一种核动力不落地飞机物流快递运输系统及方法与流程

本发明属于航空运输与物流快递技术领域，具体涉及一种核动力不落地飞机物流快递运输系统及方法。

背景技术：

航空物流快递是当今快递业务的重要方式之一。然而，现有飞机都利用航空燃油作为飞行动力，一些大型洲际货运飞机起飞时的载油量通常几十吨甚至上百吨，不仅增加运输成本，降低远程航行经济性，而且大量航空燃油消耗是造成大气污染的重要来源之一。

飞机起飞时需要开全加力模式，是飞机单位时间内耗油最多的一个环节，大型客机起飞油耗通常5吨左右。起飞油耗高的另一个原因是，起飞时载油量最大，使得起飞重量在起飞时也最大。

另外，过多的燃油携带是影响飞行安全的重要因素。飞机起飞后不久，有时会因突发故障，或目的地机场临时通知不能降落，而需要返航。然而飞机降落时对总重和载荷都有要求，不能太大，因此刚刚起飞就返航的飞机都先在机场上空盘旋耗油，或者直接往空中排泄燃油，直到燃料低于降落限值时才落地。

过多的燃油携带有时也成为恐怖分子实施恐怖袭击的目标和手段，美国911恐怖袭击损失和伤亡残重，其中一个原因就是，飞机刚刚起飞，机上燃油很多。

高油耗是航空运输的痛点，如何从根本上降低油耗是航空界不断探索和待解的命题。

为进一步提升航空货运效率，降低物流快递成本，则有必要寻找燃料消耗更低、经济性能更佳的航空运输方式。

小型核电装置在核动力航母、核动力潜艇的成功应用，已经证明核电是一种可替代燃油的高效、清洁能源，将其应用到航空领域替代航空燃油也具有可行性和发展前景。

技术实现要素：

为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种核动力不落地飞机物流快递运输系统及方法，提升了物流快递水平与效率，降低了航空物流快递成本，减少了航空运输燃料消耗。

为了实现以上目的，本发明提供了一种核动力不落地飞机物流快递运输系统，包括货运母机和多个转运货机，所述货运母机为核动力飞机，所述货运母机作不落地环球飞行或沿设定的航线飞行，所述货运母机具有能够搭载多个空运集装箱的货舱，还包括母机机场和多个货运机场，所述母机机场用于所述货运母机起降，所述货运机场用于所述转运货机起降，所述转运货机能够在所述货运母机和所述货运机场之间往返飞行，所述转运货机能够与所述货运母机对接并搭载于所述货运母机，当所述货运母机临近所述货运机场时，所述货运机场的所述转运货机能够搭载空运集装箱起飞并与所述货运母机对接，所述转运货机与所述货运母机对接后能够进行空运集装箱交换，所述转运货机搭载所述货运母机的空运集装箱后，所述转运货机与所述货运母机分离，自行飞行并降落至承载的所述货运母机的空运集装箱的目的地的所述货运机场；或者，所述转运货机搭载于所述货运母机临近目的地的所述货运机场后，所述转运货机与所述货运母机分离，飞行并降落至目的地的所述货运机场。

进一步地，所述货运母机为螺旋桨固定翼飞机，包括机身，以及设置于所述机身的螺旋桨和核动力电站，所述核动力电站用于驱动所述螺旋桨；所述转运货机为喷气式货机或螺旋桨货机。

进一步地，所述货运母机包括第一对接装置，所述转运货机包括第二对接装置，所述第一对接装置和所述第二对接装置均具有用于空运集装箱输送的通道，当所述转运货机与所述货运母机对接时，所述第一对接装置和所述第二对接装置的通道对接且密闭锁紧，所述转运货机与所述货运母机之间能够进行空运集装箱交换，且所述转运货机能够挂载于所述货运母机。

进一步地，所述通道内设置有升降装置，所述升降装置用于在所述转运货机和所述货运母机之间递送空运集装箱。

进一步地，所述货运母机包括用于起降所述转运货机的平台，所述转运货机能够搭载于所述平台并进行空运集装箱交换，以及在所述平台起降。

进一步地，所述货运母机搭载所述转运货机的容量至少为三架。

进一步地，包括多个大区空域，所述大区空域按照全球空域划分，每个所述大区空域包括多个相临近的所述货运机场。

进一步地，所述货运母机和/或所述转运货机具有自动巡航模块、无人驾驶模块和自动对接模块。

本发明还提供了一种核动力不落地飞机物流快递运输方法，包括：将全球空域划分为多个大区空域，每个所述大区空域包括多个相临近的所述货运机场，所述货运母机同时搭载多架所述转运货机，当所述货运母机到达第一个所述大区空域时，所述货运母机搭载的多架所述转运货机完成所述货运母机的空运集装箱搭载转运后，多架所述转运货机与所述货运母机分离，飞行降落至第一个所述大区空域对应的各个所述货运机场；同时，第一个所述大区空域的多个所述货运机场停靠的所述转运货机搭载空运集装箱起飞，并与所述货运母机对接并搭载于所述货运母机，直至随所述货运母机到达第二个所述大区空域重复以上过程。

本发明还提供了第二种核动力不落地飞机物流快递运输方法，包括：将全球空域划分为多个大区空域，每个所述大区空域包括多个相临近的所述货运机场，当所述货运母机到达任意一个所述大区空域时，对应的所述大区空域的多个所述货运机场停靠的所述转运货机搭载空运集装箱起飞，并与所述货运母机对接进行空运集装箱交换后，所述转运货机与所述货运母机分离，自行飞行至原出发的所述货运机场或目的地的所述货运机场。

与现有技术相比，本发明的货运母机为核动力飞机，转运货机也可以选择为核动力飞机，采用核动力作为清洁能源，避免了燃油动力对环境的污染，能够使货运母机长时间续航飞行，以使货运母机不落地环球飞行或者沿设定的航线不落地飞行，母机作为主要载货工具，空间较大，适宜长途飞行，转运货机作为货物转运工具，能够在货运母机和货运机场之间往返飞行，且只有当货运母机临近货运机场时，货运机场的转运货机搭载空运集装箱起飞并与货运母机对接进行空运集装箱交换，然后自行飞行至临近货运机场，或者搭载于货运母机上，随货运母机飞行至目的地的货运机场，然后与货运母机分离，飞行并降落至目的地的货运机场，从而在航空货运中无需货运飞机点对点的飞行，减少了全球货运飞机的需求总量，提高了物流快递水平与效率，减少了航空运输燃料消耗，降低了航空物流快递成本，降低了对环境的污染。

附图说明

图1是本发明的货运母机和转运货机对接的侧视图；

图2是本发明的货运母机和转运货机对接的前视图；

图3是本发明的货运母机的俯视图；

图4是本发明的运输示意图一；

图5是本发明的运输示意图二；

图6是本发明的运输示意图三；

图7是本发明的运输示意图四；

图8是本发明的运输示意图五；

图9是本发明的运输示意图六；

图10是本发明的运输示意图七；

图11是本发明的运输示意图八；

图12是本发明的运输示意图九；

图13是本发明的运输示意图十；

图14是本发明的运输示意图十一；

图15是本发明的运输示意图十二；

图16是本发明的运输示意图十三；

其中，1是货运母机；11是第一货运母机；12是第二货运母机；101是第一对接装置；2是转运货机；21是第一转运货机；22是第二转运货机；23是第三转运货机；24是第四转运货机；201是第二对接装置；3是螺旋桨；4是核动力电站；5是空运集装箱。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体的实施例对本发明作进一步地解释说明，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本发明提供了一种核动力不落地飞机物流快递运输系统，包括货运母机1和多个转运货机2，货运母机1为核动力飞机，货运母机1作不落地环球飞行或沿设定的航线飞行，货运母机1具有能够搭载多个空运集装箱5的货舱，还包括母机机场和多个货运机场，母机机场用于货运母机1起降，货运机场用于转运货机2起降，转运货机2能够在货运母机1和货运机场之间往返飞行，转运货机2能够与货运母机1对接并搭载于货运母机1，当货运母机1临近货运机场时，该货运机场的转运货机2能够搭载空运集装箱5起飞并与货运母机1对接，转运货机2与货运母机1对接后能够进行空运集装箱5交换，转运货机2搭载货运母机1的空运集装箱5后，转运货机2与货运母机1分离，自行飞行并降落至承载的货运母机1的空运集装箱5的目的地的货运机场；或者，转运货机2搭载于货运母机1临近目的地的货运机场后，转运货机2与货运母机1分离，飞行并降落至目的地的货运机场。

可以理解的是，货运母机1为核动力飞机，转运货机2也可以选择为核动力飞机，采用核动力作为清洁能源，避免了燃油动力对环境的污染，能够使货运母机1长时间续航飞行，以使货运母机1不落地环球飞行或者沿设定的航线不落地飞行，货运母机1作为主要载货工具，空间较大，适宜长途飞行，转运货机2作为货物转运工具，能够在货运母机1和货运机场之间往返飞行，且只有当货运母机1临近货运机场时，货运机场的转运货机2搭载空运集装箱5起飞并与货运母机1对接进行空运集装箱5交换，然后自行飞行至临近货运机场，或者搭载于货运母机1上，随货运母机1飞行至目的地的货运机场，然后与货运母机1分离，飞行并降落至目的地的货运机场，从而在航空货运中无需货运飞机点对点的飞行，减少了全球货运飞机的需求总量，提高了物流快递水平与效率，减少了航空运输燃料消耗，降低了航空物流快递成本，降低了对环境的污染。当然，转运货机2也可以是燃油飞机等方式，此时转运货机2无需过多燃油需求，只要满足起降和短途飞行的需求即可，降低燃油消耗。

具体地，参见图1、图2和图3，货运母机1为螺旋桨固定翼飞机，包括机身，以及设置于机身的螺旋桨3和核动力电站4，核动力电站4即电堆，核动力电站4用于驱动螺旋桨3；转运货机2为喷气式货机或螺旋桨货机。货运母机1包括第一对接装置101，转运货机2包括第二对接装置201，第一对接装置101和第二对接装置201均具有用于空运集装箱5输送的通道，当转运货机2与货运母机1对接时，第一对接装置101和第二对接装置201的通道对接且密闭锁紧，转运货机2与货运母机1之间能够进行空运集装箱5交换，且转运货机2能够挂载于货运母机1。

优选地，第一对接装置101和/或第二对接装置201的通道内设置有升降装置，升降装置用于在转运货机2和货运母机1之间递送空运集装箱5。第一对接装置101与第二对接装置201设置为中空通道结构，且设置有气密锁紧门，对接锁紧后气密性良好。本发明实施例中第一对接装置101设置于货运母机1下方，第二对接装置201设置于转运货机2上方，转运货机2与货运母机1对接后可以形成衔挂式搭载方式，当然，第一对接装置101设置于货运母机1上方，第二对接装置201设置于转运货机2下方；当然，货运母机1还可以包括用于起降转运货机2的平台，转运货机2能够搭载于平台并进行空运集装箱5交换，以及在平台起降，此时货运母机1的结构类似航空母舰，可以同时搭载数架转运货机2。货运母机1搭载转运货机2的容量至少为三架，多则可达到数十架。

具体地，本发明可以按照全球空域划分为多个大区空域，每个大区空域包括多个相临近的货运机场，如：把全球划分成亚洲区、欧洲区、北美区、南美区、非洲区、澳洲区等。

本发明中货运母机1和/或转运货机2具有自动巡航模块、无人驾驶模块和自动对接模块等，具有自动巡航、无人驾驶以及自动对接等功能，能够在无人驾驶状态下，完成全球物流快递运输任务。货运母机1包括货舱和核动力电站4，由核电驱动螺旋桨3飞行，一次起飞后可不落地长时间连续飞行，连续飞行时间至少数月，多则数年，为全球物流快递提供运输服务。按地面大区域划分原则，在部分具备条件的大区域建设可供核动力不落地的货运母机1起降的超大型机场。货运机场可以为现有的可供民航客机和货运飞机起降的普通机场。本发明可以间隔设置多个环球飞行的货运母机1，以及多条设定的航线，每条航线也可以设置多个货运母机1，以提高货运吞吐量，满足数量巨大的航空货运需求。

本发明的第一种运输方法，包括：将全球空域划分为多个大区空域，每个大区空域包括多个相临近的货运机场，货运母机1同时搭载多架转运货机2，当货运母机1到达第一个大区空域时，货运母机1搭载的多架转运货机2完成货运母机1的空运集装箱5搭载转运后，多架转运货机2与货运母机1分离，飞行降落至第一个大区空域对应的各个货运机场；同时，第一个大区空域的多个货运机场停靠的转运货机2搭载空运集装箱5起飞，并与货运母机1对接并搭载于货运母机1，直至随货运母机1到达第二个大区空域重复以上过程。

详细参见图4至图11，第一转运货机21即001号转运货机，第二转运货机22即002号转运货机，第三转运货机23即003号转运货机，第四转运货机24即004号转运货机，a、b和c均为大区，a1、a2、a3、b1、b2和b3均为货运机场，图4中所示情景为货运母机1接近货运机场a1空域，001号第一转运货机21从货运机场a1起飞，准备跟货运母机1对接；图5中所示情景为货运母机1在货运机场a1空域上空飞行，001号第一转运货机21跟货运母机1完成对接；图6中所示情景为挂载有001号第一转运货机21的货运母机1飞近货运机场a2空域，002号第二转运货机22从货运机场a2起飞，准备跟货运母机1对接；图7中所示情景为挂载有001号第一转运货机21的货运母机1在货运机场a2空域上空飞行，002号第二转运货机22跟货运母机1完成对接；图8中所示情景为从货运机场a3起飞的003号第三转运货机23跟挂载有001号+002号的货运母机1完成对接，正在飞离货运机场a1、a2、a3所在的大区；图9中所示情景为挂载有001号+002号+003号的货运母机1到达b大区，接近货运机场b1空域，目的地为货运机场b1的003号脱离货运母机1飞向货运机场b1降落；图10中所示情景为挂载001号+002号的货运母机1接近货运机场b2空域，目的地为货运机场b2的002号脱离货运母机1飞向货运机场b2降落；图11中所示情景为挂载有001号的货运母机1接近货运机场b3空域，目的地为货运机场b3的001号脱离货运母机1飞向货运机场b3降落。

货运母机1进入某一大区后，大区内各机场的转运货机2起飞，跟货运母机1对接，挂载有多架转运货机2的货运母机1离开该大区，巡航飞向另一个大区。货运母机1到达另一大区的某一就近货运机场空域，转运货机2脱离货运母机1，到该货运机场降落；同时，该货运机场的出发转运货机2起飞，跟货运母机1对接。该大区内其他机场的到达转运货机2完成降落，出发的转运货机2完成起飞与货运母机1对接并挂载于货运母机1，然后，挂载有多架转运货机2的货运母机1离开该大区，巡航飞向另一个大区。如此循环往复，完成全球范围内的航空物流快递运输任务。其具体步骤如下：

步骤1：货运母机1到达a大区，接近货运机场a1空域，001号第一转运货机21从货运机场a1起飞；

步骤2：001号跟货运母机1对接并挂载于货运母机1；

步骤3：挂载有001号的货运母机1继续沿所属航线向前飞行；

步骤4：挂载001号的货运母机1飞近货运机场a2空域；

步骤5：002号第二转运货机22从货运机场a2起飞，跟货运母机1对接并挂载于货运母机1；

步骤6：挂载有001号和002号的货运母机1继续沿所属航线向前飞行；

步骤7：挂载001号和002号的货运母机1飞近货运机场a3空域；

步骤8：003号第三转运货机23从货运机场a3起飞，跟货运母机1对接并挂载于货运母机1；

步骤9：挂载有001号+002号+003号的货运母机1离开a大区，继续巡航飞行，飞向所属航线范围的下一个大区；

步骤10：挂载001号+002号+003号的货运母机1到达b大区，接近货运机场b1空域；

步骤11：目的地为货运机场b1的003号脱离货运母机1飞向货运机场b1降落；

步骤12：挂载001号+002号的货运母机1接近货运机场b2空域，目的地为货运机场b2的002号脱离货运母机1飞向货运机场b2降落；

步骤13：001号的货运母机1接近货运机场b3空域，目的地为货运机场b3的001号脱离货运母机1飞向货运机场b3降落；

在上述步骤11至13中，每当货运母机1到达某一货运机场空域，该货运机场如有载有出发货物的转运货机，则起飞跟货运母机1对接，随货运母机1飞往目的地区域的目的地机场，之后的具体实施方法类似步骤1至步骤10。重复上述步骤，即可完成全球范围内的物流快递运输任务。

进一步地，在a大区内某货运机场起飞的转运货机2，跟货运母机1对接，当货运母机1飞近该大区内前方另一机场(上述转运货机2的a大区内目的地机场)，该转运货机2脱离货运母机1，在该货运机场降落。按此方法，可完成部分大区内的较近距离物流快递运输任务。

此实施例所示方法的特点是，转运货机2跟货运母机1对接后，关闭发动机，不用再消耗航空燃油，即可随货运母机1到达航线范围内的前方目的地机场，减少燃油消耗，降低转运货机2疲劳损耗，延长使用寿命，从而降低全世界航空物流快递成本，提升便捷性和周转效率。

本发明的第二种运输方法，包括：当货运母机1到达任意一个大区空域时，对应的大区空域的多个货运机场停靠的转运货机2搭载空运集装箱5起飞，并与货运母机1对接进行空运集装箱5交换后，转运货机2与货运母机1分离，自行飞行至原出发的货运机场或目的地的货运机场。

具体参见图12至图16，图12中所示为某一大区内包括a1、a2、a3三个货运机场，各货运机场分别有第一转运货机21(001号)、第二转运货机22(002号)、第三转运货机23(003号)、第四转运货机24(004)的情景，其中第一货运母机11刚刚进入a大区且抵达货运机场a1空域，第一转运货机21(001号)起飞；图13中第一转运货机21(001号)跟第一货运母机11完成对接，第一转运货机21(001号)的出发空运集装箱5跟第一货运母机11的到达空运集装箱5正在进行交换，挂载有第一转运货机21(001号)的第一货运母机11即将进入货运机场a2空域，第二转运货机22(002号)从货运机场a2起飞；图14中第一转运货机21(001号)脱离第一货运母机11飞向货运机场a2降落，第二转运货机22(002号)跟第一货运母机11完成对接，第二转运货机22(002号)的出发空运集装箱5跟第一货运母机11的到达空运集装箱5正在进行交换，挂载有第二转运货机22(002号)的第一货运母机11即将进入货运机场a3空域，第三转运货机23(003号)从货运机场a3起飞，在后的第二货运母机12进入a大区且抵达货运机场a1空域，第四转运货机24(004号)从货运机场a1起飞；图15中第二转运货机22(002号)脱离第一货运母机11飞向货运机场a2降落，第三转运货机23(003号)跟第一货运母机11完成对接，第三转运货机23(003号)的出发空运集装箱5跟第一货运母机11的到达空运集装箱5正在进行交换，第二转运货机22(002号)离开第一货运母机11往货运机场a3降落，第四转运货机24(004号)离开第二货运母机12往货运机场a2降落；图16中第三转运货机23(003号)脱离第一货运母机11返回货运机场a3降落，载有空运集装箱5的第一货运母机11和第二货运母机12离开a大区继续巡航飞行前往下一个大区。

在前的第一货运母机11和在后的第二货运母机12起飞后，长时间作环球飞行，大区内各货运机场的第一转运货机21、第二转运货机22、第三转运货机23、第四转运货机24起飞，跟第一货运母机11或第二货运母机12对接，完成空运集装箱5交换，第一转运货机21、第二转运货机22、第三转运货机23、第四转运货机24脱离第一货运母机11或第二货运母机12，到达本区内前方临近货运机场或返回原货运机场。该大区内各货运机场的转运货机以及空运集装箱5的摆渡转运任务完成后，载有空运集装箱5的货运母机巡航飞行前往另一个大区。具体步骤如下：

步骤1：第一货运母机11到达a大区，接近货运机场a1空域，第一转运货机21(001号)从货运机场a1起飞，如图12所示；

步骤2：第一转运货机21(001号)跟第一货运母机11对接，进行空运集装箱5交换，如图13所示；

步骤3：挂载第一转运货机21(001号)的第一货运母机11继续沿所属航线向前飞行；

步骤4：挂载第一转运货机21(001号)的第一货运母机11飞近货运机场a2空域，第一转运货机21(001号)脱离第一货运母机11到货运机场a2降落，同时，第二转运货机22(002号)从货运机场a2起飞，跟第一货运母机11对接，进行空运集装箱5交换；第二货运母机12到达a大区，接近货运机场a1空域，第四转运货机24(004号)从货运机场a1起飞，跟第二货运母机12对接，进行空运集装箱5交换，如图14所示；

步骤5：挂载第二转运货机22(002号)的第一货运母机11飞近货运机场a3空域，第二转运货机22(002号)脱离第一货运母机11到货运机场a3降落，同时，第三转运货机23(003号)从货运机场a3起飞，跟第一货运母机11对接，进行空运集装箱5交换；同时，第二货运母机12到达接近货运机场a2空域，第四转运货机24(004号)脱离第二货运母机12到货运机场a2降落，如图15所示；

步骤6：完成空运集装箱5交换的第三转运货机23(003号)脱离第一货运母机11返回货运机场a3，第一货运母机11和第二货运母机12继续沿所属航线向前飞行，飞往下一个大区，如图16所示；

第一货运母机11和第二货运母机12到达下一个大区后，执行类似上述的步骤。如此循环往复，完成全球航空物流快递运输任务。

本实施例中的空运集装箱5交换是指通过第一对接装置101、第二对接装置201内的传输通道以及转运货机2或货运母机1内的升降装置，把转运货机2内出发空运集装箱5传送到货运母机1内，把货运母机1内的到达空运集装箱5传送到转运货机2内。空运集装箱5作为包裹快递的容纳器具，还可以是网兜、包装箱等各种器具，不具有具体地限定性。

本实施例方法的特点是，转运货机2不跟随第一货运母机11和第二货运母机12进行巡航飞行，仅执行对空运集装箱5的摆渡转运功能，减少全世界航空界对转运货机2的需求总量；第一货运母机11和第二货运母机12跨大区之间的巡航飞行中不挂载转运货机2，降低无效载荷，减少转运货机2对货运母机1的空间占用；为增加巡航母机数量创造条件，从而增加转运货机起降密度，减少物流周转时间，提高快递效率，降低快递成本。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。