空气积聚压缩器、高压气体存储器内及机车周围。(三)进行过程1、由于机车在管道中运行速度很快，空气积聚压缩器内积聚 大量气体，空气被强烈压缩，温度上升，密度增加，粘性增加，压强加大，进入高压空气存储 器存储。当空气压强大于管道外气压，大于管道排气道的气动进气止回阀启动值时，高压 空气存储器上向外排气的气动阀门会自动打开并吹开密封管道上的排气道排气。以后密 度虽然不断降低，但由于机车运行速度不断增高，空气阻力几乎没有变化，排气压力持续丨秒跨音速3448秒运行解决3. 2%密度问题，运行速度提高到490米/秒， 秒超音速2040秒运行解决0. 64%密度问题，运行速度提高到833米/秒，维持，100米/秒的压力100*100*100*1.2/2 = 60*10吨/M2 ;60分之一，300米/秒的压 力300*300*300*1.2/2 = 162*10吨/M2，密度可以降低到162分之一，1000米/秒的压力 1000*1000*1000*1. 2/2 = 6000*10吨/M2，密度可以降低到6千分之一，相当50公里高空。压力一直持续维持进入真空态。机车每运动一次空气密度降低一些，直到输入等于气动排 气嘴的最低启动值。但是由于压缩比比较大，如20 1。机车运行速度很高，即使输入密度 很低的气体，如密封管道空气密度0. 032 %，千分之三，约为40公里高空的大气层状况，高 压空气存储器的气压值一般也不低于标准大气压，大于气动排气嘴的最低启动值，此时密 封管道已进入低真空状态。如果继续增加机车的运行速度到M06米/秒，积聚的空气密度 增加，仍然可以继续降低密度，获得更好0.0064%的真空状态。压力降到不能排除气体，低 于最低启动值时，管道内的气体密度已经很低，接近80公里高空真空态。空气压缩性，管道 渐缩气体阻力不考虑。2、机车运行进入跨音速后，空气的运动方向发生了变化。受到高速机车的强力作 用，机车运动的速度远远大于空气横向运动，物体表面的局部流速可达到音速，开始出现激 波，机车周围的密封管道管壁承受激波压力。随着M数的增大，超音速区域逐渐扩大，一直 持续到大体上M数等于1. 2左右，流动呈现亚音速和超音速共存的局面。在跨音速区域内， 气流分离现象严重，空气阻力剧增，运行稳定性变坏。为解决这一问题，我们用正面的拉瓦 尔管来大量吸收、压缩空气，空气密度最大，压力最大处在拉瓦尔管内部，大面积正激波产 生的可能性变小，激波减少，用其后数个大小不一叠加的拉瓦尔管吸收周边空气控制边界 层，密封管道管壁上的排气道连续排放，作消声处理，气流分离现象减少，激波减少，运行稳 定性变化不大。由于经过前几次的机车运行空气密度已大大降低，运行速度提高到290米/ 秒密度为4 %，相当2万米高空，运行速度提高到490米/秒，密度为0. 8 %，3. 2万米高空， 即使会有激波，激波的威力也大大降低，激波不会成大问题，机车截面一般仅有几平方米， 产生的激波面积小，机车不是重量轻的空中飞机，强度比飞机大得多，受空气的影响比飞机 小的多。激波对密封管道内的机车运行没有危害。以后，超音速运行时尽管密度大大降低，但温度还会上升，粘性还会增加，压强还 会加大。我们还会调整可调喉口大小、出口面积，调整压强比，控制激波，避免有害激波，利 用可用激波，激波空气阻力剧增有利我们持续积聚大量气体，压缩空气，增加密度，排放空 气。在机车运行的过程中，F = VVVp A/2我们可以调整V、P和A，A的调整有二个，1是迎 风面积的大小。2是可调喉口口径的大小。使F保持一个理想状态。这样由于机车运行的 速度不同，密封管道内的空气密度不同，机车运行遇到的阻力F可以相同，产生的压力可以 大致一样，入口截面积为8M2，压缩比为80，机车运行速度为1000米秒，密度P为lkg/m3，F =VVV P A/2 = 109*8/2 = 4*106 吨，当密度 P 为 0. 0001kg/m3 F = 400 吨 40 个标准大气 压，算上空气系数，压力仍然很大，可以维持空气积聚压缩器空气的排放速度。因此，高压气 体存储器气体压力也大致相同，排出的气体速度也大致稳定，不稳定会产生涡流，涡流产生 振动，因此稳定的气流是减少噪声安全运行的基础。空气粘性问题仅涉及空气流出速度关 系不大。(四)运行时间设机车速度大多在100米/秒以上，有的达到1000米/秒，空气 入口截面积为80 %。完全排气一次为80 %，二次为96 %，三次为99. 2 %，四次为99. 86 %， 如此1000公里的管道，超音速18分钟运行一次，亚音速运行1小时，现行高速机车运行3小时。因此，在几乎不用气体抽真空设备，消耗太多能源的情况下就可以在长达1000公里 以上的密封管道内快速实现减少99. 9%以上空气密度的任务。以上为我们的理论目标任务，与实际实现有一定出入，但偏差不会太多。(五)维护真空维护不是抽气，而是对管道密封设备的检查，设备维护好，真空 就有保证，因此维护简单，方便；真空产生是机车运行的结果，因而高效；充分利用了现有 机车和运输系统，所以成本很小。(六)问题气动排气嘴排气单位总量仅与管道截面积、空气密度有关，与速度无 关。8*1.3 = 10. 4kg，8立方米。其上的16个排气孔平均排气量为0.5立方米，要在一秒之 内完成排放，如速度为300米/秒，则为300分之一秒完成。经过压缩，其体积更小，密度更 大；为增加压力，可以提高速度，关闭一些气动排气嘴；为减少排气激波，减少噪声，排气道 应当较大。用顿头空气积聚压缩器向内积聚气体法不用考虑机车和管道间的漏气问题，有容 器容纳气体，集中气体量大，气体不分散，压缩效率高，没有激波或激波可控；向外排气法对 机车和管道的密封要求比较高，没有容器容纳气体，集中气体量小，气体分散，压缩效率低， 压力低，效果差，有正激波产生。构成一个高速运动时活动自如又不失气太多的空气排放体需要机车运行平稳，有 机车本身性能，路况和空气扰动三个问题，磁悬浮列车已经解决了前面两个问题，空气扰动 在真空管道内已经解决，电力轮轨列车的应用如果失去一些密封度，增加自由度，加大间 隙，降低一些效率也能解决。有益成果是在如2，3小时的短时间内，在几乎不用抽真空设备消耗太多能源的情 况下利用现有高速机车就可以在长达1000公里以上的密封管道内快速实现减少99. 9%以 上空气密度的任务，快速、简单、方便、高效制造大体积、长久性、低成本的真空状况。几乎不 受风、雪、雨、温、水影响，扰动气流绝小，噪音很小，对环境影响很小，对基础设施的保护增 加损坏减少，没有脱轨、翻出重大安全事故时速3000公里以上的免维护超音速运行。四

附图1管道机车侧面结构图。附图2空气积聚压缩器俯视结构图。 附图3机车进站示意图。附图4机车出站示意图。附图5机车向管道外排气正面示意图。 附图6管道外排气俯视示意图。附图7管道机车正面结构图。附图8亚音速气流形成图。 附图9超音速气流形成图。附图10激波图。附图11超音速气流分布图。附图12机车头 部空气排放系统图。附图13密封管道图。附图14密封车厢空气排放系统侧面图。附图15 密封车厢空气排放系统正面图。文字标号1、通气道。2、可调喉口。3、机车。4、高压空气存储器。5、压力器。6、 气动排气嘴。7、排气道。8、透明窗。9、密封管道。10、空气积聚压缩器。11、密封门。12、 运行通道。13、气动出气止回阀。14、气动进气止回阀。15、紧急通道。16、激波。17、路基。 18、导流器。19、电力及其附属设备。20、密封车厢排放体。21、机车头部排放体。22、空调、 空气压缩机出风口。五、具体实施方案1、在附图1管道机车侧面结构图中，现在的运输系统上加上密封管道(9)，在机车 的前部安有积聚空气的空气积聚压缩器(10)，高压空气存储器(4)并对积聚的空气积聚、9压缩后集中从羊角型气动排气嘴(6)快速通过密封管道(9)上的排气道(7)快速排出构成 机车头部排放体，气动排气嘴(6)间为透明窗(8)、紧急通道(1 。其后为密封车厢排放体 (20)。2、在附图2空气积聚压缩器俯视结构图中，当机车(3)在密封管道(9)中运行时， 机车前产生密度、温度较高的空气，一部直接在空气积聚压缩器前通过拉瓦尔管收缩段边 缘的导流器(18)集中打开密封管道(9)排气道(7)上的高性能定向的快速气动进气止回 阀(14)阀门，穿越密封管道(9)气动出气止回阀(1 向外排气，一部通过有调整口径大小 控制流量流速功能的可调喉口(2)进入空气积聚压缩器(10)，对空气压缩，产生高压空气 并在高压空气存储器中存储，高压空气的压力迫使定向出口羊角型气动排气嘴(6)快 速冲动密封管道上的排气道(7)开放，快速放出气体，待机车羊角型气动排气嘴(6)过后， 排气道(7)关闭，密封管道管壁上依序有大量定向排气道(7)，保证能持续不断的排放气 体，减少空气密度，达到目标。其中一部通过高压空气存储器(4)底部进入紧靠机车密封车 厢内壁的通气道(1)，为机车密封车厢供气，最终经密封车厢的空气压缩机压缩并经过密封 车厢两侧的空气排放器气动羊角型(6)打开排气道(7)，穿越密封管道(9)排放。直接进入 机车密封车厢的是其上的密封车厢排放体00)。3、在附图3机车进站示意图中，进站密封门(Il)B关闭，机车(3)穿出密封管道 (9)冲开进站密封门(Il)A进站后，进站密封门(Il)A关闭，进站密封门(Il)B打开，机车入站。4、在附图4机车出站示意图中，机车(3)开出站时，出站密封门(Il)D关闭，出站 密封门(Il)C打开，机车(3)出站进入密封管道(9)，出站密封门(Il)C关闭，出站密封门 (Il)D打开，机车进入密封管道(9)运行。5、在附图5机车向管道外排气正面示意图中，从高压羊角型气动排气嘴(6)快速 排出高压气体，冲开气动进气止回阀(14)快速进入排气道(7)，压力器( 膨胀，又冲开气 动出气止回阀(13)，排气道(7)排气；高压羊角型气动排气嘴(6)过后，停止排出高压气 体，气动进气止回阀(14)关闭，压力器(5)收缩排气，气动出气止回阀(1 关闭，排气道 (7)停止排气。6、在附图6管道外排气俯视示意图中，机车C3)上的高压空气存储器(4)高压气 体从高压羊角型气动排气嘴(6)快速排出，快速冲开气动进气止回阀(14)开关进入排气道 (7)，压力器(5)膨胀，又冲开气动出气止回阀(13)，排气道(7)排气，压力器(5)膨胀排气， 空间放大，减少排气激波产生的可能性，减少噪声；高压羊角型气动排气嘴(6)过后，停止 排出高压气体，气动进气止回阀(14)关闭，压力器(5)收缩排气，压力器( 归位，气动出 气止回阀(1 关闭，排气道(7)停止排气。调整可调喉口 O) 口径大小，调整气流运行。7、在附图7管道机车正面结构图中，由机车前方的空气经过机车(3)头部空气积 聚压缩器(10)的可调喉口( 进入高压空气存储器(4)形成高压空气，高压空气经气动排 气嘴(6)快速进入排气道(7)压力器( 膨胀打开，气体穿越密封管道(9)排气。密封管 道上还有透明窗(8)、紧急通道(1 透明采光，逃生，下有路基(17)。上下电力、信号及其 附属设备(19)，空气积聚压缩器前为直接集中向外排气的导流器(18)。8、在附图8亚音速气流形成图中，当机车(3)在密封管道(9)中运行时，由于机车 运行速度为亚音速，机车运动作用力不断积累，在机车C3)前产生密度、温度较高的空气一部直接在空气积聚压缩器前通过拉瓦尔管收缩段边缘的导流器集(18)中，打开排气道，穿 越密封管道向外排气，另一部进入空气积聚压缩器(10)，通过可调喉口( 对空气压缩，产 生高压空气并在高压空气存储器中存储，高压空气的压力，迫使定向出口羊角型气动 排气嘴(6)快速打开密封管道(9)排气道(7)上的高性能定向的快速气动进气止回阀(14) 阀门，穿越密封管道(9)气动出气止回阀(13)向外排气。9、在附图9超音速气流形成图中，当机车(3)在密封管道(9)中运行时。由于机 车C3)运行速度为超音速，机车运动作用力不能积累，在机车中产生密度、温度较高的空气 大部进入空气积聚压缩器(10)，通过可调喉口(2)对空气压缩，产生高压空气并在高压空 气存储器(4)中存储，高压空气的压力，迫使定向出口羊角型气动排气嘴(6)快速冲动密封 管道上的排气道(7)开放，快速放出气体。10、在附图10激波图中，传统的密封管道(9)中机车C3)超音速运行会产生圆弧 形正激波，机车C3)头部高温，密封管道(9)壁受激波作用，破坏较大，在本密封管道(9) 中超音速运行的机车不会产生圆弧形前弓正激波(16)，在压力作用下，空气流速减缓，形成 对空气的压缩，密度增加，温度上升，并将前弓激波推到空气积聚压缩器内部为后弓激 波，产生更大射流经羊角型气动排气嘴(6)快速打开密封管道(9)排气道(7)排出。在可 调喉口(2)处偶有激波，调整其大小，可以解决。11、在附图11超音速气流分布图中，当机车在密封管中运行时，产生密度、温度较 高的空气，一部直接进入空气积聚压缩器(10)，通过可调喉口( 对空气压缩，产生高压 空气并在高压空气存储器中存储，一部通过管道与拉瓦尔管间隙进入高压空气存储器 (4)中存储。高压空气的压力迫使定向出口羊角型气动排气嘴(6)快速冲动密封管道上的 排气道(7)开放，快速放出气体，一部直接在空气积聚压缩器前通过拉瓦尔管收缩段边缘 的导流器(18)集中，打开排气道，穿越密封管道向外排气。12、在附图12机车头部空气排放系统图中，表明了机车(3)头部排放体Ql)的工 作过程。一个位于机车(3)头部的空气排放器是由积聚空气的空气积聚压缩器(10)，高压 空气存储器(4)和其上的羊角型气动排气嘴(6)组成的，在组成空气积聚压缩器(10)的三 个拉瓦尔管边缘上有同一直线上的导流器(18)，与密封管道间距相同。在高压空气存储器 (4)底部还有通向密封车厢的通气道(1)。13、在附图13密封管道图中，密封管道(9)为由是在现有运输系统的路基(17) 上，中间有运行通道(12)，两侧带有向运动方向倾斜的高性能定向排气道(7)，中间有透明 窗(8)，紧急通道(15)，两端带有密封门(11)，上下电力、信号及其附属设备(19)组成的管 道密封体；排气道(7)为两端为快速气动单向止回阀门控制气动出气止回阀(1 和气动进 气止回阀(14)，中间为可以膨胀收缩的压力器(5)组成的定向收口管状物。14、附图14密封车厢空气排放系统侧面图中，机车(3)密封车厢上的空气排放器 由积聚空气的空气积聚压缩器(10)，高压空气存储器(4)和其上的羊角型气动排气嘴(6) 组成。内有密封车厢空调、空气压缩机出风口 02)。由于机车双向运行，密封车厢上空气排 放器大小相同，位置相对，方向相反，成对出现。15、附图15密封车厢空气排放系统正面图中，在机车(3)密封车厢上的空气排放 器由积聚空气的空气积聚压缩器(10)，高压空气存储器(4)和其上的羊角型气动排气嘴 (6)组成的，于车厢结合构成小半圆型体，呈门状将密封车厢包围。在高压空气存储器(4)内侧面还有通向密封车厢的通气道(1) 一部空气通过其向密封车厢供气，最终经密封车厢 的空气压缩机压缩并经过密封车厢两侧的空气排放器羊角型气动排气嘴(6)打开排气道， 穿越密封管道排放，还有可以调整大小的可调喉口 O)，其上的空气排放器空气通过高压空 气存储器(4)进入密封车厢的通气道向密封车厢供气供人使用。
权利要求
1.一种超音速免维护冲压式真空管道运输系统是由路基、机车、电力、信号及其附属设 备组成，其特征是由路基及位于其上同定不动的管状体密封管道和位于高速运行机车上的 空气排放器紧密结合，构成一个高速运动时活动自如又不失气太多的空气排放体，在大小 适中的密封管道运行通道中，利用高速机车运动产生的高压气体快速向密封管道外排放空 气，降低密度，产生真空，并利用其维护管道的真空状态。
2.根据权利要求1所述，其特征是空气排放体快速排放空气，降低密度，产生真空是在 密封管道运行通道中用高速机车的运行完成的；在密封管道中运行的高速机车，每运行一 次排气一些，空气密度下降一些，阻力降低一些，机车的速度提高一些，排气能力增加一些， 空气密度再下降一些，循环往复，空气密度持续下降，直到靠增加机车运行速度和时间再也 不能积聚到足够大的空气密度和压力，无法向外排除气体，产生真空并维持真空状态。
3.根据权利要求1所述，其特征是位于高速运行机车上的空气排放器是由机车前部系 统及机车密封车厢上系统两部分构成；机车前部的空气排放系统由空气积聚压缩器、高压 气体存储器及其两侧上的羊角型气动排气嘴构成；空气积聚压缩器为有数个收缩段口径前 小后大长度后小前大的拉瓦尔管及其上的导流器叠加而成，定向冲压、积聚、压缩气体，导 流器是位于拉瓦尔管收缩段边缘上相同位置集中空气排放的三角瓦型导流槽，与密封管道 上的排气道距离相等，喉口处有可调喉口调整口径大小控制流量流速，气体经过冲压压缩 后进入后部高压气体存储器高压存储；高压气体存储器为拉瓦尔管扩张段与锥形机车头部 的结合体，其两侧有向管道外排气的定向羊角型气动排气嘴，底部有密封车厢通气道入口， 后有机车，压缩、存储气体；机车高速运行产生的高压气体一部直接在机车前部的空气排放 系统的空气积聚压缩器前通过拉瓦尔管收缩段边缘的导流器集中打开排气道，穿越密封管 道向外排气；一部分别经过数个不同口径的拉瓦尔管收缩段路径进入空气积聚压缩器冲压 后进入后部高压气体存储器高压存储，不同口径的拉瓦尔管收缩段可以减少空气分离，控 制边界层，加速空气流动；其中一部穿越高压气体存储器底部进入机车密封车厢紧靠内壁 的通气道供人使用，最终经密封车厢的空气压缩机压缩并经过密封车厢的两侧空气排放器 羊角型气动排气嘴打开排气道穿越密封管道排放；当高压气体存储器中的压缩气体达到一 定的数值后，自动打开其上适当数量的气动排气嘴并快速打开密封管道上的排气道穿越密 封管道快速向外安全排气，空气密度降低；当数值降低后，自动减少开启的气动排气嘴数 量，维持压力，持续快速排气产生真空的；气动排气嘴为高性能定向流线型的快速气动止回 阀门，开启的数量大小受高压气体存储器中气体压力的控制；尽管密度不断降低，但由于机 车运行速度不断增高，空气阻力几乎没有变化，排气压力持续维持；机车密封车厢上的空气 排放系统呈门状将密封车厢包围，左右空气排放器由空气积聚压缩器、高压气体存储器及 其上的气动排气嘴于车厢结合构成的呈小半圆型体尾部带两个羊角型气动排气嘴的空气 排放器组成，内有空调、空气压缩机排气口，大小相同，位置相对，方向相反，成对出现，空气 大部通过密封管道排放，小部分进入密封车厢供人使用；吸收漏过的空气继续集中，压缩， 排放。
4.根据权利要求1所述，其特征是密封管道为由高强度，高密封、低挥发，隔音防噪、耐 冲击、耐老化材料构成的管状体，是在现有运输系统的路基上，中间有运行通道，两侧带有 向运动方向倾斜的高性能定向排气道，中间有透明窗，紧急通道，两端带有密封门，上下电 力、信号及其附属设备组成的管道密封体；排气道为两端为快速气动单向止回阀门控制，中间为可以膨胀收缩的压力器组成的定向收口管状物，有接受、缓存气体，排气、消声作用；运 行通道为由管状体与路基结合供机车运行的管状内部空间。
全文摘要
超音速免维护冲压式真空管道运输系统涉及一种地表高速运输工具，是在现有运输系统基础上由位于路基上固定不动的管状体密封管道和位于机车上的空气排放器紧密结合，构成一个高速运动时活动自如又不失气太多的空气排放体，在密封管道运行通道中利用高速机车运动产生的高压气体快速减排空气，降低密度，产生真空并维护。在2，3小时内，几乎不用抽真空设备消耗太多能源的情况下利用现有机车就可在1000公里以上密封管道内快简单方便免维护高效快速实现减少99.9％以上空气密度任务，制造大体积长久性低成本的真空状态。不受风雪雨温水影响，扰动小，噪音小，环境影响小，设备损坏减少，没有脱轨、翻出事故，以3000公里时速飞速安全运行。
文档编号B61B13/10GK102050121SQ201010584808
公开日2011年5月11日 申请日期2010年12月3日 优先权日2010年12月3日
发明者马建中 申请人:马建中