通往空气静力悬浮体的架空索道

摘要

本发明涉及一种用于在地面与空气静力悬浮体之间运输人与货物的架空索道。系留汽球(1)携带着吊篮(2),三根绳索,两根运输绳(3、4)和一根系绳(5)通入到吊篮内。两根运输绳(3、4)通向地面站(7),地面站可以绕一根垂直轴(8)旋转,并且能够在一条环形轨道(9)上环行。每根运输绳(3、4)承载一个用于载客的轿厢(10、11)。运输绳(3、4)在吊篮(2)和地面站(7)之间穿行,并且从卷绳筒出发。地面站(7)可以有效地随在所存在的风向、准确地说是跟在系留汽球(1)的方位后面移动,因此,地面站(7)总是位于系留汽环(1)的迎风面,并且朝绳索(3、4、5)的背风方向飘去。系绳(5)被固定在吊篮(2)合适的位置上,并且在地面站(7)内绕到卷绳筒(19)上。这样系留汽球(1)就可以被驾驶到每个要求的高度上;而运输绳(3、4)暂不使用的部分则保留在地面站(7)的卷绳筒(17、18)上。

说明书

本发明涉及一种如权利要求1的前序中所述、用于在地面和空气静力悬浮体之间运输人与货物的架空索道。

类似的输送索道，尽管仅用于运货，已例如由SU 180 8765A1、按照略微广义的意义来说也已由SU 586022公开。此外，载人与载货的架空索道本身已广为人知。

对于由上述出版物公开的架空索道来说，其目的基于在于，在不能够或者不应该建造飞机起落跑道、轨道和同类构筑物的区域内，基本上水平地运输重质货物，如圆木、建筑材料和同类物。因此所发现的解决方法可能已充分地解决了所提出的问题。此外，已公开的装置中，空气静力悬浮体也是用作支撑装置或吊塔而并不是用作架空索道站。

此外，在两个固定站之间用于运输人和货物的架空索道结构是一个高度发展的技术领域。此外，在采用电气手段用于空气监测的系留气球技术中，用于系泊、下降、牵拉这种系留气球的结构与装置已广为人知，例如由美国马里兰州哥伦比亚市L.P.区TCDM企业的公司样本“71M^TM气球”就介绍了这种系留气球。

然而在通往空气静力悬浮体的架空索道的发明中，出现了一些问题，这些问题是不能采用将已知的方法从地面架空索道的构造领域转移到空间特征的系留气球技术的方案来解决的。“系留气球”的概念在这里和在下文中基本上代表借助于地面上的系绳系泊于地面，而且还包含有空气静力悬浮装置的部件。

本发明目的，在于考虑到空气静力的有限携载能力和所有的特定安全方面的情况下，在地面与系留气球之间构造一架空索道。另一目的是要能够迅速运输人群，并且能够给这些人在系留汽球携带的平台上提供安全停留的地方。

所定目的的解决方法，其主要特征描述于权利要求1中，在权利要求2至26中介绍了一些其它优点。

下面借助于附图详细解释本发明。图中所示为

图1第一种实施例的示意性全貌，

图2从斜上方的地面站的视图，

图3系泊在地面站内的系留气球侧视图，

图4图3的俯视图，

图5汽球吊厢的侧视图，

图6气球吊厢的俯视图，

图7从斜上方对系留气球的视图，

图8a采用局部剖面形式表面的轿厢的侧视图，

图8b轿厢的俯视图，

图8c轿厢的前视图，

图9已放下救生装置的轿厢透视图，

图10绳索导向装置细部，

图11吊厢另一种实施例的透视图，

图12悬挂装置细部

图1极度简化地表现了按照本发明采用第一种实施例的架空索道。系留气球1承载着吊厢2，吊篮2上附连着三根缆索，两根运输缆绳3、4一根系绳5。两根运输绳3、4通向地面站7，地面站7可以绕垂直轴8旋转，并且能够在环形轨道9上转动。每根运输绳3、4承载一个用于载客的轿厢10、11。虽然在其它附图中还要涉及到细节，但借助图1已能够解释基本特点：在吊篮2和地面站内运输绳3、4都靠卷绳筒收放。借助图2详细介绍的地面站7可以极积地跟踪着风向、准确地说是跟踪着系留气球1的方位，这样地面站7总是朝向系留气球1的迎风面，而绳索3、4、5朝背风方向伸展。

系绳5被固定在吊篮2合适的位置上，并且在地面站7内绕到卷绳筒19上。这样系留气球1就可以被释放到任意要求的高度上；而运输绳3、4暂不使用的部分则保留在地面站7的卷绳筒17、18上。

按照工作原理，吊厢10、11由装配在吊篮2内的牵引电机驱动，以耦合方式往复移动。当然由于安全原因这种耦合方式也可解除，这样这两个吊厢10、11可以单独向下移动。在地面站7内，运输绳3、4可以与在吊箱2内的退绕的相同速度被卷绕，反之亦然。然而地面站7内驱动卷绳筒的电机仅仅在放出时用于制动运输绳3、4，当收回时用于补偿绳索长度，然而实际的牵引电机是，如上所述位于吊篮2内。系绳5与运输绳3、4一样，最好采用芳族聚酰胺纤维，或者具有类似质量的人造纤维制做。系绳被设计为所谓脐带式，其中系绳5的绳芯拥有用于吊篮2和地面7之间能量输送与信息交流的电缆这些电缆和地线被上面提到过的材料做的外套包围，外套承受着牵引力，并且包含，用于避雷的电导体。

作为优先选用的实施例，系留气球1拥有光电池45，这样本装置即使在夜间也能用天然能源运行。除了图1所示的单个的常用系留气球外，本发明的思想还包括一些具有两只或三只系留气球的实施例。此外，这些系留气球也可以具有其它气球形式或者采用为只气球。同样按照本发明的思路，还拥有动力浮力附加给空气静力浮力除了空气静浮力装置外，还包括具有动力升力的升力装置。

此外，系绳上配置灯标13也属于本发明的内容范围内，灯标至少在夜间亮着，而且本发明还包括雷达信号的被动反射器或应答器，目的是照顾飞行安全与架空索道的安全。

图2详细地表现了地面站7。被设计为圆环状的、单一或者双重的轨道9被例如环形的道路14围绕着，道路能够接通候机室15、16。调度室15、16分别是吊厢10、11的入口和出口大厅。在本图中的吊厢10是在地面上。图中还画出了绳索3、4、5各自的卷绳筒17、18、19；而没有画出用于驱动卷绳筒17、18、19、或者用于转动整个地面站的电机、传动装置以及其它本身已广为人知的设备零部件。轴8大约通过三个卷绳同17、18、19的排布中心。位于地面站7迎风面端头的塔7带有系留气球1的固定装置21。轨道9的直径大致相当于系留气球1的长度，这样处于系紧位置的系留气球并没有比处于运行状态下的整个装置要求更大的空间。

在地面站7中心的周围布置卷绳筒17、18、19，以及临近圆周布置调度室15、16，这本身对于本发明来说并不重要；卷绳筒17、18也可以临近圆周，两个调度室15、16也可以被设置在中心，并且可以在必要时被归拢为单独一间。

地面站7还包括技术与管理方面的控制室22。

地面站7通过测定吊篮2的位置以及与地面站位置的差异来实现有效的跟踪。位置可以通过吊篮2上的惯性平台或者全球定位系统(GPS)测定。数据传送通过位于系绳5内的数据电缆或者借助于无线电实现，在吊篮2与地面站7内的绳索速度同步同样也是如此实现的。这些和其它计算任务通过位于控制室22内的计算机(图中未示出)完成，在数据交换过程中采用吊篮2内的另一台计算机(图中同样未示出)。

图3展示了带有如图5所示吊篮2的气球1被系泊在塔20上。来自浮力的垂直力始终由系绳5承受。若系留气球1正好迎风时则由风荷载引起的水平力由塔20承受。由于对被系泊在塔上的系留气球来说，其位置基本上与地面站7的位置互相一致，因而已介绍过的位置求差在这里不适用于跟踪地面站7。

为此提供了下述装置部件：在架空索道2工作时可以绕轴8转动的整个地面站7，被设计为可以绕穿过塔20的轴25回转。地面站7的全部技术设施，如候机室15、16、卷绳筒17、18、19以及控制室22可在另一条轨道26上回转，轨道26被设计为圆弓形。圆弓形轨道26的半径取决于地面站7的重量与重心位置情况，并且大约等于第一条圆形轨道9的半径。图4展示了这种情况下的平面布置图。

如果系留气球被系泊在塔上，而且经受着侧面示风，那么在风力的作用下，这系留气球优先在第二条轨道26上、绕轴25有效地转向。这个转向过程由地面站7区域内的传感器检测，并且由控制室22内的计算机处理，并启动电机使整个地面站7在第一条轨道9上转动，这样系留气球1又重新处于对称位置，系泊在地面站7的范围内，并经受对称力作用。以超声、红外线或者测力为基础的上述传感器已广为人知，而且传感器的安装技术都是现有的，图中既没有画出传感器，也没有画出电机。采用所介绍的这种方式，一方面防止了过大的侧向力的作用，另一方面也确保了只须偶尔使地面站7在轨道上转动就可以了，此处的“偶尔”就是指当系留气球1跑出某一限制位置之外时的意思。

地面站7的一种未用图象表现出来的实施形式，被设计为系泊的浮体。如果浮体被系泊在位于水底部的链条或者绳索上，那么就不需要安装跟踪装置。那时系留气球，和地面站7都将围绕位于水底部的系泊点旋转。当然，上述浮体也可能是一艘适航性很好的船，并且必要时可有效地按盛行风向导向。

已经由架空索道技术广为人知的一般性装置与附件不再特别提及。

在图5中示出了吊篮2。它借助于四只悬吊部件31(在图中只能看到其中两只)吊在一根连续穿过悬吊部件的轴32上。所有的驱动装置与系绳5的固定头，都是以简化形式画出的，而且它们都包括在一只箱子33内，这样装配的效果是，由绳索3、4、5发出的索引力可以在没有力矩的情况下作用到轴32上。轴与箱子33一起，可以通过例如液压方法在水平轨道34上移动；图中为此画出了一只液压缸35。轨道34与箱子33由框架36承载，框架借助于锚链37固定在系留气球1上，正好在图6中所示。轴32的移动是为了使绳索力的作用线(在图5中用数码41表示)穿过系留气球的浮力中心，这样作用于系留气球上的正负回复力矩，就能够在计算机控制下立即得以平衡。为此框架36配置了一只图示的测斜计38。晃动地吊挂在框架36上的吊篮2拥有减振器39，这减振器或者被设计为被动的振荡阻尼器，或者被设计为主动的液压缸。这些形式的减振器都能够减弱吊篮的摆式振荡，或者主动地使吊篮保持水平。

在吊篮2的中间区域，在平面图中例如呈园形式椭园形的吊篮拥有开孔，用作绳索3、4、5，以及吊箱10、11的进出口。为了乘客以的进出，开孔可以被能够翻转或插进的底板40在已驶入的吊厢(在图5中是吊厢10)下方锁闭。

在图6中画出了框架36与吊篮2的俯视图。该图中的所有部件均已借助于图5作过介绍和解释。

在这里已介绍过的符合本发明的装置，对于人与货来说存在着安全风险性。它们可以作如下分类：

a)系留气球1漏气

b)系留气球1由于外界作用被完全撕裂

c)系绳5断开

d)运输绳3、4中的某一条断开

-或者在吊厢10或11的上方断开

-或者在吊厢10或11的下方断开。

按照本发明上述安全风险性可以由下述结构而得以消除：

a)鉴于容量级为10000至40000m³的巨大的气体体积以及范围在500Pa至1000Pa的过压，单位时间的升力损失即使在有拳头大小的窟窿的情况下也是很小的，就是当查明有这样的气体损失时，系留气球也能够以正常的方式降落。

b)鉴于系留气球的现有技术，气体的突然损失，只能认为是故意破坏的外部作用的结果。

但就是在这种情形发生时，也提供了使吊篮2安全返回地面的一些方法：在图5和图6中所示的吊篮2上的搁置箱形部件42。箱形部件各自包括一个带有释放装置的降落伞。在浮力大幅度消失的这种假设情况下，当由装在用数码43标注的框架36的吊点内的测力计测得这种浮力损失时，则通过位于吊篮2内的计算机就会启动降落伞的释放装置。根据吊篮2、吊厢10、11和绳索3、4、5的尺寸与重量，设置四至八个直径为100英尺(约30m)的标准载重降落伞，它以能使所载重物以约为7～8m/s的最大速度下降。如果出现如b)所述情况，这时吊厢10、11中的一只位于吊篮2内，那么它仍保留留在吊篮2内，并且与吊篮一起挂在上述降落伞上滑翔到地面。这种组合式载重降落伞的悬挂，连接与释放均为现有技术，此处不必再作详述。悬挂在降落伞上的吊篮2借助于从地面站7回收的绳索向下飘落，这时保持在地面站7的背风面内，也就是说顶风回收，这样回收过程就能够很好地得以控制，上述内容也属于本发明提出的安全纲要。由于吊箱10、11在正常运行的情况下其输送速度约为10～15m/s，这是与吊篮2在紧急情况下的上面提到的规定速度7～8m/s差不多的，因此，上述控制过程对于卷绳筒17、18的运转没有提出特别的要求。为了缓冲在地面上的冲击，吊篮2拥有一个例如被设计为空气囊的可压缩区44，它在图3中以示意形式标出。作为其它包括在本发明思路中的可压缩区，还可以采用蜂窝结构或者气动减震支柱。

c)当系绳5断裂时，吊篮2依然还系泊在两条运输绳3、4上，这两根运输绳的尺寸定位在使它们能够单独承担附加应力。然而由于在这种紧急情况下，通过导线或者玻璃纤维电缆实现的能量以及信息联系都将中断，因此作出的以下预防措施：

-在能量上能自给自足，如图7所示。

-通过冗余的无线电通讯确保信息交流。

由于在这种故障情况下并没有特别的时间压力，如果吊厢10、11中的某一个到达地面站7内，那么可以中断收降过程。既可以从相应的运输绳3、4上摘下吊厢，也可把运输绳靠近气球一测的绳段收入到吊篮2内。

d)如果其中一根运输绳3、4在靠近气球一侧的绳段断裂，那么就可借助于图8介绍的手段来对付这种故障情况。如果运输绳3、4与地面站7连接吊厢10、11的每一载相应绳段断裂，那么或者可以把吊厢10、11收进到吊篮2内，或者干脆让吊厢到地面上去，这要视哪种解决方法更加安全，这取决于所涉及到的吊厢10、11在地面与系留气球1之间的位置。

在图7是一个从斜上方观察的系留气球1的透视图，它配置了一些至此尚未介绍、或者未详细介绍的部件。系留气球一方面带有大量光电池45，它们的面积大小按下述方式设计，即至少在白天能满足本装置在空中的部分的能量需求。在模型计算过程中应以下述内容为出发点：

-一方面吊厢10，11是处于摆动工况下并以机械方式连接，且负荷相同，所以在这时仅仅只须补偿摩擦损耗，这大约占到10％，

-当吊厢重800bg而垂直爬升速度为15m/s时，为了提升吊厢(没有摆动)需要120KW的功率；

-由此而来的摩擦损耗需要12KW，

-为了照明、辅助机构以及控制其它部件，需要约10-15KW，

所以总功率大约为30KW将是适当的。如果光电池45以10％的效率(与太阳常数有关)为依据，那么需要约300m²的太阳能电池45。如果与约3500m²的系留气球1表面积相比，这仅是总的表面积中较小的一部分，为了获得可靠的电能，太阳能电池的表面积还可毫无困难地增加。此外，系留气球1可以借助于例如气力缓冲垫47携带一只直升机着陆平台46，它被舱口盖48封闭。如果系留气球1显示的过压例如约为750Pa，那么它能承受750N/m²的荷载而不发生凹陷，这样大约150m²的着陆平台特具有约112KN的总承载能力。当然，直升飞机的着陆重量不仅受到气球外壳的空气静力学的承载力的限制，而且至少在相同程度上受到系留气球1净浮力的制约。此外，直升飞机的着陆改变了重心和浮力中心的相对位置，因此还会影响系留气球1和吊篮2的回复力矩。上述原因同样限制了直升飞机的最大重量。

图8展示了吊厢10的一种实施例，其中图8a采用局部剖面的侧视图形式，图8b采用局部剖面的俯视图形式，而图C采用正视图形式。

吊厢10拥有符合空气动力学的外形轮廓，这不仅为了保持小风险，也为了总能够使吊厢保持迎风方向。盛行风也包括相对风。因此风矢量总是有一个相当大的垂直分量为了对总风有更好的稳定性，吊厢10带有一个起稳定作用的垂直尾翼65，它能够绕一根接近于水平的轴线66回转：当吊厢10上升时，起稳定作用的机翼65向下回转，而当降落时，则如图8a中所示朝上回转。

在吊厢10的内部还隐藏了一个圆锥形状的竖井状构造59，它的张角度包含了运输绳3实际出现的所有斜度。这种竖井状构造59的壁面57例如是吊厢10的承载结构，所有的其它部件都直接或者间接地固定在井状构造的壁面上。运输绳穿过井状构造59，它被夹在联接器54内。联接器例如在它的上端与方向悬架系统55连接，方向悬架系统由轴60承载。方向悬架系统55允许吊厢10在任一垂直面内摆动。

这种摆动受到用简图形式表示的减振器的阻尼作用。同样还提供了第二只与减振器49及视图平面都垂直的减振器，然而它由于绘图清晰度方面的原因而没有被表现出来。

轴60位于吊厢10用S表示的重心的垂直作用线上。吊厢10具有一些让镶装了玻璃的外窗52。在镶装部分的上方，吊厢10装在顶盖50，它搭接了井状构造59，并且为输送绳3提供了开孔62。顶盖50此外还盖住了数只(这里是三只)带有降落伞的容器53，如果输送绳3在吊厢10的上方断裂，那么吊厢10可以借助于降落伞向下滑翔。这种绳索断裂例如通过轴60内的测力计查明。与上述不同容器53也可以安装在乘客仓的下方。在镶装玻璃部分52的下方，吊厢带有底盖51，底盖内固定采用例如气囊形式的可压缩区58。此外，正如容器53内的降落伞那样被同时释放的例如还有四条支腿67被翻开，每条支腿拥有一只类似于气囊的气动缓冲体68，并且如在图9中所示，被一根绳69互相连接到一起。此外为了安全方面的设计，也为了节省重量，还提供了气动座位，它以进一步缓冲了可能出现的降落伞紧急降落的振动。

不言而喻的设备，例如无线电通讯装置，计算机、备用辅助材料、蓄能器以及同类物品均不在图中绘出。

可以将吊厢做成一种这样的形状，使得能保证，即使在完全平静状态中，吊厢10迎风也不会绕运输缆索发生转动。理所当然，运输绳3、4在起动前的任何扭转都被小心地清除。

只要万向悬挂机构55的轴60的位置进行移动，或者为了驱动机载装置和安全装置反正要装备的电蓄能器能够在弧矢平面内移动，则通过根据重量按照下述方式进行的不对称分布，就可以把吊厢10可能出现的歪斜至少限制在矢平面内。当然也可能叠加两种移动方式构成最佳的平衡微调装置。

由于本发明的主要特点已作过介绍，所以本发明思路的另一种符合本发明的实施形式仅在图中作局部图示，该实施形式由下述内容构成，即如图10中所示，输送绳3、4在吊篮2内各自绕滑轮70、71运行。两只滑轮70、71通常沿相反方向耦合转动，其中的耦合例如可以采用机械、液压或者电力方式实现。耦合的装置本身已广为人知，并且在图10中以示意形式被表示为箱子72。在该实施例中，每条输送绳3、4从地面站7伸展到相应的滑轮70、71，然后又回到地面站7，输送绳由位于地面站内的牵引电动机驱动；两只牵引电动机又可以耦合到一起。用于耦合绳索运行的装置既可以在吊篮2内、也可以在地面站7内，还可使耦合中断，以便两只吊厢10、11都可以各自下降。

此外，在本发明的思路中还包括第三种实施形式，它并不采用两只单独的吊厢10、11，而是采用数只吊厢80。吊厢80的数量受到单一的循环运行的输送绳81的承载力以及系留气球1浮力的限制。因此，输送绳81在技术上等效于拼合到一起的输送绳3、4的作用，但却没有详细讨论这种输送绳81的制造工艺。图11示出了其中的一只吊厢，图12示出了把吊厢80固定在输送绳81上的细部。

如图11所示的吊厢经过按照空气动力学改进之后具有基本上呈马蹄形的横切面。输送绳81在吊厢80的两个部分之间运作，也可完全位于吊厢80的外面运作。此外如图12中所示，还对联接装置54以及万向悬吊装置55作了改进。万向悬吊装置55将吊厢80支撑在支架82上。在联接装置54上固定了一块平板83，平板拥有等间隔84，孔适于容纳吊钩，吊钩能够在吊篮2内承受吊厢80的重量。

改进过的吊厢80的悬吊装置由联接装置54组成，联接装置在这里被沿纵向分开，并且还配置了一个锁紧置86。联接装置54在远离读者的一侧例如拥有联接铰链，这样当打开锁紧装置86之后，联接装置54的上半部分可以被翻转打开。联接装置54安装在支承结构87上，支承结构的下方带着平板83，因而在前方朝绳索方向带着万向悬吊装置55，吊厢80的支架82就固定在万向悬吊装置上。

如果现在吊厢80借助于输送绳81向上行驶并且低达吊篮2，那么配置了上述吊钩的一根链条就嵌入到平板83的孔84内，链条首先以与输送绳81相同的速度移动。吊钩一且被扣注，那么锁紧装置86就被从外面松开，因而联接装置54也就被打开，这样就使吊厢80从输送绳81上松开。

正如在架空索道技术中所知道的那样，现在链条被减速，并把吊厢80转交给在吊篮2内缓慢地水平转动的第二根缆绳。这第二根缆绳把吊厢80缓慢地导引给输送绳81上适当配置的快速运动的转移站。本该实施形式中同样可以提供乘客的出口。在吊篮2内可以同时存在数只吊厢80。

把吊厢80从输送绳81转移到位于吊篮2内的平板83上以链条或者皮带为基础，配置了吊钩和孔84的平板83的输送系统，这个转交过程的实施形式本身对本发明并不很重要。其它解决方式也能被架空索道工程人员采用。围绕输送绳81的联接装置54可以被打开。

在地面站7内，把吊厢80转交给一个平稳的输送系统的过程，这完全类似于吊篮2中的转移过程。输送绳81末被用到的长度卷绕到地面站内的绳索存储装置内，这样上升高度从技术方面看仅仅向上受到输送绳长度的限制，这在所有其它所介绍过的实施例中也是这样。

输送绳81类似于如图10所示的输送绳3，4，在吊篮2内绕在一只导向轮上。输送绳81的驱动既可以在吊篮2内，又可以在地面站7内进行。