CN103723154B - 一种真空管道交通车辆上翘式车头车尾结构 - Google Patents

Abstract

一种真空管道高速磁浮列车的车头与车尾结构，包括在真空管道中运行的磁悬浮列车的头车与尾车，头车通过中间车辆和尾车连接，头车的车头采用上翘的流线形结构，即车头的圆锥形、椭圆锥形或楔形中心线位于列车断面中心线的上方，尾车的车尾采用上翘的流线形结构，即车尾的圆锥形、椭圆锥形或楔形中心线位于列车断面中心线的上方，列车高速运行时，车辆在垂直方向的气动力各分量合力向上，以抵消车辆重量，降低对磁悬浮力的要求，降低运行成本。

Description

一种真空管道交通车辆上翘式车头车尾结构

技术领域

本发明属于真空管道交通车辆构造与空气动力学技术领域，具体涉及一种真空管道高速磁浮列车的车头与车尾结构。

背景技术

真空管道交通是一种尚未实施的新型交通系统，由管道、磁悬浮轨道、直线电机驱动系统、车站和车辆等子系统组成。运营时，管道中抽成一定真空，让磁悬浮车辆在直线电机驱动下行驶。由于消除了空气阻力和机械摩擦阻力，车辆可以在其中超高速行驶。

对管道抽真空需要消耗动力，且耗费时间。真空度越高，抽真空的动力消耗和时间耗费越多，维持真空的成本越高，对管道结构的力学要求越高。若真空度过低（气压较高），则车辆运行的空气阻力难以有效减少，不仅影响速度提高，而且增加运行动力消耗。在管道中真空度一定的情况下，选择适当的车辆外形可有效减少空气阻力，降低运行能耗。因此，有必要对车辆轮廓进行优化设计，以便在不要求提高真空度标准的情况下降低车辆所受的气动阻力。

为了减少空气阻力，已有的高速列车、磁悬浮列车均采用流线型车头设计，其典型的轮廓特征是，无一例外地都采用向下倾斜的楔形车头／车尾，即楔形端头中心总是位于列车断面中心（车辆纵轴轴线）偏下位置，如中国高铁列车CRH、上海磁悬浮Transrapid和日本超导磁悬浮MLX。因为这些列车都是在开放的大气环境中运行，列车高速行驶时上部的气流可以自由扩散，施加在列车垂直向下方向的气体压力很小。而与列车底部相对的是地面／路基，迎面而来进入列车下面的气流受地面局限，不能自由扩散，于是在列车底部形成压缩气体，对列车产生一个很大的垂直向上压力。向上的气体压力远大于气流施加在列车上部的向下气体压力，所以气流在垂直方向上施加在列车上的合力向上，即形成对列车的气浮力。速度越高，气浮力越大，为保证列车安全稳定行驶和不被这种气动浮力颠覆，上述列车都采用了向下倾斜的楔形流线形车头和车尾，以增加气流对列车头部形成的向下压力，使向上的合力不至于太大。

真空管道交通的磁浮列车在封闭的管道中行驶，上部的气流和底部的气流均无法扩散。在列车上部空间和下部空间（相对于管道壁）大致相等的情况下，具有上下对称结构车头的列车，气流在列车垂直方向上不产生气体压差，或者压差很小。因此不必采用向下倾斜的楔形流线形车头。

专利申请“真空管道交通”（US005950543,1999.9.14）采用齐头齐尾的车辆结构。当管道内真空度足够高时，不必考虑流线形车头设计，可采用这种齐头齐尾车辆。但从经济角度而言，在满足运行要求的前提下，真空度越低，运行成本越小。因此真空管道交通车辆有必要适当考虑流线形车头结构。

沿袭地面开放环境中高速列车与磁悬浮列车的车辆端头形状，瑞士地铁（Swissmetro）真空管道车辆设计方案采用了向下倾斜的楔形车头车尾形状。应该注意到，敞开的大气环境和封闭的真空管道环境中，车辆所受的空气动力性质差别很大，瑞士地铁沿用地面环境中列车端部的设计思想，不仅使列车垂直方向所受的气动压力合力矢量方向保持向下，而且这种向下的合力会不适当地偏高。因此瑞士地铁采用向下倾斜的楔形流线形车辆端部形状，既不合理、又不经济。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种真空管道高速磁浮列车的车头与车尾结构，列车高速运行时，车辆在垂直方向的气动力各分量合力向上，以抵消车辆重量，降低对磁悬浮力的要求。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种真空管道高速磁浮列车的车头与车尾结构，包括在真空管道3中运行的磁悬浮列车的头车2与尾车5，头车2通过中间车辆4和尾车5连接，头车2的车头1采用上翘的流线形结构，即车头1的圆锥形、椭圆锥形或楔形中心线位于列车断面中心线的上方，尾车5的车尾6采用上翘的流线形结构，即车尾6的圆锥形、椭圆锥形或楔形中心线位于列车断面中心线的上方。

所述的车头1分为短头、中头、长头三种，短头的车头1长度小于等于车辆断面直径，中头的车头1长度大于车辆断面直径但小于二倍车辆断面直径，长头的车头1长度大于等于车辆断面直径二倍。

所述的车尾6分为短尾、中尾、长尾三种，短尾的车尾6长度小于等于车辆断面直径，中尾的车尾6长度大于车辆断面直径但小于二倍车辆断面直径，长尾的车尾6长度大于等于车辆断面直径二倍。

所述的车头1和车尾6外形与结构相同。

本发明的优点是：列车运行时尾流施加在垂直方向的气动力合力向上，减少磁悬浮能量需求，降低运行成本。

附图说明

图1为具有短头和短尾的真空管道交通列车示意图。

图2为具有中头和中尾的真空管道交通列车示意图。

图3为具有长头和长尾的真空管道交通列车示意图。

图4为真空管道及管道中车辆（圆锥形车头）的断面示意图。

图5为真空管道及管道中车辆（椭圆锥形车头）的断面示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做详细描述。

一种真空管道高速磁浮列车的车头与车尾结构，包括在真空管道3中轨道7上运行的磁悬浮列车的头车2与尾车5，头车2通过中间车辆4和尾车5连接，头车2的车头1采用上翘的流线形结构，所述的车头1分为短头、中头、长头三种，根据列车运行的技术要求选择使用，短头的车头1长度小于等于车辆断面直径，如图1所示。中头的车头1长度大于车辆断面直径但小于二倍车辆断面直径，如图2所示。长头的车头1长度大于等于车辆断面直径二倍，如图3所示。车头1的圆锥形、椭圆锥形或楔形中心线位于列车断面中心线的上方，如图4和图5所示，尾车5的车尾6采用上翘的流线形结构，所述的车尾6分为短尾、中尾、长尾三种，根据列车运行的技术要求选择使用，短尾的车尾6长度小于等于车辆断面直径，如图1所示。中尾的车尾6长度大于车辆断面直径但小于二倍车辆断面直径，如图2所示。长尾的车尾6长度大于等于车辆断面直径二倍，如图3所示。车尾6的圆锥形、椭圆锥形或楔形中心线位于列车断面中心线的上方。

所述的车头1和车尾6外形与结构相同，即不区分车头和车尾，列车可以往两个方向行驶，不需要掉头，为了旅客乘坐舒适，车内座椅可掉转方向。

本发明的工作原理为：由于车头1及车尾6上翘，当列车高速行驶时，施加在全列车上向上的气动压力合力大于向下的气动压力合力，垂直方向的气动压力合力向上，列车总体上承受向上的浮力，减少磁悬浮能量需求，有利于降低对磁悬浮力的要求，减少列车运行成本，但不会影响真空管道列车运行的稳定性。

Claims (1)

1.一种真空管道高速磁浮列车的车头与车尾结构，包括在真空管道(3)中运行的磁悬浮列车的头车(2)与尾车(5)，头车(2)通过中间车辆(4)和尾车(5)连接，其特征在于：头车(2)的车头(1)采用上翘的流线形结构，即车头(1)的圆锥形、椭圆锥形或楔形中心线位于列车断面中心线的上方，尾车(5)的车尾(6)采用上翘的流线形结构，即车尾(6)的圆锥形、椭圆锥形或楔形中心线位于列车断面中心线的上方；

所述的车头(1)分为短头、中头、长头三种，短头的车头(1)长度小于等于车辆断面直径，中头的车头(1)长度大于车辆断面直径但小于二倍车辆断面直径，长头的车头(1)长度大于等于车辆断面直径二倍；

所述的车尾(6)分为短尾、中尾、长尾三种，短尾的车尾(6)长度小于等于车辆断面直径，中尾的车尾(6)长度大于车辆断面直径但小于二倍车辆断面直径，长尾的车尾(6)长度大于等于车辆断面直径二倍；

所述的车头(1)和车尾(6)外形与结构相同。