CN111413062B - 高速列车模型风洞试验路基及其表面附面层的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高速列车模型风洞试验路基及其表面附面层的控制方法，所述风洞试验路基包括路基、轨道和高速列车模型。本发明通过在固定地板的路基表面采用滚轴系统，在滚轴的旋转下，增加路基表面的气流速度，从附面层的产生机理着手，能有效降低路基表面附面层；在降低路基表面附面层的基础上，不对高速列车风洞试验的其它正常气流产生干扰，几乎没有副作用；在目前常用的固定地面路基表面增加滚轴系统，路基系统结构上易于实现，并不复杂，滚轴控制系统常见，易于控制，从工程便捷性和实用性方面来看，具备一定的推广性。

Description

高速列车模型风洞试验路基及其表面附面层的控制方法

技术领域

本发明涉及一种风洞试验路基，具体为一种采用滚轴装置降低表面附面层的高速列车模型风洞试验路基及其控制方法，属于风洞试验技术领域。

背景技术

高速列车的空气动力学研究关系到高速列车的节能降耗、运行速度提升、运行安全和乘坐舒适性。对于高速列车空气动力学的研究，风洞试验是目前非常重要且常用的研究方法。

在高速列车的风洞试验研究中，地面效应的模拟是必须且非常重要的，为了模拟高速列车的地面效应，从工程便捷性和实用性考虑，目前国内外大多采用固定地板(或路基)模拟地面，如图1所示。因气流在地板表面引起附面层，并不断发展，这就带来了地面效应影响问题，明显降低了风洞试验研究结果的准确性，使试验研究的可靠性降低。然而，目前在理论上又缺乏针对这种复杂的地面效应问题产生的影响进行修正的方法，因此，从工程上如何有效降低固定地板表面附面层，并尽可能减小附面层降低的成本，是工程上普遍采用的方法，也具有非常重要的价值和意义。

目前，国内外降低固定地板表面附面层的方法包括在地板表面采用开槽、开缝或打孔，吸气或吹气，以及活动带等方法。但是，对于开槽、开缝和打孔的方法，通常因为槽、缝和孔的位置与形状不合适，导致附面层的降低效果不太理想；对于吸气或吹气，以及活动带等方法，因为控制系统复杂、控制成本高昂，甚至还可能引起对正常气流的干扰，因此不具备工程推广性。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种高速列车模型风洞试验路基及其表面附面层的控制方法。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：一种高速列车模型风洞试验路基，所述风洞试验路基包括路基、路基上表面安置有两条轨道和高速列车模型，和高速列车模型，所述高速列车模型支撑在路基上，所述路基表面安装有滚轴系统，所述滚轴系统由支撑件和滚轴构成，所述滚轴系统安放在路基开设的凹槽内，所述滚轴的两端转动连接在支撑件上，所述支撑件的下表面与路基开设的凹槽底部之间通过自动升降柱进行连接，所述支撑件的下表面通过螺丝固定连接有伺服电机，所述伺服电机与外接电源呈电性连接，所述路基所开设的凹槽上方安装有封板，且所述路基上表面在封板的两侧边处分别固定连接有限位板，所述封板与支撑件之间通过伸缩杆组件进行连接，所述伸缩杆组件由固定杆、活动杆、第一连接耳和第二连接耳，所述固定杆的底端通过焊接与支撑件的两端顶部进行固定连接，所述固定杆的顶端焊接有第一连接耳，所述活动杆的一端与第一连接耳呈转动连接，所述活动杆的另一端与第二连接耳呈转动连接，所述第二连接耳固定焊接在封板的下板面；

其表面附面层的控制方法包括以下步骤：

步骤一、标准路基的设定，以常用的1:8比例的三车编组(头车+中间车+尾车)试验采用的固定板的平地路基为例，路基长度大于13米，路基厚度为0.75米，路基上表面宽度大于0.65米，下表面宽度大于0.85米，路基前后端斜坡坡度不大于30°，路基两侧斜坡坡度不大于45°；

步骤二、滚轴数量与安装位置的确定，根据高速列车模型的长度设置不少于四个滚轴系统，首先，在高速列车模型的头车鼻尖所在的路基表面位置安装一个滚轴系统，将整个高速列车模型前方入口处的附面层降下来；其次，考虑到高速列车模型中间车和尾车的转向架和支座结构的影响，在中间车前端转向架和中间车的车厢支座中间所在的路基表面位置安装一个滚轴系统；最后，在高速列车模型尾车前端转向架前方和后端转向架与尾车的车厢支座中间所在的路基表面位置各安装一个滚轴系统；

步骤三、滚轴的控制，采用伺服电机带动滚轴系统的滚轴进行转动，以准确控制旋转速度，并实现滚轴线速度与风洞试验风速相同；

步骤四、模拟无侧风运行工况试验，滚轴系统通过自动升降柱自动从路基内部垂直上升，并使活动杆向两侧展开，以带动封板的打开，滚轴通过伺服电机带动旋转的线速度方向与试验气流方向相同，滚轴的运转可降低路基表面附面层；

步骤五、模拟有侧风运行工况试验，滚轴系统停止运行，滚轴不转动，滚轴系统通过自动升降柱自动垂直下沉，沉入路基内部，其对应位置的路基表面凹坑封板自动封闭，使路基表面平直且无缝隙，使路基表面完全平整，则不会对试验正常气流形成干扰。

作为本发明进一步的方案：所述滚轴系统的滚轴转动时，滚轴上表面离路基上表面10毫米。

作为本发明进一步的方案：所述自动升降柱的根部透过路基下表面与风洞试验段地板或洞壁连接。

作为本发明进一步的方案：所述滚轴两端的支撑件全部封闭在路基的内部。

作为本发明进一步的方案：所述活动杆的两端通过第一连接耳和第二连接耳分别与固定杆和封板呈转动连接。

本发明的有益效果是：1)本发明通过在固定地板的路基表面采用滚轴系统，在滚轴的旋转下，增加路基表面的气流速度，从附面层的产生机理着手，能有效降低路基表面附面层；

2)本发明在降低路基表面附面层的基础上，不对高速列车风洞试验的其它正常气流产生干扰，几乎没有副作用；

3)本发明在目前常用的固定地面路基表面增加滚轴系统，路基系统结构上易于实现，并不复杂，滚轴控制系统常见，易于控制，从工程便捷性和实用性方面来看，具备一定的推广性。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图；

图2为本发明滚轴系统侧视剖面结构示意图；

图3为本发明滚轴系统正视剖面结构示意图。

图中：1、路基，2、轨道，3、高速列车模型，4、滚轴系统，5、支撑件，6、滚轴，7、自动升降柱，8、伺服电机，9、封板，10、伸缩杆组件，11、限位板，12、固定杆，13、活动杆，14、第一连接耳和15、第二连接耳。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1～3，一种高速列车模型风洞试验路基，所述风洞试验路基包括路基1、路基1上表面安置有两条轨道2和高速列车模型3，所述高速列车模型3放置在上表面安置有两条轨道2的路基1上，所述路基1表面安装有滚轴系统4，所述滚轴系统4由支撑件5和滚轴6构成，所述滚轴系统4安放在路基1开设的凹槽内，所述滚轴6的两端转动连接在支撑件5上，所述支撑件5的下表面与路基1开设的凹槽底部之间通过自动升降柱7进行连接，所述支撑件5的下表面通过螺丝固定连接有伺服电机8，所述伺服电机8与外接电源呈电性连接，所述路基1所开设的凹槽上方安装有封板9，且所述路基1上表面在封板9的两侧边处分别固定连接有限位板11，所述封板9与支撑件5之间通过伸缩杆组件10进行连接，所述伸缩杆组件10由固定杆12、活动杆13、第一连接耳14和第二连接耳15，所述固定杆12的底端通过焊接与支撑件5的两端顶部进行固定连接，所述固定杆12的顶端焊接有第一连接耳14，所述活动杆13的一端与第一连接耳14呈转动连接，所述活动杆13的另一端与第二连接耳15呈转动连接，所述第二连接耳15固定焊接在封板9的下板面；

其表面附面层的控制方法包括以下步骤：

步骤一、标准路基的设定，以常用的1:8比例的三车编组(头车+中间车+尾车)试验采用的固定板的平地路基为例，采用的固定地板作为该风洞试验路基的路基1，路基1长度大于13米，路基1厚度为0.075米，路基1上表面宽度大于0.65米，下表面宽度大于0.85米，路基1前后端斜坡坡度不大于30°，路基1两侧斜坡坡度不大于45°；

步骤二、滚轴数量与安装位置的确定，根据高速列车模型3的长度设置不少于四个滚轴系统4，首先，在高速列车模型3的头车鼻尖所在的路基1表面位置安装一个滚轴系统4，将整个高速列车模型3前方入口处的附面层降下来；其次，考虑到高速列车模型3中间车和尾车的转向架和支座结构的影响，在中间车前端转向架和中间车的车厢支座中间所在的路基1表面位置安装一个滚轴系统4；最后，在高速列车模型3尾车前端转向架前方和后端转向架与尾车的车厢支座中间所在的路基1表面位置各安装一个滚轴系统4；

步骤三、滚轴的控制，采用伺服电机8带动滚轴系统4的滚轴6进行转动，以准确控制旋转速度，并实现滚轴线速度与风洞试验风速相同；

步骤四、模拟无侧风运行工况试验，滚轴系统4通过自动升降柱7自动从路基1内部垂直上升，并使活动杆13向两侧展开，以带动封板9的打开，滚轴6通过伺服电机8带动旋转的线速度方向与试验气流方向相同，滚轴6的运转可降低路基表面附面层；

步骤五、模拟有侧风运行工况试验，滚轴系统4停止运行，滚轴6不转动，滚轴系统4通过自动升降柱7自动垂直下沉，沉入路基1内部，其对应位置的路基1表面凹坑封板9自动封闭，使路基1表面平直且无缝隙，使路基1表面完全平整，则不会对试验正常气流形成干扰。

进一步的，在本发明实施例中，所述滚轴系统4的滚轴6转动时，滚轴6上表面离路基1上表面10毫米，既能够起到降低路基表面附面层的作用，同时也不会影响到正常试验气流。

进一步的，在本发明实施例中，所述自动升降柱7的根部透过路基1下表面与风洞试验段地板或洞壁连接，以确保基础稳固，具有足够的强度和刚度。

进一步的，在本发明实施例中，所述滚轴6两端的支撑件5全部封闭在路基1的内部，不突出在路基1外表面，避免滚轴系统4对路基1表面外形结构的影响。

进一步的，在本发明实施例中，所述活动杆13的两端通过第一连接耳14和第二连接耳15分别与固定杆12和封板9呈转动连接，能够在滚轴系统4的升降过程中，带动活动杆13的展开或闭合，进而可使所连接的封板9实现开闭，以便于分别进行有侧风与无侧风两种工况的模拟试验。

工作原理：在使用该采用滚轴装置降低表面附面层的高速列车模型风洞试验路基时，模拟无侧风运行工况试验，滚轴系统4通过自动升降柱7自动从路基1内部垂直上升，并使活动杆13向两侧展开，以带动封板9的打开，滚轴6通过伺服电机8带动旋转的线速度方向与试验气流方向相同，滚轴6的运转可降低路基表面附面层；模拟有侧风运行工况试验，滚轴系统4停止运行，滚轴6不转动，滚轴系统4通过自动升降柱7自动垂直下沉，沉入路基1内部，其对应位置的路基1表面凹坑封板9自动封闭，使路基1表面平直且无缝隙，使路基1表面完全平整，则不会对试验正常气流形成干扰。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (6)

1.一种高速列车模型风洞试验路基，其特征在于：所述风洞试验路基包括路基(1)、路基(1)上表面安置有两条轨道(2)和高速列车模型(3)，所述高速列车模型(3)支撑在路基(1)上，所述路基(1)表面安装有滚轴系统(4)，所述滚轴系统(4)由支撑件(5)和滚轴(6)构成，所述滚轴系统(4)安放在路基(1)开设的凹槽内，所述滚轴(6)的两端转动连接在支撑件(5)上，所述支撑件(5)的下表面与路基(1)开设的凹槽底部之间通过自动升降柱(7)进行连接，所述支撑件(5)的下表面通过螺丝固定连接有伺服电机(8)，所述伺服电机(8)与外接电源呈电性连接，所述路基(1)所开设的凹槽上方安装有封板(9)，且所述路基(1)上表面在封板(9)的两侧边处分别固定连接有限位板(11)，所述封板(9)与支撑件(5)之间通过伸缩杆组件(10)进行连接，所述伸缩杆组件(10)由固定杆(12)、活动杆(13)、第一连接耳(14)和第二连接耳(15)，所述固定杆(12)的底端通过焊接与支撑件(5)的两端顶部进行固定连接，所述固定杆(12)的顶端焊接有第一连接耳(14)，所述活动杆(13)的一端与第一连接耳(14)呈转动连接，所述活动杆(13)的另一端与第二连接耳(15)呈转动连接，所述第二连接耳(15)固定焊接在封板(9)的下板面。

2.根据权利要求1所述的高速列车模型风洞试验路基，其特征在于：所述滚轴系统(4)的滚轴(6)转动时，滚轴(6)上表面离路基(1)上表面10毫米。

3.根据权利要求2所述的高速列车模型风洞试验路基，其特征在于：所述自动升降柱(7)的根部透过路基(1)下表面与风洞试验段地板或洞壁连接。

4.根据权利要求3所述的高速列车模型风洞试验路基，其特征在于：所述滚轴(6)两端的支撑件(5)全部封闭在路基(1)的内部。

5.根据权利要求4所述的高速列车模型风洞试验路基，其特征在于：所述活动杆(13)的两端通过第一连接耳(14)和第二连接耳(15)分别与固定杆(12)和封板(9)呈转动连接。

6.一种基于权利要求1至5任一项所述的一种高速列车模型风洞试验路基表面附面层的控制方法，其特征在于，其表面附面层的控制方法包括以下步骤：

步骤一、标准路基的设定，采用固定地板的风洞试验路基(1)，路基(1)长度大于13米，路基(1)厚度为0.075米，路基(1)上表面宽度大于0.65米，下表面宽度大于0.85米，路基(1)前后端斜坡坡度不大于30°，路基(1)两侧斜坡坡度不大于45°；

步骤二、滚轴数量与安装位置的确定，根据高速列车模型(3)的长度设置不少于四个滚轴系统(4)，首先，在高速列车模型(3)的头车鼻尖所在的路基(1)表面位置安装一个滚轴系统(4)，将整个高速列车模型(3)前方入口处的附面层降下来；其次，考虑到高速列车模型(3)中间车和尾车的转向架和支座结构的影响，在中间车前端转向架和中间车的车厢支座中间所在的路基(1)表面位置安装一个滚轴系统(4)；最后，在高速列车模型(3)尾车前端转向架前方和后端转向架与尾车的车厢支座中间所在的路基(1)表面位置各安装一个滚轴系统(4)；

步骤三、滚轴的控制，采用伺服电机(8)带动滚轴系统(4)的滚轴(6)进行转动，以准确控制旋转速度，并实现滚轴线速度与风洞试验风速相同；

步骤四、模拟无侧风运行工况试验，滚轴系统(4)通过自动升降柱(7)自动从路基(1)内部垂直上升，并使活动杆(13)向两侧展开，以带动封板(9)的打开，滚轴(6)通过伺服电机(8)带动旋转的线速度方向与试验气流方向相同，滚轴(6)的运转可降低路基表面附面层；

步骤五、模拟有侧风运行工况试验，滚轴系统(4)停止运行，滚轴(6)不转动，滚轴系统(4)通过自动升降柱(7)自动垂直下沉，沉入路基(1)内部，其对应位置的路基(1)表面凹坑封板(9)自动封闭，使路基(1)表面平直且无缝隙，使路基(1)表面完全平整，则不会对试验正常气流形成干扰。

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