鐵路列車表面空氣吹拂系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及鐵路列車運(yùn)動(dòng)時(shí)空氣阻力的降低。
【背景技術(shù)】
[0002]列車運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)受到車輪摩擦力和空氣阻力的影響。由于空氣阻力的大小與列車行駛速度的平方成正比，因而，在高速行駛時(shí)，列車需要消耗更多的能量來(lái)克服空氣阻力。特別是，對(duì)于高速動(dòng)車組，為了克服遠(yuǎn)大于車輪摩擦力的空氣阻力，往往需要配備大功率的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。
[0003]列車在高速行駛時(shí)受到的空氣阻力主要是車體表面的空氣摩擦阻力，車頭的迎面阻力和車尾的壓差阻力。通過(guò)設(shè)計(jì)平滑的列車車體表面，封閉車廂之間連接處的表面縫隙，可以減小空氣摩擦阻力。迎面阻力是空氣迎頭撞上車頭而產(chǎn)生的阻力。一般通過(guò)把車頭設(shè)計(jì)成流線型結(jié)構(gòu)，可以降低迎面阻力。
[0004]壓差阻力是由車尾的結(jié)構(gòu)形狀突變引起的，層流的空氣氣流在車尾變成湍流，形成一個(gè)壓力低于周圍環(huán)境大氣壓的負(fù)壓區(qū)。車尾負(fù)壓產(chǎn)生一個(gè)與列車行駛方向相反的力。通過(guò)改善車尾的結(jié)構(gòu)造型，可以減小壓差阻力。
[0005]在設(shè)計(jì)列車外形時(shí)，如高速動(dòng)車組，通過(guò)優(yōu)化車頭、車體和車尾的空氣動(dòng)力學(xué)特性，可以獲得較小的阻力系數(shù)，從而降低列車整體的空氣阻力。
[0006]另一種改變空氣動(dòng)力學(xué)特性的應(yīng)用是空氣氣簾。在一些商場(chǎng)或其它公共場(chǎng)所，門口安裝的空氣氣簾噴出具有一定壓力(速度)和流量的氣流，不但可以隔絕室內(nèi)和室外不同溫度的空氣，而且便于人員或車輛進(jìn)出。冬季，空氣氣簾可以把供暖設(shè)備產(chǎn)生的熱空氣封閉在室內(nèi)，同時(shí)把室外的冷空氣擋在門外；夏季，空氣氣簾可以把空調(diào)系統(tǒng)產(chǎn)生的冷空氣封閉在室內(nèi)，同時(shí)把室外的熱空氣擋在門外。此外，空氣氣簾還能夠屏蔽室外一定強(qiáng)度的自然風(fēng)。
[0007]列車造型的流線型設(shè)計(jì)與空氣氣簾的屏蔽功能之間的共同之處在于，通過(guò)改變空氣氣流的流動(dòng)方向，可以降低運(yùn)動(dòng)風(fēng)力或自然風(fēng)力對(duì)某個(gè)區(qū)域的不利影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明設(shè)計(jì)一種鐵路列車表面空氣吹拂系統(tǒng)，包括列車車頭表面空氣吹拂系統(tǒng)，及列車車廂表面空氣吹拂系統(tǒng)兩個(gè)獨(dú)立的部分。雖然二者的基本構(gòu)成相同，但在安裝位置，結(jié)構(gòu)形式，功率大小，控制方式上均有差異。
[0009]列車車頭表面空氣吹拂系統(tǒng)，主要由進(jìn)氣口，空氣增壓器，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，高壓空氣導(dǎo)管，排氣氣刀，電源控制器構(gòu)成。其中，空氣增壓器可以是離心式，或軸流式，或復(fù)合式；也可以具有一級(jí)，兩級(jí)，或多級(jí)增壓結(jié)構(gòu)。并且，根據(jù)車頭的結(jié)構(gòu)形狀，空氣增壓器的安裝位置可以是外置式(見(jiàn)圖1A)，或內(nèi)嵌式(見(jiàn)圖2A)。
[0010]列車車廂表面空氣吹拂系統(tǒng)，主要由進(jìn)氣口，空氣增壓器，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，高壓空氣導(dǎo)管，排氣氣刀，電源控制器構(gòu)成。其中，進(jìn)氣口可以設(shè)置在每節(jié)車廂的頂部，或下部，或底面，其開(kāi)關(guān)狀態(tài)是可控的。
[0011]在列車行駛時(shí)，列車車頭表面空氣吹拂系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，帶動(dòng)空氣增壓器工作。車頭前面的部分空氣通過(guò)進(jìn)氣口被吸入空氣增壓器，經(jīng)過(guò)壓縮或增壓之后，產(chǎn)生的高壓空氣通過(guò)高壓空氣導(dǎo)管進(jìn)入排氣氣刀，最后從排氣氣刀的排氣口(孔)噴出，吹拂車頭上表面(或正面)和車頭兩側(cè)面(見(jiàn)圖2B)。
[0012]通過(guò)合理分布排氣氣刀的位置，及設(shè)定適當(dāng)?shù)臍獾杜艢饪?孔)的噴氣方向，噴出的高壓空氣氣流可以在車頭上表面和車頭兩側(cè)面形成一層保護(hù)氣簾。這層氣簾不但可以屏蔽車頭前方和車頭兩側(cè)運(yùn)動(dòng)風(fēng)力(即列車行駛造成的迎面空氣氣流)對(duì)車頭表面的沖擊(撞擊)，而且可以改變車頭上表面和車頭兩側(cè)面的邊界層空氣流動(dòng)的速度和方向，進(jìn)而影響車頭表面的壓力分布，以達(dá)到降低車頭空氣阻力的目的。
[0013]另一方面，通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)氣口的結(jié)構(gòu)(見(jiàn)圖3B)，可以利用列車運(yùn)動(dòng)引起的車頭空氣壓力增強(qiáng)效應(yīng)(即運(yùn)動(dòng)風(fēng)力)，再經(jīng)過(guò)渦輪(或其它方式)增壓，以便達(dá)到所需的氣刀排氣口(孔)壓力。如果通過(guò)進(jìn)一步提高驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，增加吸入空氣增壓器的空氣流量，可以在進(jìn)氣口處形成一個(gè)相對(duì)的負(fù)壓區(qū)，從而降低作用在進(jìn)氣口上的阻力；在特別情況下，甚至可以在進(jìn)氣口處產(chǎn)生一個(gè)向前拉的吸引力，而不是通常的向后推的空氣阻力。
[0014]為了更好地利用高壓空氣氣流的吹拂效應(yīng)，應(yīng)該對(duì)具體列車的車頭結(jié)構(gòu)形狀進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)(見(jiàn)圖4B);同時(shí)，根據(jù)列車行駛的速度高低，通過(guò)調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，可以改變空氣增壓器產(chǎn)生的高壓空氣氣流的壓力和流量，以便在車頭上表面和車頭兩側(cè)面形成合適的保護(hù)氣簾(屏蔽層)；從而，最大限度地減小作用在車頭上的空氣阻力。
[0015]考慮到一般客貨列車，或高速動(dòng)車組，其車體相當(dāng)長(zhǎng)。列車運(yùn)行時(shí)，車體表面的空氣摩擦阻力占列車整體空氣阻力的比例較大。并且，列車運(yùn)行的穩(wěn)定性容易受到大風(fēng)的影響?？梢酝ㄟ^(guò)在每節(jié)車廂前部安裝獨(dú)立的表面空氣吹拂系統(tǒng)，其工作狀態(tài)由列車總體控制系統(tǒng)統(tǒng)一控制。根據(jù)列車行駛的速度，環(huán)境風(fēng)力的風(fēng)向，及列車制動(dòng)方式，改變每節(jié)車廂噴出的高壓空氣氣流的壓力和方向，以便達(dá)到降低列車車體空氣阻力，改善列車運(yùn)行穩(wěn)定性的目的(見(jiàn)圖5)。
[0016]在正常風(fēng)力天氣的情況下，通過(guò)在每節(jié)車廂兩側(cè)前部邊緣噴氣的方式，可以噴出水平向后方向的高壓空氣氣流，影響其表面的壓力分布，進(jìn)而減小作用在每節(jié)車廂兩側(cè)表面上的空氣阻力。
[0017]在大風(fēng)天氣的情況下，大側(cè)風(fēng)可能會(huì)影響列車行駛的穩(wěn)定性，甚至引發(fā)翻車事故。為了降低大側(cè)風(fēng)對(duì)列車行駛安全性的不利影響，通過(guò)切換每節(jié)車廂車體表面氣刀的位置，從每節(jié)車廂車體底部邊緣噴出斜向(向后，向上，向外一定角度)的高壓空氣氣流。從而，改變大側(cè)風(fēng)氣流在每節(jié)車廂車體迎風(fēng)側(cè)面上的流動(dòng)速度和方向，減小作用在每節(jié)車廂車體迎風(fēng)側(cè)面上的橫向推力，提高每節(jié)車廂和列車整體行駛的穩(wěn)定性和安全性。
[0018]此外，在列車緊急制動(dòng)時(shí)，列車車頭表面空氣吹拂系統(tǒng)停止工作，可以增大作用在車頭上的空氣阻力。同時(shí)，通過(guò)把每節(jié)車廂表面空氣吹拂系統(tǒng)的噴氣方向，改變?yōu)閺能噹麅蓚?cè)的前部邊緣，水平向前吹氣，這樣一方面可以利用噴口處的反作用力，水平向后推每節(jié)車廂的車體；另一方面，由于車廂兩側(cè)空氣形成湍流，可以增加作用在每節(jié)車廂表面的空氣阻力。因而，可以利用增大了的列車整體空氣阻力，幫助列車制動(dòng)。
【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1A是圓錐形列車車頭表面空氣吹拂系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖中:1_空氣增壓器(外置式)；2_