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高铁长这样就跑得快

2017-12-05 09:54:23
 

  说起高速列车,印象最深的就是“子弹头”形状的流线型头型,与之前方方正正的“绿皮车”有明显的区别。高速列车采用流线型头型,目的是优化其空气动力学性能,降低空气阻力、压力波、噪声等,提高运行速度。
 
  列车正常运行时,行驶阻力一般包括轮轨滚动阻力、空气阻力、坡道阻力和加速时的惯性阻力。在低速运行时,轮轨阻力占主要部分,但随着列车运行速度提高,空气阻力将增加。当列车速度超过200千米/小时后,将成为列车运行阻力的主要部分。
 
  日常生活中,我们都有这种经历:在微风中逆风行走几乎不会意识到风的阻力存在,然而若是5级以上的大风中逆风而行,就会体会到什么叫寸步难行了。
 
  中低速“绿皮”列车运行就好比我们在微风中行走,设计人员基本上不用专门考虑空气阻力的影响??墒?,对于时速200千米以上的高速列车,情形可就不一样了,空气阻力可以占列车行驶阻力75%以上。设计者通常需要利用空气动力学原理,通过流线化车头、车身、车体附属部分来尽量减少空气阻力。
 
  只要在站台上注意过高速列车车体,就会发现它有很多和普通列车不一样的地方:车体侧壁几乎没有凹凸不平的地方,车厢底部的各种装置全被光滑平整的“车裙”——裙板罩住,车厢顶部的受电弓也用专门为它制作的导流罩?;て鹄?。这一切的努力,主要是为了减小由空气引起的摩擦阻力和干扰阻力。
 
  我们在乘坐高速动车组列车时有过这样的体验:原本平稳运行的列车,在对面列车疾驰而过时伴随着一声呼啸发生了短暂而较强的横向晃动。
 
  这种横向晃动就是由列车的交会压力波所引起的。列车会车时,相对运动的列车车头对空气形成挤压,便会在列车交会内侧的侧壁上产生交替的高压区和低压区。列车速度越高,会车产生的压力波强度也就越大。两列车相向交会运行时产生的会车压力波作用在车体上会对列车侧壁和侧窗强度、列车运行稳定性和旅客乘坐舒适性产生不利影响,甚至可能产生运行安全问题,如车体侧窗破碎、车辆蛇形运动、轮缘与道轨因侧向冲击造成磨损等。
 
  在列车气动外形设计方面,加长列车流线型头部长度,采用扁宽型头型,可以有效减小交会压力波幅值。
 
  一般而言,在短隧道内,微气压波与列车进入隧道速度的3次方成正比;在长大隧道内,无砟轨道结构的微气压波比有砟轨道结构的微气压波要大。为了解决微气压波问题,在车体设计上要减小车体的横截面积,使得列车横截面积与隧道横截面积的比值减小,并对车头流线型进行优化设计,调整列车头部截面变化率。列车头部的截面呈线性变化,进隧道时形成的压力梯度较低,可以有效减小微气压波。
 
  在空气中高速前行的列车引起空气流紊乱,从而产生的气动噪声又是一个影响列车乘坐舒适性的气动问题。
 
  如果把列车速度从200千米/小时提高到300千米/小时,气动噪声将提高约10─14分贝。根据空气动力学原理,设计人员把流线型车头设计得尖而长,把车辆断面积尽量减小,同时让车体尽量平整光滑不要出现凹凸的部分。
 
  为了减小高速列车气动噪声,除车体设计外,还要减小车辆顶部受流系统引起的气动噪声,为此设计人员对受电弓及其周边装置进行优化设计。安装受电弓导流罩、开发低噪声受电弓、采用低噪声绝缘子等来减少车顶受流系统的气动噪声。(郭迪龙 郭 易 杨国伟)
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