一种磁悬浮列车的主动控制翼面装置及系统的制作方法

[0001]
本实用新型涉及磁悬浮列车动力学、噪声、主动控制领域，尤其是涉及一种磁悬浮列车的主动控制翼面装置及系统。


背景技术：

[0002]
现有的磁悬浮列车完全依靠电磁力进行悬浮、牵引与制动。这导致所需电磁力，尤其是支撑车体的垂向电磁力很大，通常需要很粗的导线或超导技术以应对电流的热效应，这也导致磁浮列车虽避免了轮轨运行时的阻力与噪声，但经济性能指标始终较传统轮轨车辆差。


技术实现要素：

[0003]
根据空气动力学原理，航空领域已形成一套完善的理论控制飞机。而磁浮列车，尤其是高速磁浮列车，其运行速度已超过大型客机的起飞速度，申请人发现完全可以利用空气动力学原理设计翼面系统对列车进行升力补偿与阻力补偿。但飞行器翼面系统直接运用于磁浮列车仍有一些问题，其中最主要的问题是空间问题，磁浮列车两侧不具有足够大的空间安装翼面，尤其是在转辙轨道的区间；其次是稳定性问题，新增的补偿升力与补偿阻力会对磁悬浮系统带来新的激扰，有可能影响列车的运行平稳性与行车安全性。
[0004]
本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种充分利用磁浮列车车顶空间，降低了磁浮系统能耗、提升了磁浮列车制动能力的磁悬浮列车的主动控制翼面装置及系统。
[0005]
本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0006]
本实用新型一方面提供一种磁悬浮列车的主动控制翼面装置，设置于磁浮列车的顶部，包括主翼面和连接于主翼面后缘的襟翼，所述的主翼面位于磁浮列车顶部上方，并通过换向组件可相对于磁浮列车顶部转动，所述的襟翼与主翼面之间可通过伺服组件调整角度。
[0007]
优选地，所述的换向组件由与磁浮列车顶部可转动连接的蜗轮、与蜗轮传动连接的蜗杆、用于驱动蜗杆转动的蜗杆驱动电机以及设置于蜗轮顶部并与蜗轮同步转动的支撑盘组成。
[0008]
优选地，所述的蜗轮与蜗杆形成自锁式蜗轮蜗杆结构。
[0009]
优选地，所述的蜗杆驱动电机为伺服电机。
[0010]
作为另一种优选的实施方式，所述的换向组件包括与磁浮列车顶部可转动连接的齿盘、与齿盘相啮合的齿轮、用于驱动齿轮转动的齿轮驱动电机以及固定于齿盘上的支撑盘；所述的齿轮上设有多个定位孔，所述的磁浮列车的顶部设有与多个定位孔相匹配的伸缩式定位销。进一步优选地，所述的定位孔设有两个，设置于齿盘的一条直径上。更进一步优选地，所述的伸缩式定位销通过气缸或液压缸驱动。
[0011]
本实用新型中的换向组件可以使用列车的电能，负责在列车停站换向期间水平转
动主翼面的朝向，使其正对列车运行方向，换向组件在列车运行过程中保持锁定状态。
[0012]
优选地，所述的主翼面通过支架设置于换向组件上。
[0013]
优选地，所述的伺服组件包括伺服驱动器和襟翼动作机构。
[0014]
优选地，伺服驱动器和襟翼动作机构设置于主翼面内，所述的襟翼动作机构采用连杆机构，所述的连杆机构包括摆动连杆、第一传动连杆、第二传动连杆和滑块；所述的滑块与主翼面在前后方向上滑动连接，并可在伺服驱动器的带动下前后往复运动，所述的摆动连杆的一端与主翼面铰接，另一端通过第一传动连杆与滑块连接，第二传动连杆的一端铰接于摆动连杆中部，另一端伸出主翼面后缘并与襟翼铰接。
[0015]
优选地，所述的伺服驱动器为液力式伺服驱动器、气动式伺服驱动器或电磁式伺服驱动器。
[0016]
优选地，所述的伺服驱动器为伺服油缸。
[0017]
本实用新型另一方面提供一种磁悬浮列车的主动控制翼面系统，包括所述的主动控制翼面装置。
[0018]
优选地，该主动控制翼面系统还包括控制器。所述的控制器用于从磁浮列车获取列车运行指令和运行速度信号，并将列车运行指令和运行速度信号转换后传输到伺服组件，控制襟翼的转动角度，同时控制器还对磁浮列车的磁悬浮控制系统输出反馈，磁浮列车系统以此调整磁浮力。
[0019]
优选地，控制器还用于将列车运行指令信号转换后传输到换向组件，使得磁浮列车在换向运行前控制主翼面正对列车运行方向。
[0020]
本实用新型的工作原理是：当磁悬浮列车运行时，调整襟翼角度使翼面产生升力，补偿部分磁悬浮力，减小列车悬浮时的电流大小与发热损耗；当磁浮列车制动时，调整襟翼角度使翼面产生扰流作用，在磁浮列车车顶产生紊流，增大列车的空气阻力以补偿部分制动力；列车到达终点站换向运行前，换向装置水平旋转翼面使其正对列车运行方向。
[0021]
与现有技术相比，本实用新型基于空气动力学原理对磁浮列车进行升力补偿与阻力补偿，具体表现为运行阶段翼面提供升力，制动阶段翼面扰流提供阻力。与现有技术相比，本实用新型充分利用磁浮列车车顶空间，降低了磁浮系统能耗、提升了磁浮列车制动能力。
附图说明
[0022]
图1为本实用新型磁悬浮列车的主动控制翼面装置的示意图。
[0023]
图2为本实用新型磁悬浮列车的主动控制翼面装置提供升力补偿时的气流示意图。
[0024]
图3为本实用新型磁悬浮列车的主动控制翼面装置提供阻力补偿时(制动状态) 的气流示意图。
[0025]
图4为本实用新型伺服组件提供升力补偿时的连接示意图。
[0026]
图5为本实用新型伺服组件提供阻力补偿时的连接示意图。
[0027]
图6为本实用新型换向组件工作示意图，图6(a)和图6(c)为不同列车运行方向时主翼面朝向不同的示意图，图6(b)和图6(d)分别为图6(a)和图6 (c)的a-a截面示意图。
[0028]
图7为本实用新型一种情况下换向组件的结构示意图。
[0029]
图中，1为磁浮列车，2为主翼面，3为襟翼，4为换向组件，41为蜗轮，42 为蜗杆，43为支撑盘，5为伺服组件，51为伺服驱动器，521为摆动连杆，522为第一传动连杆，523为第二传动连杆，524为滑块，6为支架。
具体实施方式
[0030]
下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。
[0031]
实施例1
[0032]
一种磁悬浮列车的主动控制翼面装置，如图1～3所示，设置于磁浮列车1的顶部，包括主翼面2和连接于主翼面2后缘的襟翼3，主翼面2位于磁浮列车1顶部上方，并通过换向组件4可相对于磁浮列车1顶部转动，襟翼3与主翼面2之间可通过伺服组件5调整角度。
[0033]
本实施例中，本实用新型中的换向组件5可以使用磁浮列车1的电能，负责在磁浮列车1停站换向期间水平转动主翼面2的朝向，使其正对磁浮列车1运行方向，换向组件5在磁浮列车1运行过程中保持锁定状态。主翼面2通过支架6设置于换向组件4上。支架6最好采用支撑杆的形式，以减少对气流的扰动，例如支架6 可以是沿主翼面前后方向布置的两个支撑杆。在一种实施情况下，如图7所示，换向组件4由与磁浮列车1顶部可转动连接的蜗轮41、与蜗轮41传动连接的蜗杆42、用于驱动蜗杆42转动的蜗杆驱动电机以及设置于蜗轮41顶部并与蜗轮41同步转动的支撑盘43组成，其中支撑盘43与蜗轮41可以采用插接方式并通过键固定连接。优选蜗轮41与蜗杆42形成自锁式蜗轮蜗杆结构，可以实现自锁，能够在磁浮列车运行过程中保持主翼面2的方向。本实施例中进一步优选蜗杆驱动电机为伺服电机(伺服电机与蜗轮蜗杆之间采用常规的驱动方式，图中未示出)。在另外一种实施情况下，换向组件还可以采用以下方案，例如换向组件包括与磁浮列车顶部可转动连接的齿盘、与齿盘相啮合的齿轮、用于驱动齿轮转动的齿轮驱动电机以及固定于齿盘上的支撑盘；所述的齿轮上设有多个定位孔，所述的磁浮列车的顶部设有与多个定位孔相匹配的伸缩式定位销。进一步优选地，所述的定位孔设有两个，设置于齿盘的一条直径上。进一步优选伸缩式定位销通过气缸或液压缸驱动
[0034]
本实施例中，如图4～5所示，伺服组件5包括伺服驱动器51和襟翼动作机构。本实施例优选伺服驱动器51和襟翼动作机构设置于主翼面2内，襟翼动作机构采用连杆机构，连杆机构包括摆动连杆521、第一传动连杆522、第二传动连杆523 和滑块524；滑块524与主翼面2在前后方向上滑动连接，并可在伺服驱动器51 的带动下前后往复运动，摆动连杆521的一端与主翼面2铰接，另一端通过第一传动连杆522与滑块524连接，第二传动连杆523的一端铰接于摆动连杆521中部，另一端伸出主翼面2后缘并与襟翼3铰接。本实施例中的伺服驱动器51可以是液力式伺服驱动器、气动式伺服驱动器或电磁式伺服驱动器，也可以是其他形式的伺服驱动器。本实施例中伺服驱动器51优选为伺服油缸。
[0035]
当磁悬浮列车运行时，调整襟翼角度使翼面产生升力，补偿部分磁悬浮力，减小列车悬浮时的电流大小与发热损耗(如图2所示)；当磁浮列车制动时，调整襟翼角度使翼面产生扰流作用，在磁浮列车车顶产生紊流，增大列车的空气阻力以补偿部分制动力(如图3所示)；列车到达终点站换向运行前，换向装置水平旋转翼面使其正对列车运行方向，参见如图6(a)～图6(d)。
[0036]
实施例2
[0037]
一种磁悬浮列车的主动控制翼面系统，包括实施例1的主动控制翼面装置。优选该主动控制翼面系统还包括控制器。控制器用于从磁浮列车获取列车运行指令和运行速度信号，并将列车运行指令和运行速度信号转换后传输到伺服组件，控制襟翼的转动角度，同时控制器还对磁浮列车的磁悬浮控制系统输出反馈，磁浮列车系统以此调整磁浮力。进一步优选控制器还用于将列车运行指令信号转换后传输到换向组件，使得磁浮列车在换向运行前控制主翼面正对列车运行方向。控制器可以是独立于磁浮列车控制系统(例如采用独立的单片机或微机)，也可以是基于磁浮列车控制系统(例如集成于磁浮列车控制系统)。
[0038]
上述对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用实用新型。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本实用新型不限于上述实施例，本领域技术人员根据本实用新型的揭示，不脱离本实用新型范畴所做出的改进和修改都应该在本实用新型的保护范围之内。

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