CN114487472A - 一种列车风测量装置及其测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种列车风测量装置及其测量方法，包括测风盘、压力输送管道、差压传感器、数据采集系统和分析系统，测风盘上设置有一个用于从顶部进风的顶部进风孔和多个用于从侧面进风的侧向进风孔，顶部进风孔和侧向进风孔从测风盘的内部向测风盘的底部贯通，压力输送管道的一端与顶部进风孔和侧向进风孔的底部连接，另一端与差压传感器连接，采集系统同时与差压传感器和分析系统连接。本发明的装置及其测量方法一方面通过五点压力测量，可以准确得到列车风的大小和方向；另一方面，没有测量盲区，无论列车风的方向是多少，均可以准确测量。进一步的，该测量装置结构简单、制造方便，便于推广应用。

Description

一种列车风测量装置及其测量方法
技术领域
本发明涉及轨道交通技术领域，具体涉及一种列车风测量装置及其测量方法。
背景技术
高速列车的列车风问题一直是国内外列车空气动力学的前沿问题之一，随着高速列车运营速度的大幅增加，列车风也越来越大，如何准确测量列车高速运营产生列车风的速度，进而确定安全退避距离，一直是高速列车发展中研究的热点，目前仍然没有合适的测量方法完全解决该问题。
列车风的测量方法主要有两种，第一种方法是实际列车运营过程中进行测量，在站台或者线路一侧，安装好列车风测试仪器，等列车快要运行到测量位置，开始测量，等列车驶离测量位置一段距离后，结束测量。第二种方法是采用动模型列车运行过程中进行测量，在动模型线路一侧，安装好列车风测试仪器，在模型列车开始运行时开始测量，等列车驶离测量位置一段距离后，结束测量。
这两种列车风测量方法所采用的测量仪器基本一致，均采用速度测量仪，气流速度的测量主要有皮托管测量法、多孔探针(包括五孔、七孔等)、热线风速仪、机械测风仪等测量仪器。其中，采用皮托管测量法，无法测量速度方向，并且需要将皮托管的总压孔正对来流，但列车风的大小和方向均随时间变化，特别是方向变化剧烈，比如有时是纵向列车风沿列车前进方向，有时是纵向列车风与列车前进方向相反，同样，在垂直于列车方向，有时远离列车方向，有时却靠近列车方向。因此，皮托管测量仪器由于列车风速度的变化无法采用。而多孔探针也同样存在这种问题，虽然多孔探针不需要正对来流方向，也可以测量出速度方向，但列车风速度的方向与探针的夹角有一定范围，超出范围测量就不准确了，而列车风纵向和垂向方向变化达到180度，远超探针的测量范围。因此多孔探针也不合适准确测量。而热线风速仪只能测量列车风速度的大小，而不能测量列车风速度的方向。同时，机械测风仪虽然能够测量列车风速度的大小和方向，但存在两大缺点：一是灵敏度不够高，二是体积太大，对于气象等大规模场景测量可以胜任，但对于列车风局部点测量，精度太低。特别是动模型实验，由于是模型缩比实验，一般比例会缩小到1:20左右，机械测风仪占据的空间推到实际情况，可能达到0.6米左右，测量的列车风速度可能是一个大范围的值，而不是所需要的单个小点的值。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术存在的不足，提供一种列车风测量装置及其测量方法。
为解决上述技术问题，本发明首先公开了一种列车风测量装置，包括测风盘、压力输送管道、差压传感器、数据采集系统和分析系统，所述测风盘上设置有一个用于从顶部进风的顶部进风孔和多个用于从侧面进风的侧向进风孔，所述顶部进风孔和侧向进风孔从所述测风盘的内部向所述测风盘的底部贯通，所述压力输送管道的一端与所述顶部进风孔和侧向进风孔的底部连接，另一端与所述差压传感器连接，所述采集系统同时与所述差压传感器和分析系统连接。
进一步的，所述侧向进风孔沿着所述测风盘的周向均布为四个。
进一步的，所述顶部进风孔竖向贯穿所述测风盘设置，所述侧向进风孔包括横向设置的横向进风孔和竖向设置的竖向进风孔，所述横向进风孔和竖向进风孔在所述测风盘内连通。
进一步的，所述顶部进风孔和侧向进风孔均是半径为0.5-0.8mm的圆孔；当所述测风盘用于列车实车测试时，所述测风盘的半径为8-12mm。
进一步的，所述顶部进风孔和侧向进风孔均是半径为0.5-0.8mm的圆孔；当所述测风盘用于列车模型测试时，所述测风盘的半径为3-5mm。
进一步的，所述差压传感器的另一端与保压箱连接。
进一步的，所述差压传感器的另一端通过压力传输管道与远离列车几米外地方大气连接。
进一步的，所述测风盘为扁平的圆盘结构，且所述圆盘结构的外侧为光滑半圆弧面。
然后，本发明公开了一种列车风测量方法，在测量过程中，其中一组相对的两个所述侧向进风孔的开口方向与列车的长度方向垂直，另一组相对的两个所述侧向进风孔的开口方向与列车的长度方向平行；其中，将沿着所述测风盘顺时针或者逆时针将四个侧向进风孔设置为第一测压孔、第二测压孔、第三测压孔和第四测压孔，所述顶部进风孔设置为第五测压孔，所述第一测压孔和第二测压孔之间为Ⅰ区域，第二测压孔和第三测压孔之间为Ⅱ区域，第三测压孔和第四测压孔之间为Ⅲ区域，第四测压孔和第一测压孔之间为Ⅳ区域；如果第一测压孔和第二测压孔的压力均大于第五测压孔的值，那么列车风方向在Ⅰ区域；如果第二测压孔和第三测压孔的压力均大于第五测压孔的值，那么列车风方向在Ⅱ区域；如果第三测压孔和第四测压孔的压力均大于第五测压孔的值，那么列车风方向在Ⅲ区域；如果第四测压孔和第一测压孔的压力均大于第五测压孔的值，那么列车风方向在Ⅳ区域。
进一步的，确定列车风所在区域后，根据：
Figure BDA0003437623690000021
和
Figure BDA0003437623690000022
即可得出列车风的大小和方向；其中，P0为第五测压孔测量得到的静压，P1为相邻两侧向进风孔中沿列车长度方向的侧向进风孔所得到的压力，P2为相邻两侧向进风孔中垂直列车长度方向的侧向进风孔所得到的压力，v1为沿列车长度方向的速度，v2为垂直列车长度方向的速度，β为列车风方。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明的装置及其测量方法一方面通过五点压力测量，可以准确得到列车风的大小和方向；另一方面，没有测量盲区，无论列车风的方向是多少，均可以准确测量。进一步的，该测量装置结构简单、制造方便，便于推广应用。
附图说明
构成本申请的部分附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例公开的列车风测量装置的轴测示意图；
图2为本发明实施例公开的列车风测量装置的主视示意图；
图3为本发明实施例公开的列车风测量装置的侧视示意图。
图例说明：
1、测风盘；11、顶部进风孔；12、侧向进风孔；121、横向进风孔；122、竖向进风孔；2、压力输送管道；3、Ⅰ区域；4、Ⅱ区域；5、Ⅲ区域；6、Ⅳ区域。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明做更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体实施例。
如图1-3所示，本发明首先公开了一种列车风测量装置，包括测风盘1、压力输送管道2、差压传感器、数据采集系统和分析系统，测风盘1为扁平的圆盘结构，且圆盘结构的外侧为光滑半圆弧面，在测量的同时减少装置的风阻。测风盘1上设置有一个用于从顶部进风的顶部进风孔11和多个用于从侧面进风的侧向进风孔12，在本实施例中，侧向进风孔12沿着测风盘1的周向均布为四个，前后左右各一个。顶部进风孔11和侧向进风孔12从测风盘1的内部向测风盘1的底部贯通，压力输送管道2的一端与顶部进风孔11和侧向进风孔12的底部连接，另一端与差压传感器连接，采集系统同时与差压传感器和分析系统连接，采集系统接收差压传感器传递来的压力数据后传输给分析系统，分析系统根据压力得出风速的大小。
在本实施例中，为了便于加工，顶部进风孔11竖向贯穿测风盘1设置，侧向进风孔12包括横向设置的横向进风孔121和竖向设置的竖向进风孔122，通过竖向和横向两次钻孔即可成形，横向进风孔121和竖向进风孔122均为沉孔，在测风盘1内连通。
在本实施例中，顶部进风孔11和侧向进风孔12均是半径为0.5-0.8mm的圆孔；当测风盘1用于列车实车测试时，测风盘的半径为10mm，当测风盘1用于列车模型测试时，测风盘1的半径相应减小，为4mm。
在本实施例中，差压传感器的另一端与保压箱连接，或者，可选的，差压传感器的另一端通过压力传输管道与远离列车几米外地方大气连接，从而可以确保差压传感器一侧的压力稳定。
然后，本发明公开了一种列车风测量方法，在测量过程中，其中一组相对的两个侧向进风孔12的开口方向与列车的长度方向垂直，另一组相对的两个侧向进风孔12的开口方向与列车的长度方向平行；其中，将沿着测风盘1顺时针或者逆时针将四个侧向进风孔12设置为第一测压孔、第二测压孔、第三测压孔和第四测压孔，顶部进风孔11设置为第五测压孔，第一测压孔和第二测压孔之间为Ⅰ区域3，第二测压孔和第三测压孔之间为Ⅱ区域4，第三测压孔和第四测压孔之间为Ⅲ区域5，第四测压孔和第一测压孔之间为Ⅳ区域6；如果第一测压孔和第二测压孔的压力均大于第五测压孔的值，那么列车风方向在Ⅰ区域3；如果第二测压孔和第三测压孔的压力均大于第五测压孔的值，那么列车风方向在Ⅱ区域4；如果第三测压孔和第四测压孔的压力均大于第五测压孔的值，那么列车风方向在Ⅲ区域5；如果第四测压孔和第一测压孔的压力均大于第五测压孔的值，那么列车风方向在Ⅳ区域6，从而可以快速测量出列车风的方向。
在本实施例中，确定列车风所在区域后，根据：
Figure BDA0003437623690000041
和
Figure BDA0003437623690000042
即可得出列车风的大小和方向；其中，P0为第五测压孔测量得到的静压，P1为相邻两侧向进风孔12中沿列车长度方向的侧向进风孔12所得到的压力，P2为相邻两侧向进风孔12中垂直列车长度方向的侧向进风孔12所得到的压力，v1为沿列车长度方向的速度，v2为垂直列车长度方向的速度，β为列车风方。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种列车风测量装置，其特征在于，包括测风盘(1)、压力输送管道(2)、差压传感器、数据采集系统和分析系统，所述测风盘(1)上设置有一个用于从顶部进风的顶部进风孔(11)和多个用于从侧面进风的侧向进风孔(12)，所述顶部进风孔(11)和侧向进风孔(12)从所述测风盘(1)的内部向所述测风盘(1)的底部贯通，所述压力输送管道(2)的一端与所述顶部进风孔(11)和侧向进风孔(12)的底部连接，另一端与所述差压传感器连接，所述采集系统同时与所述差压传感器和分析系统连接。
2.根据权利要求1所述的列车风测量装置，其特征在于，所述侧向进风孔(12)沿着所述测风盘(1)的周向均布为四个。
3.根据权利要求2所述的列车风测量装置，其特征在于，所述顶部进风孔(11)竖向贯穿所述测风盘(1)设置，所述侧向进风孔(12)包括横向设置的横向进风孔(121)和竖向设置的竖向进风孔(122)，所述横向进风孔(121)和竖向进风孔(122)在所述测风盘(1)内连通。
4.根据权利要求3所述的列车风测量装置，其特征在于，所述顶部进风孔(11)和侧向进风孔(12)均是半径为0.5-0.8mm的圆孔；当所述测风盘(1)用于列车实车测试时，所述测风盘(1)的半径为8-12mm。
5.根据权利要求3所述的列车风测量装置，其特征在于，所述顶部进风孔(11)和侧向进风孔(12)均是半径为0.5-0.8mm的圆孔；当所述测风盘(1)用于列车模型测试时，所述测风盘(1)的半径为3-5mm。
6.根据权利要求1-5任一项所述的列车风测量装置，其特征在于，所述差压传感器的另一端与保压箱连接。
7.根据权利要求1-5任一项所述的列车风测量装置，其特征在于，所述差压传感器的另一端通过压力传输管道与远离列车几米外地方大气连接。
8.根据权利要求1-5任一所述的列车风测量装置，其特征在于，所述测风盘(1)为扁平的圆盘结构，且所述圆盘结构的外侧为光滑半圆弧面。
9.一种列车风测量方法，其特征在于，在测量过程中，其中一组相对的两个所述侧向进风孔(12)的开口方向与列车的长度方向垂直，另一组相对的两个所述侧向进风孔(12)的开口方向与列车的长度方向平行；其中，将沿着所述测风盘(1)顺时针或者逆时针将四个侧向进风孔(12)设置为第一测压孔、第二测压孔、第三测压孔和第四测压孔，所述顶部进风孔(11)设置为第五测压孔，所述第一测压孔和第二测压孔之间为Ⅰ区域(3)，第二测压孔和第三测压孔之间为Ⅱ区域(4)，第三测压孔和第四测压孔之间为Ⅲ区域(5)，第四测压孔和第一测压孔之间为Ⅳ区域(6)；如果第一测压孔和第二测压孔的压力均大于第五测压孔的值，那么列车风方向在Ⅰ区域(3)；如果第二测压孔和第三测压孔的压力均大于第五测压孔的值，那么列车风方向在Ⅱ区域(4)；如果第三测压孔和第四测压孔的压力均大于第五测压孔的值，那么列车风方向在Ⅲ区域(5)；如果第四测压孔和第一测压孔的压力均大于第五测压孔的值，那么列车风方向在Ⅳ区域(6)。
10.根据权利要求9所述的列车风测量方法，其特征在于，确定列车风所在区域后，根据：
Figure FDA0003437623680000021
和
Figure FDA0003437623680000022
即可得出列车风的大小和方向；其中，P0为第五测压孔测量得到的静压，P1为相邻两侧向进风孔(12)中沿列车长度方向的侧向进风孔(12)所得到的压力，P2为相邻两侧向进风孔(12)中垂直列车长度方向的侧向进风孔(12)所得到的压力，v1为沿列车长度方向的速度，v2为垂直列车长度方向的速度，β为列车风方。
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