CN103313900A - 一种带有扰流器的车身模块 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种车身模块。所述车身模块构成由至少一个行驶机构（103）支撑的车辆的车身（102）的车头段落（105）的至少一部分，特别是带有扰流器(109)的适用于高速交通的轨道车辆。所述车头段落（105）被构造为车辆正常运行时的一种前部独立的车辆末端（101.1）。所述扰流器（109）被构造为设置在所述独立车辆末端（101.1）和一个车身行驶机构局部（106）前端之间的车辆纵向方向内的车身（102）底部（102.2），使独立车辆末端（101.1）与行驶机构（103）相连接。此外所述扰流器（109）被构造为车辆运行时对从独立车辆末端（101.1）到行驶机构局部（106）的车身的底部（102.2）吹过的气流产生作用。最后扰流器(109)被构造为通过偏转区域（110）给车身行驶机构局部（106）前端的扰流器的分流棱边（107）区域内的气流一个向下的主要流动方向（111），所述的主要流动方向（111）与车辆纵向方向倾斜约至少3°，优选的是至少4°，更优选的是至少6°。

Description

一种带有扰流器的车身模块

技术领域

本发明涉及一种带有扰流器的车身模块，其中所述车身模块构成由至少一个行驶机构支撑的车辆的车身的车头段落的至少一部分，特别是适用于高速交通的轨道车辆，其中所述车身界定车辆纵向方向、车辆横向方向和车辆高度方向，车头段落被构造为车辆正常运行时形成一个前部独立的车辆末端，在车身方面扰流器被设置在独立车辆末端和一个车身行驶机构局部前端之间的车辆纵向方向内的车身底部，使独立车辆末端（101.1）与行驶机构（103）相连接。扰流器被构造为车辆运行时对从独立车辆末端到行驶机构局部的车身的底部吹过的气流产生作用。此外本发明涉及一种车身和具有这种车身模块的车辆。

背景技术

相比较而言现代高额定运行速度的轨道车辆一般在高速时会在车辆末端的行驶机构局部的车头段落内产生巨大的噪音负荷。这部分是因为扰流器的分流棱边车头段落的气流在行驶机构局部入口处被车身外壳剥离，其中在接着的流动过程中会形成一个不断扩大的剪切层。通常情况下在剪切层上会周期性形成涡流（也就是所谓的Kelvin-Helmholtz不稳定性）和由此产生的声音发射。另外一个问题是在剪切层对后续车辆部件相对而言硬性的撞击，特别是在行驶机构局部末端的壁上的撞击，其同样会在很大程度上加剧声音发射。

此外所述的不利气流关系会加大整体车辆的空气动力学阻力和道床上的气流负荷，所述的气流负荷会卷起道床（例如提到的碎石回升）里的物体。

文献EP2106983A2提出一种与此相关的在行驶机构局部前端扰流器的分流棱边区域内安置扰流子的车身模块，该扰流子分布在车辆横向方向并有利于把多数的较小涡流引入剪切层，为了至少在很大程度上压制上述涡流的周期性生成。其中扰流子既可以由车身外壳一个非常粗糙的表面也可以由车身外壳上比较明显的沿车辆纵向方向的齿形凸缘形成。外壳上棱形元件或车身外壳上相应的刻槽可构成所述的齿形凸缘。

也即是说这个设计可以通过提高剪切层上的气流紊乱以降低涡流的周期性形成和由此产生的噪音排放。然而所述的设计会有车辆高度方向的剪切层相对快速或剧烈扩大的缺点，这导致剪切层在后面的车辆组件（如行驶机构或行驶机构局部末端的分界壁）上的相对较大的碰撞面积和随之而来的加强的声音发射。另一方面来说这种剧烈扩大的剪切层也会在很大程度上增加车辆可能的气流阻力。

发明内容

因此本发明基于这一技术问题提出文章开始时提到的车身模块类型以供使用，该车身模块至少较小程度上具有或不具有上述缺点且特别是以一种简单的方式实现减小车辆的声音发射。

本发明以根据权利要求1前言所述的带有权利要求1特征部分所述的特性的车身模块为出发点解决这一技术问题。其进一步以根据权利要求14前言所述的带有权利要求14特征部分所述的特性的车辆为出发点解决这一任务。

本发明基于技术指导，当所述扰流器通过偏转区域给车身行驶机构局部前端扰流器的分流棱边区域附近的气流一个向下的主要流动方向时，可以以简单的方式降低行驶机构局部区域车辆的声音发射。气流向下偏转有一个优点，可以把形成的剪切层至少部分转向邻近的车辆部件周围，这样就使得只有更少一部分剪切层会撞击在这些部件上且在这时形成相应的声音发射。在此把主要气流流动方向向下偏转足够大，以达到优选的最高还有40%的剪切层碰撞到行驶机构或行驶机构局部末端。优选的是主要气流方向和车辆纵向方向倾斜约至少3°。以此在降低声音发射方面可以取得非常有利的效果。

根据本发明的一个方面本发明因而涉及一种用于构成由至少一个行驶机构支撑的车辆的车身的车头段落（105）的至少一部分的车身模块，特别是适用于高速交通的轨道车辆，车身模块包括一个扰流器，其中车身界定车辆纵向方向、车辆横向方向和车辆高度方向。车头段落被构造为车辆正常运行时形成一种前部独立的车辆末端。扰流器被设置在所述独立车辆末端和一个车身行驶机构局部前端之间的车辆纵向方向内的车身底部，使独立车辆末端与行驶机构相连接。扰流器被构造为车辆运行时对从独立车辆末端到行驶机构局部的车身的底部吹过的气流产生作用。最后扰流器被构造为通过偏转区域给车身行驶机构局部前端上扰流器的分流棱边区域内的气流一个向下的主要流动方向，所述的主要流动方向与车辆纵向方向倾斜约至少3°，优选的是至少4°，更优选的是至少6°，通常3到°30°。原则上，把主要气流方向可以有任意大向下偏转。然而特别有利的是，不要气流过于向道床方向偏转，以尽可能避免不利的影响，例如流动阻力增加、引发碎石回升等。因此最好主要流动方向与车辆纵向方向倾斜约3°到30°，优选的是约5°到20°，更优选的是约7°到15°，更优选的是约4°到8°，更优选的是约5°到7°，尤其是约6°到9°。

此外原则上，车辆横向方向的偏转区域可以通过一个任意足够大的车身段落进行延伸。优选车辆横向方向里的偏转区域延伸超过至少60%的行驶机构轨距，优选的是超过至少80%，更优选的是超过至少100%，更优选的是超过至少120%，由此可以极其有效的强烈降低声音发射。

通常偏转区域是一个连续的优选安置在车辆横向方向中间的区域。然而偏转区域也同样可由多个相互独立的段落组成，这些段落可以把主要流动方向向下偏转到所述的边缘。

通过一个靠近扰流器的分流棱边的扰流器的扰流段落向下偏转气流。为了达到向下偏转，这样设计扰流段落使它沿车辆高度方向减小扰流器的分流棱边供气流自由流动的横截面面积。原则上，可随意选择车辆纵向方向的扰流段落尺寸，只要可获得足够强或持续的对气流的影响，所述的影响保障一个相应的扰流器的分流棱边后向下倾斜的主要流动方向。

如果车辆纵向方向的扰流器的分流棱边设置在与独立车辆末端较远的扰流器的分流棱边间距内，依据本发明所述车身模块优选选项方案的车辆纵向方向扰流段落延伸超过扰流器的分流棱边间距的至少10%，优选的是超过至少20%，更优选的是超过10%至30%。由此可获得一种极其有利的持续的对气流的影响。

在本发明优选的选项方案中，和气流共同作用的扰流表层被设计为一个基本连续光滑的表层，应理解为这些不必须这样。相反扰流表层或多或少可以与一个这样连续光滑的表层显著偏差，例如（规则或不规则形式分布）可以设定凸起、凹陷、局部中断等部分。仅具有决定性的是这样设计界定包络线的扰流表层可以实现想要的强大或持续对气流的影响。

本发明优选的选项方案中位于垂直于车辆横向方向齿状截面的扰流表层区域内包络线上的切线与车辆纵向方向倾斜约至少3°的第一倾角，优选的是3°到10°，更优选的是3°到8°，更优选的是约3°到6°。与此可获得一个非常有利的向下气流偏转。优选的是增加扰流器的分流棱边第一倾角，因为由此可以获得一个非常有利的对气流的影响。

为了偏转足够多的用于降低声音发射的空气量，优选的扰流段落在车辆横向方向通过一个足够宽的段落延伸。优选的车辆横向方向的扰流段落延伸超过行驶机构轨距的至少80%，优选的是超过至少100%，更优选的是超过至少110%至120%。

可以在距离扰流段落的一定间距内构造扰流器的分流棱边，例如在单独的组件上。然而优选的是扰流段落独自形成扰流器的分流棱边。扰流器的分流棱边可以具有一个任意合适的走向（至少部分的直线和/或至少部分的弯曲）。根据本发明更加简单的设计选项方案扰流器的分流棱边基本直线形形成。

此外原则上，扰流表层可以具有一个任意路线。因此例如表层可以至少逐段的设计为带有直线形断面轮廓（在垂直于车辆横向方向的平面上）的单一平坦表面。附加地或可选地扰流表层也可以包括一个至少逐段单重或多重弯曲的设计。特别是扰流段落可包含一个基本上呈圆柱形的扰流表层或一个基本上呈椭圆形的扰流表层或一个基本上呈双曲面的扰流表层。

此外扰流表层的垂直于车辆纵向方向的截面具有一个基本上呈凸形的第一断面轮廓而其垂直于车辆横向方向的截面具有一个基本上呈凹形的第二断面轮廓。由此便可以非常有利的适配用于高速交通的车辆的剧烈聚集到车尖的几何结构。

特别是在高速交通领域研发值得一提的是，尽可能将约靠近车尖的车身越尽量向下向针对车辆待行驶路段的结构边界外壳延伸。特别是纵向方向中心平面区域相比侧面优选更强烈地取消拉深车尖。由此原则上可以达到侧面挤出绝大部分涌来的空气，并由此不会到达车辆下面，在那里车身由于行驶机构区域内有裂缝的结构可能导致所述的声学问题。这种车身的另外一个优点在于减少车辆气动阻力和减轻车道气动负荷。车道气动负荷可导致所述的碎石回升，碎石回升时卷起道床里的物体，如所用碎石的其他部件，并且这可能损坏车辆和周围事物（基础结构或最坏的情况下甚至路人）。

本发明有优势的尽可能接近结构边界外壳的车身外壳设计方案以一种非常有利的方式与根据本发明的气流向下偏转相统一，通过扰流器包含一个位于扰流段落之前的扩散器段落，扩散器段落延伸到独立车辆末端和扰流段落之间而且沿车辆高度方向增加扰流器的分流棱边供气流自由流动横截面面积。

通过扩散器段落扩大的流动横截面可以把到达车辆底部的气流首先通过扩散器段落向上偏转，然后可以把该气流通过扰流段落再次向下偏转，由此可以获得扰流器的分流棱边后剪切层想要的偏转。对此不但可以把扩散器段落前的外壳延伸到车尖，而且可以把扰流器的分流棱边直接引向结构边界外壳且因此总体减少到达行驶机构局部区域内的空气量。

而扩散器段落可以具有一个任意合适的长度，只要可以获得上述的扰流功能。车辆纵向方向的扩散器段落优先延伸超过扰流器的分流棱边间距的至少15%，优选的是超过至少25%，更优选的是超过15%至45%，因为以此可以获得非常有利的扰流特性。

原则上，如上述针对扰流表层的说法同样适用于和气流共同作用的扩散器段落的表层设计。优选的如此构造扩散器表层，使位于垂直于车辆横向方向齿状截面里扩散器表层区域的包络线的切线与车辆纵向方向倾斜约至少1°的第一倾角，优选的是2°到7°的第一倾角，更优选的是3°到5°的第一倾角，更加优选的是3°到6°的第一倾角。

在车辆横向方向也可以再次设定一个任意合适的扩散器段落的伸展。特别是在相应的宽头设计时，扩散器宽度可以设定最高超过轨距的120%。优选方案车辆横向方向的扩散器段落延伸超过行驶机构轨距至少20%，优选的是超过至少30%，更优选的是超过20%到40%，因为对此可获得非常有利的构造。

优选的方案扩散器段落也可以具有一个基本平滑的表层。此外扩散器截面优选的具有一个至少一重弯曲的，特别是一个基本上呈圆柱形的表层或者一个双重弯曲的表层，特别是一个基本上呈椭圆形或双曲面的表层。

一种无噪音扰流的有利设计可得出，当扩散器段落具有一个扩散器表层时，其垂直于车辆纵向方向的截面有一个基本上呈凸形的第三断面轮廓且垂直于车辆横向方向的截面具有一个带有拐点的第四断面轮廓。

优选的设计在扩散器段落和扰流段落之间具有扰流器的一个过渡段落，其中位于垂直车辆横向方向齿状截面的过渡截面区域内包络线的切线尤其会不断改变与车辆纵向方向的倾角。附加地或可选地设定一个位于扩散器段落之前的扰流器进流段落，其中位于垂直车辆横向方向齿状截面里进流段落区域内包络线的切线改变与车辆纵向方向的倾角，尤其是连续性改变至一个零值。两个段落有扰流无噪音的优点。

如果针对车身设定一个所述的结构边界外壳，车身必须可固定该外壳，这样优选的方案设定一个位于扩散器段落之前的扰流器进流段落，所述进流段落至少在车辆高度方向基本接近结构边界外壳，以获得上述尽可能地侧面挤压流入的气流。

根据本发明车身模块更加有利的设计扰流器被构造为在扰流器的分流棱边之前的进流段落和扰流器的分流棱边之间的车身底部形成一个车身外壳的轻微弯曲。在这种情况下扰流器具有一个和气流共同作用界定包络线的扰流表层，其中横向方向区域垂直于车辆横向方向齿状截面里的包络线具有一个基本S形的断面轮廓。由此可以同样实现上述有利的引导车辆底部的气流。

优选的方案车辆横向方向的横截面延伸超过至少行驶机构轨距的50%，优选的是超过至少80%，更优选的是超过100%，因为由此便可以极其有利影响足够大面积的剪切层。

如果车辆纵向方向的扰流器的分流棱边设置在距离独立车辆末端较远的扰流器的分流棱边间距内，且车辆纵向方向的进流段落远离独立的车辆末端延伸扰流器的分流棱边间距的35%至65%，优选的是40%至60%，更优选的是45%至55%。

如果针对车身设定一个所述的结构边界外壳，该车身必须可固定该外壳，独立车辆末端具有一个在车辆高度方向高于结构边界外壳的车尖峰高（也就是车头段落最前点的高度），这样车辆纵向方向进流段落额外或可选的优先延伸到独立车辆末端车辆峰高的150%至300%，优选的是车辆峰高的175%至275%，更优选的是车辆峰高的200%至250%。以此可获得利于尽可能侧面挤压气流的最佳设计。

根据本发明车身模块的优选选项方案的进流段落如同所提及的至少在车辆高度方向基本接近结构边界外壳。附加或可选地可在基本是圆顶形的车身底部凸出部分区域内构造进流段落，一变以一种特别简单的方法提早侧向挤压流入气流。

正如上文所提及的，优先基本直线形形成扰流器的分流棱边。附加或可选地扰流器的分流棱边至少在车辆高度方向可基本接近所述结构边界外壳。

根据本发明车身模块的优选选项方案在扰流器的分流棱边区域内构造多个用于引入涡流到流分离后扰流器的分流棱边附近形成的剪切层里的扰流子元件。以此达到开始时叙述的避免由于剪切层内周期形成的涡旋造成的噪音排放的优点。另外一个优点在于避免周期性强大涡流的形成并从而减少或避免轨道上气动负荷的负荷峰值。也可以由此有效缩小已提及的碎石回升问题。

原则上，可以任意合适的方式构造扰流子元件。尤其是扰流子元件中的至少一个可被实施为车身底部鳍状的凸出部分。其中扰流子元件可具有一个任意车辆纵向方向的对齐。优选的扰流子元件设置成与车辆纵向方向倾斜。这有一个优点，采用这种方式引入剪切层的气流可以基本在车辆横向方向起作用，由此产生带有靠近车辆纵向方向齿状旋转轴的纵向方向漩涡，该漩涡不会导致不期望的由扰流子元件引起的车辆高度方向增强的剪切层扩大。优选的至少扰流子元件中的一个元件被构造使其上出现的车辆横向方向的气流的一部分被车身纵向方向中心平面转移，因为以此可极其有利的把气流紊乱引入剪切层。

应注意到，设置扰流子元件与主要流动方向倾斜，不能带来值得一提的剪切层扩大，但是它描述一种不依赖把剪切层向下偏转的独立受保护的发明理念。

此外本发明涉及一种带有根据本发明的车身模块的车身。在此根据本发明的车身模块可以构造为独立模块，该模块可以附加安装到车身上。在这种情况下特别适合作为现有车辆的改造解决方案，所述现有车辆至今具有一种带有平行于车辆纵向方向轴的齿状车身底部的常规性设计。

然而根据本发明的其他选项方案本车身模块例如也可以形成一个完整的车身顶部模块，必要时也可形成完整的车身。

此外本发明涉及一种车辆车身，特别是适用于高速交通的轨道车辆，具有一个车头段落、用于容纳连接车头段落行驶机构的行驶机构局部，和一个扰流器，其中车头段落界定车辆纵向方向，车辆横向方向和车辆高度方向。车头段落被构造为在车辆正常以额定运行速度运行时形成一种前部独立的车辆末端。行驶机构局部包括一个前端，该前端相比行驶机构局部末端更靠近车辆纵向方向的独立车辆末端。

扰流器被设置在所述独立车辆末端和一个车身行驶机构局部前端之间的车身底部。扰流器被构造为车辆运行时对从独立车辆末端到行驶机构局部的车身的底部吹过的气流产生作用。此外扰流器被构造为通过偏转区域给车身行驶机构局部前端上扰流器的分流棱边区域内的气流一个向下的主要流动方向，其中主要流动方向这样向下倾斜：流分离后在扰流器的分流棱边附近形成剪切层，通过流动过程中车辆高度方向的扩大，增加剪切层局部的高度延伸，特别是在额定速度时，超过最多局部高度延伸的40%到50%冲击到行驶机构上，优选的是最多局部高度延伸的20%，更加优选的是最多局部高度延伸的10%，附加或可选地主要流动方向可这样倾斜向下，剪切层超过最多局部高度延伸的40%冲击到所述行驶机构局部末端上，优选的是最多局部高度延伸的20%，更加优选的是最多局部高度延伸的10%。以此也可以相同程度的实现上述的选项方案和优点，关于这一点只在上述的实施案例被提及。

本发明最后仍涉及具有根据本发明车身的车辆。在这种情况下它可以涉及到具有任何高额定运行速度的任意车辆。本发明可以特别有利的投入到额定运行速度在250km/h以上，特别是300km/h以上的高速交通车辆上使用。

附图说明

本发明其他优选的实施例可从从属权利要求或者从后续与所附图示相关的优选实施方案的说明书中得出。

图1示出了根据本发明车辆一个优选的实施方案中的一部分的示意透视图；

图2示出了图1车辆的示意性侧视图；

图3示出了图1车辆的示意性前视图；

图4示出了纵向方向中心平面(xz平面)图1车辆外壳z坐标的走向；

图5示出了图3中沿V-V线车尖区域内车辆外壳的一部分的示意性剖面图；

图6示出了图3中沿VI-VI线车尖区域内车辆外壳的一部分的示意性剖面图;

图7示出了图3中沿VII-VII线车尖区域内车辆外壳的一部分的示意性剖面图;

图8示出了图3中沿VIII-VIII线车尖区域内车辆外壳的一部分的示意性剖面图;

图9示出了从下面图1车尖区域内的车辆外壳示意透视图；

图10示出了图9中沿X-X线车尖区域内车辆外壳的一部分的示意性剖面图;

图11示出了图9中沿XI-XI线车尖区域内车辆外壳的一部分的示意性剖面图;

图12示出了图9中沿XII-XII线车尖区域内车辆外壳的一部分的示意性剖面图。

具体实施方式

下面以轨道车辆101的形式参照图1至12描述根据本发明车辆的优选的实施例。轨道车辆101涉及一种适用于高速交通的动车组的列车尾车，其额定运行速度在250km/h以上，也就是Vn=300km/h。

应注意到，当车辆101恒速在平直轨道上行驶时，只要没有其他明确说明，下面的实施例的气流状态不考虑侧面风或这一类的影响。应该理解为，存在这种运行状态的偏差（例如由于转弯行驶或侧面风等）时，可能导致所述的气流情况特别是气流方向的偏差，然而原则上的论断仍然基本适用。

车辆101包含一个界定车辆101外壳102.1的车身102。车身102在他的两个末端以常规方式支撑在转向架103形式的行驶机构上。然而应该理解为，本发明也可以和其他车身配置连接起来使用，其中车身完全支撑在行驶机构上的。

为了更容易理解下面的解说在附图中使用（转向架103的轮接触面103.1规定的）车辆坐标系统x，y，z进行说明，其中x坐标代表轨道车辆101的纵向方向，y坐标代表轨道车辆101的横向方向，z坐标代表轨道车辆101的高度方向。

车身102包含一个车身段落104和根据本发明优选实施例与之连接的车身模块车头段落105。车身段落104具有（除了车辆功能组件局部的截面外，如继电器、顶盖容器等）一个基本棱柱形结构(带有沿车辆纵向方向基本相同的外壳102.1断面轮廓)。与之相反车头段落105不但可以在车辆高度方向而且可以在车辆横向方向尖细到车辆101末端，以至于车头段落在车辆101运行时可以形成一个独立车辆101末端。其中在车头段落105设定一个驾驶员车厢，由此驾驶员可以控制车辆101，当车头段落105在车辆101正常运行时形成车辆101的前端101.1（也就是行驶方向指向正x轴方向，只要没有其他明确的说明，下面就以此为假设）。

转向架103设置在车身102的行驶机构局部106内，通过前壁106.1把行驶机构局部界定在车身前端且通过后壁106.2把行驶机构局部界定在车身末端，通过上壁106.3把前壁和后壁相互连接起来。对于行驶机构两侧通过挡板106.4界定行驶机构局部106.

前壁106.1的下端在这种运行形式中形成一个扰流器的分流棱边107，在此处（从独立车辆末端到行驶机构局部106的车身102的底部102.2吹过的）气流被车身102的外壳102.1剥离。车辆纵向方向的扰流器的分流棱边107设置在距离独立车辆末端101.1较远的扰流器的分流棱边间距DA内（见图2）。

在本实施例中基本直线形构造扰流器的分流棱边107（特别是见图9）。然而应该理解为，扰流器的分流棱边在本发明的其他选项方案中可以包含一个任意合适的走向（例如至少逐段的直线性和/或至少逐段弯曲的）。

气流剥离后由于在行驶机构局部106内和位于其下面的道床间隙内不同的流速形成了所述的剪切层108。剪切层108内气流情况由于速度差极不稳定，这使得除车辆高度方向（z方向）的剪切层扩大外在接下来的流动过程中会周期性的卷起漩涡。

这种周期性的漩涡形成在常规车辆中会造成此车辆区域内主要的声音发射。漩涡对末端车辆组件的冲击也会加强这一影响，特别是转向架组件和车辆局部后壁。这些组件因此激发振荡和声音发射。为了降低声音发射，根据本发明的末端模块105在独立车辆末端101.1和扰流器的分流棱边107之间车辆纵向方向底部具有一个扰流器109。扰流器109通过偏转区域110给扰流器的分流棱边107区域内的气流一个向下的主要流动方向111，主要流动方向与车辆纵向方向倾斜约a=6°（见图5），其中角可能偏差±1°。

本发明其他优选的选项方案通过偏转区域110给扰流器的分流棱边107区域内的气流一个向下的主要流动方向111，主要流动方向与车辆纵向方向倾斜约a=9°（见图5），其中角可能偏差±1°。

如同从图5至图8中可得出的一样，当a=6°主要流动方向111的角偏转在偏转区域内110超过轨距W（带有上述公差）。仅在轨距之外的边界区域里主要流动方向111的偏转角轻微上升至约8°。选项方案a=9°时超过宽度B角度基本保持恒定。

借此可以以有利的方式把剪切层108向下偏转，从而如果车辆101处在额定运行速度时，剪切层冲击转向架103最高超过10%的局部的高度延伸。借此在接下来的流动过程中剪切层108可冲击行驶机构局部106的后壁106.2最高超过20%的局部的高度延伸。两种效果可以有效的降低上面提及的车辆组件振荡的激发和由此诱发的声音发射。

应理解为原则上主要流动方向111向下的偏转可以选择随意大，以获得上述的效果。特别是为了与后续车辆组件的调整或适配，可以通过车辆宽度（也就是在车辆横向方向）改动角度a。为了尽可能避免不利影响如流动阻力增加、碎石上升，当把气流在道床方向不会太剧烈的向下偏转时，这也是非常有利的。

偏转区域110在车辆横向方向延伸超过扰流器的分流棱边107整个宽度。如同从图3中可得出的一样，扰流器的分流棱边107或偏转区域110延伸超过宽度尺寸B，宽度尺寸B等于转向架103轨距W的110%。

在这种情况下应理解为，原则上根据本发明的其他选项方案偏转区域110在车辆横向方向可以延伸超过任意足够大的车身段落。其中根据本发明的车辆中间区域内的偏转非常重要。优选的偏转区域从车辆中心两侧在车辆横向方向延伸超过20%至40%的轨距W。

可通过扰流器109的扰流段落109.1把气流向下偏向，扰流段落在此形成扰流器的分流棱边107并因此直接邻近扰流器的分流棱边107。为了获得向下偏向，这样设计扰流段落109.1可以使得其沿车辆高度方向减小扰流器的分流棱边107气流自由流动横截面面积，如同特别是从图4中可得出的一样。

其中图4描述了基于独立车辆末端101.1（涉及扰流器的分流棱边间距DA）间距d的车辆纵向方向中心平面（图3截面v-v）内结构边界外壳112上外壳102.1断面轮廓（涉及车尖高度HN）高度h的变化。其中结构边界外壳112标示包络曲面，包络曲面上车身（位于平直轨道上的车辆101）不允许被穿透。通常车辆待行驶的路段都规定了这个结构边界外壳112。

如同从图4中可得出的一样，为了可以足够强或持续的对气流的影响，在本实施例中扰流段落109.1在车辆纵向方向延伸超过约15%的扰流器的分流棱边间距DA。然而应理解为，原则上可随意选择车辆纵向方向扰流段落的规格，只要可以足够强度或持续的影响气流，从而确保扰流器的分流棱边后107一个相应向下倾斜的主要气流方向111。

在本实施例中和气流共同作用的扰流段落109.1的扰流表层109.2被设计为一个基本连续的光滑表层，其中扰流表层109.2上的切线在图5剖面图点107中与车辆纵向方向倾斜小于第一倾角a=6°。在本实施例中第一倾角a以a=3°为起点在扰流器的分流棱边流动方向持续增加，因为以此用所述主要流动方向约6°的向下偏转可以极其有利的影响气流。

本发明其他优选的选项方案扰流表层109.2上的切线在图5剖面图点107中与车辆纵向方向倾斜小于第一倾角a=9°，其中角可能偏差±1°。

然而应理解为在其他的选项方案中可以设定任意其他扰流段落上的倾角变化。特别是，至少可以部分地设定一个倾角渐高和/或渐低的走向。附加或可选地，也可以至少逐段地设定一个恒定的倾斜角。

此外应理解为扰流段落不要必须包含一个不连续的平滑表层。相反扰流表层可以或多或少地明显偏离这样的连续平滑表面，例如（规则或不规则形式分布）可以设定凸起、凹陷、局部中断等部分。仅具有决定性的是这样设计扰流表层可以界定相应的包络线并达到想要的强大或持续的对气流的影响。

原则上，本发明其他选项方案扰流表层可以具有一个任意的变化。因此例如扰流表层可以至少逐段设计为具有直线性断面轮廓的单一平坦表面（垂直于车辆横向方向的平面）。附加或可选地，扰流表层也可以包括一个至少逐段单重或多重弯曲的设计。

如同其他图5至图8和图10至图12描述的外壳102.1剖面得出的一样（也见图3和图9），当扰流表层在截面垂直于车辆横向方向具有一个基本上呈凹形的第二断面轮廓113时，扰流表层109.2在截面垂直于车辆纵向方向具有一个基本上呈凸形的第一断面轮廓113。由此可以非常有利的适配车辆末端细长延伸的几何结构。

为了尽可能侧面挤出大部分的流动空气并由此可以使这一部分不会到达车辆下面（由于有裂缝的设计这一部分在转向架103区域内可能导致所述的声学问题），把在扰流器的分流棱边圆柱形前端114的车辆底部外壳102.1拉伸到邻近结构边界外壳112。特别是如同从图4中可得出的一样，外壳102.1最低点PT在车辆纵向方向约位于车尖101.1和扰流器的分流棱边107的中间，即距车尖101.1约57%的扰流器的分流棱边间距的距离。

然而应理解为，本发明其他选项方案特别是带有更大扰流器的分流棱边间距的车辆上圆顶形段落可以设置其他的距车尖或扰流器的分流棱边的距离。涉及到扰流器的分流棱边间距时，为了可以及早挤压气流，优选圆顶形末端靠近车尖。

特别是在高速交通方面这种具有尽可能接近结构边界外壳112的外壳102.1的有利的设计在本实施例中以一种非常有利的方式根据本发明把气流偏向扰流器的分流棱边区域，其中扰流器109具有一个位于扰流段落109.1前的扩散器段落109.3。

该扩散器段落109.3在独立的车辆末端101.1和扰流段落109.1之间延伸，其中它这样构成，即它从最低点PT开始在流动方向上（即朝向扰流器的分流棱边107）以扩散器的方式提高了自由横截面，该自由横截面在车辆高度方向上供气流（在外壳102.1和道床之间）流动使用。

通过该扩散器段落109.3实现的气流横截面扩展，使抵达车厢102下方的气流首先通过扩散器段落109.3朝上偏转，以便它们随后能通过扰流段落109.1再次朝下偏转（尤其见图5），因此能按期望地偏转主要流动方向111，并因此在扰流器的分流棱边107的后方区域中获得剪切层108。

因此在本实施例中，不仅在车辆顶端上位于扩散器截面109.3前方的外壳102.1能够引导至车尖，而且扰流器的分流棱边107能直接（必要时甚至完全地）引导经过结构边界外壳112，并因此减少主要抵达行驶机构局部106区域内的空气量。

为了尤其有效地实现侧面挤压，扰流器109的进流段落109.5被构造位于扩散器段落109.3的前方，在该扰流器的区域中外壳102.1上在与车辆横向方向垂直延伸的剖面中的切线朝车辆纵向方向持续地将其斜度变为零值。

该扩散器截面还可具有任意的适当的长度，只要能达到上述引导功能。在本实施例中，该扩散器截面109.3在车辆纵向方向上延伸扰流器的分流棱边间距DA的26%，因为由此可达到尤其有利的扰流表现。

对于进流段落来说类似的是，它在车辆纵向方向上可具有任意的适当的长度和位置。在本实施例中，该进流截面109.5在车辆纵向方向上一直延伸至最低点PT，并对应分流棱边间距DA的57%的距离。就结构边界外壳112上的车辆顶端高度HN而言，进流段落109.5在车辆纵向方向上一直延伸至车辆顶端高度HN的250%的距离。换言之，在车辆101的车头段落朝下拉的情况下，能以有利的方式非常提前地出现气流的侧面挤压。

圆顶状末端114和扩散器截面109.3在车辆横向方向居中地在车辆转向架103的约30%轨距W上延伸，因此可实现尤其有利的造型，其具有有利的、提前的气流挤压。

在扩散器段落109.3的与气流共同作用的扩散器表面109.4的构造方面，原则上适用以上关于引导表面109.2所作的表述。该扩散器段落尤其还可分别至少逐段地具有平坦的、至少单重弯曲的、尤其基本上呈圆柱形的表面，或具有双重弯曲的表面，尤其具有基本上呈椭圆形或双曲线的表面。

在本实施例中，扩散器表面109.4构成为持续的、平滑的表面，其中切线在扩散器表面109.4上在垂直于车辆横向方向延伸的剖面中（尤其在图5的车辆纵向方向中间平面）以第二倾斜角度朝车辆纵向方向倾斜。该第二倾斜角度在此从最低点PT区域内的零值首先持续地上升至5°，直到它在转折点WP之后再次降至零值，它在此到达最高点PH。在本实施例中，扩散器截面109.3的最高点PH位于距车辆顶端101.1约83%的扰流器的分流棱边间距DA的的距离，而转折点WP大约居中地在最低点PT和最高点PH之间。

为了无干扰地引导气流，并且为了简单地集成在车头段落的几何形状中，在本实施例中通过以下方式有利的构造，即扩散器表面109.4的垂直于车辆纵向方向的截面具有基本上凸起的断面轮廓（见图11和12），并在垂直于车辆横向方向的截面具有所述的带转折点WP的断面轮廓。

在扩散器段落109.3和扰流段落109.1之间设置过渡部段109.6，在该区域内切线在外壳109.2上在垂直于车辆横向方向延伸的截面中朝向车辆纵向方向从零值开始持续地改变其倾斜，因此确保在扩散器截面109.3和扰流段落109.1之间具有无干扰的过渡。

因此总的说来，通过扩散器截面109.3、过渡部段109.6和扰流段落109.1在外壳102.1中实现了轻微的弯曲，其具有基本上呈S状的断面轮廓，尽管圆顶状末端114引导经过结构边界外壳112，通过该弯曲仍可使主要流动方向111朝下地实现所述偏转。此外，在扰流器的分流棱边107的区域内，17个扰流子元件115分别朝纵向方向中间平面的两侧进行布置。这些扰流子元件115用来把涡流带入剪切层108中，该剪切层在流分离之后在扰流器的分流棱边107上形成。由此通过在剪切层108内部周期性地形成涡流，来达到避免噪音排放的前述优点。

如同尤其从图9至12可知的一样，每个扰流子元件115都构成为外壳102.1下侧上的短鳍状的隆起，它们的下边缘一直达到结构边界外壳112。该扰流子元件115在此设置得朝车辆纵向方向和车辆横向方向倾斜。

其优点是，带到剪切层108中的干扰可能主要在车辆横向方向或在剪切层108的包含主要流动方向111的主延伸平面中起作用。相应地，在车辆高度方向上或垂直于剪切层108的主延伸平面不会出现不期望的由扰流子元件115导致的剪切层108的明显扩展。

扰流子元件115这样设置，即它们把在它们上面出现的气流部分在车辆横向方向上从车厢的纵向方向中间平面中偏转出来，因为由此涡流尤其有利地引导到剪切层108中。扰流子元件115的长度这样选择，即它们可在车辆横向方向上或在剪切层的主延伸平面内足够强烈地偏转在它们上面出现的气流部分，其会在剪切层108中引起充足的细微涡流，而不会使它横向方向于主延伸平面明显地额外地扩展。

应理解，这些扰流子元件在本发明的其它选项方案中原则上能以其它任意的方式构成。这些扰流子元件尤其可朝车辆纵向方向具有任意的适当的对齐，只要它们能在其主延伸平面中在剪切层中引起所述的充足的细微涡流。

在此还再次指出，扰流子元件115的这种朝主要流动方向倾斜的布局是与剪切层朝下偏转无关的独立受保护的发明理念。该布局在剪切层中引起充足的细微涡流，但不会使剪切层横向方向于主延伸平面明显地扩展。

本发明在上面已借助实施例进行描述，顶部模块作为整体构件集成在按本发明的扰流装置中。但应理解，按本发明的车厢模块在本发明的其它选项方案中也可构成为单独的模块，它也可事后安装在现有的车厢上，如同在图9中通过虚线轮廓116标出的一样。在这种情况下，它尤其适合当作翻新构件用于现有车辆，该现有车辆迄今具有常规的造型，该造型具有与车辆纵轴平行延伸的车厢底部。

本发明已在上面借助实施例进行描述，其中按本发明的流体引导装置构造在前行驶机构上。但应理解，按本发明的扰流器在本发明的其它选项方案中当然还附加或备选地设置其它行驶机构的区域内。还应理解，按本发明的扰流器当然还在相关行驶机构的两侧进行构造。

本发明在上面只是用来描述动车组的车辆实例。但应理解，本发明还可结合其它轨道车辆使用。此外，本发明只是结合轨道车辆进行描述。但应理解，它也可结合其它任意的车辆来用，以便减少声音发射，减少气流阻力，减少车道上的空气动力学的负荷。

Claims (15)

1.一种车身模块，其特征在于：所述车身模块构成一个行驶机构（103）支撑的车辆的车身（102）的车头段落（105）的至少一部分，特别是构成带有扰流器(109)的适用于高速交通的轨道车辆的一部分，所述车身模块包括：

-一个扰流器，其中

-所述车身（102）定义车辆纵向方向、车辆横向方向和车辆高度方向，

-所述车头段落（105）被构造为车辆正常运行时形成一种前部独立的车辆末端（101.1），

-所述扰流器（109）被构造为设置在所述独立车辆末端（101.1）和一个车身行驶机构局部（106）前端之间的车辆纵向方向内的车身（102）底部（102.2），使独立车辆末端（101.1）与行驶机构（103）相连接，且

-所述扰流器（109）被构造为车辆运行时对从独立车辆末端（101.1）到行驶机构局部（106）的车身的底部（102.2）吹过的气流产生作用。

其特征在于，

-所述扰流器（109）被构造为通过偏转区域（110）给车身行驶机构局部（106）前端的扰流器的分流棱边（107）区域附近的气流一个向下的主要流动方向（111），所述的主要流动方向（111）与车辆纵向方向倾斜约至少3°，优选的是至少4°，更优选的是至少6°。

2.根据权利要求1所述的车身模块，其特征在于，

-所述主要流动方向（111）与车辆纵向方向的倾角约为3°到10°，优选的是约4°到8°，更优选的是约5°到7°，尤其是约6°到9°

且/或

车辆横向方向里的偏转区域（110）延伸超过至少60%的行驶机构（103）轨距，优选的是超过至少80%，更优选的是超过至少100%。

3.根据权利要求1所述的车身模块，其特征在于，

-车辆纵向方向内的扰流器的分流棱边（107）与独立车辆末端（101.1）的距离在分流棱边间距以内，

-所述扰流器（109）具有一个与气流共同作用的界定包络线的扰流表层（109.2），且

-所述扰流器（109）具有一个邻近扰流器的分流棱边（107）的扰流段落（109.1），所述的扰流段落在独立车辆末端（101.1）和扰流器的分流棱边（107）之间延伸且沿车辆高度方向减小扰流器的分流棱边（107）处供气流自由流动的横截面面积，其中

-车辆纵向方向的所述扰流段落（109.1）延伸超过扰流器的分流棱边间距的至少10%，优选的是超过至少20%，更优选的是超过10%至30%。

且/或

-所述扰流段落扰流（109.1）具有一个和气流共同作用的扰流表层（109.2），其中位于垂直车辆横向方向的齿状截面的扰流表层（109.2）区域内包络线上的切线与车辆纵向方向倾斜至少约第一倾角3°，优选的是3°到10°，更优选的是3°到8°，更加优选的是3°到6°，其中第一倾角特别增加到扰流器的分流棱边（107）。

且/或

-车辆横向方向的所述扰流段落扰流（109.1）延伸超过至少行驶机构（103）轨距的80%，优选的是超过至少100%，更优选的是超过至少110%。

4.根据权利要求3所述的车身模块，其特征在于，

-所述扰流段落扰流（109.1）形成所述的扰流器的分流棱边（107），其中特别是基本直线性形成所述的扰流器的分流棱边（107），

且/或

-所述扰流段落扰流（109.1）具有一个基本平滑的扰流表层（109.2）

且/或

-所述扰流段落扰流（109.1）具有一个至少单重弯曲的扰流表层（109.2），特别是一个双重弯曲的扰流表层（109.2）

且/或

-所述扰流段落具有一个基本上呈圆柱形的扰流表层或一个基本上呈椭圆形的扰流表层或一个基本上呈双曲面的扰流表层。

且/或

-所述扰流段落扰流（109.1）具有一个扰流表层（109.2），其在位于垂直于车辆纵向方向的截面具有一个基本上呈凸形的第一断面轮廓（113）且在位于垂直车辆横向方向的截面具有一个基本上呈凹形的第二断面轮廓（113）。

5.根据权利要求3或4所述的车身模块，其特征在于，

-所述扰流器（109）具有一个位于所述扰流段落（109.1）之前的扩散器段落（109.3），所述的扩散器段落（109.3）延伸到所述独立车辆末端（101.1）和所述扰流段落（109.1）之间而且沿车辆高度方向增加扰流器的分流棱边（107）气流的自由流动横截面面积，其中

-车辆纵向方向的所述扩散器段落（109.3）延伸超过至少扰流器的分流棱边间距的15%，优选的是超过至少25%，更优选的是超过15%至45%

且/或

-所述扩散器段落（109.3）具有一个和气流共同作用的扩散器表层（109.4），其中位于垂直车辆横向方向的齿状截面的扩散器表层（109.4）区域内包络线的切线与车辆纵向方向倾斜约至少1°的第一倾角，优选的是2°到7°的第一倾角，更优选的是3°到5°，更加优选的是3°到6°

且/或

-车辆横向方向的所述扩散器段落（109.3）延伸超过至少行驶机构（103）轨距的20%，优选的是超过至少30%，更优选的是超过20%到40%。

6.根据权利要求5所述的车身模块，其特征在于，

-所述扩散器段落（109.3）具有一个基本平滑的表层（109.4）

且/或

-所述扩散器段落（109.3）具有一个至少单重弯曲的，特别是一个基本上呈圆柱形的表层或者一个双重弯曲的所述表层（109.4），特别是一个基本上呈椭圆形或双曲面的表层，

且/或

-所述扩散器段落（109.3）具有一个所述的扩散器表层（109.4），其垂直于车辆纵向方向的截面具有一个基本上呈凸形的第三断面轮廓（113）而其垂直于车辆横向方向的截面具有一个带有拐点的第四断面轮廓（113）。

7.根据权利要求5所述的车身模块，其特征在于，

-所述扰流器（109）的一个过渡段落（109.6）设定在所述扩散器段落（109.3）和所述扰流段落（109.1）之间，其中位于垂直车辆横向方向齿状截面里的过渡截面区域内包络线的切线尤其会连续改变其与车辆纵向方向的倾角

且/或

-设定一个位于所述扩散器段落（109.3）之前的扰流器（109）进流段落（109.5），其中位于垂直车辆横向方向齿状截面的进流截面区域内包络线上的切线改变其与车辆纵向方向的倾角，至到一个零值，尤其是连续性改变。

且/或

-针对所述车身（102）设定一个结构边界外壳（112），所述车身（102）必须可固定该外壳，并且设定一个位于所述扩散器截面（109.3）之前的扰流器（109）进流段落（109.5），所述进流段落至少在车辆高度方向基本接近所述结构边界外壳（112）。

8.根据权利要求5所述的车身模块，其特征在于，

-所述扰流器（109）被构造为在所述扰流器的分流棱边（107）之前的进流段落（109.5）和所述扰流器的分流棱边（107）之间的车身（102）底部（102.2）形成一个车身（102）外壳（102.1）里的轻微弯曲（109.1，109.3），其中

-所述扰流器（109）具有一个和气流共同作用界定包络线的扰流表层（109.2,109.4），且

-区域经过垂直车辆横向方向的齿状截面的横截面（110）的包络线具有一个基本S形的断面轮廓（113）。

9.根据权利要求8所述的车身模块，其特征在于，

-所述车辆横向方向的横截面（110）延伸超过行驶机构（103）轨距的至少50%，优选的是超过至少80%，更优选的是超过100%。

且/或

-车辆纵向方向的扰流器的分流棱边（107）设置在与距离独立车辆末端（101.1）为分流棱边间距以内，且车辆纵向方向的进流段落自独立车辆末端（101.1）延伸扰流器的分流棱边间距的35%至65%，优选的是40%至60%，更优选的是45%至55%

且/或

-针对所述车身（102）预设一个结构边界外壳（112），所述车身（102）必须可固定该外壳，所述的独立车辆末端（101.1）具有一个在车辆高度方向高于结构边界外壳（112）的车辆峰高且车辆纵向方向的进流段落（109.5）自独立车辆末端（101.1）延伸车辆峰高的150%至300%，优选的是175%至275%，更优选的是200%至250%。

10.根据权利要求8或9所述的车身模块，其特征在于，

-针对所述车身（102）设定一个结构边界外壳（112），所述车身（102）必须可固定该外壳，且所述的进流段落（109.5）至少在车辆高度方向基本接近所述结构边界外壳（112）。

且/或

-进流段落（109.5）构造在车身（102）底部（102.2）的基本穹形的凸出部分（114）区域内。

11.根据权利要求1所述的车身模块，其特征在于，

-扰流器的分流棱边（107）基本成直线形

且/或

-针对所述车身（102）设定一个结构边界外壳（112），所述车身（102）必须可固定该外壳，且所述的扰流器的分流棱边（107）至少在车辆高度方向基本接近所述结构边界外壳（112）。

12.根据权利要求11所述的车身模块，其特征在于，

-在所述扰流器的分流棱边（107）区域内设置多个用于引入涡流的扰流子元件（115）到一个流分离后在扰流器的分流棱边（107）附近形成的剪切层（108）里，其中

-尤其是至少形成所述扰流子元件（115）中的一个元件作为车身（102）底部（102.2）鳍状的凸出部分，特别是所述扰流子元件设置成与车辆纵向方向倾斜

且/或

-特别是至少所述扰流子元件（115）中的一个元件被构造使其上出现的车辆横向方向的气流的一部分被车身（102）纵向方向中心平面转移。

13.一种带有根据权利要求1所述的车头段落（105）的车身。

14.根据权利要求13所述的车身，特别是适用于高速交通的轨道车辆的车身，包括

-车头段落（105），

-作为归属于车头段落（105）的行驶机构（103）底座的行驶机构局部（106），和

-扰流器（109），其中

-所述的车头段落（105）界定车辆纵向方向，车辆横向方向和车辆高度方向，

-所述的车头段落（105）被构造为在车辆正常以额定运行速度运行运行时形成一个前部独立的车辆末端（101.1），

-所述的行驶机构局部（106）包括一个前端，该前端相比所述行驶机构局部（106）末端更靠近车辆纵向方向的独立车辆末端（101.1），

-所述扰流器（109）设置在所述独立车辆末端（101.1）和所述行驶机构局部（106）前端之间的车身（102）底部（102.2），且

-所述扰流器（109）被构造为车辆运行时对从独立车辆末端（101.1）到行驶机构局部（106）的车身的底部（102.2）吹过的气流产生作用。

其特征在于，

-所述扰流器（109）被构造为通过偏转区域（110）给车身行驶机构局部（106）前端扰流器的分流棱边（107）区域内的气流一个向下的主要流动方向（111），其中

-所述主要流动方向（111）这样向下倾斜：流分离后在所述扰流器的分流棱边（107）附近形成剪切层（108），通过在车辆高度方向的流动过程中的扩大，增加所述剪切层（108）局部的高度延伸，

-超过最多局部高度延伸的40%击中行驶机构（103），优选的是最多局部高度延伸的20%，更加优选的是最多局部高度延伸的10%，

且/或

-超过最多局部高度延伸的40%击中所述行驶机构局部（106）末端，优选的是最多局部高度延伸的20%，更加优选的是最多局部高度延伸的10%，

15.一种具有根据权利要求14所述的车身的车辆，尤其是额定运行速度在250km/h以上，特别是300km/h以上的适用于高速交通的车辆。

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