CN101430250B - 列车气动性能模拟动模型试验瞬态加速装置 - Google Patents

Abstract

列车气动性能模拟动模型试验瞬态加速装置，包括：列车模型的后端通过拉动绳连接设置卷扬机构，列车模型的前端通过牵引绳连接设置一动滑轮增速机构，所述动滑轮增速机构连接设置弹力牵引机构；其中，列车模型由卷扬机构拉动时，带动动滑轮增速机构移动，弹力牵引机构被拉伸产生收缩弹力；卷扬机释放列车模型，列车模型在弹力牵引机构的收缩弹力作用下，经过动滑轮增速机构的牵引，产生瞬态加速并沿轨道运动。本发明能够使模型列车产生较为理想的高速，其可以适用于各种不同比例列车模型的气动性能模拟试验，为真实的反映地面效应、再现实际列车在线路上的运行状态，提供良好的初始测试速度。

Description

列车气动性能模拟动模型试验瞬态加速装置

技术领域

本发明属于列车力学动力环境试验技术领域，具体的涉及一种列车气动性能模拟实验中，用于列车模型的瞬态加速装置。

背景技术

列车空气动力学研究的目的主要是减小气动阻力，改善操纵稳定性，提高安全舒适性及减小其对环境的影响。列车空气动力学的研究内容可以归纳如下几个方面。(1)研究作用在列车上的空气动力和力矩，及其对列车性能的影响。(2)研究列车运行时，自然风对列车性能的影响及列车风对人和建(构)筑物的影响。(3)研究列车通过隧道和列车会车时的压力波特性。(4)研究列车气动噪声和气候条件及其对车厢内人员舒适性的影响。

目前，列车空气动力学的研究方法主要有模型模拟试验(风洞、动模型)、数值模拟计算、实车路试三种。就列车而言，模拟试验主要采用风洞和动模型试验装置两种试验设备，列车的空气动力和力矩、表面压力分布规律、尾部绕流特性等，以采用风洞试验为宜；对于需模拟有相对运动情况的列车交会和过隧道等方面的空气动力问题，则以采用动模型试验装置为佳，二者相辅相成，互相不能取代。由于列车为长大物体，法国、日本以及德国与荷兰联合建造了试验段加长的专门用于列车模拟试验的风洞，日本还建有专用的低噪声风洞用于噪声试验研究，但多数国家仍利用已有的航空风洞经适当改造后进行列车模拟试验。实车路试是对列车综合性能的考核，它可以获得最接近于实际的性能参数，并用于校核各种模拟试验和数值模拟计算的结果，但需要候列车产品竣工出厂以后才能进行，故一般都用于新产品的验收，很少用于研究性试验，其试验结果对进一步完善列车的空气动力性能有重要作用。

缩尺模型模拟试验是研究列车空气动力特性的一种主要手段。列车气动性能模拟动模型试验装置有多种，如日本、荷兰、西南交通大学的管道动模型试验装置，模型列车沿钢丝滑行，这种装置优点是成本低、速度高；缺点是模型比例小，雷诺数较低，测试精度不高，模型列车上无法安装测试仪器，不能反映列车受到的空气动力和瞬态压力冲击波，仅能完成列车通过隧道试验。另外该实验方式无法适应列车模型的高速运行试验，列车模型的最大运行速度太小，无法满足实验条件要求。

发明内容

本发明提供了一种能够使模型列车产生较为理想高速的列车气动性能模拟动模型试验瞬态加速装置，其可以适用于各种不同比例列车模型的气动性能模拟试验，为真实的反映地面效应、再现实际列车在线路上的运行状态，提供良好的初始测试速度。

本发明采用的技术方案如下：

一种列车气动性能模拟动模型试验瞬态加速装置，包括轨道和在轨道上行进的列车模型，其特征在于该瞬态加速装置包括：

列车模型的后端通过拉动绳连接设置卷扬机构，列车模型的前端通过牵引绳连接设置一动滑轮增速机构，所述动滑轮增速机构连接设置弹力牵引机构；

其中，列车模型由卷扬机构拉动时，带动动滑轮增速机构移动，弹力牵引机构被拉伸产生收缩弹力；卷扬机释放列车模型，列车模型在弹力牵引机构的收缩弹力作用下，经过动滑轮增速机构的牵引，产生瞬态加速并沿轨道运动。

具体的讲，该瞬态加速装置中所述轨道的下方同向设置一下层导轨，所述动滑轮增速机构包括一动力传递车，动力传递车置于下层导轨中，动力传递车上设置动滑轮组，一牵引绳绕经所述动滑轮组，牵引绳的一端固定，另一端连接设置列车模型，所述动力传递车在列车模型被拉动时，其与列车模型作同向移动，动力传递车的位移小于列车模型的位移。

所述动力传递车的位移为列车模型位移的二分之一。

所述弹力牵引机构包括弹力绳束，弹力绳束的一端固定，另一端与所述动力传递车连接。

下层导轨的两侧分别设置与下层导轨同向设置的导向管，所述导向管内分别设置弹力绳束，所述弹力绳束连接设置一传递绳，传递绳经由导向轮导向后与所述动力传递车连接。

所述卷扬机构包括电动卷扬机，电动卷扬机设置在列车模型起始运行处的轨道末端，所述电动卷扬机通过拉动绳连接一设置在轨道上的牵引小车，所述牵引小车连接列车模型。

所述牵引小车与列车模型间设置有脱钩装置，该脱钩装置中包括电磁阀。

所述列车模型的缩比为1∶16～1∶25，列车模型的重量为15～30kg，列车模型的最大瞬间释放速度为350～400km/h。

该列车气动性能模拟动模型试验瞬态加速装置设计合理，能够通过动滑轮增速机构使弹力牵引机构对列车模型的最大瞬态加速提高一倍或者更高，并能满足列车模型的试验速度条件，其适用于各种不同比例列车模型的气动性能模拟试验，为真实的反映地面效应、再现实际列车在线路上的运行状态，提供良好的初始测试速度。

下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案和有益效果作进一步的阐述。

附图说明

图1是本发明瞬态加速装置具体实施方式的结构示意图；

图2是本发明瞬态加速装置的俯视结构示意图。

具体实施方式

如图1和图2所示，该列车气动性能模拟动模型试验瞬态加速装置采用弹力绳弹射方式，其包括上、下同向设置的两组轨道，上层轨道11为列车模型的试验运行轨道，该轨道包括发射段I、试验段II，列车模型12在发射前位于发射段I，列车模型12的后端连接一拉动绳14，该拉动绳14可选用钢丝绳，钢丝绳连接设置卷扬电机15，卷扬电机15通过该拉动绳14向轨道11的右端拉动列车模型12。为了便于列车模型12在拉动到设定位置进行释放，在钢丝绳的拉动末端首先连接一牵引小车13，牵引小车13与列车模型12均处于上层轨道11上，牵引小车13再连接列车模型12，并且牵引小车13与列车模型12间设置有包括电磁阀的脱钩装置，通过操控该电磁阀，可以使牵引小车与列车模型间脱离。

图2中，U段为上层轨道的俯视结构示意图；D段为下层导轨的俯视结构示意图。下层导轨21上设置有一动滑轮增速机构，该动滑轮增速机构为一动力传递车23，动力传递车23可以在下层轨道21上移动，动力传递车23上设置有动滑轮组，动滑轮组上绕有牵引绳24，该牵引绳24的一端连接列车模型12，另一端绕经动滑轮组后固定在下层导轨21的右端，如此，当牵引小车12拉动列车模型12向右运动时，牵引绳24也牵动动力传递车23向右沿下层导轨21移动。

动力传递车23上连接设置弹力牵引机构，如图2，该弹力牵引机构由弹性绳束25、25’和导引管26、26’组成。弹力绳束25、25’可以为多根橡胶弹力绳组成的绳束，其具有较大的加速能量储备和相对较低的造价等优点，在下层导轨21的两侧分别设置与下层导轨同向设置的导向管26、26’，该导向管可选用PVC管，用于限定弹力绳束的收缩方向。弹力绳束的一端固定，另一端连接一锦纶绳221、222，该锦纶绳与动力传递车23连接固定。其间锦纶绳221、222经由导向轮转向，使其拉伸方向与下层导轨21的方向保持一致。两组弹力牵引机构可有效地保证弹力绳束收缩时对动力传递车拉伸方向的恒定。当列车模型12被卷扬电机15拉动而向右运动时，其通过牵引绳24使动力传递车23于同方向移动从而使弹力牵引机构的弹力绳束25、25’拉伸产生收缩弹力。当列车模型12被卷扬电机15释放后，该收缩弹力提供给列车模型12向左运行的拉力，而使其在瞬间达到较高的速度，以实现对列车模型12进行测试的速度条件。

进行试验时，该瞬态加速装置根据空气动力测控室发出的指令，启动卷扬电机15，拉动绳14带动牵引小车13及与其相连的列车模型12向后运动，牵引小车13受到的拉力由拉力计测定并输入到空气动力测控室。列车模型12的下方牵引设置的钢丝质牵引绳24，通过动滑轮组带动下层导轨21上的动力传递车23向右运动，并带动锦纶绳221、222逐渐张紧两组PVC管内的橡胶弹力绳束25、25’；当输入到空气动力测控室的拉力值符合试验要求的列车模型12运行速度后(该拉力值由大量试验得到的拉力与动模型列车质量、速度关系曲线确定)，采用人机结合控制方式，对牵引小车13的脱钩装置电磁阀供电，松开脱钩装置，弹力绳束25、25’回弹带动动力传递小车23和列车模型12运动。由于动力传递小车23通过动滑轮组与列车模型12连接，所以弹力绳束对动力传递小车的拉动速度是列车模型速度的二分之一，可使列车模型12的最高速度成倍提高，满足试验的速度条件。列车模型行驶至轨道的试验段入口处时，其与动力传递小车自动分离，列车模型依靠惯性继续无动力运行，完成列车模型发射的全过程。

该瞬态加速装置所采用的列车模型12由三组车组成，缩比为1∶16～1∶25，列车模型的重量为15～30kg，列车模型的最大瞬间释放速度为350～400km/h。能够较为真实地反映地面效应、再现实际列车在线路上的运行状态。

Claims (1)

1.一种列车气动性能模拟动模型试验瞬态加速装置，包括轨道和在轨道上行进的列车模型，该列车气动性能模拟动模型试验瞬态加速装置采用弹力绳弹射方式，其包括上、下同向设置的两组轨道；其特征在于：

上层轨道(11)为列车模型的试验运行轨道，该轨道包括发射段I、试验段II，列车模型(12)在发射前位于发射段I，列车模型(12)的后端连接一拉动绳(14)，该拉动绳(14)可选用钢丝绳，钢丝绳连接设置卷扬电机(15)，卷扬电机(15)通过该拉动绳(14)向轨道(11)的右端拉动列车模型(12)；为了便于列车模型(12)在拉动到设定位置进行释放，在钢丝绳的拉动末端首先连接一牵引小车(13)，牵引小车(13)与列车模型(12)均处于上层轨道(11)上，牵引小车(13)再连接列车模型(12)，并且牵引小车(13)与列车模型(12)间设置有包括电磁阀的脱钩装置，通过操控该电磁阀，可以使牵引小车与列车模型间脱离；

下层导轨(21)上设置有一动滑轮增速机构，该动滑轮增速机构为一动力传递车(23)，动力传递车(23)可以在下层轨道(21)上移动，动力传递车(23)上设置有动滑轮组，动滑轮组上绕有牵引绳(24)，该牵引绳(24)的一端连接列车模型(12)，另一端绕经动滑轮组后固定在下层导轨(21)的右端，如此，当牵引小车(12)拉动列车模型(12)向右运动时，牵引绳(24)也牵动动力传递车(23)向右沿下层导轨(21)移动；

动力传递车(23)上连接设置弹力牵引机构，该弹力牵引机构由弹性绳束(25)、(25’)和导引管(26)、(26’)组成；弹力绳束(25)、(25’)可以为多根橡胶弹力绳组成的绳束，在下层导轨(21)的两侧分别设置与下层导轨同向设置的导向管(26)、(26’)，该导向管可选用PVC管，用于限定弹力绳束的收缩方向；弹力绳束的一端固定，另一端连接一锦纶绳(221)、(222)，该锦纶绳与动力传递车(23)连接固定，其间锦纶绳(221)、(222)经由导向轮转向，使其拉伸方向与下层导轨(21)的方向保持一致；两组弹力牵引机构可有效地保证弹力绳束收缩时对动力传递车拉伸方向的恒定；当列车模型(12)被卷扬电机(15)拉动而向右运动时，其通过牵引绳(24)使动力传递车(23)于同方向移动从而使弹力牵引机构的弹力绳束(25)、(25’)拉伸产生收缩弹力；当列车模型(12)被卷扬电机(15)释放后，该收缩弹力提供给列车模型(12)向左运行的拉力，以实现对列车模型(12)进行测试的速度条件；

进行试验时，该瞬态加速装置根据空气动力测控室发出的指令，启动卷扬电机(15)，拉动绳(14)带动牵引小车(13)及与其相连的列车模型(12)向后运动，牵引小车(13)受到的拉力由拉力计测定并输入到空气动力测控室；列车模型(12)的下方牵引设置的钢丝质牵引绳(24)，通过动滑轮组带动下层导轨(21)上的动力传递车(23)向右运动，并带动锦纶绳(221)、(222)逐渐张紧两组PVC管内的橡胶弹力绳束(25)、(25’)；当输入到空气动力测控室的拉力值符合试验要求的列车模型(12)运行速度后，该拉力值由大量试验得到的拉力与动模型列车质量、速度关系曲线确定，采用人机结合控制方式，对牵引小车(13)的脱钩装置电磁阀供电，松开脱钩装置，弹力绳束(25)、(25’)回弹带动动力传递小车(23)和列车模型(12)运动；由于动力传递小车(23)通过动滑轮组与列车模型(12)连接，所以弹力绳束对动力传递小车的拉动速度是列车模型速度的二分之一，可使列车模型(12)的最高速度成倍提高，满足试验的速度条件；列车模型行驶至轨道的试验段入口处时，其与动力传递小车自动分离，列车模型依靠惯性继续无动力运行，完成列车模型发射的全过程；

该瞬态加速装置所采用的列车模型(12)由三组车组成，缩比为1：16～1：25，列车模型的重量为15～30kg，列车模型的最大瞬间释放速度为350～400km/h。

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