本發(fā)明涉及交通運(yùn)輸技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種在真空管道內(nèi)高速運(yùn)行的飛行器系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

目前，我國(guó)一線城市之間距離多在1000-2000公里，省會(huì)/二線城市之間多在300-3000公里，但是1小時(shí)內(nèi),高鐵運(yùn)行不到350公里，民航客機(jī)不到900公里，遠(yuǎn)途旅行時(shí)間長(zhǎng)，只能通過(guò)“商務(wù)座”、“頭等艙”形式加大乘坐空間等手段來(lái)提高遠(yuǎn)途旅行舒適性，但必須以高票價(jià)為代價(jià)，使得高舒適遠(yuǎn)途旅行成為普通人的“奢侈品”，因此，未來(lái)遠(yuǎn)途交通工具需要具備超高速度運(yùn)行大幅縮短旅行時(shí)間來(lái)跨越提升舒適性的能力。

2015年，我國(guó)流動(dòng)人口規(guī)模達(dá)已經(jīng)2.47億人，占總?cè)丝诘?8％，相當(dāng)于每六個(gè)人中有一個(gè)是流動(dòng)人口。未來(lái)人們遠(yuǎn)途工作出差、探親訪友和旅游的頻次將不斷續(xù)增多，遠(yuǎn)程交通工具與人們工作生活的聯(lián)系將更為緊密。人們?cè)谶h(yuǎn)途出差和旅行時(shí)，總是希望能夠依據(jù)個(gè)人的工作和生活具體時(shí)間安排，更為自由地選擇出發(fā)/到達(dá)時(shí)間，并且所乘交通工具的換乘方式和流程簡(jiǎn)單，在旅途中滯留時(shí)間更短。然而，目前人們長(zhǎng)途旅行受到火車和飛機(jī)的影響還很大，自由、便捷性還不夠。因此，未來(lái)遠(yuǎn)途交通工具需要具備換乘簡(jiǎn)單、發(fā)車頻次高、快速到達(dá)等能力以實(shí)現(xiàn)自由便捷性的大幅提高。

交通產(chǎn)業(yè)作為重大基礎(chǔ)設(shè)施，是帶動(dòng)國(guó)家經(jīng)濟(jì)和就業(yè)等持續(xù)增長(zhǎng)的重要領(lǐng)域，需要不斷探索能夠形成市場(chǎng)占有率優(yōu)勢(shì)的新交通工具，促進(jìn)國(guó)家發(fā)展。按照開(kāi)銳客運(yùn)市場(chǎng)占有率模型，旅行時(shí)間是贏得客運(yùn)市場(chǎng)占有率的首要因素。1804年，英國(guó)人德里維克制造出世界上第一臺(tái)蒸氣機(jī)車，此后經(jīng)過(guò)近200年發(fā)展，火車成功占據(jù)了陸上長(zhǎng)途運(yùn)輸市場(chǎng)的主要份額。1919年，英國(guó)制造了dh-16單發(fā)動(dòng)機(jī)4座專用客機(jī)，之后近100年，民用航空以高速飛行縮短旅途時(shí)間的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，成功搶占了火車占有的部分長(zhǎng)途運(yùn)輸市場(chǎng)份額。為應(yīng)對(duì)競(jìng)爭(zhēng)，鐵路領(lǐng)域聚焦速度，大力發(fā)展高速鐵路，如我國(guó)到2015年就建成1.8萬(wàn)公里高鐵，以高特為主骨干的快速鐵路網(wǎng)絡(luò)總規(guī)模達(dá)到4萬(wàn)公里，成功穩(wěn)住了市場(chǎng)占有率?；疖嚭惋w機(jī)進(jìn)入細(xì)化市場(chǎng)，以及綜合比拼旅行時(shí)間、票價(jià)、安全性、服務(wù)的階段，交通體系整體得到良性發(fā)展。因此，未來(lái)遠(yuǎn)途交通工具需要在綜合旅行時(shí)間、票價(jià)、安全性、服務(wù)等的能力方面出現(xiàn)大幅提升，具備激烈競(jìng)爭(zhēng)條件下?lián)屨歼h(yuǎn)途運(yùn)輸市場(chǎng)份額的能力，從而有效推動(dòng)交通產(chǎn)業(yè)整體持續(xù)發(fā)展。

目前，遠(yuǎn)程快速交通工具主要是高速鐵路、噴氣式客機(jī)。其中，高速鐵路運(yùn)行速度約250～400公里/小時(shí)，噴氣式客機(jī)運(yùn)行速度約600～900公里/小時(shí)。

噴氣式客機(jī)的主要優(yōu)勢(shì)是速度快和受地理影響小，客機(jī)從空中點(diǎn)對(duì)點(diǎn)飛行，基本不受地表形貌限制，可以跨?；虻竭_(dá)偏遠(yuǎn)/山地/島嶼/冰原等特殊地區(qū)。但是，噴氣式客機(jī)未來(lái)綜合性能大幅提升的空間小，主要體現(xiàn)在：

旅行時(shí)間持續(xù)縮短難度大。主要有兩個(gè)方面原因，一是空中飛行速度大幅提升代價(jià)高。自1903年萊特兄弟制造首架飛機(jī)以來(lái)，民航領(lǐng)域一直在努力提高飛行速度，1968～1969年，歐洲和蘇聯(lián)分別試飛“協(xié)和”號(hào)和圖144超聲速客機(jī)。但是，大型客機(jī)在稠密大氣層飛行，速度提升到超聲速以上，將出現(xiàn)嚴(yán)重的噪聲、音爆、高油耗和大氣污染等問(wèn)題。例如，“協(xié)和”號(hào)飛行速度最大馬赫數(shù)2，起降噪音接近120分貝，遠(yuǎn)超過(guò)人正常生活可承受的最大75～90分貝，油耗達(dá)到20.5噸/小時(shí)，因此，在小規(guī)模商業(yè)運(yùn)營(yíng)27年后，于2003年黯然退役，目前商業(yè)運(yùn)營(yíng)的大型客機(jī)基本都是亞聲速飛行。二是額外旅途時(shí)間難以縮短。由于飛機(jī)起降空間限制和噪聲影響等，機(jī)場(chǎng)通常必須遠(yuǎn)離人口密集的市區(qū)，導(dǎo)致人們從住地到機(jī)場(chǎng)通常需要耗費(fèi)較長(zhǎng)時(shí)間，進(jìn)入機(jī)場(chǎng)后還需要經(jīng)過(guò)復(fù)雜的安檢、檢票、候機(jī)流程。飛機(jī)在空中飛機(jī)的速度優(yōu)勢(shì)，在一定距離內(nèi)，被登機(jī)前和到站后所消耗的時(shí)間抵消，而這些在地面消耗的時(shí)間還沒(méi)有有效的解決方案。以國(guó)內(nèi)大型城市為例，從出發(fā)地市區(qū)到機(jī)場(chǎng)、進(jìn)入機(jī)場(chǎng)到起飛、降落后到達(dá)目的地市區(qū)，通常平均分別需要約1個(gè)小時(shí)，總額外時(shí)間約3個(gè)小時(shí)。從北京到濟(jì)南、上海、廣州的直線距離分別大約360、1000和2000公里，雖然目前客機(jī)在空中飛行時(shí)間最快分別可以達(dá)到1小時(shí)10分鐘、2小時(shí)10分鐘、3小時(shí)20分鐘，但是總旅行時(shí)間實(shí)際上分別需要4、5和6.5個(gè)小時(shí)甚至更長(zhǎng)。

舒適性持續(xù)提升的空間小。主要有兩個(gè)方面原因，一是大氣亂流的影響增多。大氣中普遍存在亂流，飛機(jī)在紊亂的氣流中飛行，會(huì)產(chǎn)生左右搖晃、上下拋擲和機(jī)身抖動(dòng)的現(xiàn)象，上下高度經(jīng)常在可達(dá)數(shù)十米甚至數(shù)百米的范圍內(nèi)快速變化，嚴(yán)重影響乘客舒適度，并且還有危險(xiǎn)性，近年來(lái)，每年都有顛簸受傷事件發(fā)生，2008年，上海航空公司一架飛機(jī)受亂流影響造成機(jī)上20余人受傷。根據(jù)世界氣象組織會(huì)議的預(yù)測(cè)，到2050年，由于全球變暖，航空乘客遇到的亂流數(shù)量將是目前的兩倍，且飛機(jī)難以避免。二是氣象條件的影響頻繁。航班延誤指比計(jì)劃降落時(shí)間延遲30分鐘以上。為了保證飛行安全，飛機(jī)需要達(dá)到符合起飛、飛行、降落的天氣標(biāo)準(zhǔn)，才能準(zhǔn)許起降，這些天氣標(biāo)準(zhǔn)包括出發(fā)地和目的地機(jī)場(chǎng)狀況(如能見(jiàn)度、低空云、雷雨區(qū)、強(qiáng)側(cè)風(fēng)等)、飛行航路上的氣象情況(如高空雷雨區(qū))，以及因惡劣天氣導(dǎo)致的后續(xù)狀況(如跑道結(jié)冰、嚴(yán)重積水等)。目前，天氣原因是造成航班延誤的主要原因之一，隨著全球變暖，未來(lái)惡劣/極端氣象將更為頻繁，乘客旅行體驗(yàn)受氣象條件的影響將難以避免。

高速鐵路的主要優(yōu)勢(shì)是準(zhǔn)點(diǎn)率、安全系數(shù)高以及舒適性好。高鐵運(yùn)行平穩(wěn)，并采取減震、隔音等措施，車內(nèi)環(huán)境安靜；火車站能夠在市區(qū)修建，與城市地鐵系統(tǒng)直接無(wú)縫駁接，額外旅途時(shí)間比飛機(jī)少，乘客旅途綜合體驗(yàn)優(yōu)于飛機(jī)。高鐵在相對(duì)封閉環(huán)境中自動(dòng)化運(yùn)行，安全性高，如京廣高鐵武廣段開(kāi)通運(yùn)營(yíng)6年來(lái)從未發(fā)生人員傷亡事故，日本新干線從1964年開(kāi)通至今運(yùn)行52年來(lái)從未發(fā)生過(guò)一起人員傷亡事故。但高速鐵路未來(lái)綜合性能大幅提升的空間也較小，主要體現(xiàn)在：

旅行時(shí)間可減小量已經(jīng)接近極限?；疖囋诘孛嫘旭傂枰朔C(jī)械摩擦阻力和空氣阻力。一方面，輪軌高速鐵路的機(jī)械摩擦阻力主要來(lái)自車輪與鐵軌之間的滾動(dòng)摩擦，以及電機(jī)到車輪之間的傳動(dòng)摩擦，持續(xù)減小的技術(shù)難度大。另一方面，由于空氣阻力與列車運(yùn)行速度的平方成正比列車速度提升1倍，空氣阻力將增大4倍，當(dāng)列車在地面大氣環(huán)境中速度達(dá)到500公里/小時(shí)，列車需要克服的空氣阻力在總阻力中的比例將達(dá)到92％，摩擦阻力僅占8％。目前，高鐵實(shí)際運(yùn)行速度最大僅為300公里/小時(shí)左右，試驗(yàn)條件下的最高速度為600公里/小時(shí)左右。傳統(tǒng)鐵路進(jìn)入高鐵時(shí)代后，未來(lái)實(shí)際運(yùn)行速度大幅提升的難度大，遠(yuǎn)途旅行時(shí)乘坐高鐵所需時(shí)間仍然較長(zhǎng)。例如，從北京到廣州，目前乘坐高鐵最快也需要9小時(shí)18分左右，接近飛機(jī)3倍，即使乘坐7:40的最早班車，也要到17:14才能抵達(dá)，朝發(fā)才能夕至，舒適度、便捷性難以滿足未來(lái)人們遠(yuǎn)途旅行需求。

遠(yuǎn)途高速運(yùn)營(yíng)成本高。高速列車運(yùn)行所需能耗與速度的三次方成正比(n＝κρsv³)，提高速度必然伴隨高能耗、高成本。中國(guó)鐵路總公司總經(jīng)理盛光祖接受采訪時(shí)表示，高鐵時(shí)速提高50公里，成本將提高三分之一左右，主要是電價(jià)、零部件磨損和維修成本加大。因此，遠(yuǎn)距離的高速鐵路為保證運(yùn)營(yíng)利潤(rùn)，不得不采取以下措施：一是提高票價(jià)。例如，從北京到廣州，目前高鐵的票價(jià)為一等座1380元，二等座862元，實(shí)際上已經(jīng)接近飛機(jī)平時(shí)的市場(chǎng)價(jià)格，競(jìng)爭(zhēng)力大幅降低。二是減少發(fā)車頻次以保證上座率。例如，從北京到廣州目前每天僅有5個(gè)車次，并且由于速度慢，旅行時(shí)間長(zhǎng)，導(dǎo)致除了7:40有一趟，其余4趟都集中在10:00-13:05三個(gè)小時(shí)之間，乘客出行的自由便捷性大幅降低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種超高速管道飛行器系統(tǒng)，利用高溫超導(dǎo)磁懸浮裝置將飛行器懸浮在鋪設(shè)于管道內(nèi)的磁懸浮軌道上，實(shí)現(xiàn)在地面以接近聲速甚至超聲速的速度高速載貨或載人運(yùn)輸。

一種超高速管道飛行器系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括飛行器分系統(tǒng)、管道分系統(tǒng)、懸浮推進(jìn)分系統(tǒng)、供電分系統(tǒng)和運(yùn)行控制分系統(tǒng)；

所述飛行器分系統(tǒng)用于裝載和運(yùn)送乘客并在管道分系統(tǒng)的真空管道內(nèi)運(yùn)行；

所述管道分系統(tǒng)有兩條真空管道并列平行放置，管道內(nèi)部抽成接近真空的低氣壓環(huán)境，供飛行器往返使用，管道僅維持飛行器分系統(tǒng)高速運(yùn)行所需的真空環(huán)境，不承擔(dān)飛行器及軌道的承力功能；

所述懸浮推進(jìn)分系統(tǒng)用于提供飛行器行駛所需的懸浮力、導(dǎo)向力和推進(jìn)力；

所述供電分系統(tǒng)采用太陽(yáng)能發(fā)電與電網(wǎng)供電相結(jié)合的方式提供系統(tǒng)運(yùn)行所需要的能量；

所述運(yùn)行控制分系統(tǒng)根據(jù)運(yùn)行計(jì)劃辦理飛行器運(yùn)行進(jìn)路，保證進(jìn)路正確安全；實(shí)時(shí)控制和監(jiān)督飛行器運(yùn)行速度，防止飛行器超速；調(diào)整飛行器追蹤問(wèn)隔，保證運(yùn)行安全。

進(jìn)一步地，所述飛行器分系統(tǒng)包括機(jī)體、人機(jī)環(huán)境模塊和車載電源；機(jī)體內(nèi)部分隔成控制室、乘客室、行李室和機(jī)載電池室，機(jī)體總重不大于10噸；人機(jī)環(huán)境模塊乘客轉(zhuǎn)變符合生存條件的氣壓、符合大氣成分的空氣、以及適宜的溫濕度和人機(jī)交互設(shè)備；機(jī)載電源提供機(jī)上控制設(shè)備、生命保障設(shè)備與照明設(shè)備所需電能。

進(jìn)一步地，所述管道分系統(tǒng)包括管道、真空設(shè)備、接駁裝置和路基橋隧；

真空設(shè)備由大型真空泵系和小型真空泵系兩部分組成，大型真空泵系用于初始或特殊狀態(tài)下抽出整個(gè)管道的大量空氣，此時(shí)需要選用大型真空泵，保證在較短時(shí)間獲取真空環(huán)境；真空保持系統(tǒng)用于在平時(shí)運(yùn)營(yíng)過(guò)程中保證真空環(huán)境平穩(wěn)可靠，由于管道及接縫存在的漏率，使得真空環(huán)境壓力逐漸增大，為了保持管道內(nèi)部真空環(huán)境平穩(wěn)，若開(kāi)啟或部分開(kāi)啟大型真空泵系統(tǒng)可能造成管道內(nèi)局部壓力不均衡，影響飛行器行駛安全，在管道的接縫處設(shè)置小型真空泵系；

接駁裝置用于實(shí)現(xiàn)站點(diǎn)間的乘客換乘；

路基橋隧為鋪設(shè)管道的基礎(chǔ)土建工程。

進(jìn)一步地，所述懸浮推進(jìn)分系統(tǒng)由懸浮裝置和推進(jìn)裝置組成，

懸浮裝置使用永磁斥力型高溫超導(dǎo)磁懸浮技術(shù)，主要結(jié)構(gòu)由高溫超導(dǎo)塊材和永磁軌道組成，推進(jìn)裝置使用高溫超導(dǎo)同步直線電機(jī)，利用高溫超導(dǎo)塊材磁體作為電機(jī)次級(jí)；懸浮推進(jìn)系統(tǒng)位于飛行器底部和軌道上；

懸浮裝置包括兩個(gè)子裝置：一個(gè)是永磁軌道，用于產(chǎn)生磁場(chǎng)；另一個(gè)是高溫超導(dǎo)塊材，用來(lái)改變或俘獲磁場(chǎng)，從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的懸浮，永磁軌道布置在管道底部的路基上，超導(dǎo)塊材安裝在飛行器底部的杜瓦容器中；

飛行器使用高溫超導(dǎo)塊材磁體次級(jí)直線同步電機(jī)提供推力，利用充磁后的高溫超導(dǎo)塊材磁體(ybco)，取代常規(guī)電機(jī)中的永磁體，由于高溫超導(dǎo)快材的捕獲磁場(chǎng)強(qiáng)度比常規(guī)永磁體的磁場(chǎng)強(qiáng)度高很多倍，因此該種電機(jī)能夠提供更大的推力，同時(shí)具有更大的功率因素和更小的體積、重量。

進(jìn)一步地，所述供電分系統(tǒng)包括鋪設(shè)在管道表面的太陽(yáng)能供電裝置、電網(wǎng)供電裝置和牽引裝置；機(jī)體牽引供電首先由太陽(yáng)能發(fā)電裝置提供，不足部分由外接電網(wǎng)變電站補(bǔ)充；太陽(yáng)能發(fā)電板產(chǎn)生的電能經(jīng)電能轉(zhuǎn)換裝置傳入沿線間隔20km的軌旁變電站，與電網(wǎng)傳輸?shù)碾娔苋诤虾螅?jīng)沿路供電電纜分段傳入安裝在軌道上的初級(jí)線圈，牽引機(jī)體前進(jìn)；

所述牽引裝置將取自受流軌的直流電變換成電壓和頻率均可調(diào)的三相交流電，并根據(jù)定子位置和速度進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，按一定的關(guān)系供給牽引直線電機(jī)，牽引裝置由主牽引逆變器及變流器組以及相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)控制器、濾波器和保護(hù)單元組成。

進(jìn)一步地，所述運(yùn)行控制分系統(tǒng)包括自動(dòng)駕駛模塊、自動(dòng)防護(hù)模塊、自動(dòng)監(jiān)控模塊和信息傳輸模塊；

自動(dòng)駕駛模塊具有自動(dòng)懸浮控制功能、電力牽引控制功能、電力制動(dòng)與機(jī)械制動(dòng)控制功能、艙門(mén)控制功能、電源控制功能和輔助設(shè)備控制功能；

自動(dòng)防護(hù)模塊采用全自動(dòng)移動(dòng)閉塞的方式，涵蓋進(jìn)站保護(hù)功能、曲線限速保護(hù)功能、超速防護(hù)功能以及對(duì)駕駛誤操作自動(dòng)保護(hù)功能；

自動(dòng)監(jiān)控模塊具有速度測(cè)量和飛行器定位功能、進(jìn)站檢測(cè)功能、全飛行器狀態(tài)檢測(cè)與顯示功能、故障診斷功能；

信息傳輸模塊對(duì)同步控制產(chǎn)生的測(cè)速定位的精度要求、自動(dòng)控制產(chǎn)生的大容量信息傳輸給外部。

有益效果：

1、本發(fā)明的超高速管道飛行系統(tǒng)突破了制約飛機(jī)和高鐵速度提升的阻力瓶頸，能夠?qū)崿F(xiàn)“在地面以空中超聲速飛機(jī)的速度像高速鐵路一樣平穩(wěn)運(yùn)行”，因此，旅行舒適性、便捷性，以及影響市場(chǎng)占有率的旅行時(shí)間、票價(jià)、安全性和服務(wù)等相比飛機(jī)和高鐵實(shí)現(xiàn)了跨越式提升。

2、本發(fā)明將旅行時(shí)間大幅縮短。主要有三個(gè)方面原因，一是解決了空氣阻力的問(wèn)題。超高速管道運(yùn)輸系統(tǒng)在近真空管道環(huán)境內(nèi)運(yùn)行，空氣密度僅為民航客機(jī)(1萬(wàn)米高空)的1.7％，高鐵的0.7％，高速運(yùn)行需要克服的空氣阻力很小，所需消耗的推進(jìn)功率小，并且速度提升到超聲速后的氣動(dòng)噪音被密閉管道隔絕后基本不對(duì)軌道周邊人類環(huán)境造成影響。二是解決了摩擦阻力的問(wèn)題。超高速管道運(yùn)輸系統(tǒng)采用磁懸浮方式，摩擦阻力接近于零，突破了輪軌高速鐵路的摩擦阻力瓶頸。三是額外旅途時(shí)間短。超高速管道運(yùn)輸系統(tǒng)的管道截面小，可埋入地下或搭在高架上，能夠直接與城市地鐵系統(tǒng)和高鐵站無(wú)縫連接，共用一套檢票系統(tǒng)和安檢系統(tǒng)。因此，通過(guò)超聲速與無(wú)縫接駁相結(jié)合，總旅行時(shí)間大幅縮短，從北京到廣州，總共只需2.5～3小時(shí)左右，僅為飛機(jī)的1/2、高鐵的1/4。

3、本發(fā)明使得出行的舒適度和便捷性全面提升。主要有四個(gè)方面原因，一是能夠在1小時(shí)內(nèi)完成遠(yuǎn)途旅行。超高速管道運(yùn)輸系統(tǒng)人體乘坐交通工具出行最舒適的1個(gè)小時(shí)內(nèi)運(yùn)行1000公里～2000公里，覆蓋我國(guó)大部分大型城市。二是運(yùn)行平穩(wěn)。相比傳統(tǒng)高速鐵路沒(méi)有機(jī)械接觸，相比飛機(jī)不存在大氣環(huán)境亂流影響，運(yùn)行更為平穩(wěn)。三是受氣象條件影響小。管道密閉環(huán)境隔離了風(fēng)/雨/霜/雪等自然環(huán)境氣象變化影響，避免了飛機(jī)經(jīng)常出現(xiàn)的航班延誤情況。四是乘客真正實(shí)現(xiàn)自由定制出行時(shí)間。超高速管道運(yùn)輸系統(tǒng)理論上可以24小時(shí)全天候，在幾分鐘的極短時(shí)間內(nèi)高頻度發(fā)車，并在1小時(shí)內(nèi)到達(dá)目的地，顛覆現(xiàn)有出行模式，真正實(shí)現(xiàn)人們便捷遠(yuǎn)途旅行。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)組成原理圖；

圖2為本發(fā)明飛行器分系統(tǒng)中的機(jī)體與真空分系統(tǒng)中管道的外形截面圖；

圖3為本發(fā)明機(jī)體外形氣動(dòng)布局側(cè)視圖；

圖4為本發(fā)明機(jī)體外形氣動(dòng)布局俯視圖；

圖5為本發(fā)明機(jī)體外形氣動(dòng)布局仰視圖；

圖6為本發(fā)明機(jī)體中段橫截面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為本發(fā)明機(jī)體頭部前視圖；

圖8為本發(fā)明機(jī)體尾部后視圖。

其中：1-機(jī)體、2-真空管道、3-懸浮裝置、4-永磁軌道、5-推進(jìn)裝置、6-推進(jìn)線圈。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖并舉實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。

如附圖1所示，本發(fā)明提供了一種超高速管道飛行器系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括飛行器分系統(tǒng)、管道分系統(tǒng)、懸浮推進(jìn)分系統(tǒng)、供電分系統(tǒng)和運(yùn)行控制分系統(tǒng)；

飛行器分系統(tǒng)用于裝載和運(yùn)送乘客并在管道分系統(tǒng)的真空管道內(nèi)運(yùn)行；飛行器分系統(tǒng)包括機(jī)體、人機(jī)環(huán)境模塊和車載電源；機(jī)體內(nèi)部分隔成控制室、乘客室、行李室和機(jī)載電池室，機(jī)體總重不大于10噸；人機(jī)環(huán)境模塊乘客轉(zhuǎn)變符合生存條件的氣壓、符合大氣成分的空氣、以及適宜的溫濕度和人機(jī)交互設(shè)備；機(jī)載電源提供機(jī)上控制設(shè)備、生命保障設(shè)備與照明設(shè)備所需電能。

管道分系統(tǒng)有兩條真空管道并列平行放置，管道內(nèi)部抽成接近真空的低氣壓環(huán)境，供飛行器往返使用，管道僅維持飛行器分系統(tǒng)高速運(yùn)行所需的真空環(huán)境，不承擔(dān)飛行器及軌道的承力功能；

管道分系統(tǒng)包括管道、真空設(shè)備、接駁裝置和路基橋隧；

真空設(shè)備由大型真空泵系和小型真空泵系兩部分組成，大型真空泵系用于初始或特殊狀態(tài)下抽出整個(gè)管道的大量空氣，此時(shí)需要選用大型真空泵，保證在較短時(shí)間獲取真空環(huán)境；真空保持系統(tǒng)用于在平時(shí)運(yùn)營(yíng)過(guò)程中保證真空環(huán)境平穩(wěn)可靠，由于管道及接縫存在的漏率，使得真空環(huán)境壓力逐漸增大，為了保持管道內(nèi)部真空環(huán)境平穩(wěn)，若開(kāi)啟或部分開(kāi)啟大型真空泵系統(tǒng)可能造成管道內(nèi)局部壓力不均衡，影響飛行器行駛安全，在管道的接縫處設(shè)置小型真空泵系；接駁裝置用于實(shí)現(xiàn)站點(diǎn)間的乘客換乘；路基橋隧為鋪設(shè)管道的基礎(chǔ)土建工程。

懸浮推進(jìn)分系統(tǒng)用于提供飛行器行駛所需的懸浮力、導(dǎo)向力和推進(jìn)力；懸浮推進(jìn)分系統(tǒng)由懸浮裝置3和推進(jìn)裝置5組成，如附圖2所示；

懸浮裝置3使用永磁斥力型高溫超導(dǎo)磁懸浮技術(shù)，主要結(jié)構(gòu)由高溫超導(dǎo)塊材和永磁軌道組成，推進(jìn)裝置使用高溫超導(dǎo)同步直線電機(jī)，利用高溫超導(dǎo)塊材磁體作為電機(jī)次級(jí)；懸浮推進(jìn)系統(tǒng)位于飛行器底部和軌道上；

懸浮裝置3包括兩個(gè)子裝置：一個(gè)是永磁軌道4，用于產(chǎn)生磁場(chǎng)；另一個(gè)是高溫超導(dǎo)塊材，用來(lái)改變或俘獲磁場(chǎng)，從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的懸浮，永磁軌道4布置在管道底部的路基上，超導(dǎo)塊材安裝在機(jī)體1底部的杜瓦容器中；

機(jī)體1底部中部位置安裝由超導(dǎo)磁體和杜瓦容器組成的車載推進(jìn)裝置5，推進(jìn)裝置5起到電機(jī)的勵(lì)磁線圈(動(dòng)子)作用，車載推進(jìn)裝置與鋪設(shè)在真空管道內(nèi)底面的起電樞(定子)作用的推進(jìn)線圈6共同實(shí)現(xiàn)車體1的推進(jìn)。機(jī)體1使用高溫超導(dǎo)塊材磁體次級(jí)直線同步電機(jī)提供推力，利用充磁后的高溫超導(dǎo)塊材磁體(ybco)，取代常規(guī)電機(jī)中的永磁體，由于高溫超導(dǎo)快材的捕獲磁場(chǎng)強(qiáng)度比常規(guī)永磁體的磁場(chǎng)強(qiáng)度高很多倍，因此該種電機(jī)能夠提供更大的推力，同時(shí)具有更大的功率因素和更小的體積、重量。

供電分系統(tǒng)采用太陽(yáng)能發(fā)電與電網(wǎng)供電相結(jié)合的方式提供系統(tǒng)運(yùn)行所需要的能量；供電分系統(tǒng)包括鋪設(shè)在管道表面的太陽(yáng)能供電裝置、電網(wǎng)供電裝置和牽引裝置；飛行器牽引供電首先由太陽(yáng)能發(fā)電裝置提供，不足部分由外接電網(wǎng)變電站補(bǔ)充；太陽(yáng)能發(fā)電板產(chǎn)生的電能經(jīng)電能轉(zhuǎn)換裝置傳入沿線間隔20km的軌旁變電站，與電網(wǎng)傳輸?shù)碾娔苋诤虾?，?jīng)沿路供電電纜分段傳入安裝在軌道上的初級(jí)線圈，牽引飛行器前進(jìn)；

牽引裝置將取自受流軌的直流電變換成電壓和頻率均可調(diào)的三相交流電，并根據(jù)定子位置和速度進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，按一定的關(guān)系供給牽引直線電機(jī)，牽引裝置由主牽引逆變器及變流器組以及相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)控制器、濾波器和保護(hù)單元組成。

運(yùn)行控制分系統(tǒng)根據(jù)運(yùn)行計(jì)劃辦理飛行器運(yùn)行進(jìn)路，保證進(jìn)路正確安全；實(shí)時(shí)控制和監(jiān)督飛行器運(yùn)行速度，防止飛行器超速；調(diào)整飛行器追蹤問(wèn)隔，保證運(yùn)行安全。

運(yùn)行控制分系統(tǒng)包括自動(dòng)駕駛模塊、自動(dòng)防護(hù)模塊、自動(dòng)監(jiān)控模塊和信息傳輸模塊；

自動(dòng)駕駛模塊具有自動(dòng)懸浮控制功能、電力牽引控制功能、電力制動(dòng)與機(jī)械制動(dòng)控制功能、艙門(mén)控制功能、電源控制功能和輔助設(shè)備控制功能；

自動(dòng)防護(hù)模塊采用全自動(dòng)移動(dòng)閉塞的方式，涵蓋進(jìn)站保護(hù)功能、曲線限速保護(hù)功能、超速防護(hù)功能以及對(duì)駕駛誤操作自動(dòng)保護(hù)功能；

自動(dòng)監(jiān)控模塊具有速度測(cè)量和飛行器定位功能、進(jìn)站檢測(cè)功能、全飛行器狀態(tài)檢測(cè)與顯示功能、故障診斷功能；

信息傳輸模塊對(duì)同步控制產(chǎn)生的測(cè)速定位的精度要求、自動(dòng)控制產(chǎn)生的大容量信息傳輸給外部。

如附圖2所示，為了能夠解決真空管道內(nèi)出現(xiàn)氣流擁塞、乘客舒適度以及能耗高的問(wèn)題，本發(fā)明對(duì)機(jī)體1和管道2的尺寸參數(shù)進(jìn)行了合理設(shè)計(jì)，機(jī)體的外形為圓形時(shí)，機(jī)體1與真空管道2的直徑比為0.5～0.7，機(jī)體的外形為非圓形時(shí)，機(jī)體與真空管道的橫截面積比為0.3～0.5，真空管道內(nèi)的真空度≤1000pa；不僅能避免機(jī)體前進(jìn)方向出現(xiàn)較大空氣擁塞，還滿足真空泵所能提供的抽氣能力。

為了大幅度減小列車高速行駛過(guò)程中的空氣阻力，具有流暢的氣動(dòng)外形和較高的機(jī)體容積。本實(shí)施例提供了一種低氣動(dòng)阻力機(jī)體外形，如圖3所示。該機(jī)體外形分為機(jī)體首段、機(jī)體中段和機(jī)體尾段。

機(jī)體首段、機(jī)體中段和機(jī)體尾段任意橫截面均為左右對(duì)稱的平面幾何圖形，機(jī)體首段橫截面的輪廓由六條曲線構(gòu)成，機(jī)體中段和機(jī)體尾段橫截面的輪廓由五條曲線構(gòu)成，如圖4、圖5所示。

如圖6所示，機(jī)體中段橫截面的輪廓上有五個(gè)點(diǎn)，分別為頂點(diǎn)b、機(jī)體左側(cè)一點(diǎn)d1、機(jī)體右側(cè)一點(diǎn)d2以及機(jī)體底部的兩點(diǎn)c1和c2，頂點(diǎn)b到機(jī)體左側(cè)一點(diǎn)d1之間為樣條曲線段，呈外凸?fàn)?，頂點(diǎn)b到機(jī)體右側(cè)一點(diǎn)d2之間也為樣條曲線段，并且兩條樣條曲線在機(jī)體頂部相切，機(jī)體底部的兩點(diǎn)之間為直線段即c1c2為直線段，樣條曲線段bd1與直線段c1c2之間采用圓弧段過(guò)渡，樣條曲線段bd2與直線段c1c2之間采用圓弧段過(guò)渡，圓弧段d1c1和d2c2分別與樣條曲線段與直線段相切；樣條曲線段bd1、bd2長(zhǎng)度為0.5～1d,圓弧段d1c1、d2c2半徑為0.01～0.25d，d為機(jī)體中段橫截面當(dāng)量直徑，非圓管的當(dāng)量直徑為水力半徑相等的圓管直徑，圓弧的角度范圍為30°～90°。

如圖7所示，直線段c1c2中點(diǎn)為c點(diǎn)，橫截面沿bc呈軸對(duì)稱，機(jī)體首段的母線方向?yàn)橐暂喞系牧c(diǎn)b、d1、c1、c、c2、d2為出發(fā)點(diǎn)向頭部尖點(diǎn)a點(diǎn)做六條光滑樣條曲線，曲率向車頭方向逐漸減小，該六條母線ba、d1a、c1a、ca、c2a、d2a匯聚到頭部尖點(diǎn)a點(diǎn)，a點(diǎn)至機(jī)體頂部的垂直高度大于a點(diǎn)至機(jī)體底部的垂直高度；在頭部尖點(diǎn)a點(diǎn)倒圓，倒圓半徑在10mm～200mm之間。

機(jī)體中段的母線為與機(jī)體長(zhǎng)度方向平行的直線段，直線段長(zhǎng)度與當(dāng)量直徑d的比值范圍為8～20；其中，

如圖8所示，機(jī)體尾段的母線方向?yàn)橐暂喞系奈妩c(diǎn)f、h2、g2、g1、h1為出發(fā)點(diǎn)向尾部e點(diǎn)做光滑樣條曲線，曲率向車尾方向?yàn)闇p小-增大-減小-增大變化，該五條母線fe、h2e、g2e、g1e、h1e匯聚到尾部尖點(diǎn)e點(diǎn)，e點(diǎn)與水平直線夾角為10°～40°，在尾部尖點(diǎn)e點(diǎn)倒圓，倒圓半徑在20mm～400mm之間。光滑樣條曲線fe、h2e、g2e、g1e、h1e均包括外凸曲線和內(nèi)凹曲線，外凸曲線與內(nèi)凹曲線光滑過(guò)渡并向車尾方向延伸。

列車外形由機(jī)體中段的橫截面分別沿各段母線方向掃略而成，機(jī)體首段的外形由機(jī)體中段的橫截面沿曲線ba、d1a、c1a、ca、c2a、d2a掃略而成，機(jī)體中段的外形由機(jī)體中段的橫截面沿與機(jī)體長(zhǎng)度方向平行的直線段掃略而成，機(jī)體尾段的外形由機(jī)體中段的橫截面沿曲線fe、h2e、g2e、g1e、h1e掃略而成，且機(jī)體首段、機(jī)體中段和機(jī)體尾段光滑過(guò)渡。

機(jī)體首段、機(jī)體中段和機(jī)體尾段的長(zhǎng)度以機(jī)體中段橫截面當(dāng)量直徑d為基準(zhǔn)設(shè)計(jì)。車頭的長(zhǎng)度l1＝2d～6d，車身的長(zhǎng)度l2＝8d～20d，車尾的長(zhǎng)度l3＝2d～6d。

該機(jī)體為尖頭尖尾外形，且采用樣條曲線與機(jī)體光滑過(guò)渡，機(jī)體截面為特殊的幾何圖形，可以在較大機(jī)體容積的基礎(chǔ)上，氣流順暢通過(guò)機(jī)體，從而減小氣流阻力。經(jīng)數(shù)值仿真驗(yàn)證，本發(fā)明提出的低氣動(dòng)阻力的超高速管道列車外形氣動(dòng)布局相對(duì)國(guó)內(nèi)crh5高速列車外形，機(jī)體零阻系數(shù)減小30％(參考面積為機(jī)體橫截面面積)，實(shí)現(xiàn)了低氣動(dòng)阻力的外形設(shè)計(jì)目標(biāo)。

綜上所述，以上僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。