高速列車車頭結構的製作方法

2023-05-14 08:39:46 3

專利名稱：高速列車車頭結構的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種高速列車的車頭結構，特別涉及一種運行時速為380km/h以上的高速列車車頭結構，屬於高速列車車體製造技術領域。
背景技術：
隨著列車運行速度的不斷提高，列車所受到的氣動阻力也快速增長，同時，在列車高速運行過程中，高速運行的列車與地面、周邊設施以及線路上運行的其他列車相互影響，形成複雜的流固耦合效應列車所受到的氣動升力、交會側向力及橫風效應將對列車運行 穩定性造成不利影響；列車表面壓力、交會壓力波將對車體強度造成不利影響；列車運行產生的氣動噪聲將對乘坐舒適度，以及對周邊環境造成不利影響等等。因而在高速列車設計中，需要對車體特別是車頭的頭型進行充分氣動優化，以解決上述問題。
高速列車頭型設計中需要考慮的因素繁多，各種設計要素和性能之間相互關聯、相互制約，需在諸多設計因素之間尋求平衡。具體到頭型氣動設計中，需要在氣動阻力、氣動升力、側向力、氣動噪聲等幾個主要性能指標之間取得平衡，綜合優化整車氣動性能。

發明內容
本發明主要目的在於解決上述問題，提供了一種氣動性能優越的高速列車車頭結構。為實現上述目的，本發明所述高速列車車頭結構，車頭的外形呈流線型，所述車頭的頭部為一個旋轉體鼻錐，在所述鼻錐的下方設置一犁形的擾流板，鼻錐和擾流板共同形成一導流槽結構，所述鼻錐連接一楔形的司機室，在所述司機室的上部向上突出一橢球形的車前窗，所述鼻錐、司機室及車前窗之間平滑過渡。所述鼻錐的表面形狀由一根貝塞爾曲線繞水平軸旋轉而成，所述鼻錐中心線距離車頭底部的高度h佔車頭總高度H的1/4-1/3。所述車前窗相對於楔形的司機室的頂面向上的傾角為20° -35°。所述鼻錐的長度I佔車頭總長度L的10% -20%，其中優選為15%。綜上內容，本發明所述的高速列車車頭結構，車頭頭部的鼻錐為旋轉體，有助於降低空氣阻力，而且通過導流槽的合理匹配，使得鼻錐處分流風速整體趨小，氣流趨向均勻化，減少氣流分離，同時有助於將大部分氣流引向車體上部及車體的兩側，避免大部分氣流進入車體下部縫隙以及轉向架區域，從而有效降低空氣阻力，另外，車前窗有一向上的傾角並與司機室平滑過渡，不但可以減小此處的氣動噪聲，還可以增大司機的視野及司機室的內部空間。通過對鼻錐、擾流板、司機室及車前窗等結構的合理匹配，使得整車氣動性能更為優越。


圖I本發明結構示意圖2圖I的A向視圖。如圖I和圖2所示，鼻錐1，擾流板2，司機室3，車前窗4，傾角5，車體斷面6。
具體實施例方式下面結合附圖與具體實施方式
對本發明作進一步詳細描述如圖I和圖2所示，本發明所述的高速列車車頭結構，車頭的整體外形呈流線型，有助於降低空氣阻力。具體地，車頭結構分為四個部分，分別是鼻錐1，擾流板2，司機室3和車前窗4，各組成部分之間均平滑過渡，車頭部分與車體斷面6之間平滑過渡，另外，車頭部結構還包括位於司機室3兩側側牆上的瞭望窗(圖中未示出)，及車燈(圖中未示出)等結構。其中，鼻錐I為車頭的頭部，鼻錐I的表面為旋轉體，它是由一根貝塞爾曲 線繞鼻錐I中心的水平軸旋轉而成的。這樣形成的鼻錐I較尖，迎風面積較小，可以減小車輛高速運行時氣流對車頭部的直接衝擊區域，以及可以減少產生的氣流滯止區。鼻錐I中心線距離車頭底部的高度h佔車頭總高度H的1/4-1/3，有助於把大部分氣流引向車體的上部，避免大部分氣流進入車體下部縫隙以及轉向架區域，從而有效降低空氣阻力。在鼻錐I的下方設置一犁形的擾流板2，犁形的擾流板2外形與鼻錐I相匹配，有助於減緩鼻錐I下方氣體的流速。鼻錐I的下表面與擾流板2共同組成一個導流槽結構，該導流結構是一個向下凹陷的導流槽結構，它可以引導流過鼻錐I下部的空氣由車體的兩側排出，而不是由車體的下部排出，這樣，可以更進一步減小整車的氣動阻力。鼻錐I連接司機室3，為了減小空氣阻力，司機室3呈細長的楔形，鼻錐I與司機室3之間平滑過渡，在司機室3的上部向上突出一橢球形的車前窗4，司機室3及車前窗4之間平滑過渡，司機室3後連接車體，司機室3與車體斷面6之間平滑過渡。車前窗4相對於楔形的司機室3的頂面有一向上的傾角5，傾角5不易過大或過小，過大會增加空氣阻力，過小會影響司機的視野，經過大量試驗，傾角5優選為20° -35°之間。向上突出的橢球型的車前窗4不但可以改善司機的視野，同時可以增加整個司機室3的內部空間，使司機的工作環境更為舒適。在車頭的頭型參數中有一個重要的參數就是長細比，長細比指的是車頭前端鼻錐I的長度與車頭後部車身斷面半徑之比。在兩個高速列車在相互交會時，會車時速度越高，會車壓力波的強度也就越大,但會車壓力波幅值會隨著頭部長細比的增大而近似線性地顯著減少，為了有效地減小高速列車會車引起的壓力波的強度，就將高速列車的車頭的頭部設計成細長型。本實施例經過精密的測算，鼻錐I的長度I優選佔車頭總長度L的10% -20%，進一步優選的數值則為15%。一般時速在380km/h的高速列車，其車頭的總長度L大約為12米左右，鼻錐I的長度不能太長或太短，太長會影響整個車頭結構的剛度和強度，同時也會影響其它車廂的定員。如上所述，結合附圖和實施例所給出的方案內容，可以衍生出類似的技術方案。但凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬於本發明技術方案的範圍內。
權利要求
1.ー種高速列車車頭結構，所述車頭的外形呈流線型，其特徵在於所述車頭的頭部為ー個旋轉體鼻錐(I)，在所述鼻錐(I)的下方設置ー犁形的擾流板(2)，所述鼻錐(I)與擾流板(2)共同形成ー導流槽結構，所述鼻錐(I)連接ー楔形的司機室(3)，在所述司機室(3)的上部向上突出ー橢球形的車前窗(4)，所述鼻錐(I)、司機室(3)及車前窗(4)之間平滑過渡。
2.根據權利要求I所述的高速列車車頭結構，其特徵在幹所述鼻錐(I)的表面形狀由一根貝塞爾曲線繞水平軸旋轉而成。
3.根據權利要求2所述的高速列車車頭結構，其特徵在幹所述鼻錐(I)中心線距離車頭底部的高度h佔車頭總高度H的1/4-1/3。
4.根據權利要求I所述的高速列車車頭結構，其特徵在於所述車前窗(4)相對於楔形的司機室(3)的頂面向上的傾角(5)為20。-35°。
5.根據權利要求I所述的高速列車車頭結構，其特徵在於所述鼻錐(I)的長度I佔車頭總長度L的10% -20%。
6.根據權利要求5所述的高速列車車頭結構，其特徵在於所述鼻錐(I)的長度I佔車頭總長度L的15%。
全文摘要
本發明涉及一種高速列車車頭結構，車頭的外形呈流線型，所述車頭的頭部為一個旋轉體鼻錐，在所述鼻錐的下方設置一犁形的擾流板，擾流板與鼻錐形成導流槽結構，所述鼻錐連接一楔形的司機室，在所述司機室的上部向上突出一橢球形的車前窗，所述鼻錐、司機室及車前窗之間平滑過渡，鼻錐中心線距離車頭底部的高度h佔車頭總高度H的1/4-1/3。本發明車頭頭部的鼻錐為旋轉體，有助於降低空氣阻力，而且通過導流槽的合理匹配，有助於將大部分氣流引向車體上部及車體的兩側，避免大部分氣流進入車體下部縫隙以及轉向架區域，從而有效降低空氣阻力，橢球形的車前窗的設置不但可以減小此處的氣動噪聲，還可以增大司機的視野及司機室的內部空間。
文檔編號B61D17/02GK102774391SQ201110121410
公開日2012年11月14日 申請日期2011年5月11日 優先權日2011年5月11日
發明者丁叄叄, 李文化, 鄧小軍, 陳文賓, 馬雲雙, 龔明 申請人:南車青島四方機車車輛股份有限公司, 鐵道部運輸局