本發(fā)明涉及一種高速火車，特別涉及一種具有更高的加速能力、爬坡能力和更大的載重量的裝備有螺旋槳的高速火車，屬于火車技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

當今高鐵火車技術(shù)主要分二種：輪軌式高鐵和磁懸浮高鐵。(a)磁懸浮的修建造價和運營成本都高于輪軌式起碼2倍以上，并且安全、可靠性也差于輪軌式。(b)除了需要耗電產(chǎn)生電磁推力外，磁懸浮還必需用大量電能來抬舉火車車重，電能浪費很大的。(c)磁懸浮產(chǎn)生磁場輻射會影響人體健康。

因此我國選擇了實用的輪軌式高鐵火車。輪軌式高鐵火車的主要缺陷是牽引力不足：輪軌式火車靠車輪與鋼軌之間的摩擦力，來驅(qū)動火車行駛，這個輪與軌之間的摩擦力是有限度的，到達最高值(即最大靜摩擦力，也就是車輪不打滑前提下的最大粘著力)后，無論車重如何增加，這個最大靜摩擦力不會變，這時再加大驅(qū)動電機的功率，車輪就會在鋼軌上打滑，牽引力大減。

輪軌式火車的牽引力不足會導(dǎo)致如下的嚴重后果：

(1)牽引力不足會極大影響提速：法國TGV高鐵創(chuàng)造時速574.8公里全球最快空載速度記錄，這是輪軌式火車的時速極限，但與飛機差距還是很大的，所以火車還需進一步提速，才能更好地與飛機競爭，以滿足乘客的高速需求?？諝庾枇εc速度的平方近似成正比關(guān)系(如速度提高到2倍，空氣阻力會增加到4倍)。當火車以時速200公里行駛時，空氣阻力占總阻力(空氣阻力和輪軌摩擦阻力)的70％左右，如果跑到500公里，氣動阻力則占95％?？梢娊^大部分的動力牽引力都用于克服風阻，實現(xiàn)一點點的提速，火車都需要更強勁的、成倍的牽引力。

(2)爬坡困難：在爬坡時，車體傾斜，火車的一部分重量會成為前行阻力，需要更多的牽引力。在美國的洛基山脈地區(qū)的某些路段，坡度到達7％-10％，火車的不少重量會轉(zhuǎn)為阻力，需更大的牽引力，可由于存在輪軌牽引力的極限(輪軌間的最大靜摩擦力)，輪軌式火車就很難爬上去，車輪會打滑，類似的有我國的西藏高原地區(qū)等等。

(3)下雨、下雪天氣會降低輪與軌之間的摩擦系數(shù)，降低輪軌式火車摩擦牽引力，使車輪打滑。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：提出一種裝備有螺旋槳的高速火車，向人們提供一種具有更高的加速能力、爬坡能力和更大的載重量的裝備有螺旋槳的高速火車。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案是：一種裝備有螺旋槳的高速火車，包括輪軌式火車體(10)、電動機(6)和螺旋槳(2)，電動機(6)被固定安裝在輪軌式火車體(10)上，螺旋槳(2)與電動機(6)連接或者聯(lián)接。

優(yōu)選的，螺旋槳(2)被固定在涵道(16)內(nèi)。

優(yōu)選的，螺旋槳(2)通過小齒輪(18)和大齒輪(19)與電動機(6)聯(lián)接。

優(yōu)選的，所述電動機(6)與一個正反轉(zhuǎn)控制電路相連接。

優(yōu)選的，在同一個涵道(16)內(nèi)，螺旋槳(2)和第二級螺旋槳(24)都被固定在同一個長軸(36)上。

優(yōu)選的，由電動機(6)驅(qū)動的螺旋槳(2)，和第二級電動機電動機(23)驅(qū)動的第二級螺旋槳(24)，都被固定在同一個涵道16內(nèi)，第二級螺旋槳(24)與螺旋槳(2)保持反槳。

優(yōu)選的，每一個螺旋槳(2)的電機轉(zhuǎn)軸(5)上都添加一個共軸反轉(zhuǎn)且反槳的螺旋槳(30)。

優(yōu)選的，涵道(16)的底部不是水平的，涵道(16)的底部有一個孔(33)。

優(yōu)選的，涵道(16)表面有一個可以開啟或拆卸的門(32)。

優(yōu)選的，門(32)含有透明材料，便于觀察涵道(16)內(nèi)部。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明使用靜音、環(huán)保、高效率的電動螺旋槳，在時速200-700公里范圍，螺旋槳的效率可達到85％-90％，為輪軌式火車提供額外推力，徹底擺脫了輪與軌之間的最大靜摩擦力的限制，可以大幅提高輪軌式火車的速度、載重量和爬坡能力，避免車輪打滑。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的作進一步說明。

圖1是本發(fā)明實施例1裝備有螺旋槳的高速火車的第一種結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明裝備有螺旋槳的高速火車的圖1的俯視圖。

圖3是本發(fā)明實施例1裝備有螺旋槳的高速火車的齒輪聯(lián)接示意圖。

圖4是本發(fā)明實施例2裝備有螺旋槳的高速火車的第二種結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5是本發(fā)明實施例3裝備有螺旋槳的高速火車的第三種結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6是本發(fā)明實施例4裝備有螺旋槳的高速火車的第四種結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7是本發(fā)明實施例5裝備有螺旋槳的高速火車的第五種結(jié)構(gòu)示意圖。

圖8是本發(fā)明實施例6裝備有螺旋槳的高速火車的第六種結(jié)構(gòu)示意圖。

圖9是本發(fā)明實施例7裝備有螺旋槳的高速火車的第七種結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標記：

1-向左方向，2-螺旋槳，3-連接臂，4-車體側(cè)部，5-電動機轉(zhuǎn)軸，6-電動機，7-支撐架，8-車體頂部，9-車體尾部，10-輪軌式火車體，11-鋼軌，12-車輪,13-車體前部，14-空氣流及其流動方向，15-連接塊，16-涵道，17-軸套，18-小齒輪，19-大齒輪，20-螺旋槳轉(zhuǎn)軸，21-車底部，22-氣柵和濾網(wǎng)，23-第二級電動機，24-第二級螺旋槳，25-第三級螺旋槳，26-第三級電動機，27-第四級電動機，28-第四級螺旋槳，29-另一輛火車體，30-同軸反轉(zhuǎn)螺旋槳，31-駕駛室區(qū)域，32-門，33-孔，34-孔蓋，35-支架軸套，36-長軸。

具體實施方式

實施例1

輪軌式火車體10本身就含有一套輪軌驅(qū)動動力系統(tǒng)(包括電機和齒輪等)，本發(fā)明是靠螺旋槳2產(chǎn)生推力的另一種動力方式?；疖圀w10是指一列輪軌式電動高鐵火車的火車頭(又叫拖車)或者任何一節(jié)車廂(又叫動車)。所述的螺旋槳2是指螺旋槳(旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的推力比同尺寸的風扇更高，但排風量不如風扇)和風扇(旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的推力低于螺旋槳，但排風量大于螺旋槳)的統(tǒng)稱。所述的電動機和螺旋槳都被安裝在涵道里面

如同家用電風扇的槳葉與電動機軸的連接方式，把螺旋槳2直接套在電動機轉(zhuǎn)軸5上，并用螺栓卡緊電動機轉(zhuǎn)軸5，實現(xiàn)機械連接。螺旋槳2就被固定在電動機6上面。

圖1中電動機6和螺旋槳2可以根據(jù)需要，分別安裝在火車體10的各個部位(車體前部13、車體尾部9、車體頂部8或車體側(cè)部4)上。電動機6可通過支撐架7被固定在車頂8上(支撐架7的外形可設(shè)計成流線體，以減少風阻)；電動機6還可以通過連接臂3與火車體側(cè)部4固定連接?；疖圀w10是指火車頭(又叫拖車)或者任何一節(jié)車廂(又叫動車)。電能通過高壓電網(wǎng)、受電弓和電機正反轉(zhuǎn)控制電路(圖中都沒有畫出)，進入電動機6，驅(qū)動螺旋槳2旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生推力，推動火車10朝向左方向1、沿著鋼軌11行駛。當火車需要剎車減速時，通過正反轉(zhuǎn)控制電路讓電動機6反向旋轉(zhuǎn)，螺旋槳2會產(chǎn)生反方向的制動力降低車速或者倒車行駛，這種剎車方式減少了磨損制動。使用電能的電動機6能實現(xiàn)環(huán)保和靜音。在時速200-700公里范圍，螺旋槳2的工作效率能達到85％-90％，節(jié)能的。

在實際運用中，可以根據(jù)實際需要：(1)在火車體10的一個部位或者一個以上的部位安裝電機6和螺旋槳2。(2)可以使用可變距螺旋槳來匹配提高電機效率，并且可變距螺旋槳的槳距角調(diào)為負值時，無需電動機6反轉(zhuǎn)，就能產(chǎn)生反向拉力，實現(xiàn)火車減速。(3)可以選擇使用二葉或者二葉以上的螺旋槳，來提高效率。圖1中省略了螺旋槳槳帽(可以降低風阻)。如果每節(jié)車廂都裝備了電動機6和螺旋槳2，我國現(xiàn)有的輪軌式高鐵火車除了原有的依靠車輪12與鋼軌11之間摩擦力所產(chǎn)生的拉力外，又增加了螺旋槳2產(chǎn)生的另外拉力，這就徹底擺脫了輪軌間的最大靜摩擦力限制，加速能力、爬坡能力和載重量都能得到大幅提高，就能高速爬上山區(qū)或高原的陡坡(坡度大于7％)，同時剎車制動能力也得到提高。

參照圖2：

二套電動機6和螺旋槳2通過二個連接臂3，被固定在火車體10的左右二側(cè)。連接臂3的外形可設(shè)計成流線體，減少風阻。這是電動機6和螺旋槳2與車體10的合理固定方式，優(yōu)點在于：駕駛視線不受阻擋，螺旋槳2也不受阻擋(效率會更高)，并且二個螺旋槳2左右布置對稱，類似飛機結(jié)構(gòu)。涵道16(又叫風扇涵道，外形像二端開口的密封圓筒，本圖中用粗體畫出)通過連接塊14與車體10固定連接，螺旋槳2被固定在涵道16內(nèi)，涵道16可以罩住螺旋槳2、罩住空氣流14以提高螺旋槳2的推力、效率，還能防止高速旋轉(zhuǎn)的的螺旋槳2與異物碰撞受損。

參照圖3：

在上面的圖1和圖2中，螺旋槳2都是被固定安裝在電動機6的轉(zhuǎn)軸5上面，這種結(jié)合方式叫連接。還有另一種結(jié)合方式叫聯(lián)接(種類有齒輪聯(lián)接、鍵聯(lián)接、萬向節(jié)聯(lián)接等等)，圖3將詳細說明螺旋槳2如何通過小齒輪18、大齒輪19與電動機6實現(xiàn)聯(lián)接。大齒輪19被同心固定在電動機6的轉(zhuǎn)軸5上，而電動機6通過支架7被固定在車頂8上面；螺旋槳2和小齒輪18都被同心固定在螺旋槳轉(zhuǎn)軸20上，而螺旋槳轉(zhuǎn)軸20被套在軸套17之中，軸套17又被固定在電動機6的外殼上。

通電后，電動機6的轉(zhuǎn)軸5帶動大齒輪19做同心旋轉(zhuǎn)，通過齒輪傳動，大齒輪19帶動小齒輪18，小齒輪18又帶動螺旋槳轉(zhuǎn)軸20和螺旋槳2做同心旋轉(zhuǎn)。

由于大齒輪19尺寸大于小齒輪18，螺旋槳2的轉(zhuǎn)速就遠遠大于電動機6。這就能匹配螺旋槳2和電動機6的功率和效率，還能減少電動機6的高速旋轉(zhuǎn)磨損。

實施例2：

本發(fā)明的第二種結(jié)構(gòu)：電動機6和螺旋槳2都安置在龐大的車體10內(nèi)，都可以被設(shè)計成大功率和大尺寸，從而產(chǎn)生更大的推力。并且電動機6和螺旋槳2沒有被密封在涵道16里面，維護保養(yǎng)和清潔等工作很方便。

結(jié)構(gòu)完全相同的三套電動機6、支撐架7和涵道(又叫風扇涵道，外形像二端開口的密封圓筒)16都被固定在車體10的底部21上，大型螺旋槳2分別與電動機6連接。電動機6啟動后，驅(qū)動三只螺旋槳2旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生共同的、朝左方向1的推力，拉動車體10右方的其他火車車廂。通過正反轉(zhuǎn)控制電路，讓電動機6全部反向旋轉(zhuǎn)，就會產(chǎn)生共同的、朝右的反向推力，進行剎車減速或者倒車行駛。空氣流14從左流向右方。使用了涵道16，就可以罩住螺旋槳2和空氣流14以提高螺旋槳2的效率，還能防止高速旋轉(zhuǎn)的的螺旋槳2與異物碰撞受損。

螺旋槳2的槳葉與涵道16的內(nèi)壁的間距越小越好，就能保持密封氣墊，提高空氣密度，讓螺旋槳2產(chǎn)生更大推力。如果螺旋槳2能采用當今最先進的馬刀型槳葉，推力會更強勁。本圖只畫出3只螺旋槳2，實際上火車體10長度近30米，足夠放置多部電機6和螺旋槳2。

實施例3：

本發(fā)明的第三種結(jié)構(gòu)：即舍去上面圖4所述的第二種結(jié)構(gòu)中的三個涵道，改用一個共用的、封閉的大涵道(又叫風扇涵道，外形像圓筒)16，優(yōu)點：

(1)涵道16能罩住空氣流14，提高螺旋槳的推力。

(2)涵道16能罩住螺旋槳的噪聲。

(3)四部電動機6可以兩兩靠在一起，外形合并流線體包裹后，減低圓筒涵道16內(nèi)的風阻。

(4)四部電機和螺旋槳，旋轉(zhuǎn)方向都是兩兩相反，相互抵消了機械振動。

缺點：構(gòu)造復(fù)雜，封閉的涵道維護清理麻煩。

先把電動機6、第二級電動機23、第三級電動機26、第四級電動機27和相對應(yīng)的螺旋槳2、第二級螺旋槳24、第三級螺旋槳25、第四級螺旋槳28，以及四部支架7，都被固定在這個涵道16內(nèi)。這個涵道16就成為一部獨立的推力引擎(這個推力引擎也可以安裝在電動飛機上，提供驅(qū)動力)。

再把涵道16固定在車體10的底部21上。電動機6、第二級電動機23、第三級電動機26、第四級電動機27通電啟動后，分別驅(qū)動螺旋槳螺旋槳2、第二級螺旋槳24、第三級螺旋槳25、第四級螺旋槳28，產(chǎn)生共同的、朝左方向1的推力，推動左前方的另一火車體29行駛。通過正反轉(zhuǎn)控制電路，讓電動機6、第二級電動機23、第三級電動機26、第四級電動機27全部反向旋轉(zhuǎn)，就會產(chǎn)生共同的、朝右方向的推力，進行剎車減速，或者拉拽左前方的另一火車體29向右行駛。涵道16罩住空氣流14，空氣流14被由電機6驅(qū)動的第一級螺旋槳2推送(預(yù)壓縮)到由電機23驅(qū)動的第二級螺旋槳24的表面或前面，氣流密度和進氣量得到提高，旋轉(zhuǎn)的第二級螺旋槳24就能產(chǎn)生更大的推力。然后被壓縮過的空氣流14再經(jīng)過第二級螺旋槳24、第三級螺旋槳25的再次壓縮下去，氣流密度和進氣量又得到提高，旋轉(zhuǎn)的螺旋槳第二級螺旋槳25、第四級螺旋槳28就能產(chǎn)生更大的推力。氣柵濾網(wǎng)(構(gòu)造類似汽車的氣柵和氣濾)22被固定在涵道16中，過濾掉空氣流14里的雜物灰塵。

為保持四只螺旋槳2、第二級螺旋槳24、第三級螺旋槳25、第四級螺旋槳28產(chǎn)生共同的、向左方向1的推力，第二級螺旋槳24、第四級螺旋槳28必須與螺旋槳2、第三級螺旋槳25保持反槳(槳距角的相差90度)，因為驅(qū)動螺旋槳第二級螺旋槳24、第四級螺旋槳28的第二級電動機23、第四級電動機27已經(jīng)反轉(zhuǎn)(相對于電動機6、第三級電動機26的旋轉(zhuǎn)方向)，反反得正，就產(chǎn)生同方向推力。

實際上供電網(wǎng)可以提供幾乎無限的電力，且火車體10長度近30米，就能放置多部電動機6和螺旋槳2，產(chǎn)生巨大推力。一列高鐵火車的頭部與尾部，都分別掛上一節(jié)本圖所描述的螺旋槳動力車廂10。再加上輪軌式高鐵火車列原有的輪軌驅(qū)動系統(tǒng)，那么高速爬上坡度大于7％的陡坡(像西安、西藏等高原和山區(qū)地域常常會出現(xiàn)陡坡)是沒有困難的，車輪不會打滑。

實施例4

本發(fā)明的第四種結(jié)構(gòu)：即給上面圖5所述的第三種結(jié)構(gòu)，添加一個共軸反轉(zhuǎn)且反槳的螺旋槳30，優(yōu)點是：

(1)能進一步獲得更大的推力，并提高了電機6的效率，是當前最新潮的技術(shù)

(2)共軸反轉(zhuǎn)的螺旋槳30能進一步相互抵消機械振動。缺點是：反轉(zhuǎn)傳動的機械構(gòu)造復(fù)雜，維護麻煩。

在螺旋槳2的電機轉(zhuǎn)軸5上，通過齒輪傳動和反轉(zhuǎn)軸套機械方式固定聯(lián)接一只構(gòu)造相同的、旋轉(zhuǎn)方向相反、并且反槳的螺旋槳30，實現(xiàn)螺旋槳2和同軸反轉(zhuǎn)螺旋槳30的共軸5反轉(zhuǎn)。反轉(zhuǎn)加上反槳(指槳距角相反，差90度)，反反得正，共軸的螺旋槳2、同軸反轉(zhuǎn)螺旋槳30就能產(chǎn)生同方向的推力?？諝饬?4被第一級螺旋槳2預(yù)壓縮后，氣流密度和進氣量得到提高，同軸的反槳的螺旋槳30就能產(chǎn)生更大的推力。同理，其他的第二級螺旋槳24、第三級螺旋槳25、第四級螺旋槳28都可以分別增添一個共軸反轉(zhuǎn)的螺旋槳30。

實施例5

本發(fā)明的第五種結(jié)構(gòu)：特點：(1)空氣流14可以不受阻擋地流入涵道16。(2)漂亮的流線體外形很像當今的高鐵火車頭：添加的駕駛室31位于車體10的上部，涵道16及其電動機6和螺旋槳2等全部位于車體底部21。缺點：(1)涵道16的尺寸小些，與上面圖6相比較，推力也小些。(2)封閉的涵道16嵌入車體10內(nèi)，維護保養(yǎng)麻煩。

涵道16被嵌入車體10中。我國火車體10的長度約有30米，在約30米長的涵道16中可以首尾相連地放置很多的電機6和螺旋槳2，空氣流14不受阻擋地流入涵道16后，被一級一級地壓縮，旋轉(zhuǎn)的螺旋槳們將產(chǎn)生巨大的推力。

實施例6

本發(fā)明的第六種結(jié)構(gòu)：涵道16的底部被制造成彎曲狀，不是水平的。并且涵道16的底部還開了個孔33。把水灌入涵道16內(nèi)清洗維護后，水通過孔33排出，擰緊孔蓋34就能封閉涵道16，孔蓋34與孔33通過螺紋結(jié)合。

在涵道16的側(cè)壁上開鑿有可以開關(guān)或者拆卸的門32，門32被鉸鏈和螺桿固定在涵道16上。打開或拆卸掉門32，就可以檢查或維護涵道16的內(nèi)壁、以及電機和螺旋槳。長約30米的車體10需開鑿多扇門32，本圖只畫了2扇。門32含有透明材料，無需打開或拆卸門32，就能觀察到涵道16內(nèi)部。

實施例7

本發(fā)明的第七種結(jié)構(gòu)：先把唯一的涵道16被固定在火車體底部21上面。在涵道16里面：構(gòu)造相同的螺旋槳2、第二級螺旋槳24、第三級螺旋槳25、第四級螺旋槳28分別被固定在同一根長軸36上面，長軸36的二端分別套在二只相同的支架軸套35中，長軸36的一端與小齒輪18同心連接。二只支架軸套35被固定在涵道16內(nèi)，支架軸套35的外形可設(shè)計成流線體，以減少風阻。

在涵道16外，一臺或幾臺(本圖中只畫了一臺)電動機6的轉(zhuǎn)軸5與大齒輪19同心連接，大齒輪19與小齒輪18咬合聯(lián)接，小齒輪18再與長軸36同心連接。電動機6就能通過小齒輪18、大齒輪19和長軸36，驅(qū)動螺旋槳2、第二級螺旋槳24、第三級螺旋槳25、第四級螺旋槳28同軸旋轉(zhuǎn)，共同產(chǎn)生向左方向1推力。電機轉(zhuǎn)軸5也可以通過錐齒輪傳動來驅(qū)動長軸36旋轉(zhuǎn)。

這種多槳共軸結(jié)構(gòu)的優(yōu)點在于：

(1)螺旋槳2、第二級螺旋槳24、第三級螺旋槳25、第四級螺旋槳28共軸固定后，大型電動機6全部固定在涵道16外，使得涵道16里面的風阻減少，減少功率損失。

(2)由于電動機6安裝在涵套16外，電動機6的尺寸和功率就可以設(shè)計得很大。

(3)小齒輪18、大齒輪19的直徑相差很大，使得長軸36和螺旋槳2的轉(zhuǎn)速遠遠大于電機轉(zhuǎn)軸5，減少了電動機6的磨損。

本發(fā)明的不局限于上述實施例所述的具體技術(shù)方案，凡采用等同替換形成的技術(shù)方案均為本發(fā)明要求的保護范圍。