CN111038272B - 具有气动升力控制装置的轨道车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有气动升力控制装置的轨道车辆，所述车体底部的车体底板与客室地板之间形成有设备舱，所述设备舱内设有气动升力控制装置；所述气动升力控制装置包括气动升力调控风机和气动升力调控风道，所述车体底板设有位于气动升力控制范围内的气动升力调控风口；各所述气动升力调控风道的一端连通所述气动升力调控风口，另一端与所述气动升力调控风机相连通，所述气动升力调控风机通过喷吹正压气流或抽吸负压气流改变列车底部的压力分布形式。该轨道车辆根据列车底部流场特点，通过安装底部吹吸气装置改善列车底部压力分布，从而实现列车受到的气动升力的主动和精确控制。

Description

具有气动升力控制装置的轨道车辆
技术领域
本发明涉及轨道车辆技术领域，尤其是具有气动升力控制装置的轨道车辆。
背景技术
磁悬浮列车是一种靠磁悬浮力(即磁的吸力和排斥力)来推动的列车，由于其轨道的磁力使之悬浮在空中，与行车轨道的悬浮间隙为10mm左右，因此只受来自空气的阻力，时速可达500公里以上，是当今最快的地面客运交通工具，有速度快、爬坡能力强、能耗低、运行时噪音小、安全舒适、污染少等优点。
磁浮列车的气动升力对列车悬浮控制系统和运行安全性影响很大，一般情况下，列车运行速度越高，气动升力越大，适当的增大或减小各车厢的气动升力是列车设计过程中需要解决的关键问题之一。列车头型设计及车体平顺化设计是改善列车气动升力的有效办法，但是设计难度大，周期长，成本高。
CN103085805A公开了一种利用地面效应气动悬浮和电磁推进的新型超高速列车，其通过对现有磁悬浮列车的车底进行气动修形，使车底成为一个连续光滑的收缩形曲面，收缩形曲面与轨道表面共同构成一条收缩的气流通道，气流通道在车头进口处截面积最大，在车尾出口处截面积最小。这种磁悬浮列车利用地面效应产生的气动升力代替电磁力使列车悬浮，既保留了传统磁悬浮列车阻力小、速度高的优势，又改善了电磁悬浮的电能消耗问题，同时降低了车载超导相关设备的重量，因此可以降低列车超高速运行时的能耗，提高了运输的效率。
CN103395418A公开了一种两侧进气气动悬浮和电磁推进的超高速磁悬浮速列车，其在磁悬浮列车中每节车厢的左侧面与右侧面上均开有进气口；同时，对每节车厢的底面进行气动修型，形成具有两个进气通道的车厢底面。两个进气通道均沿车厢轴向设计，位于车厢底面左右两侧；两个进气通道的前端与进气口连通，且两个进气通道均为由前至后收缩的结构。由此在磁悬浮列车在高速运行时，来流由车厢左侧壁与右侧壁上的进气口分别进入到左进气通道与右进气通道中，并在左进气通道与右进气通道中发生减速增压，形成高压区，从而对车厢产生向上的抬升力，既保留了传统磁悬浮列车阻力小、速度高的优势，还可降低列车超高速运行能耗，提高运输效率。
CN108622067A公开了一种气动导向气垫悬浮轨道列车，其利用高压空气作为气垫使其产生悬浮效果，并利用气垫产生的横向分力来导向，其包含气垫生成系统、线性电机驱动系统、车体支承组件和车体。线性电机可用于再生制动、反接制动或能耗制动，气动导向气垫悬浮轨道列车可以加装线性磁力缓速器用于制动。气动导向气垫悬浮轨道列车的线性电机用于连接外部电源的电枢绕组置于车体上时，车体上须加装受电弓来连接外部输电线路，当线性电机用于连接外部电源的电枢绕组置于轨道上时，可分段供电。气动导向气垫悬浮轨道列车可设计来满足货运或客运需求。
上述各种类型的磁悬浮列车都是利用列车的气动升力实现列车的悬浮或实现对列车的导向控制，但是，都属于较为粗放的利用气动升力，车辆投入使用后，不同车速下的气动升力是固定不变的，无法根据列车的实际运行工况，对气动升力进行主动和精确的控制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有气动升力控制装置的轨道车辆。该轨道车辆根据列车底部流场特点，通过安装底部吹吸气装置改善列车底部压力分布，从而实现列车受到的气动升力的主动和精确控制。
为实现上述目的，本发明提供一种具有气动升力控制装置的轨道车辆，包括车体和所述车体底部所设置的行走机构，所述车体底部的车体底板与客室地板之间形成有设备舱，所述设备舱内设有气动升力控制装置；所述气动升力控制装置包括气动升力调控风机和气动升力调控风道，所述车体底板设有位于气动升力控制范围内的气动升力调控风口；各所述气动升力调控风道的一端连通所述气动升力调控风口，另一端与所述气动升力调控风机相连通；当所述气动升力调控风机处于正压工作状态时，通过所述气动升力调控风道从所述气动升力调控风口向车体底部与轨面的间隙喷吹正压气流，当所述气动升力调控风机处于负压工作状态时，通过所述气动升力调控风道和所述气动升力调控风口从车体底部与轨面的间隙抽吸负压气流，通过喷吹正压气流或抽吸负压气流改变列车底部的压力分布形式。
优选地，所述气动升力调控风口在所述车体底板上沿纵向中心线方向间隔分布，且至少一部分所述气动升力调控风口接近所述车体底板的前端，至少一部分所述气动升力调控风口接近所述车体底板的后端。
优选地，所述气动升力调控风口在所述车体底板上关于纵向中心线左右对称分布，每一侧的所述气动升力调控风口在纵向方向上间隔分布，且至少一部分所述气动升力调控风口接近所述车体底板的前端，至少一部分所述气动升力调控风口接近所述车体底板的后端。
优选地，所述气动升力调控风机为变频风机或定频风机，所述气动升力调控风口处设有用于调节风口进风面积的风口挡板，以配合所述气动升力调控风机调节正压气流或负压气流的风量和风速。
优选地，所述气动升力调控风口处安装有滤网装置，以防止轨道上的杂物进入所述气动升力调控风道。
优选地，所述气动升力调控风机的控制装置接入车辆控制系统，以对所述风机气动升力调控风机的风量和风速进行远程控制。
优选地，所述气动升力调控风道的风口与所述气动升力调控风口拼接连接。
优选地，所述气动升力调控风道的风口与所述气动升力调控风口通过螺栓和/或铆钉拼接连接。
优选地，所述气动升力调控风口包括接近车体前端的第一风口和接近车体后端的第二风口，所述气动升力调控风机大体布置于车体中部，所述气动升力调控风道包括位于所述气动升力调控风机前侧的第一风道和位于所述气动升力调控风机后侧的第二风道，所述第一风道连通所述第一风口与所述气动升力调控风机，所述第二风道连通所述第二风口与所述气动升力调控风机。
优选地，包括多节车体，其中，头车和/或尾车设有所述气动升力控制装置。
优选地，所述轨道车辆为磁悬浮列车。
本发明所提供的轨道车辆设有气动升力控制装置，其所设置的气动升力调控风机能够通过气动升力调控风道从气动升力调控风口向车体底部与轨面的间隙喷吹正压气流或抽吸负压气流，从而改善列车底部的压力分布形式，实现对列车气动升力的精确控制，通过调整吹吸气的风量和风口位置，可以定量的控制列车在高速运行时受到的气动升力，使列车能够更加稳定、可靠、安全、低耗地运行。而且，该气动升力控制装置结构简单，易于制造和安装，能够应用于不同类型的轨道车辆，例如动车组或高铁，特别是磁悬浮车辆。
附图说明
图1为本发明实施例公开的一种具有气动升力控制装置的磁悬浮列车的结构示意图；
图2为图1所示具有气动升力控制装置的磁悬浮列车的底部示意图；
图3为图1中所示气动升力控制装置的结构原理图；
图4为磁悬浮列车的空气阻力试验数据图表；
图5为磁悬浮列车的气动升力试验数据图表。
图中：
1.车体 2.车体底板 3.客室地板 4.设备舱 5.气动升力调控风机 6.气动升力调控风道 6-1.第一风道 6-2.第二风道 7.气动升力调控风口 7-1.第一风口 7-2.第二风口
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
在本文中，“上、下、左、右”等用语是基于附图所示的位置关系而确立的，根据附图的不同，相应的位置关系也有可能随之发生变化，因此，并不能将其理解为对保护范围的绝对限定；而且，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个与另一个具有相同名称的部件区分开来，而不一定要求或者暗示这些部件之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
请参考图1、图2、图3，图1为本发明实施例公开的一种具有气动升力控制装置的磁悬浮列车的结构示意图；图2为图1所示具有气动升力控制装置的磁悬浮列车的底部示意图；图3为图1中所示气动升力控制装置的结构原理图。
如图所示，在一种具体实施例中，将以磁悬浮列车为例，对气动升力控制装置的结构组成和工作原理进行说明，对于本领域技术人员来讲，可以理解气动升力控制装置也可以应用在动车组或高铁等其他轨道车辆。
本发明所提供的磁悬浮列车用于在磁悬浮轨道上运行，具有多节车体，每节车体主要由车体1和设置在车体底部的磁力悬浮机构和磁力推进机构(属于现有技术，图中未示出)等组成，能够与磁悬浮轨道相配合，使列车能够通过磁力进行悬浮并利用磁力向前推进，车体1底部具有车体底板2和客室地板3，两者之间形成用于安装车下设备的设备舱4，其中，头车和尾车的设备舱4内设有气动升力控制装置。
以头车为例，其气动升力控制装置主要由气动升力调控风机5和气动升力调控风道6等部件组成，车体底板2设有气动升力调控风口7，图中所示的气动升力调控风口7呈矩形，其数量为四个，在车体底板2上关于纵向中心线左右对称分布，每一侧的两个气动升力调控风口7在纵向方向上间隔分布，其中两个气动升力调控风口7接近车体底板2的前端，为第一风口7-1，另外两个气动升力调控风口7接近车体底板2的后端，为第二风口7-2，均位于需要进行气动升力控制的范围之内。
每一个气动升力调控风道6的一端与对应的气动升力调控风口7相连通，另一端与气动升力调控风机5相连通，气动升力调控风机5大体布置于设备舱4的中间位置，气动升力调控风道6具有位于气动升力调控风机5前侧的第一风道6-1和位于气动升力调控风机5后侧的第二风道6-2，第一风道6-1连通第一风口7-1与气动升力调控风机5，第二风道6-2连通第二风口7-2与气动升力调控风机5，实现气动升力控制装置的闭环安装。
具体地，气动升力调控风道6的风口可以与气动升力调控风口7通过螺栓和/或铆钉拼接连接。
当气动升力调控风机5处于正压工作状态时，通过气动升力调控风道6从气动升力调控风口7向车体1底部与轨面的间隙喷吹正压气流，当气动升力调控风机5处于负压工作状态时，通过气动升力调控风道6和气动升力调控风口7从车体1底部与轨面的间隙抽吸负压气流，通过喷吹正压气流或抽吸负压气流改变列车底部的压力分布形式。
气动升力调控风口7的位置和尺寸可根据具体设计需求(包括气动升力的控制范围、底板强度和空间要求等)进行设计，气动升力调控风机5可以是变频风机，利用变频风机能够精确控制风量大小，进而能够精确控制气动升力的大小。
在另外一些实施例中，在需要进行气动升力控制的车体底板2制造风口时，可以在气动升力调控风口7处设置用于调节风口进风面积的风口挡板，以配合气动升力调控风机5调节正压气流或负压气流的风量和风速。如果气动升力调控风机5为定频风机，则可通过挡板调节风口面积，达到调节风口处气流速度的目的。
此外，气动升力调控风口7处还可以安装滤网装置，以防止轨道上的杂物进入气动升力调控风道6，避免发生堵塞气动升力调控风道6甚至损坏气动升力调控风机5的隐患。
气动升力调控风机5的控制装置接入车辆控制系统，以对风机气动升力调控风机5的风量和风速进行远程控制。
在至少一个实施例中，气动升力调控风口7可以在车体底板2上沿纵向中心线方向间隔分布，且至少一部分气动升力调控风口接近车体底板2的前端，至少一部分气动升力调控风口接近车体底板2的后端。
当然，气动升力调控风口7也可以采用其他方式分布在车体底板2上，例如以矩形这列或环形阵列的方式进行分布，等等，还可以在气动升力调控风道6上设置阀门，以在使用时根据实际需要的不同，选择性的使用不同的气动升力调控风口7，即一部分气动升力调控风口7处于工作状态，而另一部分气动升力调控风口7处于非工作状态。
上述实施例仅是本发明的优选方案，具体并不局限于此，在此基础上可根据实际需要作出具有针对性的调整，从而得到不同的实施方式。例如，气动升力调控风道6的风口与气动升力调控风口7采用其他方式进行拼接连接；或者，将气动升力调控风口7设计成其他形状，等等。由于可能实现的方式较多，这里就不再一一举例说明。
实际应用时，可根据设计需求(包括车辆限界要求，气动升力控制范围等)确定气动升力调控风口7的位置、形状、尺寸及气动升力调控风机5的风量调节范围和对应型号的风机，在进行车辆设计时，根据车辆设备舱空间布局确定气动升力调控风道6的形状、尺寸和布置方法，还可以利用仿真计算或线路实车测试方法确定风量与气动升力的对应关系，根据气动升力的控制需求调节风量。
图4为在列车的头车和尾车安装气动升力控制装置后，磁浮列车运行速度为600km/h时各节车厢受到的气动阻力，风量一的进风量为风量四的进风量的八倍。可见，在安装气动升力控制装置后，对各节车厢气动阻力的影响相对较小，风量一整车气动阻力最大，比不安装气动升力控制装置时的气动阻力增加约10.8％。
图5为在列车的头车和尾车安装气动升力控制装置后，磁浮列车运行速度为600km/h时各节车厢受到的气动升力。可见，头车和尾车的气动升力随风量的变化而变化，且变化幅度非常大，通过对风量的精细化调节，能够实现对列车气动升力的精准控制。
由上述试验数据可知，安装气动升力控制装置对列车气动性能影响的指向性强，即仅改变安装部位的气动升力，对磁悬浮列车的气动阻力影响相对较小。
本发明以磁浮列车气动升力的精确控制为目标，根据具体的设计要求，在需要进行列车气动升力控制的车厢安装气动升力控制装置，利用气动升力控制装置改变磁浮列车底部与轨道梁之间的流场特性，进而改变列车底部的压力分布形式。
而且，气动升力调控风口7的位置和大小可根据具体的控制要求进行设计，风量大小可根据气动升力的控制要求调节，设计接口灵活多变，可根据车辆的实际尺寸设计合理的接口方式，满足不同类型磁浮列车的设计需求，当风道或者风机出现故障时，能够快速更换新部件，维护和更换方便。本发明的设计、制造和安装可适应不同类型的磁浮列车，关于磁悬浮列车的其余结构请参考现有技术，本文不再赘述。
以上对本发明所提供的具有气动升力控制装置的轨道车辆进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (11)

1.具有气动升力控制装置的轨道车辆，包括车体和所述车体底部所设置的行走机构，其特征在于，所述车体底部的车体底板与客室地板之间形成有设备舱，所述设备舱内设有气动升力控制装置；所述气动升力控制装置包括气动升力调控风机和气动升力调控风道，所述车体底板设有位于气动升力控制范围内的气动升力调控风口；各所述气动升力调控风道的一端连通所述气动升力调控风口，另一端与所述气动升力调控风机相连通；当所述气动升力调控风机处于正压工作状态时，通过所述气动升力调控风道从所述气动升力调控风口向车体底部与轨面的间隙喷吹正压气流，当所述气动升力调控风机处于负压工作状态时，通过所述气动升力调控风道和所述气动升力调控风口从车体底部与轨面的间隙抽吸负压气流，通过喷吹正压气流或抽吸负压气流改变列车底部的压力分布形式。
2.根据权利要求1所述的具有气动升力控制装置的轨道车辆，其特征在于，所述气动升力调控风口在所述车体底板上沿纵向中心线方向间隔分布，且至少一部分所述气动升力调控风口接近所述车体底板的前端，至少一部分所述气动升力调控风口接近所述车体底板的后端。
3.根据权利要求1所述的具有气动升力控制装置的轨道车辆，其特征在于，所述气动升力调控风口在所述车体底板上关于纵向中心线左右对称分布，每一侧的所述气动升力调控风口在纵向方向上间隔分布，且至少一部分所述气动升力调控风口接近所述车体底板的前端，至少一部分所述气动升力调控风口接近所述车体底板的后端。
4.根据权利要求1所述的具有气动升力控制装置的轨道车辆，其特征在于，所述气动升力调控风机为变频风机或定频风机，所述气动升力调控风口处设有用于调节风口进风面积的风口挡板，以配合所述气动升力调控风机调节正压气流或负压气流的风量和风速。
5.根据权利要求1所述的具有气动升力控制装置的轨道车辆，其特征在于，所述气动升力调控风口处安装有滤网装置，以防止轨道上的杂物进入所述气动升力调控风道。
6.根据权利要求1所述的具有气动升力控制装置的轨道车辆，其特征在于，所述气动升力调控风机的控制装置接入车辆控制系统，以对所述风机气动升力调控风机的风量和风速进行远程控制。
7.根据权利要求1所述的具有气动升力控制装置的轨道车辆，其特征在于，所述气动升力调控风道的风口与所述气动升力调控风口拼接连接。
8.根据权利要求7所述的具有气动升力控制装置的轨道车辆，其特征在于，所述气动升力调控风道的风口与所述气动升力调控风口通过螺栓和/或铆钉拼接连接。
9.根据权利要求1所述的具有气动升力控制装置的轨道车辆，其特征在于，所述气动升力调控风口包括接近车体前端的第一风口和接近车体后端的第二风口，所述气动升力调控风机大体布置于车体中部，所述气动升力调控风道包括位于所述气动升力调控风机前侧的第一风道和位于所述气动升力调控风机后侧的第二风道，所述第一风道连通所述第一风口与所述气动升力调控风机，所述第二风道连通所述第二风口与所述气动升力调控风机。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的具有气动升力控制装置的轨道车辆，其特征在于，包括多节车体，其中，头车和/或尾车设有所述气动升力控制装置。
11.根据权利要求1至9中任一项所述的具有气动升力控制装置的轨道车辆，其特征在于，所述轨道列车为磁悬浮列车。
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