CN105307917B - 设置有流线型机头的高速轨道交通工具 - Google Patents

Abstract

一种轨道交通工具(10)，其具有基本上恒定的横截面面积的中央节段(12)和横截面面积变化的机头(14)。机头(14)由末端节段与中间节段组成，末端节段包括轨道交通工具的前端部或后端部(16)，中间节段包括外部侧壁(30)、车顶(26)与设置有挡风玻璃(24)的倾斜壁(32)。该交通工具具有至少部分位于机头(14)中的转向架(28)。挡风玻璃(26)位于端部(16)与转向架(28)之间。机头(14)被水平参考平面(Y‑Y)分成上部部分(14U)与下部部分(14L)。壁(32)的中间线具有大于35°且小于60°的斜度。每个侧壁(30)包括下部侧壁部分(30L)与上部侧壁部分(30U)。上部侧壁部分(30U)相对于下部侧壁部分(30L)被朝内偏移，且与垂直纵向平面(X‑X)成基本上恒定的角(γ)。

Description

设置有流线型机头的高速轨道交通工具

发明技术领域

本发明涉及高速轨道交通工具的机头的外部形状，特别是具有大于300km/h的巡航速度的轨道交通工具的机头的外部形状。

背景技术

EP0722872中披露带有流线型机头的铁路交通工具。机头是车体的节段，在机头处车体的横截面面积在纵向方向上从该交通工具一端处的车体的末端朝向该交通工具的另一端逐渐增加。本文描述的机头包括至少一个末端区域和中间区域，中间区域靠近所述末端区域且中间区域比所述末端区域距离所述末端更远。贯穿中间区域，车体横截面面积在远离所述末端的纵向方向上以恒定比率增加。中间区域包括在该位置车体横截面面积是该交通工具的最大车体横截面积的一半的位置。贯穿所述末端区域，车体横截面面积在纵向方向上以比所述中间区域的所述恒定比率大的恒定比率增加。驾驶机舱挡风玻璃位于所述中间区域中且驾驶机舱挡风玻璃具有关于垂直方向的角度，允许向前的能见度。在纵向方向上的挡风玻璃位置处，车体在其侧部中具有凹部。由于末端区域的截面面积变化率比中间区域中大，驾驶室被固定在中间区域中用作驾驶机舱。机头形状试图在细大气压力波的减小与所需的透过挡风玻璃的能见度之间提供折衷。然而，在实践中，所得到的包括末端区域与中间区域的机头的总体长度超过6.5米并带有26°至28°的挡风玻璃角。比为了结构性目的所必要的空间更多的空间被分配给末端节段，特别是用于冲击吸收特征部。透过倾斜的挡风玻璃的能见度比期望的小。换言之，交通工具的空气动力学优化以所需的长度和所需的能见度为代价。

影响带动列车的机头形状的良好的空气动力学设计的因素在文章“隧道优化的列车机头形状(Tunnel optimized train nose shape)”中被回顾，该文章由J-L Peters发表在2000年11月1日至3日在在美国，波士顿举办的第10届关于空气动力学和交通工具隧道的通风的国际学术研讨会的学报中，该学报期刊号为ISBN1-86058-255-9。这篇文章还讨论按照所谓的“区域规则”发展以降低音爆效应(sonic-boom effect)的“泰尔戈TAV”的机头形状的设计。泰尔戈TAV机头的主要缺点在于在交通工具的前端部与挡风玻璃之间的较大的距离。

发明概述

现有技术的前述缺点通过本发明来解决。因此，鉴于上述提到的问题本发明的目的是提供轨道交通工具，特别是以大于300km/h的巡航速度行驶的高速交通工具，该轨道交通工具结合了陡的挡风玻璃倾斜、从该交通工具的前端部至挡风玻璃的较短距离以及机头的较短的总体长度，而不会对空气动力学优化产生不利影响。

根据本发明的一个方面，提供具有中央节段和机头的轨道交通工具，中央节段具有恒定的横截面面积，机头具有变化的横截面面积，机头包括末端节段和中间节段，末端节段包括轨道交通工具的前端部或后端部，中间节段包括设置有挡风玻璃的倾斜壁、外侧壁以及车顶，中间节段具有随着至端部的距离而增加的横截面面积，该交通工具还设置有至少部分地位于中间节段中的转向架，机头被水平参考平面分成位于水平参考平面以上的上部部分和位于水平参考平面以下的下部部分，其中：

-倾斜壁的位于倾斜壁与轨道交通工具的垂直纵向中间平面之间的交叉处的中间线具有大于35°且小于60°的斜度，优选地小于45°，优选地为40°的斜度；

-每个外侧壁包括水平参考平面以下的下部壁部分与位于该参考平面以上的上部壁部分，其中上部壁部分相对于下部壁部分被朝内偏移，使得该机头的上部部分具有在横截面中在侧壁之间测量的宽度，该宽度至少在中间节段中随着至交通工具的端部的距离而增加。

每个侧壁的上部部分从纵向垂直中间平面逐渐发散。由于挡风玻璃角远远大于现有技术，对于给定的视野，挡风玻璃的表面可以保持较小。挡风玻璃的表面的这种减少对驾驶机舱中的重量与噪音的减少具有积极的影响。

中间节段中的侧壁的上部部分可以基本上是弯曲的或平面的。在后一种情况下，机头的上部部分具有在横截面中在侧壁之间测量的宽度，该宽度至少在中间节段中随着至交通工具的端部的距离以恒定比率增加。上部壁部分优选地与垂直纵向平面成恒定角度，在水平参考平面内测量的该恒定角度大于5°，优选地大于6°且小于10°，优选地小于8°。机头的上部部分具有在任意横截面平面中在两个侧壁的上部部分之间测量的宽度，该宽度相对至端部的距离成比例地增加。这能够增加挡风玻璃的角度且减小在挡风玻璃与交通工具的端部之间的距离，同时与“区域规则”和空气动力学性能的其它相关准则基本上符合。

优选地，交通工具还设置有至少部分地位于中间节段中的驾驶机舱，驾驶机舱纵向地位于挡风玻璃与转向架之间，该驾驶机舱具有地板，机头被水平参考平面垂直地分成位于水平参考平面以上且包括驾驶机舱的地板的上部部分和位于水平参考平面以下且包括转向架的下部部分。

优选地，转向架部分地位于机头中。

根据优选的实施方案，水平参考平面位于转向架以上，且下部部分具有从末端节段朝向转向架增加的宽度，以便达到比转向架的宽度大的最大宽度。每个侧壁在下部部分与上部部分之间形成台阶。台阶优选地是基本上水平的且位于水平参考平面中。交通工具的机头的下部部分构成转向架的空气动力学护罩。

根据优选的实施方案，位于参考平面以上的每个侧壁的上部部分至少从挡风玻璃的末端端部延伸至转向架的末端端部，且优选地从末端节段至交通工具的中央节段在中间节段的整个长度延伸。因此，机头的上部部分的宽度在最大值和最小值之间线性地变化，该最大值等于轨道交通工具的中央节段的宽度，该最小值小于中央节段的宽度的60％，优选地小于55％，优选地小于50％。根据优选的实施方案，每个侧壁的上部部分基本上是垂直的。

机头的车顶优选地使得车顶的位于车顶与垂直纵向中间平面之间的交叉处且从倾斜壁延伸至列车的中央节段的中间线具有在5°至10°之间的斜度，该斜度优选地在6°至8°之间。

轨道交通工具优选地包括设置有驾驶员控制台的驾驶机舱，驾驶机舱至少部分地位于中间节段中，纵向地位于挡风玻璃与转向架的末端端部之间且横向地位于侧壁的上部部分之间。驾驶机舱的地板优选地位于水平参考平面以上。

由于空气动力学的原因，交通工具的端部优选地位于水平参考平面以下在交通工具的机头的下部部分中。

碰撞吸收体元件可以被容纳在交通工具的机头的下部部分中。根据一个实施方案，碰撞吸收体元件至少部分地位于挡风玻璃以下。虽然碰撞吸收体元件比在现有技术中更靠近驾驶机舱，但是在水平平面以下驾驶员控制台的前部中的空间足够容纳这些元件，而不会在碰撞的情况下不利地影响安全性能。联接器也可以被容纳在交通工具的机头的下部部分中。

轨道交通工具可以设置有侧部通道门，侧部通道门为通过走廊到驾驶机舱提供通道。根据实施方案，转向架位于端部与通道门之间。

根据一实施方案，包括挡风玻璃的倾斜壁的中间线基本上是直线的。

根据优选的实施方案，设置有挡风玻璃的倾斜壁具有基本上圆柱形的或截头圆锥形的几何包络。这些形状由于向挡风玻璃提供刚性而被选择。

优选的，车顶节段的中间线基本上是直线的。

根据优选的实施方案，在中间节段中的机头的横截面面积随着至端部的距离而基本上线性地增加。中间节段的横截面面积A(x)随着至端部的距离(x)以基本上恒定的比率dA(x)/dx而变化，该恒定的比率dA(x)/dx在2.1±0.1米的范围中。优选地，相同的规则在机头的整个长度上有效，即在末端节段与中间节段两者中有效。

特别是如果在侧壁之间的驾驶机舱的有限的宽度降低交通工具的侧部的可见度，轨道交通工具可以设置有相机用来获取轨道交通工具的侧部的图像。相机被优选地连接至位于交通工具机舱中的显示器屏幕以显示这些图像。

由于空气动力学和声学的原因，轨道交通工具可以有利地设置有覆盖转向架的侧部的侧盖。

根据本发明的另一方面，提供具有中央节段和机头的轨道交通工具，中央节段具有基本上恒定的横截面面积，机头具有变化的横截面面积，机头包括末端节段和中间节段，且优选地由末端节段和中间节段组成，末端节段包括轨道交通工具的端部，中间节段包括设置有挡风玻璃的倾斜横壁、外侧壁以及车顶，该交通工具还设置有至少部分位于中间节段中的转向架，机头被水平参考平面分成位于水平参考平面以上的上部部分和位于水平参考平面以下的下部部分，其中：

-倾斜壁的位于倾斜壁与轨道交通工具的垂直纵向中间平面之间的交叉处的中间线具有大于35°且小于60°的斜度，该斜度优选地小于45°，优选地为40°的斜度；

-每个外侧壁包括在水平参考平面以下的下部侧壁部分和位于参考平面以上的上部侧壁部分，其中上部侧壁部分相对于下部侧壁部分被朝内偏移，且上部侧壁部分与垂直纵向平面成基本上恒定的角度，在水平参考平面中测量的该角度大于5°，优选地大于6°且小于10°，优选地小于8°。

可以设想若干修改。结合本发明的一个方面或实施例公开的技术特征可以与其他方面或实施例组合。

附图说明

根据仅作为非限制性示例给出并在附图中表示的本发明的具体实施例的以下描述，本发明的其他优点和特征应将变得更加明显，在附图中：

-图1是根据本发明的一个实施方案的轨道交通工具的轴测图；

-图2是图1的轨道交通工具的侧视图；

-图3是图1的轨道交通工具的前视图；

-图4是图1的轨道交通工具的对应于图2中的平面A-A、B-B、C-C和D-D的横截面的图示；

-图5是图1的轨道交通工具的俯视图；

-图6是示出图1的交通工具的驾驶机舱的内部的侧视示意图；

-图7是示出图1的交通工具的驾驶机舱的内部的俯视示意图。

在每个附图中，对应的附图标记指的是相同或相应的部件。

实施方式详细描述

参考附图，轨道交通工具10包括横截面基本上恒定的中央节段12和具有从交通工具的前端部16朝向中央节段12增加的横截面面积的机头14。机头可以被分成两节段，即示于图1与图3中的包括交通工具的前端部或末端的末端节段18和从末端节段18向中央节段纵向延伸的中间节段。横截面几何平面A-A将末端节段18从中间节段分开，且横截面几何平面D-D将中间节段从中央节段分开。

从侧面查看的轨道交通工具的机头的外部纵向轮廓在图2中被最好地观看。截取自垂直纵向中间平面X-X的轨道交通工具的纵向截面的外形包括在末端节段18中在前端部16与横截面平面A-A之间急剧增加的线，其后是在平面A-A与横截面平面B-B之间的基本上笔直的线20，且其后是在平面B-B与横截面平面D-D之间的平滑地倾斜的笔直的线22。在末端区域中的轮廓的斜度比在平面A-A与平面B-B之间的节段中的斜度更陡，挡风玻璃24位于平面A-A与平面B-B之间的部分中。在这部分中，斜度是恒定的且与水平平面形成大于35°的角度α，优选地是40°或更大，且小于60°。在平面B-B与平面D-D之间的轮廓的斜度对应于车顶26的中间线，且与水平参考平面Y-Y形成大于5°且小于10°的角β，角β优选地在6°与8°之间，例如7°。

平面B-B与平面D-D之间的距离比机头的总体长度的一半大。

图1中还描绘交通工具的水平参考平面Y-Y，水平参考平面Y-Y将交通工具的机头分成位于水平参考平面Y-Y以上的上部部分与位于水平参考平面Y-Y以下的下部部分。参考平面位于交通工具的前转向架28以上且位于交通工具的前端部16以上。

机头14的外壳包括末端节段18、两个外侧壁30、在横截面A-A与横截面B-B之间的区域中的倾斜前壁32、车顶26以及底部壁34。每个侧壁30包括位于水平平面以下的下部部分30L、从水平参考平面Y-Y延伸至车顶26且相对于下部部分30L朝内偏移的上部部分30U，以及位于水平平面中且连接侧壁30的上部部分30U、下部部分30L的大致水平的台阶30S。

如图5所示，交通工具的机头的下部部分具有宽度，该宽度在末端节段中从前端部至平面A-A快速地增加且从平面A-A至平面C-C线性地增加，在平面C-C中该宽度达到其最大宽度，该最大宽度比前转向架28的宽度大且等于交通工具的中央节段12的下部部分的宽度。平面C-C在中间节段中位于前转向架28的前部，即在平面B-B与平面D-D之间。交通工具的前端部16与平面C-C之间的距离优选地近似机头14的总体长度的一半。如图5所示，当从上面看时，侧壁的下部部分30L的外形从纵向中间平面以角度δ发散，角度δ优选地大于5°且小于10°，优选地在7°范围中。碰撞吸收体元件36被容纳在交通工具的机头的下部部分中，且碰撞吸收体元件36至少部分地延伸到交通工具机头的位于横截面平面A-A与横截面平面B-B之间的节段中。联接器38也可以被设置在这个区域中。

如图4最好地示出的，每个侧壁的上部部分30U是基本上垂直的，且每个侧壁的上部部分30U从在图5中描绘的垂直纵向中间平面X-X以基本上恒定的角γ发散，角γ大于5°，优选地大于6°且小于10°，优选地小于8°。垂直纵向中间平面X-X优选地是对于机头的外壳的对称平面。侧壁30的上部部分30U从在其后端部处的交通工具的中央节段12至少纵向地延伸至在其前端部处的挡风玻璃24的前端部且优选地达到平面A-A，即在附图中示出的示例中超过交通工具的机头14的总长的近似90％。

示于图6与图7中的驾驶机舱40至少部分地纵向地定位在挡风玻璃24与前转向架28的前端部之间，即在平面B-B与平面C-C之间且横向地在侧壁之间。驾驶机舱40包括驾驶员控制台42与驾驶员座椅44，在这个示例中的驾驶员座椅44位于横截面C-C前面，即驾驶员座椅44在前转向架28前面。驾驶机舱40具有位于水平参考平面Y-Y以上的地板46。驾驶机舱40可以设置有电气柜48和设置有门的机舱隔壁50。

在实践中，考虑到轨道交通工具的中央节段12的宽度、机头14的总体长度以及侧壁的发散角γ、δ，在侧壁之间测量的机头的上部部分的宽度W朝向交通工具的前端部逐渐减小，该宽度W在一横截面处达到交通工具的中央节段的宽度W0的一半，该横截面位于平面A-A与平面B-B之间更靠近平面A-A处。该轨道交通工具优选地设置有提供该轨道交通工具的中央节段12的侧部的视图的相机(未示出)。

封闭驾驶员前部空间的倾斜的前壁32是拱形的，以从一个侧壁30横跨到另一个侧壁。前壁32设置有用于挡风玻璃24的开口。挡风玻璃24优选地具有基本上圆柱形的形状或截头圆锥形状，且挡风玻璃24被集成至前壁32以便与周围的拱形前壁32一同形成共同的圆柱形或截头圆锥形几何表面的一部分。在驾驶员座椅44、驾驶员控制台42与挡风玻璃24之间的距离符合UIC651。如前所述，倾斜前壁相对于水平平面的斜度角在35°至60°的范围内，且该斜度角优选地为40°或更大。

机头14的每个节段的宽度与高度使得机头的横截面面积(即在交通工具的侧壁30、车顶26或前璧24与底部壁34之间的面积)随着至前端部16的距离以基本上恒定的比率变化。这个规则至少从横截面平面A-A至横截面平面D-D是有效的且优选地在机头14的整个长度上是有效的。该轨道交通工具设置有用于前转向架28的侧部的侧盖(未示出)以提供与侧壁的下部部分30L的连续性。

尽管示于附图中的实施方案是指交通工具的前端部，但本发明还应用至交通工具的后端部。

Claims (24)

1.一种轨道交通工具(10)，具有中央节段(12)与机头(14)，所述中央节段(12)具有基本上恒定的横截面面积，所述机头(14)具有变化的横截面面积，所述机头(14)包含末端节段(18)和中间节段，所述末端节段(18)包括所述轨道交通工具的前端部或后端部(16)，所述中间节段包括设置有挡风玻璃(24)的倾斜横壁(32)、外侧壁(30)以及车顶(26)，所述中间节段具有随着至所述前端部或后端部(16)的距离而增加的横截面面积，所述轨道交通工具还设置有至少部分地位于所述中间节段中的转向架(28)，所述机头(14)被水平参考平面(Y-Y)分成位于所述水平参考平面(Y-Y)以上的上部部分(14U)与位于所述水平参考平面(Y-Y)以下的下部部分(14L)，其中：

-所述倾斜横壁(32)的位于所述倾斜横壁(32)和所述轨道交通工具的垂直纵向中间平面(X-X)之间的交叉处的中间线是直线的且具有大于35°且小于60°的斜度；

-每个所述外侧壁(30)包括在所述水平参考平面(Y-Y)以下的下部壁部分(30L)与位于所述水平参考平面(Y-Y)以上的上部壁部分(30U)，其中所述上部壁部分(30U)相对于所述下部壁部分(30L)被朝内偏移，使得所述机头的所述上部部分(14U)具有在横截面中在所述外侧壁(30)之间测量的宽度，所述宽度至少在所述中间节段中随着至所述轨道交通工具的所述前端部或后端部(16)的距离而增加。

2.根据权利要求1所述的轨道交通工具，其特征在于，在所述中间节段中的所述外侧壁的所述上部壁部分(30U)是平面的或基本上平面的。

3.根据权利要求2所述的轨道交通工具，其特征在于，所述机头的所述上部部分(14U)具有在横截面中在所述外侧壁(30)之间测量的宽度，所述宽度至少在所述中间节段中随着至所述轨道交通工具的所述前端部或后端部的距离以恒定的比率增加。

4.根据权利要求3所述的轨道交通工具，其特征在于，所述上部壁部分(30U)与所述垂直纵向中间平面(X-X)成恒定的角度，在所述水平参考平面(Y-Y)中测量的所述恒定的角度大于5°且小于10°。

5.根据权利要求1所述的轨道交通工具，其特征在于，在所述中间节段中的所述外侧壁的所述上部壁部分(30U)是弯曲的。

6.根据前述权利要求中任一项所述的轨道交通工具，其特征在于，所述转向架(28)部分地位于所述机头(14)中。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的轨道交通工具，其特征在于，所述水平参考平面(Y-Y)在所述转向架(28)以上，且所述机头的所述下部部分具有从所述轨道交通工具的所述前端部或后端部(16)朝向所述转向架(28)增加的宽度，以便达到比所述转向架(28)的宽度大的最大宽度。

8.根据权利要求1至5中任一项所述的轨道交通工具，其特征在于，每个所述外侧壁(30)的所述上部壁部分(30U)至少从所述挡风玻璃(24)的末端端部延伸至所述中央节段(12)。

9.根据权利要求1至5中任一项所述的轨道交通工具，其特征在于，每个所述外侧壁(30)的所述上部壁部分(30U)是基本上垂直的。

10.根据权利要求1至5中任一项所述的轨道交通工具，其特征在于，所述车顶(26)的中间线(22)是基本上直线的，且所述车顶的位于所述车顶(26)与所述垂直纵向中间平面(X-X)之间的交叉处且基本上从所述挡风玻璃(24)延伸至所述轨道交通工具的所述中央节段(12)的中间线(22)具有在5°至10°之间的斜度(β)。

11.根据权利要求1至5中任一项所述的轨道交通工具，其特征在于，所述轨道交通工具包括设置有驾驶员控制台(42)的驾驶机舱(40)，所述驾驶机舱(40)至少部分地纵向地位于所述挡风玻璃(24)与所述转向架(28)的末端端部之间，且所述驾驶机舱(40)横向地在所述上部壁部分(30U)之间，其中所述轨道交通工具设置有用于获取所述轨道交通工具的侧部的图像的相机和在所述驾驶机舱中的用于显示所述图像的一个或多个显示屏幕。

12.根据权利要求11所述的轨道交通工具，其特征在于，所述驾驶机舱具有位于所述水平参考平面(Y-Y)以上的地板(46)。

13.根据权利要求1至5中任一项所述的轨道交通工具，其特征在于，碰撞吸收体元件(36)被容纳在所述轨道交通工具的所述机头(14)的所述下部部分(14L)中。

14.根据权利要求13所述的轨道交通工具，其特征在于，所述碰撞吸收体元件(36)至少部分地在所述挡风玻璃(24)以下延伸。

15.根据权利要求1至5中任一项所述的轨道交通工具，其特征在于，所述轨道交通工具的所述前端部或后端部(16)位于所述水平参考平面(Y-Y)以下。

16.根据权利要求1至5中任一项所述的轨道交通工具，其特征在于，所述倾斜横壁(32)具有基本上圆柱形或截头圆锥形的几何包络。

17.根据权利要求1至5中任一项所述的轨道交通工具，其特征在于，所述机头(14)具有随着至所述轨道交通工具的所述前端部或后端部(16)的距离而基本上线性地变化的横截面面积。

18.根据权利要求17所述的轨道交通工具，其特征在于，所述机头的横截面面积A(x)在所述末端节段与所述中间节段两者中随着至所述轨道交通工具的所述前端部或后端部(16)的距离(x)以在2.1±0.1米的范围中的比率dA(x)/d(x)变化。

19.根据权利要求1所述的轨道交通工具，其中，所述斜度大于35°且小于45°。

20.根据权利要求1所述的轨道交通工具，其中，所述斜度为40°。

21.根据权利要求4所述的轨道交通工具，其中，所述恒定的角度大于6°且小于10°。

22.根据权利要求4所述的轨道交通工具，其中，所述恒定的角度大于5°且小于8°。

23.根据权利要求4所述的轨道交通工具，其中，所述恒定的角度大于6°且小于8°。

24.根据权利要求10所述的轨道交通工具，其中，所述斜度(β)在6°至8°之间。