一种适用于管道交通的车辆及管道交通系统的制作方法

1.本发明涉及真空管道交通技术领域，尤其涉及一种适用于管道交通的车辆及管道交通系统。


背景技术：

2.管道是真空管道交通系统的重要组成部分，为列车提供运行所需的低气压环境，经不完全测算，管道成本约占整个真空管道交通系统的40％左右，管径越小，建设成本越低，管径越大，建设成本越大。但列车的运行状态又与管径密切相关，管道内虽然为低真空环境，但仍然存在一定的空气，因此，当阻塞比(列车断面与管道断面的比值)太大，即管径较小时，容易产生活塞效应，从而限制车辆速度的提高，而管径过大时，会造成管道成本过大。再者，车辆在封闭的空间内进行高速运行时，会产生非定常活塞效应，在车辆头部形成高压区，在车辆尾部形成低压区，从而进一步加剧管道内的壅塞效应，对车辆形成强大的运行阻力，限制车辆速度的提高，要想提高车速，势必要求进一步增大管道的管径，从而导致管道建设成本进一步加剧。此外，伴随车辆头部高压区会产生大量的气动摩擦热，而伴随车辆尾部低压会形成低温区，这都对车辆本身以及车载设备的运行性能提出了更加苛刻的要求，不利于车辆的运行安全。
3.目前，真空管道交通系统从提高管道真空度的角度提出了两种技术方案：一是在车辆前端加装形状与管道内轮廓相匹配的活塞，在管道壁上每隔一定间距设置开口并加装单向阀门，车辆运行时推动活塞运动，活塞推动管道内的气体从单向阀门排出管道外部。二是在车辆前端设置用于捕集气体的喇叭口，并在车辆上配置压缩机，喇叭口在车辆运行过程中将车辆前端的气体捕集起来，并经压缩机进行压缩，最终在车辆结束运行后将压缩的气体排出管道。
4.以上方案虽然能够避免车辆头部的高压对车体造成的影响，但是均无法解决车辆超高速运行时头部为高压区而尾部为低压区所导致的运行阻力变大的问题，以及尾部低压造成低温区的问题。此外，活塞式方案使管道建设成本和建设难度大幅提高，且由于需要活塞与管道密切配合才能推动气体排除，车辆的管道壅塞效应在大阻塞比的情况下会更为明显，不利于车辆的超高速运行，无法实现真空管道交通系统的超高速运行优势。捕集气体并压缩的方式需要在车辆上安装大功率空气压缩机并配备大量储气瓶，不仅结构复杂，而且会导致车辆用电功率过大，运量减小，运输效率不高。


技术实现要素：

5.为了解决现有技术的问题之一，本发明提供了一种适用于管道交通的车辆及管道交通系统。
6.根据本发明的一方面，提供了一种适用于管道交通的车辆，车辆包括：
7.至少一个车体；
8.吸气孔，吸气孔设置在车体的头部；
9.气道，气道设置在车体的内部；
10.排气孔，排气孔设置在车体的尾部；
11.吸气孔、气道和排气孔依次贯通，车体运行时头部产生的高压气体通过吸气孔进入气道，最终从排气孔排出。
12.进一步地，吸气孔设置在车体头部正面的上部区域。
13.进一步地，气道设置在车体的顶部。
14.进一步地，进气道和车体为一体结构。
15.进一步地，车体的数量为多个，多个车体串接在一起，车辆还包括多个转接部，每两个相邻的车体之间设置转接部，转接部用于连通相邻的吸气孔和排气孔。
16.进一步地，转接部为柔性材料。
17.进一步地，柔性材料为橡胶。
18.根据本发明的另一方面，提供了一种管道交通系统，其特征在于，管道交通系统包括本发明前述提出的车辆。
19.应用本发明的技术方案，提供了一种适用于管道交通的车辆及管道交通系统，该车辆通过在车体头部设置吸气孔，在车体尾部设置排气孔，在车体内部设置连通吸气孔和排气孔的气道，使车体运行时头部产生的高压气体能够被自然吸入到吸气孔中，并沿气道流动，最终从车体尾部的排气孔排出，从而使车体头部和尾部的气压保持平衡，有效降低车辆运行时的阻力，使得同等截面积的车辆可以在更大阻塞比的管道内达到超高速运行，进而减小管径，降低管道建设成本，同时能够避免尾部低温区的形成，减少对车辆及车载设备的影响，提高车辆运行的安全性。
附图说明
20.所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施例，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1示出了根据本发明的具体实施例提供的单个车体的前视图；
22.图2示出了根据本发明的具体实施例提供的单个车体的后视图；
23.图3示出了根据本发明的具体实施例提供的多个车体串接后的侧视图。
24.其中，上述附图包括以下附图标记：
25.10、车体；11、吸气孔；12、气道；13、排气孔。
具体实施方式
26.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
27.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
28.除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
29.如图1和图2所示，根据本发明的具体实施例提供了一种适用于管道交通的车辆，车辆包括：
30.至少一个车体10；
31.吸气孔11，吸气孔11设置在车体10的头部；
32.气道12，气道12设置在车体10的内部；
33.排气孔13，排气孔13设置在车体10的尾部；
34.吸气孔11、气道12和排气孔13依次贯通，车体10运行时头部产生的高压气体通过吸气孔11进入气道12，最终从排气孔13排出。
35.本发明中，车辆可以是单节车，即只包括一个车体10，也可以是编组车，即包括多个车体10，车辆运行方式根据实际需要进行选择，例如轮轨制式，再例如磁浮列车。对于能够双向运行的车辆，车辆头部和尾部根据车辆运行方向的不同进行切换，即反向行驶时，将头部作为尾部，将尾部作为头部，相应地，头部的吸气孔能够作为尾部的排气孔使用，尾部的吸气孔能够作为头部的吸气孔使用。
36.应用此种配置方式，提供了一种适用于管道交通的车辆，该车辆通过在车体头部设置吸气孔11，在车体尾部设置排气孔13，在车体内部设置连通吸气孔11和排气孔13的气道12，使车体运行时头部产生的高压气体能够被自然吸入到吸气孔11中，并沿气道12流动，最终从车体尾部的排气孔13排出，从而使车体头部和尾部的气压保持平衡，有效降低车辆运行时的阻力，使得同等截面积的车辆可以在更大阻塞比的管道内达到超高速运行，即车辆断面一定的情况下能够尽可能缩小管道内径，进而减小管径，降低管道建设成本，同时能够避免尾部低温区的形成，减少对车辆及车载设备的影响，提高车辆运行的安全性。与现有技术相比，本发明的技术方案能够解决现有技术中车辆头部和尾部气压不平衡、车辆运行阻力大以及管道建设难度大、成本高的技术问题。
37.进一步地，为了保证车辆运行时头部产生的高压气体能够及时地被自然吸入到吸气孔11中，将头部高压释放，避免气动摩擦热的产生，本发明中吸气孔11的位置根据车体10头部的气体流动方向进行确定。车辆运行时，车头的正面为直接迎流面，同时，现有车辆的头部外形为下方凸出的扁平状流线型设计，车辆运行时头部气体会沿头部正面的下方向上方自然流动。因此，作为本发明的一个具体实施例，请参考图1，吸气孔11设置在车体10头部
正面的上部区域。通过此种配置方式，车体10运行时，头部压缩前方管道内气体形成高压气流，高压气流沿头部正面由下方流动至上部区域，自然流入设置在上部区域的吸气孔11中，及时将头部高压释放，能够避免高压气体的不断积聚对车体10造成运行阻力。对于具有双向运行功能的车辆，排气孔13在车辆反向运行时要充当吸气孔，因此，如图2所示，可以将排气孔13设置在车体10尾部正面的上部区域。
38.此外，气道12的位置根据实际需要进行确定，作为本发明的一个具体实施例，气道12设置在车体10的顶部。通过此种配置方式，有效利用车体10内的空间，且与设置在车体10上部区域的吸气孔11进行连通时能够避免转接弯道，使气体流通更加顺畅。气道12的走向根据车内空间进行布置，优选地，气道12为直道，从而确保气体顺畅流动。
39.进一步地，为了减少车辆的零部件，减少维修成本，进气道12和车体10配置为一体结构。例如，将车顶设计为具有中空夹层的结构，将中空夹层作为进气道，中空夹层的体积根据所需的气体流速进行确定。
40.作为本发明的一个具体实施例，车体10的数量为多个，多个车体10串接在一起，车辆还包括多个转接部，每两个相邻的车体10之间设置转接部，转接部用于连通相邻的吸气孔11和排气孔13。转接部为两端开口的壳体结构，一端与吸气孔11密封连接，另一端与排气孔13密封连接。通过此种配置方式，每个车体10上的气道12以及每两个相邻车体10之间的转接部被连通为一个整体通道，从而满足编组列车的使用要求。以图3的三编组列车为例，车辆运行时，第一节车体的吸气孔11将第一节车体前部的高压气体自然吸入，高压气体沿第一节车体的气道12流动，并从第一节车体的排气孔13流出至转接部，再流入第二节车体的吸气孔11，依次向后流动，最终从第三节车体的排气孔13排出，从而使三编组列车整体的头部和尾部气压达到平衡，实现三编组列车在大阻塞比管道内的超高速运行，达到减小管径，降低管道建设成本的目的，同时能够避免三编组列车尾部低温区的形成，提升列车及车载设备运行的安全性。实际应用中，可以根据需要确定车体10的数量，例如单节车体10、五节车体10的五编组列车、八节车体10的八编组列车。
41.进一步地，为了使编组列车能够灵活转弯，本发明中，转接部配置为柔性材料。由于柔性材料具有一定的变形量，因此能够在转弯过程中通过变形去满足转弯需求，同时维持气道12之间的连通。
42.作为本发明的一个具体实施例，柔性材料为橡胶。橡胶既有良好的维形作用，保证气体能够通过转接部在气道12之间畅通地流动，又具有一定的变形能力，满足编组列车转弯的需求。
43.根据本发明的另一方面，提供了一种管道交通系统，管道交通系统包括本发明前述提出的车辆。
44.应用此种配置方式，提供了一种管道交通系统，由于本发明前述提出的车辆能够通过吸气孔11、气道12和排气孔13及时将车体10头部产生的高压气体输送至车体10的尾部，及时释放头部高压，使车体头部和尾部的气压达到平衡，有效降低车辆运行时受到的阻力，实现在大阻塞比管道内的超高速运行，进而减小管径，降低管道建设成本，同时能够避免尾部低温区的形成，提升车体10及车载设备运行的安全性。因此将该车辆应用在管道交通系统中，能够显著提高管道交通系统的运行速度，提升运行效率，大幅降低系统建设成本，且有效提升系统安全性能。
45.综上，本发明提供了一种适用于管道交通的车辆及管道交通系统，该车辆通过在车体头部设置吸气孔，在车体尾部设置排气孔，在车体内部设置连通吸气孔和排气孔的气道，使车体运行时头部产生的高压气体能够被自然吸入到吸气孔中，并沿气道流动，最终从车体尾部的排气孔排出，从而使车体头部和尾部的气压保持平衡，有效降低车辆运行时的阻力，使得同等截面积的车辆可以在更大阻塞比的管道内达到超高速运行，进而减小管径，降低管道建设成本，同时能够避免尾部低温区的形成，减少对车辆及车载设备的影响，提高车辆运行的安全性。与现有技术相比，本发明的技术方案能够解决现有技术中车辆头部和尾部气压不平衡、车辆运行阻力大以及管道建设难度大、成本高的技术问题。
46.在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
47.为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在
……
之上”、“在
……
上方”、“在
……
上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在
……
上方”可以包括“在
……
上方”和“在
……
下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
48.此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
49.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种适用于管道交通的车辆，其特征在于，所述车辆包括：至少一个车体(10)；吸气孔(11)，所述吸气孔(11)设置在所述车体(10)的头部；气道(12)，所述气道(12)设置在所述车体(10)的内部；排气孔(13)，所述排气孔(13)设置在所述车体(10)的尾部；所述吸气孔(11)、所述气道(12)和所述排气孔(13)依次贯通，所述车体(10)运行时头部产生的高压气体通过所述吸气孔(11)进入所述气道(12)，最终从所述排气孔(13)排出。2.根据权利要求1所述的车辆，其特征在于，所述吸气孔(11)设置在所述车体(10)头部正面的上部区域。3.根据权利要求2所述的车辆，其特征在于，所述气道(12)设置在所述车体(10)的顶部。4.根据权利要求3所述的车辆，其特征在于，所述进气道(12)和所述车体(10)为一体结构。5.根据权利要求4所述的车辆，其特征在于，所述车体(10)的数量为多个，多个所述车体(10)串接在一起，所述车辆还包括多个转接部，每两个相邻的车体(10)之间设置所述转接部，所述转接部用于连通相邻的吸气孔(11)和排气孔(13)。6.根据权利要求5所述的车辆，其特征在于，所述转接部为柔性材料。7.根据权利要求6所述的车辆，其特征在于，所述柔性材料为橡胶。8.一种管道交通系统，其特征在于，所述管道交通系统包括权利要求1至7任一项所述的车辆。

技术总结
本发明提供了一种适用于管道交通的车辆及管道交通系统，该车辆包括至少一个车体、吸气孔、气道和排气孔，吸气孔设置在车体的头部，气道设置在车体的内部，排气孔设置在车体的尾部。吸气孔、气道和排气孔依次贯通，车体运行时头部产生的高压气体通过吸气孔进入气道，最终从排气孔排出。应用本发明的技术方案，以解决现有技术中车辆头部和尾部气压不平衡、车辆运行阻力大以及管道建设难度大、成本高的技术问题。题。题。


技术研发人员：毛凯 赵明 马果垒 查小菲 左平洋 于斐 李萍
受保护的技术使用者：中国航天科工飞航技术研究院（中国航天海鹰机电技术研究院）
技术研发日：2021.08.24
技术公布日：2023/4/5