高速列車的車翼外形的製作方法
2024-03-20 21:57:05
專利名稱：高速列車的車翼外形的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於高速列車技術領域，涉及一種高速列車的車翼外形。
背景技術：
目前的高速列車運行速度最高可達350Km/h，給列車的短距離應急制動造成很大困難。我國行駛速度300Km/h的高速列車的制動距離大於1000m。由於高速列車運行時相對風速可達400Km/h以上，這種高速氣流蘊含有巨大能量，但是高速列車的車廂上面沒有安裝任何翼面，因此，高速氣流的能量在高速列車運行和制動時都未得到利用，造成能量浪費。現在有一種在高速列車車廂頂部裝減速板的方案，減速板緊貼車廂頂部，當需要制動時，減速板向上張開，利用空氣阻力把車廂壓回地面，而使列車減速。其缺點是減速板是一塊平板，不能產生升力，導致功能單一；同時減速板不能雙向使用，每節車廂需要安裝兩套減速板，使結構複雜，成本上升。中國專利「火車提速裝置」(申請號200810160585. 8)在車廂頂部安裝前後可轉動的飛行翼，前進時仰角，產生升力，制動時俯角，利用空氣阻力制動。 但是，該專利未給出翼型結構。其缺點是飛行翼在前進時仰角容易導致升力過大，對列車不安全，同時會使列車阻力增大，消耗能源；這種飛行翼也不能雙向使用，每節車廂同樣需要安裝兩套減速板，使結構複雜，成本上升。
發明內容本實用新型的目的是提出一種高速列車的車翼外形，以便在高速列車運行和制動時，利用高速氣流的能量產生升力或者阻力，達到減小能源消耗、縮短制動距離的目的。本實用新型的技術解決方案是高速列車的車翼外形，其特徵在於，沿翼展方向各個翼形剖面的形狀相同，翼形剖面的輪廓形狀是由上弧線1、下弧線2、右弧線3和左弧線4 圍成的外凸的封閉曲線，上弧線1是半徑為Rl的圓弧線，下弧線2是半徑為R2的圓弧線， 右弧線3和左弧線4是半徑為R3的圓弧線，右弧線3分別與上弧線1和下弧線2的右端相切，左弧線4分別與上弧線1和下弧線2的左端相切。本實用新型的優點是能利用高速氣流的能量，在高速列車運行時產生升力，減小了能源消耗；在高速列車制動時產生阻力，縮短了制動距離。本實用新型的一個實施例經計算機模擬試驗證明，高速列車在350Km/h速度下的制動距離可減少40%以上。由於本實用新型翼形剖面的輪廓對稱，可以雙向使用，不需要在一節車廂上安裝兩套車翼，簡化了結構，節省了成本。
圖1是本實用新型的結構示意圖。圖2是本實用新型一個實施例經計算機模擬試驗後的阻力、負升力和風速關係圖。圖中橫坐標為風速，單位為Km/h ；縱坐標分為上下兩部分，從原點向上為車翼受到的阻力，單位Kg，從原點向下為車翼產生的負升力，單位Kg。圖2中，車翼的迎角為-30°。圖中有兩條曲線，以圓點特徵點擬合的曲線為阻力-風速曲線，以方點特徵點擬合的曲線為負升力-風速曲線。圖3是本實用新型一個實施例經計算機模擬試驗後的升力、阻力和風速關係圖。 圖中橫坐標為風速，單位為Km/h;縱坐標車翼受到的升力或阻力，單位Kg。圖中有兩條曲線，以圓點特徵點擬合的曲線為阻力-風速曲線，以方點特徵點擬合的曲線為升力-風速曲線。
具體實施方式
下面對本實用新型做進一步詳細說明。高速列車的車翼外形，其特徵在於，沿翼展方向各個翼形剖面的形狀相同，翼形剖面的輪廓形狀是由上弧線1、下弧線2、右弧線3和左弧線4圍成的外凸的封閉曲線，上弧線1是半徑為Rl的圓弧線，下弧線2是半徑為R2的圓弧線，右弧線3和左弧線4是半徑為R3的圓弧線，右弧線3分別與上弧線1和下弧線2的右端相切，左弧線4分別與上弧線1和下弧線2的左端相切。所說的上弧線1的半徑Rl = 450mm 550mm，下弧線2的半徑R2 = 950mm 1050mm，右弧線3和左弧線4的半徑R3 = IOmm 30mm，車翼的翼展長度為2000mm 2500mmo本實用新型的工作原理是當列車高速行駛時，車翼的迎角為0°，產生向上的升力，升力與向下的車廂重力正好相反，抵消了部分重力對軌道的壓力，摩擦力變小，車輪與鋼軌間的磨損減小。本實用新型實施例1的參數為上弧線1的半徑Rl = 500mm，下弧線 2的半徑R2 = 1000mm,右弧線3和左弧線4的半徑R3 = 15mm,車翼的翼展長度為2000mm。 經計算機模擬試驗後的升力和阻力隨速度的關係數據參見圖3。從圖3可見，單塊車翼在列車速度為350km/h時，升力達到1100kg，阻力只有15kg。若每節車廂安裝3塊車翼，則有 3000kg以上的升力，45kg阻力。一般車廂自重7000kg，車翼產生的升力抵消將近一半的車廂重量，使摩擦力減小一半，可以節省近50%能源。當列車需要應急制動時，車翼向下偏轉，迎角-30°，驟然增加列車迎面空氣阻力， 同時產生負升力，向下壓車廂，結合其他的制動方法，可很快將列車速度降下來，減小了剎車片磨損，延長了剎車片壽命，並大大節省了制動能量。上述實施例的負升力和阻力與風速的關係參見圖2。根據長沙鐵道學院和德國ICE風洞試驗結果，確定高速列車阻力Cx的公式為Cx = 0. 242+0. 00379L式中，L為列車總長度。若按8節車廂估算，L = 200m。從圖2曲線可知，本實用新型車翼可產生近30 %的阻力增量，以及接近一節車廂7000kg自重的壓力，大幅度節省了制動能量消耗。下面給出本實用新型另外兩個實施例的參數。實施例2，上弧線1的半徑Rl = 450mm,下弧線2的半徑R2 = 1050mm,右弧線3和左弧線4的半徑R 3 = IOmm,車翼的翼展長度為2500mm。實施例3，上弧線1的半徑Rl = 550mm,下弧線2的半徑R2 = 950mm,右弧線3和左弧線4的半徑R3 = 30mm，車翼的翼展長度為2200mm。
權利要求1.高速列車的車翼外形，其特徵在於，沿翼展方向各個翼形剖面的形狀相同，翼形剖面的輪廓形狀是由上弧線[1]、下弧線[2]、右弧線[3]和左弧線[4]圍成的外凸的封閉曲線， 上弧線[1]是半徑為Rl的圓弧線，下弧線[2]是半徑為R2的圓弧線，右弧線[3]和左弧線 [4]是半徑為R3的圓弧線，右弧線[3]分別與上弧線[1]和下弧線[2]的右端相切，左弧線 [4]分別與上弧線[1]和下弧線[2]的左端相切。
2.根據權利要求1所述的高速列車的車翼外形，其特徵在於，所說的上弧線[1]的半徑 Rl = 450mm 550mm，下弧線[2]的半徑R2 = 950mm 1050mm，右弧線[3]和左弧線[4] 的半徑R3 = IOmm 30mm，魚形車翼的翼展長度為2000mm 2500mm。
專利摘要本實用新型屬於高速列車技術領域，涉及一種高速列車的車翼外形。其特徵在於，沿翼展方向各個翼剖面的形狀相同，翼形剖面的輪廓形狀是由上弧線[1]、下弧線[2]、右弧線[3]和左弧線[4]圍成的外凸的封閉曲線，右弧線[3]分別與上弧線[1]和下弧線[2]的右端相切，左弧線[4]分別與上弧線[1]和下弧線[2]的左端相切。本實用新型能利用高速氣流的能量，在高速列車運行時產生升力，減小了能源消耗；在高速列車制動時產生阻力，縮短了制動距離。
文檔編號B61D17/02GK202175052SQ20112029498
公開日2012年3月28日 申請日期2011年8月15日 優先權日2011年8月15日
發明者張樹祥, 李青, 許瑞飛, 龔國政 申請人:中國航空工業集團公司西安飛機設計研究所