CN110254453A - 一种被动流动导流器及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种被动流动导流器及其应用，该导流器外形轮廓为变截面流线型鳍状结构，沿气流方向，导流器水平横截面从前端至后端逐渐变宽，垂直气流方向的竖直纵截面从前端至后端逐渐增厚，该导流器沿气流方向由中部向边缘处逐渐变薄。与现有技术相比，本发明一方面减少进入转向架舱气流量，另一方面降低了气流对轮对、构架、悬挂等转向架部件和转向架舱后缘及侧缘的直接冲击，有效降低转向架和转向架舱产生的气动噪声。

Description

一种被动流动导流器及其应用
技术领域
本发明涉及高速列车领域，具体涉及一种被动流动导流器及其应用。
背景技术
高速列车高速运行带来了强的气动噪声，对车内乘坐舒适性和车外环境产生强的噪声干扰，有必要将气动噪声作为重要的性能指标。高速列车底部结构复杂且有地面影响，因此绕底部气流流动十分复杂。高速气流一部分经排障器底面进入转向架舱，与转向架相互作用形成各种尺度涡流，涡流强度大、所占区域广，基本充满了整个转向架舱，直至离开转向架舱后涡量才有所减少。另一部分高速气流从排障器两侧沿着转向架舱两侧形成侧缘涡，从转向架舱前端到末端，侧缘涡强度增加，所在区域扩大。两股气流与转向架等部件正面碰撞产生了强烈的流场脉动并由此形成巨大的声场。转向架区域的流场和声场受前方排障器及其附属部件的直接影响。
从转向架区域噪声控制的角度，改变排障器结构，从而改变转向架区域的来流性质，成为控制转向架区域气动噪声的重要途径。在不改变原排障器结构条件下，通过在其底部增加控制部件，也能够起到改变转向架来流的作用。如何在排障器底部设置控制部件，达到降低气动噪声，实现转向架区域气动噪声控制的目的，是本领域亟待解决的技术问题。
专利CN107839770A公开了一种用于降低轿车气动阻力的尾底部鲨鱼鳍仿生附加装置及其安装布置方法，附加装置材料选用钢板、塑料或树脂制作，安装于轿车尾底部；其长度不超过轿车宽度；其跟部与轿车尾部平齐；所述的附加装置由9个类似鲨鱼鳍形的三棱柱组成，三棱柱前尖有半径为5mm的过渡圆角，且尖部朝前，前尖和后端厚度分别为5mm和23mm，纵向长200mm；中间是截面为等腰三角形的7个三棱柱，两两间距35mm；两边2个是截面为直角三角形的三棱柱，与近邻的等腰三棱柱间距17.5mm。然而其不适用于高速列车，列车高速行驶时，该鲨鱼鳍仿生附加装置的导流作用便不是十分理想，降噪效果较差。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述问题而提供一种被动流动导流器及其在降低高速列车气动噪声中的应用。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种被动流动导流器，该导流器外形轮廓为变截面流线型鳍状结构，沿气流方向，导流器水平横截面从前端至后端逐渐变宽，垂直气流方向的竖直纵截面从前端至后端逐渐增厚，该导流器沿气流方向由中部向边缘处逐渐变薄。本发明提出了安装在排障器底部的导流器结构，它能够改变气流在排障器底部流量分布，增加排障器两侧流量从而减少进入转向架舱的流量，降低了气流直接冲击轮对、悬挂等转向架结构部件和转向架舱后缘与侧缘，从而降低了流场脉动和由此产生的气动噪声，实现转向架区域气动噪声的控制。
进一步地，所述导流器沿气流方向依次包括一体成型的头部、中部和尾部，所述导流器的头部为迎流面，呈钝体弧形，所述尾部为背风面，末端为平直段，为矩形或梯形，所述导流器底部为平面。
进一步地，以所述导流器的水平横截面为xy平面，所述xy平面的边缘弧形轮廓采用如下公式表达：
y＝-2E-06x3+0.0013x2-0.3991x+182.5，
其中，x为沿气流方向距离导流器尾部中心点的垂直距离；
y为垂直气流方向距离水平横截面中心轴的垂直距离。
进一步地，以垂直于气流方向的竖直纵截面为yz平面，所述yz平面的边缘弧形轮廓采用如下公式表达：
z＝-0.0015y2+0.0019y+31.5，
其中，y为垂直气流方向距离导流器中心轴的垂直距离；
z为导流器的厚度。
进一步地，所述导流器为实心结构或中空壳体结构。
进一步地，所述导流器安装于排障器底板，或与排障器的底板一体冲压成型。
进一步地，所述导流器的长度范围为1390-1790mm，宽度范围为995-1195mm，高度范围为85-105mm。
进一步地，所述导流器安装于排障器底面的尾端，正对设于列车车身上的轮对，末端与设于列车车身上的转向架舱前端面平齐，可减少因大量气流进入转向架舱而造成的气场脉动和噪声产生。
进一步地，所述导流器采用螺丝安装或与排障器的底板一次冲压成型。采用螺丝安装可便于将损坏的导流器进行拆卸替换，而与排障器的底板一次冲压成型可避免导流器的脱落。
进一步地，所述导流器为多个，成对对称设置于排障器纵向中心线两侧，多个数量的导流器对空气的分流具有叠加作用。
本发明的核心思想是在排障器底面安装导流器，引导气流向两侧流出和减弱气流正面冲击轮对，减少气流进入转向架舱，从而改变转向架与转向架舱的来流特性以及气流与转向架、转向架舱相互作用，实现降低转向架区域流场脉动和气动噪声。该结构简单，易于加工并容易安装在排障器底面。
导流器的降噪原理属于通过在流动敏感区域增加附件，从而改变并改善当地流动而最终实现降噪。高速气流经鼻锥分流后进入高速列车底部，一部分气流沿排障器两侧流动，另一部分气流沿排障器底部流动。具体导流过程如下：(1)由于导流器的阻碍，更多气流从排障器两侧流动，沿着车身侧面离开转向架和转向架舱，从而使进入转向架舱的气流量减少，减弱了与转向架构件和转向架舱前、后缘相互作用，减少了由此产生的流场脉动和空腔噪声；(2)从排障器底面流动的气流在导流器的作用下，部分气流再被引导到两侧，使进入转向架舱的气流量进一步减少，加大了流场脉动和空腔噪声的控制效果；(3)在导流器的遮挡下，直接撞击转向架轮对和悬挂的气流减少了，轮对和悬挂等转向架部件表面压力脉动减弱了，轮对和悬挂等突出部件产生的气动噪声强度下降了。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本发明所提出的新型被动流动导流器，通过二次分流来减少进入转向架舱气流，减弱气流与转向架和转向架舱相互作用，减少了直接撞击轮对和悬挂的气流，实现转向架区域气动噪声的有效控制；
(2)本发明并不影响高速列车造型和制造，由于自身结构简单、安装方便且能与现有通过安装裙板等控制技术相结合，可望进一步降低转向架区域的气动噪声。
附图说明
图1为本发明导流器水平横截面与竖直纵截面示意图；
图2为本发明导流器立体结构示意图；
图3为导流器安装在列车排障器上的仰视图；
图4为气动噪声风洞试验中的轮对、列车车身和转向架舱底面测点示意图；
图5为250km/h风速下7.5米远测点声压级对比(降噪量：1.2dB(A))；
图6为250km/h风速下轮对测点P2的压力级对比(降噪量：13.1dB(A))；
图7为250km/h风速下靠近转向架舱后缘的列车车身测点P4压力级对比(降噪量：2.1dB(A))；
图8为250km/h风速下转向架舱底面前端P5的压力级对比(降噪量：1.8dB(A))；
图中：1-导流器；101-头部；102-中部；103-尾部；2-轮对；3-排障器；4-列车车身；5-转向架舱。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
如图1-2所示，一种被动流动导流器，该导流器外形轮廓为变截面流线型鳍状结构，沿气流方向，导流器水平横截面从前端至后端逐渐变宽，垂直气流方向的竖直纵截面从前端至后端逐渐增厚，该导流器沿气流方向由中部向边缘处逐渐变薄。
具体地，该导流器1包括一体成型的头部101、中部102和尾部103，导流器的厚度按头部101、中部102和尾部103逐渐增大，导流器1的头部101为迎流面，呈钝体弧形，尾部103为背风面，末端为平直段，为矩形或梯形，导流器底部为平面。导流器为实心结构或中空壳体结构。
以导流器的水平横截面为xy平面，xy平面的边缘弧形轮廓采用如下公式表达：y＝-2E-06x3+0.0013x2-0.3991x+182.5，以垂直于气流方向的竖直纵截面为yz平面，yz平面的边缘弧形轮廓采用如下公式表达：z＝-0.0015y2+0.0019y+31.5，其中，以导流器尾部中心点为原点，x为沿气流方向距离导流器尾部中心点的垂直距离；y为垂直气流方向距离水平横截面中心轴的垂直距离；z为导流器的厚度。
具体应用时，如图3，将导流器1安装于排障器3底面的尾端，正对设于列车车身上4的轮对2，末端与设于列车车身4上的转向架舱5前端面平齐，导流器1采用螺丝安装或与排障器3的底板一次冲压成型。
为了验证该导流器的导流效果，本实施例设计的导流器1安装在某高速列车1:3缩比模型的头车排障器底面。该排障器底面迎风端为钝头弧形，后端为矩形。排障器底面靠近尾端对称布置2个导流器，导流器长、宽和高分别为592.7mm、365mm和31.5mm，准备完成后在某气动-声学整车风洞中进行降噪效果的试验验证，共设置三个测点，分别为轮对、列车车身和转向架舱底面测点，三个测点的位置具体如图4所示。
如图5-8所示，本发明的导流器具有明显的降噪效果。在轮对、转向架舱和靠近转向架舱的列车车身表面的噪声得到显著降低，远场辐射噪声也得到了一定的减小。当风速为250km/h时，排障器底部增加导流器后，7.5米远处转向架区域产生的总声压级与未安装导流器的列车模型相比降低了1.2dB(A)，轮对上的压力级降低了13.1dB(A)，列车车身的压力级降低了2.1dB(A)，转向架舱底部的压力级降低1.8dB(A)。由于本试验为1:3缩比高速列车模型，预计对于实车尺寸该降噪量会更大更显著。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种被动流动导流器，其特征在于，该导流器外形轮廓为变截面流线型鳍状结构，沿气流方向，导流器水平横截面从前端至后端逐渐变宽，垂直气流方向的竖直纵截面从前端至后端逐渐增厚，该导流器沿气流方向由中部向边缘处逐渐变薄。
2.根据权利要求1所述的一种被动流动导流器，其特征在于，所述导流器沿气流方向依次包括一体成型的头部、中部和尾部，所述导流器的头部为迎流面，呈弧形，所述尾部末端为平直段，所述导流器底部为平面。
3.根据权利要求2所述的一种被动流动导流器，其特征在于，以所述导流器的水平横截面为xy平面，所述xy平面的边缘弧形轮廓采用如下公式表达：
y＝-2E-06x3+0.0013x2-0.3991x+182.5，
其中，x为沿气流方向距离导流器尾部中心点的垂直距离；
y为垂直气流方向距离水平横截面中心轴的垂直距离。
4.根据权利要求3所述的一种被动流动导流器，其特征在于，以垂直于气流方向的竖直截面为yz平面，所述yz平面的边缘弧形轮廓采用如下公式表达：
z＝-0.0015y2+0.0019y+31.5，
其中，y为垂直气流方向距离导流器中心轴的垂直距离；
z为导流器的厚度。
5.根据权利要求1所述的一种被动流动导流器，其特征在于，所述导流器为实心结构或中空壳体结构。
6.根据权利要求1所述的一种被动流动导流器，其特征在于，所述导流器安装于排障器底板，或与排障器的底板一体冲压成型。
7.一种如权利要求1-6任一项所述的一种被动流动导流器的应用，其特征在于，该导流器安装于高速列车头车排障器底部，用于降低高速列车气动噪声。
8.根据权利要求7所述的一种被动流动导流器的应用，其特征在于，一个或多个导流器安装于排障器底面的尾端，所述导流器为多个时，对称设置于排障器纵向中心线两侧。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110789561A (zh) * 2019-10-14 2020-02-14 同济大学 一种后端设置锯齿形扰流板的排障器及其应用
CN111071272A (zh) * 2019-12-27 2020-04-28 同济大学 一种底部后端设置凹坑的排障器及其应用
CN113799816A (zh) * 2021-10-14 2021-12-17 中国科学院力学研究所 高速列车减阻控制装置
CN113859296A (zh) * 2021-10-26 2021-12-31 同济大学 一种带有被动扰流结构的排障器及其应用

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002049906A1 (en) * 2000-12-20 2002-06-27 Fiat Auto S.P.A. Deflector for the air-flow in a motor-vehicle
US20050146161A1 (en) * 2004-01-05 2005-07-07 Uland William B. Under-vehicle aerodynamic efficiency improvement device
DE202012104654U1 (de) * 2012-11-29 2013-01-07 Chen-Chuan Hu Strömungsführungsanordnung
CN104554327A (zh) * 2014-11-28 2015-04-29 中国铁道科学研究院机车车辆研究所 一种防冰雪扰流装置及方法
WO2015095988A1 (zh) * 2013-12-27 2015-07-02 王子捷 轮轨列车的流线衬托诱导方法
CN107839770A (zh) * 2016-09-18 2018-03-27 湖南工业大学 一种轿车尾底部鲨鱼鳍仿生附加装置及其安装布置方法
CN110070850A (zh) * 2019-03-26 2019-07-30 同济大学 一种流线型穿流式排障器及其应用

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002049906A1 (en) * 2000-12-20 2002-06-27 Fiat Auto S.P.A. Deflector for the air-flow in a motor-vehicle
US20050146161A1 (en) * 2004-01-05 2005-07-07 Uland William B. Under-vehicle aerodynamic efficiency improvement device
DE202012104654U1 (de) * 2012-11-29 2013-01-07 Chen-Chuan Hu Strömungsführungsanordnung
WO2015095988A1 (zh) * 2013-12-27 2015-07-02 王子捷 轮轨列车的流线衬托诱导方法
CN104554327A (zh) * 2014-11-28 2015-04-29 中国铁道科学研究院机车车辆研究所 一种防冰雪扰流装置及方法
CN107839770A (zh) * 2016-09-18 2018-03-27 湖南工业大学 一种轿车尾底部鲨鱼鳍仿生附加装置及其安装布置方法
CN110070850A (zh) * 2019-03-26 2019-07-30 同济大学 一种流线型穿流式排障器及其应用

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110789561A (zh) * 2019-10-14 2020-02-14 同济大学 一种后端设置锯齿形扰流板的排障器及其应用
CN110789561B (zh) * 2019-10-14 2024-04-26 同济大学 一种后端设置锯齿形扰流板的排障器及其应用
CN111071272A (zh) * 2019-12-27 2020-04-28 同济大学 一种底部后端设置凹坑的排障器及其应用
CN113799816A (zh) * 2021-10-14 2021-12-17 中国科学院力学研究所 高速列车减阻控制装置
CN113859296A (zh) * 2021-10-26 2021-12-31 同济大学 一种带有被动扰流结构的排障器及其应用
CN113859296B (zh) * 2021-10-26 2024-03-26 同济大学 一种带有被动扰流结构的排障器及其应用

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