CN202175052U

CN202175052U - 高速列车的车翼外形

Info

Publication number: CN202175052U
Application number: CN2011202949874U
Authority: CN
Inventors: 张树祥; 龚国政; 李青; 许瑞飞
Original assignee: Xian Aircraft Design and Research Institute of AVIC
Current assignee: Xian Aircraft Design and Research Institute of AVIC
Priority date: 2011-08-15
Filing date: 2011-08-15
Publication date: 2012-03-28
Anticipated expiration: 2021-08-15

Abstract

本实用新型属于高速列车技术领域，涉及一种高速列车的车翼外形。其特征在于，沿翼展方向各个翼剖面的形状相同，翼形剖面的轮廓形状是由上弧线[1]、下弧线[2]、右弧线[3]和左弧线[4]围成的外凸的封闭曲线，右弧线[3]分别与上弧线[1]和下弧线[2]的右端相切，左弧线[4]分别与上弧线[1]和下弧线[2]的左端相切。本实用新型能利用高速气流的能量，在高速列车运行时产生升力，减小了能源消耗；在高速列车制动时产生阻力，缩短了制动距离。

Description

高速列车的车翼外形

技术领域

本实用新型属于高速列车技术领域，涉及一种高速列车的车翼外形。

背景技术

目前的高速列车运行速度最高可达350Km/h，给列车的短距离应急制动造成很大困难。我国行驶速度300Km/h的高速列车的制动距离大于1000m。由于高速列车运行时相对风速可达400Km/h以上，这种高速气流蕴含有巨大能量，但是高速列车的车厢上面没有安装任何翼面，因此，高速气流的能量在高速列车运行和制动时都未得到利用，造成能量浪费。现在有一种在高速列车车厢顶部装减速板的方案，减速板紧贴车厢顶部，当需要制动时，减速板向上张开，利用空气阻力把车厢压回地面，而使列车减速。其缺点是：减速板是一块平板，不能产生升力，导致功能单一；同时减速板不能双向使用，每节车厢需要安装两套减速板，使结构复杂，成本上升。中国专利“火车提速装置”(申请号200810160585.8)在车厢顶部安装前后可转动的飞行翼，前进时仰角，产生升力，制动时俯角，利用空气阻力制动。但是，该专利未给出翼型结构。其缺点是：飞行翼在前进时仰角容易导致升力过大，对列车不安全，同时会使列车阻力增大，消耗能源；这种飞行翼也不能双向使用，每节车厢同样需要安装两套减速板，使结构复杂，成本上升。

发明内容

本实用新型的目的是：提出一种高速列车的车翼外形，以便在高速列车运行和制动时，利用高速气流的能量产生升力或者阻力，达到减小能源消耗、缩短制动距离的目的。

本实用新型的技术解决方案是：高速列车的车翼外形，其特征在于，沿翼展方向各个翼形剖面的形状相同，翼形剖面的轮廓形状是由上弧线1、下弧线2、右弧线3和左弧线4围成的外凸的封闭曲线，上弧线1是半径为R1的圆弧线，下弧线2是半径为R2的圆弧线，右弧线3和左弧线4是半径为R3的圆弧线，右弧线3分别与上弧线1和下弧线2的右端相切，左弧线4分别与上弧线1和下弧线2的左端相切。

本实用新型的优点是：能利用高速气流的能量，在高速列车运行时产生升力，减小了能源消耗；在高速列车制动时产生阻力，缩短了制动距离。本实用新型的一个实施例经计算机模拟试验证明，高速列车在350Km/h速度下的制动距离可减少40％以上。由于本实用新型翼形剖面的轮廓对称，可以双向使用，不需要在一节车厢上安装两套车翼，简化了结构，节省了成本。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型一个实施例经计算机模拟试验后的阻力、负升力和风速关系图。图中横坐标为风速，单位为Km/h；纵坐标分为上下两部分，从原点向上为车翼受到的阻力，单位Kg，从原点向下为车翼产生的负升力，单位Kg。图2中，车翼的迎角为-30°。图中有两条曲线，以圆点特征点拟合的曲线为阻力-风速曲线，以方点特征点拟合的曲线为负升力-风速曲线。

图3是本实用新型一个实施例经计算机模拟试验后的升力、阻力和风速关系图。图中横坐标为风速，单位为Km/h；纵坐标车翼受到的升力或阻力，单位Kg。图中有两条曲线，以圆点特征点拟合的曲线为阻力-风速曲线，以方点特征点拟合的曲线为升力-风速曲线。

具体实施方式

下面对本实用新型做进一步详细说明。高速列车的车翼外形，其特征在于，沿翼展方向各个翼形剖面的形状相同，翼形剖面的轮廓形状是由上弧线1、下弧线2、右弧线3和左弧线4围成的外凸的封闭曲线，上弧线1是半径为R1的圆弧线，下弧线2是半径为R2的圆弧线，右弧线3和左弧线4是半径为R3的圆弧线，右弧线3分别与上弧线1和下弧线2的右端相切，左弧线4分别与上弧线1和下弧线2的左端相切。

所说的上弧线1的半径R1＝450mm～550mm，下弧线2的半径R2＝950mm～1050mm，右弧线3和左弧线4的半径R3＝10mm～30mm，车翼的翼展长度为2000mm～2500mm。

本实用新型的工作原理是：当列车高速行驶时，车翼的迎角为0°，产生向上的升力，升力与向下的车厢重力正好相反，抵消了部分重力对轨道的压力，摩擦力变小，车轮与钢轨间的磨损减小。本实用新型实施例1的参数为：上弧线1的半径R1＝500mm，下弧线2的半径R2＝1000mm，右弧线3和左弧线4的半径R3＝15mm，车翼的翼展长度为2000mm。经计算机模拟试验后的升力和阻力随速度的关系数据参见图3。从图3可见，单块车翼在列车速度为350km/h时，升力达到1100kg，阻力只有15kg。若每节车厢安装3块车翼，则有3000kg以上的升力，45kg阻力。一般车厢自重7000kg，车翼产生的升力抵消将近一半的车厢重量，使摩擦力减小一半，可以节省近50％能源。

当列车需要应急制动时，车翼向下偏转，迎角-30°，骤然增加列车迎面空气阻力，同时产生负升力，向下压车厢，结合其他的制动方法，可很快将列车速度降下来，减小了刹车片磨损，延长了刹车片寿命，并大大节省了制动能量。上述实施例的负升力和阻力与风速的关系参见图2。根据长沙铁道学院和德国ICE风洞试验结果，确定高速列车阻力Cx的公式为：

Cx＝0.242+0.00379L

式中，L为列车总长度。若按8节车厢估算，L＝200m。从图2曲线可知，本实用新型车翼可产生近30％的阻力增量，以及接近一节车厢7000kg自重的压力，大幅度节省了制动能量消耗。

下面给出本实用新型另外两个实施例的参数。

实施例2，上弧线1的半径R1＝450mm，下弧线2的半径R2＝1050mm，右弧线3和左弧线4的半径R 3＝10mm，车翼的翼展长度为2500mm。

实施例3，上弧线1的半径R1＝550mm，下弧线2的半径R2＝950mm，右弧线3和左弧线4的半径R3＝30mm，车翼的翼展长度为2200mm。

Claims

1.高速列车的车翼外形，其特征在于，沿翼展方向各个翼形剖面的形状相同，翼形剖面的轮廓形状是由上弧线[1]、下弧线[2]、右弧线[3]和左弧线[4]围成的外凸的封闭曲线，上弧线[1]是半径为R1的圆弧线，下弧线[2]是半径为R2的圆弧线，右弧线[3]和左弧线[4]是半径为R3的圆弧线，右弧线[3]分别与上弧线[1]和下弧线[2]的右端相切，左弧线[4]分别与上弧线[1]和下弧线[2]的左端相切。

2.根据权利要求1所述的高速列车的车翼外形，其特征在于，所说的上弧线[1]的半径R1＝450mm～550mm，下弧线[2]的半径R2＝950mm～1050mm，右弧线[3]和左弧线[4]的半径R3＝10mm～30mm，鱼形车翼的翼展长度为2000mm～2500mm。