RU2752040C1 - Устройство магнитной системы левитации для повышения грузоподъёмности - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к левитационным устройствам для транспортных средств. Устройство магнитной системы левитации состоит из грузопассажирского фюзеляжа, снабженного по меньшей мере одним крылом, содержащим в каждой полуплоскости магнитные блоки, собранные из постоянных магнитов по схеме Халбаха, и путевых дорожек, вдоль которых при движении указанного фюзеляжа перемещаются магнитные блоки с образованием индукционных токов. Причем магнитные блоки имеют вид прямоугольных призм, протяженных вдоль направления движения, призмы располагаются в не менее двух разных плоскостях под углом друг к другу, параллельных направлению движения. Путевые дорожки выполнены из электропроводного и немагнитного материала и имеют протяженные вдоль направления движения поверхности, параллельные соответствующим плоскостям, в которых располагаются магнитные блоки. Технический результат заключается в повышении грузоподъемности грузовой платформы за счет создания дополнительных подъемных сил при ее высокоскоростном движении. 18 з.п. ф-лы, 6 ил.

Description

Область техники

Изобретение относится к высокоскоростному транспорту на основе индукционной магнитной левитации на постоянных магнитах. Конкретно - к грузовой платформе, состоящей из фюзеляжа снабженного крылом, содержащим магнитные блоки из постоянных магнитов, движущейся вдоль путевых дорожек из электропроводного немагнитного материала.

Уровень техники.

Магнитная левитация транспорта интересна как возможность перемещать по земле грузы и людей со скоростью близкой к скорости самолета. В настоящее время в Японии, Китае интенсивно ведутся работы по созданию транспорта на магнитной подушке с использованием электромагнитной системы левитации (EMS) на управляемых электромагнитах. На существующих образцах транспорта удалось достичь крейсерской скорости 350 км/ч. Реализация проекта требует больших затрат, в первую очередь из-за сложной системы управления для поддержания зазора между транспортом и электромагнитами путевых дорожек. Повышение грузоподъемности реализуется за счет увеличения тока в электромагнитах, что приводит к дополнительным потерям. В США ведутся работы с использованием в системе левитации магнитных блоков из постоянных магнитов, собранных по схеме Халбаха [1]. Система левитации на постоянных магнитах более простая и экономичная по сравнению с системой EMS. Серьезной проблемой этой системы является то, что при постоянном размере магнитных блоков повышение грузоподъемности транспорта достигается за счет уменьшении до нескольких миллиметров зазора между магнитными блоками и путевыми дорожками. Уменьшение зазора, в свою очередь, ведет к росту электродинамического сопротивления до уровня аэродинамического сопротивления, что приводит к существенному увеличению потребляемой мощности. В США повышение грузоподъемности транспорта предполагается осуществлять за счет увеличения размера магнитных блоков и ширины путевой дорожки [2]. Происходящее при этом увеличение электродинамического сопротивления планируют компенсировать уменьшением аэродинамического сопротивления при размещении транспорта с путевыми дорожками в вакуумном туннеле. Строительство такого путепровода с учетом необходимых мер безопасности во время эксплуатации, и поддержание высокого вакуума требует больших затрат. В качестве наиболее близкого аналога принято устройство [3] высокоскоростного, большой грузоподъемности аэропоезда с крыльями, полет которого происходит над рельсами с боковыми металлическими щитами. Поддержание направления полета осуществляется с помощью подвижных элементов крыльев, вертикального оперения и взаимодействия электромагнитов аэропоезда с рельсами и металлическими щитами. Система управления электромагнитов функционально имеет сходство с системой управления в EMS. Это требует больших затрат при реализации изобретения. Повышение грузоподъемности высокоскоростного транспорта с системой левитации на постоянных магнитах, работающего при атмосферном давлении, при сохранении потребляемой мощности является актуальной задачей.

Раскрытие изобретения.

Технической проблемой, решаемой настоящим изобретением, является создание устройства, обеспечивающего повышение грузоподъемности магнитной системы левитации на постоянных магнитах при сохранении потребляемой мощности для преодоления электродинамического сопротивления при движении высокоскоростного транспорта.

Сущность изобретения заключается в том, что устройство для повышения грузоподъемности магнитной системы левитации состоит из грузопассажирского фюзеляжа, снабженного, по меньшей мере, одним крылом, содержащим в каждой полуплоскости магнитные блоки, собранные из постоянных магнитов по схеме Халбаха, и путевых дорожек, вдоль которых при движении указанного фюзеляжа перемещаются магнитные блоки с образованием индукционных токов, причем магнитные блоки имеют вид прямоугольных призм, протяженных вдоль направления движения, призмы располагаются в не менее чем двух разных плоскостях под углом друг к другу, параллельных направлению движения, путевые дорожки выполнены из электропроводного и немагнитного материала и имеют протяженные вдоль направления движения поверхности, параллельные соответствующим плоскостям, в которых располагаются магнитные блоки.

Есть вариант, когда путевые дорожки выполнены в виде угловых профилей или труб с продольным разрезом. Есть вариант, когда путевые дорожки установлены на опорах над дорожным полотном, расположенным между путевыми дорожками. Есть вариант, когда на грузопассажирском фюзеляже дополнительно установлены крылья, не содержащие магнитные блоки. Есть вариант, когда каждая полуплоскость крыла с магнитными блоками, снабжена материалом с низким коэффициентом трения по путевым дорожкам. Есть вариант, когда в каждой полуплоскости крыла с магнитными блоками находятся, по меньшей мере, две электромагнитные катушки, расположенные последовательно вдоль направления движения. Есть вариант, когда устройство снабжено, по меньшей мере, одним газотурбинным двигателем для создания силы тяги. Есть вариант, когда на крыле и/или фюзеляже установлены, по меньшей мере, два дополнительных магнитных блока в виде прямоугольных призм, протяженных вдоль направления движения, собранных из постоянных магнитов таким образом, чтобы магнитное поле между дополнительными магнитными блоками было перпендикулярно направлению движения фюзеляжа с крылом, при этом каждый из дополнительных магнитных блоков содержит четное число участков из постоянных магнитов с противоположным направлением магнитного поля относительно друг друга. Есть вариант, когда устройство с установленными на крыле и/или фюзеляже, по меньшей мере, двумя дополнительными магнитными блоками, снабжено, по меньшей мере, одним газотурбинным двигателем для создания дополнительной силы тяги. Есть вариант, когда устройство с установленными на крыле и/или фюзеляже, по меньшей мере, двумя дополнительными магнитными блоками, снабжено, по меньшей мере, одним электродвигателем с пропеллером для создания дополнительной силы тяги. Есть вариант, когда на крыле и/или фюзеляже установлена, по меньшей мере, одна прямоугольная призма из электропроводных материалов для создания силы тяги. Есть вариант, когда путевые дорожки на начальном и/или конечном участке движения фюзеляжа с крылом имеют уклон вниз вдоль направления движения. Есть вариант, когда фюзеляж с крылом снабжен, по меньшей мере, одним вертикальным оперением. Есть вариант, когда нижняя поверхность крыла, содержащего магнитные блоки, имеет отрицательный угол поперечного «V» крыла. Есть вариант, когда фюзеляж с крылом дополнительно содержит постоянные магниты, расположенные на передней части крыла и/или фюзеляжа, магнитное поле которых направлено по направлению движения или против и расположенные на задней части крыла и/или фюзеляжа, магнитное поле которых противоположно направлению магнитного поля постоянных магнитов на передней части крыла и/или фюзеляжа. Есть вариант, когда на верхней поверхности фюзеляжа установлены параллельно друг другу, по меньшей мере, два барьера, протяженные вдоль фюзеляжа. Есть вариант, когда на фюзеляже и/или крыле установлены шасси. Есть вариант, когда на фюзеляже и/или крыле расположен, по меньшей мере, один аэродинамический тормозной щиток. Есть вариант, когда все устройство установлено в трубопроводе, заполненном гелием или смесью кислорода с гелием, при давлении, не превышающем атмосферное давление.

При движении магнитных блоков, собранных из постоянных магнитов по схеме Халбаха, над электропроводящей немагнитной поверхностью возникают силы отталкивания и электродинамического торможения [4]. В отличие от существующих решений по повышению грузоподъемности транспорта с магнитной левитацией на постоянных магнитах предлагаемое решение увеличивает грузоподъемность за счет размещения магнитных блоков в крыле, которое крепится к грузопассажирскому фюзеляжу, так как к электродинамической подъемной силе добавляется аэродинамическая подъемная сила крыла. При движении фюзеляжа с крылом на небольшой высоте от дорожного полотна, расположенного между путевыми дорожками, происходит дополнительное увеличение подъемной силы крыла за счет экранного эффекта. Устойчивость фюзеляжа с крылом при движении поддерживается автоматически за счет индукционного взаимодействия электропроводящих поверхностей путевых дорожек и постоянных магнитов, расположенных в крыле. Устранить влияние погодных условий на движение транспорта и уменьшить шум от газотурбинного двигателя можно, установив над путепроводом арочное укрытие из звукопоглощающих композиционных материалов с использованием, например, материала от переработки шин. Тяга создается газотурбинным двигателем на сжиженном природном газе или линейным синхронным или асинхронным электродвигателем. Путевые дорожки размещаются на эстакаде над землей. Эстакады могут быть собраны из железобетонных конструкций. Размещение путевых дорожек в трубопроводе, заполненном гелием или смесью гелия с кислородом при атмосферном давлении, позволяет существенно увеличить скорость движения транспорта. Смесь с содержанием кислорода не менее 21%, а гелия - не более 79% пригодна для дыхания [5].

Размещение путевых дорожек в трубе, заполненной смесью гелия с кислородом в соотношении объемов, например, 79:21 позволяет достичь скорости 1000 км/ч (0.5 Маха), при этом мощность, затрачиваемая на преодоление аэродинамического сопротивления, увеличивается в 1.7 раза по сравнению с мощностью при движении со скорость 600 км/ч (0.5 Маха) в атмосфере при сохранении грузоподъемности. Для достижения этой скорости в атмосфере потребуется увеличение мощности в 5 раз. Размещение путевых дорожек в трубе, заполненной гелием, позволяет достичь скорости 1600 км/ч (0.5 Маха), при этом мощность, затрачиваемая на преодоление аэродинамического сопротивления, увеличивается в 2,6 раза по сравнению с мощностью при движении со скорость 600 км/ч (0.5 Маха) в атмосфере при сохранении грузоподъемности. Для достижения этой скорости в атмосфере потребуется увеличение мощности в 17 раз.

Краткое описание чертежей.

На фиг.1 показан прототип устройства для высокоскоростного перемещения тяжелых грузов, состоящий из фюзеляжа с крыльями и путевых дорожек в виде рельс с боковыми двухсторонними металлическими щитами вдоль каждого рельса.

На фиг.2 показано заявленное устройство, состоящее из грузопассажирского фюзеляжа снабженного крылом, содержащим магнитные блоки из постоянных магнитов, собранных по схеме Халбаха, и путевых дорожек в виде углового профиля из электропроводного и немагнитного материала.

На фиг.3 показано устройство по направлению движения, состоящее из грузопассажирского фюзеляжа снабженного крылом, содержащим магнитные блоки из постоянных магнитов, собранных по схеме Халбаха, расположенные в двух плоскостях параллельных направлению движения, и путевых дорожек в виде углового профиля, установленных на опорах над дорожным полотном.

На фиг.4 показан участок крыла устройства, содержащий пластины из материала с низким коэффициентом трения по путевым дорожкам.

На фиг.5 показано крыло с расположенными в нем магнитными блоками из постоянных магнитов, собранных по схеме Халбаха, в виде прямоугольных призм, протяженных вдоль направления движения и расположенных в трех плоскостях, параллельных соответствующим поверхностям путевых дорожек.

На фиг.6 показан вариант размещения в двух крыльях устройства магнитных блоков, собранных из постоянных магнитов по схеме Халбаха, в виде прямоугольных призм протяженных вдоль направления движения.

Осуществление изобретения.

В качестве наиболее близкого аналога [3] предлагаемого устройства на фиг.1 показан прототип устройства для высокоскоростного перемещения тяжелых грузов, состоящий из фюзеляжа (1) с крыльями (2) и путевых дорожек в виде рельс (8) с боковыми двухсторонними металлическими щитами вдоль каждого рельса. Фюзеляж крепится к грузовым тележкам (7) с колесами (6). Тележки содержат продольные (5) и поперечные (на чертеже не показаны) электромагниты. Путевые дорожки и металлические щиты сделаны из стали. При достижении фюзеляжа с крылом (транспортом) определенной скорости происходит его отрыв от рельсов за счет подъемной силы крыльев. Управление положением транспорта относительно рельсов в вертикальной плоскости осуществляется при включении продольных электромагнитов, притягивающих транспорт к рельсами, а в горизонтальной плоскости - при включении поперечных электромагнитов, притягивающих транспорт к металлическим щитам, расположенных с двух сторон каждого рельса. Управление положением транспорта также осуществляется с помощью подвижных элементов крыла и киля (3). Существующие системы управления с помощью подвижных элементов крыла и киля не в состоянии обеспечить поддержание зазоров в несколько десятков миллиметров между колесами и рельсами с боковыми металлическими щитами при скорости 300-600 км/ч. Сложная система управления с помощью электромагнитов требует больших затрат.

На фиг.2 показано заявленное устройство, состоящее из грузопассажирского фюзеляжа (1) снабженного крылом (9), содержащим магнитные блоки из постоянных магнитов, собранных по схеме Халбаха (15, 16), и путевых дорожек (11) в виде углового профиля из электропроводного и немагнитного материала. Таким материалом может быть алюминий. Находящиеся внутри крыла магнитные блоки расположены на боковой и нижней поверхности крыла в плоскостях, которые параллельны соответственно боковой и нижней поверхности путевой дорожки. Нижние магнитные блоки (16) отвечают за создание подъемной силы, а боковые (15) - за противодействие отклонению фюзеляжа в горизонтальной плоскости. Внутри крыла на ее нижней поверхности расположены нижние пластины (14), а на боковой поверхности крыла - боковые пластины (13) из материала с низким коэффициентом трения. Эти пластины используются для скольжения крыла на этапе разгона и торможения фюзеляжа. На внутренней поверхности крыла установлены последовательно вдоль направления движения, электромагнитные катушки крыла (17). При применении сверхпроводящих материалов в электромагнитных катушках и в путевых дорожках, достаточно двух электромагнитных катушек для создания тяговых усилий вдоль направления движения. На чертеже показаны три электромагнитные катушки крыла, каждая из которых подключается к соответствующей фазе источника трехфазного тока. Источником электрической энергии служат аккумуляторы или турбогенератор. Взаимодействие электромагнитного поля катушек крыла с поверхностью путевых дорожек приводит к появлению, в зависимости от схем подключения фаз, тяговых или тормозящих сил по направлению движения. Это позволяет, более плавно проходить участки между последовательно расположенными на дорожном полотне путевыми электромагнитными катушками, входящими в состав линейного синхронного электродвигателя, во время их последовательного переключения, а также синхронизировать скорость движения транспорта с частотой тока, питающего путевые электромагнитные катушки линейного синхронного двигателя. Для примера показан, расположенный под крылом один из дополнительных магнитных блоков из постоянных магнитов, входящий в состав линейного синхронного двигателя, состоящий из двух участков (18) и (19) с противоположными относительно друг друга направлениями магнитного поля. По меньшей мере, такой же второй дополнительный магнитный блок расположен под крылом параллельно первому. При этом магнитное поле между дополнительными магнитными блоками на каждом участке перпендикулярно направлению движения фюзеляжа. С увеличением количества пар таких участков сила тяги возрастает. На чертеже показан вариант размещения двух газотурбинных двигателей (10) на вертикальном оперении (3) в хвостовой части фюзеляжа. Таких оперений может быть и два для противодействия крену крыла. Наличие двух газотурбинных двигателей позволяет повысить надежность работы устройства и силу тяги. Эти двигатели могут устанавливаться и на крыле, по одному в каждой полуплоскости. Размещение одного или двух газотурбинных двигателей в дополнение к постоянно работающему линейному синхронному двигателю и периодическое их включение позволяет корректировать силу тяги и устранять рассогласование между частотой тока и скоростью движения транспорта, которое может возникнуть при резком изменении сил, действующих вдоль направления движения. Для этих же целей на этом месте вместо газотурбинных двигателей могут размещаться один или два электродвигателя с пропеллером. Газотурбинный двигатель является основным источником силы тяги при отсутствии линейного синхронного и асинхронного электродвигателей. Установка на фюзеляже дополнительного крыла (2) без магнитных блоков с определенным углом атаки позволяет существенно увеличить общую аэродинамическую подъемную силу и, соответственно, грузоподъемность транспорта при одном и том же размахе крыла с магнитными блоками. На передних и задних частях фюзеляжа установлены дополнительные постоянные магниты (12). Магнитные поля дополнительных постоянных магнитов на передних и задних частях крыла или фюзеляжа противоположны друг другу и направлены вдоль путевых дорожек. Магнитное поле дополнительных постоянных магнитов на передней части крыла и/или фюзеляжа на всем транспорте всегда направлено в одну сторону по отношению к направлению движения. Размещение дополнительных постоянных магнитов на передних и задних частях фюзеляжа и/или крыла позволяет защитить транспорт от столкновений за счет сил отталкивания между магнитами.

На фиг.3 показано устройство по направлению движения, состоящее из грузопассажирского фюзеляжа (1) снабженного крылом (9), содержащим магнитные блоки (15, 16) из постоянных магнитов, собранных по схеме Халбаха, расположенные в двух плоскостях параллельных направлению движения, и путевых дорожек в виде углового профиля, установленных на опорах (21) над дорожным полотном (23). В левой и правой полуплоскости крыла, находятся магнитные блоки (15, 16) в виде двух прямоугольных призм, протяженных вдоль направления движения, расположенные в двух плоскостях под тупым углом друг к другу. Поверхности путевых дорожек параллельны соответствующим плоскостям, в которых располагаются магнитные блоки. При движении транспорта магнитные блоки (16), взаимодействуя с нижней электропроводящей поверхностью путевой дорожки (20), отвечают за подъемную силу, а магнитные блоки (15), взаимодействуя с боковой поверхность путевой дорожки (11), отвечают за создание демпфирующих сил при отклонении транспорта от курса в горизонтальной плоскости. Нижние поверхности (20) путевых дорожек, установленные под тупым углом к боковой поверхности (11), позволяют центрировать транспорт, в первую очередь на участках разгона и торможения при скольжении по ним материалов крыла с низким коэффициентом трения. Угловой профиль прост в изготовлении, и на него расходуется минимальное количество материала по сравнению с другими вариантами путевых дорожек. Такой профиль создает подъемную силу и демпфирует отклонения транспорта только в горизонтальной плоскости. Этот вариант путевой дорожки целесообразно использовать при отсутствии сильных воздушных потоков в вертикальной плоскости. Под крылом установлены дополнительные магнитные блоки из постоянных магнитов, которые представляют собой прямоугольные призмы, вытянутые вдоль направления движения. В случае тандемного варианта крыла, дополнительные магнитные блоки устанавливаются под фюзеляжем. Магнитное поле между участками (18) и другими участками (на чертеже не показаны) дополнительных магнитных блоков, перпендикулярно направлению движения. Эти дополнительные магнитные блоки входят в состав линейного синхронного электродвигателя. Электромагнитные катушки (24) линейного синхронного электродвигателя закреплены на дорожном полотне. При пропускании по кабелю (25), подведенному к электромагнитным катушкам, трехфазного тока, возникают силы, действующие на транспорт вдоль направления движения. Электромагнитные катушки включаются во время вхождения в зону их действия дополнительных блоков из постоянных магнитов и выключаются с помощью коммутатора (22) после их выхода из этой зоны. На фиг.4 показан участок крыла (9) устройства, содержащий пластины (13, 14) из материала с низким коэффициентом трения по путевым дорожкам. Путевые дорожки установлены на опорах (21) и имеют вид углового профиля. Нижняя поверхность (20) путевой дорожки расположена под тупым углом к боковой поверхности (11) дорожки. Во время разгона и торможения крыло скользит по поверхностям путевых дорожек, опираясь на материалы с низким коэффициентом трения по путевым дорожкам. В качестве материала, обладающего низким коэффициентом трения по путевым дорожкам, подходят фторопласт, углеграфиты и композиционные материалы на их основе с использованием в качестве матрицы полимерные и углеродные нити. Из одного из таких материалов изготовлены пластины, расположенные в крыльях. Пластина (14) предназначена для скольжения по нижней поверхности (20), а пластина (13) - по боковой поверхности (11) путевой дорожки. В каждой полуплоскости крыла находятся не менее двух пар таких пластин. Пластины могут перемещаться специальным механизмом (на чертеже не показан) к поверхности крыла во время разгона и торможения, а также быть жестко закрепленными, в том числе и на внешней поверхности крыла. По мере износа пластины заменяются. Также из материала, имеющего низкий коэффициент трения по путевой дорожке, может быть изготовлена часть крыла, подверженная трению при скольжении по путевым дорожкам при отсутствии вышеуказанных пластин. При необходимости на эти материалы можно подавать смазывающую жидкость для снижения трения. Установка путевых дорожек с уклоном вниз на начальном и/или конечном участках движения фюзеляжа с крылом позволяет использовать силу гравитации как дополнительную силу тяги, когда основное сопротивление движению оказывают силы трения и электродинамического сопротивления. При большом весе транспорта во время разгона и торможения можно использовать убирающееся шасси. Отрицательный угол поперечного «V» нижней поверхности крыла соответствует углу двухскатного профиля поверхности дорожного полотна (23₁). Такой профиль крыла повышает устойчивость фюзеляжа с крылом в горизонтальной плоскости [6] даже при плоской поверхности дорожного полотна. При движении крыла на небольшой высоте от дорожного полотна подъемная сила крыла возрастает за счет экранного эффекта. Это позволяет увеличить грузоподъемность транспорта. Существенное влияние экрана на величину подъемной силы крыла происходит на высоте, составляющей десятую долю от средней аэродинамической хорды крыла [6].

На фиг.5 показано крыло (9) с расположенными в нем магнитными блоками (15, 16, 27) из постоянных магнитов, собранных по схеме Халбаха в виде прямоугольных призм, протяженных вдоль направления движения и расположенных в трех плоскостях, параллельных соответствующим поверхностям (11, 20, 26) путевых дорожек. Путевая дорожка представляет собой трубу с боковым продольным разрезом для перемещения в ней крыла, содержащего магнитные блоки. Плоскость, в которой находится нижний магнитный блок (16), располагается под тупым углом к плоскости, в которой находится боковой магнитный блок (15). Нижний магнитный блок, взаимодействуя во время движения с нижней поверхностью путевой дорожки (20), отвечает за создание подъемной силы. Боковой магнитный блок (15), взаимодействуя с боковой поверхностью путевой дорожки (11), отвечает за силу демпфирования при отклонении фюзеляжа с крылом от курса в горизонтальной плоскости. Верхний магнитный блок (27), взаимодействуя с верхней частью путевой дорожки (26), отвечает за демпфирование отклонений фюзеляжа в вертикальной плоскости во время движения. Таким образом, путевые дорожки из труб с продольным разрезом, поверхность которых параллельна соответствующим плоскостям, в которых располагаются магнитные блоки, позволяют демпфировать отклонение фюзеляжа с крылом от курса в вертикальной и горизонтальной плоскости, что приводит к повышению его устойчивости во время движения. Путевые дорожки установлены над плоским дорожным полотном (23₁) на опорах (21). Приведен пример размещения под крылом прямоугольных призм (28) из электропроводных материалов, вытянутых вдоль направления движения. Вместе с электромагнитными катушками (24), расположенными между ними вдоль направления движения и закрепленными на дорожном полотне, они составляют линейный асинхронный электродвигатель. В случае размещения под крылом одной призмы из электропроводных материалов, электромагнитные катушки размещаются с двух сторон от нее. При пропускании трехфазного тока через электромагнитные катушки, возникают силы, действующие на транспорт вдоль направления движения.

На фиг.6 показан вариант размещения в двух крыльях устройства магнитных блоков, собранных из постоянных магнитов по схеме Халбаха в виде прямоугольных призм, протяженных вдоль направления движения. В одном крыле (9) они расположены в двух плоскостях параллельных двум поверхностям (20, 26) путевой дорожки, а во втором крыле (2) - в вертикальной плоскости параллельной вертикальной поверхности (11) путевой дорожки. При нахождении всех трех магнитных блоков Халбаха в одном крыле толщина той части крыла, которая находится внутри путевой дорожки, определяется размером магнитного блока, расположенного в вертикальной плоскости. Разнесение магнитных блоков Халбаха на два крыла позволяет уменьшить толщину вышеуказанной части нижнего крыла и тем самым снизить аэродинамическое сопротивление крыла. Магнитные блоки (15), расположенные на верхнем крыле, взаимодействуя с электропроводящей поверхностью (11) путевой дорожки, отвечают за демпфирование отклонений фюзеляжа с крыльями в горизонтальной плоскости. Магнитные блоки (27), расположенные на нижнем крыле, взаимодействуя с поверхностью путевой дорожки (26), отвечают за демпфирование отклонений фюзеляжа с крыльями в вертикальной плоскости, а магнитные блоки (16), взаимодействуя с поверхностью путевой дорожки (20), отвечают за подъемную силу. В нижнем крыле находятся материалы с низким коэффициентом трения для скольжения по нижней поверхности путевой дорожки. В верхнем крыле находятся материалы с низким коэффициентом трения для скольжения по боковой поверхности путевой дорожки. Все поверхности путевых дорожек закреплены на опорах (21). Другие виды расположения магнитных блоков относительно путевых дорожек, которые могут применяться с крылом, приведены в изобретениях [7], [8]. На верхней поверхности фюзеляжа установлены параллельно друг другу два барьера (29), которые препятствуют стеканию воздуха с верхней поверхности фюзеляжа на боковые поверхности. Это способствует увеличению подъемной силы участка крыла, расположенного под фюзеляжем. Барьеры могут располагаться как на отдельном участке фюзеляжа, так и на всем его протяжении от носовой до хвостовой части. На нижней поверхности крыла расположены отклоняющиеся аэродинамические тормозные щитки (30). Они предназначены для торможения фюзеляжа за счет увеличения аэродинамического сопротивления при отклонении щитков перпендикулярно направлению движения. Отклонение щитков осуществляется специальными механизмами. При отключении двигателей торможение также происходит за счет токов Фуко при взаимодействии магнитных блоков с путевыми дорожками.

Сделана оценка эффективности предлагаемых решений при движении транспорта со скоростью 600 км/ч. При расчете принято, что путевая дорожка имеет вид углового профиля с прямым углом. Магнитные блоки, собранные из постоянных магнитов по схеме Халбаха, имеют форму прямоугольной призмы шириной 0.5 м, высотой 0.05 м, длиной 0.45 м. Магниты сделаны из сплава неодим-железо-бор. Под фюзеляжем установлено крыло прямоугольной формы. Размах крыла 2 м, ширина крыла 4 м. В каждой полуплоскости крыла находятся по 2 магнитных блока над нижней поверхностью путевой дорожки и по 2 магнитных блока напротив боковой поверхности путевой дорожки. На основании работы [4] сделан расчет электродинамической подъемной силы и сил демпфирования при отклонении транспорта от курса в горизонтальной плоскости при условии движения магнитных блоков на постоянной высоте 35 мм над нижней поверхностью и на расстоянии 35 мм от боковой поверхности путевой дорожки. Вес фюзеляжа с крылом принят равным 33 кН, совпадающий с электродинамической подъемной силой при скорости 600 км/ч и вышеуказанных размерах магнитных блоков. При скорости 10 км/ч расстояние между магнитными блоками и нижней поверхностью путевой дорожки составляет 10 мм, увеличиваясь с ростом скорости до 35 мм при скорости 600 км/ч. При отклонении фюзеляжа с крылом на 10 мм от курса в горизонтальной плоскости, сила демпфирования возрастает на 80%, с 17 кН до 31 кН. Аэродинамическая подъемная сила, рассматриваемого крыла составляет 14 кН. Коэффициент подъемной силы принят равным 0.1. При движении крыла на небольшой высоте от поверхности происходит увеличение подъемной силы за счет экранного эффекта. Так, при движении крыла на высоте 0.4 м от дорожного полотна подъемная сила крыла возрастает в 1.5 раза [9] - с 14 кН до 21 кН. Суммарная подъемная сила фюзеляжа с крылом и, соответственно, его грузоподъемность, увеличивается на 64% - с 33 кН до 54 кН, а мощность, затрачиваемая на преодоление электродинамического сопротивления, которая зависит от зазора между магнитными блоками и стенками путевой дорожки, остается на прежнем уровне.

Ссылки

1. Halbach K. Applications of permanent magnets in accelerators and electron rings. Journal of Applied Physics. 1985, vol. 57, p.3605. 5.

2. Патент US 8578860, заявлен 07.03.2013, опубликован 12.11.2013, заявитель Richard F. Post. Inductrack 3 configuration a maglev system for high loads.

3. Патент RU 2664091, заявлен 02.10.2017, опубликован 15.08.2018, заявители Бабицкий Б.С., Вардле И.Б. Аэропоезд и пути его движения.

4. Амосков В.М., Арсланова Д.Н., Базаров A.M. и др. Численное моделирование электродинамических подвесов левитационных транспортных систем с непрерывной путевой структурой. Вестник Санкт-Петербургского университета. Сер. 10. Прикладная математика. 2015. Вып. 3. С.4-20.

5. Никандров В.Н., Жук О.Н., Домашевич Е.В. Ингаляции кислородно-гелиевой смеси. Журнал «Наука и инновации». Издательский дом «Белорусская наука». 2012., №10, с. 116.

6. Патент RU2463182, заявлен 04.06.2010, опубликован 10.10.2012, заявители Сергеев В.Г., Архангельский В.Н., Соколянский В.П. Транспортная система (варианты), экранопоезд и направляющая для нее.

7. Патент RU 2698408, заявлен 25.10.2018, опубликован 26.08.2019, заявитель Селин В.В. Устройство магнитной системы левитации для устойчивого высокоскоростного перемещения грузов.

8. Патент RU 2722765, заявлен 21.08.2019, опубликован 03.06.2020, заявитель Селин В.В. Устройство магнитной системы левитации для устойчивого высокоскоростного перемещения грузов.

9. Назаров Д.В. Аэродинамика летательного аппарата вблизи земли. Учебное пособие. Издательство Самарского университета 2019., стр. 31-37.

Claims (19)

1. Устройство магнитной системы левитации для повышения грузоподъемности, состоящее из грузопассажирского фюзеляжа, снабженного по меньшей мере одним крылом, содержащим в каждой полуплоскости магнитные блоки, собранные из постоянных магнитов по схеме Халбаха, и путевых дорожек, вдоль которых при движении указанного фюзеляжа перемещаются магнитные блоки с образованием индукционных токов, причем магнитные блоки имеют вид прямоугольных призм, протяженных вдоль направления движения, призмы располагаются в не менее двух разных плоскостях под углом друг к другу, параллельных направлению движения, путевые дорожки выполнены из электропроводного и немагнитного материала и имеют протяженные вдоль направления движения поверхности, параллельные соответствующим плоскостям, в которых располагаются магнитные блоки.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что путевые дорожки выполнены в виде угловых профилей или труб с продольным разрезом.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что путевые дорожки установлены на опорах над дорожным полотном, расположенным между путевыми дорожками.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что грузопассажирский фюзеляж дополнительно снабжен крыльями, не содержащими магнитные блоки.

5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что каждая полуплоскость крыла снабжена материалом с низким коэффициентом трения по путевым дорожкам.

6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в каждой полуплоскости крыла размещены по меньшей мере две электромагнитные катушки, расположенные последовательно вдоль направления движения.

7. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно снабжено по меньшей мере одним газотурбинным двигателем для создания силы тяги.

8. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что на крыле и/или фюзеляже установлены по меньшей мере два дополнительных магнитных блока в виде прямоугольных призм, протяженных вдоль направления движения, собранных из постоянных магнитов таким образом, чтобы магнитное поле между дополнительными магнитными блоками было перпендикулярно направлению движения фюзеляжа с крылом, при этом каждый из дополнительных магнитных блоков содержит четное число участков из постоянных магнитов с противоположным направлением магнитного поля относительно друг друга.

9. Устройство по п. 8, отличающееся тем, что оно снабжено по меньшей мере одним газотурбинным двигателем для создания дополнительной силы тяги.

10. Устройство по п. 8, отличающееся тем, что оно снабжено по меньшей мере одним электродвигателем с пропеллером для создания дополнительной силы тяги.

11. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что на фюзеляже и/или крыле установлена по меньшей мере одна прямоугольная призма из электропроводных материалов для создания силы тяги.

12. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что путевые дорожки на начальном и/или конечном участках движения фюзеляжа с крылом имеют уклон вниз вдоль направления движения.

13. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что фюзеляж с крылом снабжен по меньшей мере одним вертикальным оперением.

14. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что нижняя поверхность крыла, содержащего магнитные блоки, имеет отрицательный угол поперечного «V» крыла.

15. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что фюзеляж с крылом дополнительно содержит постоянные магниты, расположенные на передней части крыла и/или фюзеляжа, магнитное поле которых направлено по направлению движения или против и расположенные на задней части крыла и/или фюзеляжа, магнитное поле которых противоположно направлению магнитного поля постоянных магнитов на передней части крыла и/или фюзеляжа.

16. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что на верхней поверхности фюзеляжа установлены параллельно друг другу по меньшей мере два барьера, протяженные вдоль фюзеляжа.

17. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что на фюзеляже и/или крыле установлены шасси.

18. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что на фюзеляже и/или крыле расположен по меньшей мере один аэродинамический тормозной щиток.

19. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что все устройство установлено в трубопроводе, заполненном гелием или смесью кислорода с гелием при давлении, не превышающем атмосферное давление.

Images