CN115476887A

CN115476887A - 一种高速列车升力翼

Info

Publication number: CN115476887A
Application number: CN202211314425.0A
Authority: CN
Inventors: 谢红太; 王红
Original assignee: Lanzhou Jiaotong University
Current assignee: Lanzhou Jiaotong University
Priority date: 2022-11-03
Filing date: 2022-11-03
Publication date: 2022-12-16
Anticipated expiration: 2042-11-03
Also published as: CN115476887B

Abstract

本发明涉及轨道交通装备制造领域，具体涉及一种高速列车升力翼。该高速列车升力翼为通过安装起升架支撑布设在高速列车车顶的气动升力调控体，升力翼中心翼剖面为上凸下平的平凸型几何结构，由下弦线、前缘、上弧线及后缘四部分顺次连接组成，整体结构沿中心翼剖面向横向左右两侧对称平滑过渡，在升力翼底部下弦面转动连接的安装起升架的驱动控制下，实现升力翼多迎角的选择工作。该高速列车升力翼针对现有高速列车适用性高、增升效果明显、阻力系数小、气动噪声小、安装空间小、能够有效实现整车节能降耗及积极应对复杂风环境所引起的列车行车安全问题。

Description

一种高速列车升力翼

技术领域

本发明涉及轨道交通装备制造领域，具体涉及一种高速列车升力翼。

背景技术

随着运营时速的提升，轮轨列车的车轮磨耗将进一步加剧，此过程中势必缩短车轮的镟修周期和使用寿命。为了在更高速度下降低列车全寿命周期成本，研究提出了带有升力翼的高速列车概念，突破传统高速列车气动外形设计理念，结合高速列车和飞行器各自优势，希望通过增加列车气动升力，实现高速列车整体节能降耗。

20世纪末，日本东北大学最早提出了“气动悬浮列车”设计概念，通过在地面附近布置地效翼，利用地面效应增升，给列车提供升力。同时对气动悬浮列车所用翼型进行了初步设计研究，认为其运载经济效率要高于磁浮列车和高速民航客机，并制作出了气动悬浮列车实验车型，提出了一种添加升力翼的概念设计方案，在车顶和车底侧面布置“仿机翼”，并指出了一些可供选择的翼型。上述研究表明，设计出具备良好气动特性的升力翼是升力翼列车技术的关键。

截止目前，围绕这一目标，研究提出了多种设计方案，比如授权公告号为CN113602299B，发明名称为高速列车气动力调控的伸缩翼装置、高速列车及控制方法，授权公告号为CN210133111U，发明名称为高速轨道交通列车侧翼升力控制机构的中国专利，授权公告号为CN202175052U和CN202175053U公开的一种高速列车车翼装置等，但总体来看并未充分与高速列车的发展实际相结合，尤其表现在升力翼结构设计方案、安装布置形式、控制方式及实车应用等方面基本处于空白状态。

基于此，在现阶段我国围绕高速智能绿色铁路装备大发展的背景下，研发一种增升效果明显、阻力系数小、气动噪声小、安装空间小、针对现有高速列车适用性高、可智能调控及有效应对复杂风环境的高速列车升力翼，是目前高速列车提速运行及贯彻节能降耗发展绿色铁路装备亟待解决的问题之一。

发明内容

为了克服现有技术以下几个主要技术问题和缺陷：

（1）填补高速列车升力翼结构设计方案、安装布置形式、控制方式及实车应用等方面的技术空白；

（2）授权公告号为CN210133111U，所公开的一种高速轨道交通列车侧翼升力控制机构的侧翼升力控制机构安装于高速列车车底，只用来调控调节头车及尾车在运行中所产生的不平衡升力，作用效果单一，未能对列车整体的升力进行调控、进而不能有效实现整车减阻降耗；

（3）授权公告号为CN210133111U，所公开的一种高速轨道交通列车侧翼升力控制机构，所披露的翼板结构垂向投影呈左右对称布置的长窄条状，整个升力翼板窄小且工作模式单一，不能有效应对复杂风环境及横风效应；

（4）授权公告号为CN210133111U及，所公开的一种高速轨道交通列车侧翼升力控制机构，及CN113602299B，所公开高速列车气动力调控的伸缩翼装置，所披露的升力翼结构垂向位置固定，不能满列车不同速度等级运行阶段对不同升力调控的运行需求；

（5）授权公告号为CN202175052U和CN202175053U的专利，通过一种高速列车车翼装置，根据不同情况调节翼型装置的俯仰角度，来达到利用气流的能量来产生升力或阻力的作用，以达到减小能源消耗、缩短制动距离的目的，但不能够对横风效应进行减弱；

（6）授权公告号为CN112498386B的专利，通过设计仿鱼鳞装置安装在列车车身一侧，根据横风风向和风速来调节装置的角度，以改变气流的流向，达到减弱横风效应的目的。但只能防止列车一侧的横风作用，并且该装置安装在整个车身一侧区域，影响列车原有的设计，如车窗、车门等，不易于实际使用。

为能够实现高速列车在实际运行过程中针对现有高速列车适用性高、可智能调控同时能够有效应对复杂风环境，同时增升效果明显且升力可控、升力翼装置阻力系数小、气动噪声小、安装空间小、发展整体能耗和全寿命周期成本下降的创新型高速列车的要求。本发明提出一种高速列车升力翼。

为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种高速列车升力翼，升力翼为通过安装起升架支撑布设在高速列车车顶的气动升力调控体，升力翼中心翼剖面为上凸下平的平凸型几何结构，由下弦线、前缘、上弧线及后缘4部分顺次连接组成，所述下弦线为直线，所述上弧线为多次样条线；升力翼整体结构沿所述中心翼剖面向横向左右两侧对称平滑过渡；所述安装起升架下端部连接于高速列车车顶升力翼调控机构部，上端部铰接在纵向平面内转动连接于升力翼下弧面底部，满足升力翼多迎角的选择工作。

作为优选地，所述升力翼在横向截面内有效安装空间为铁路建筑限界与车辆限界中间的车顶上方区域，区域宽度K小于等于列车横向外形尺寸，区域高度H小于高速列车受电弓起升高度减去400mm的安全高度余量；升力翼几何设计尺寸横向截面内满足铁路建限界及车辆限界的空间尺度要求；升力翼横向宽度k小于等于列车横向外形尺寸，为1600~2000mm；升力翼弦长c等于0.5~1倍的横向宽度k，为800~2000mm；所述升力翼中心翼剖面的最大厚度tmax为250~400mm，所述最大厚度tmax位置垂直距离前缘端部距离cx为200~400mm；所述升力翼的前缘半径r等于20~50mm；所述升力翼的后缘角R2等于5~15度。

作为优选地，所述安装起升架连接在升力翼下弦面的纵向弦线中心位置处，所述升力翼工作时在所述安装起升架支撑升降控制下，常态化的工作高度h为300~800mm，常态化的工作迎角为R为0~30度。

作为优选地，所述升力翼为零偏角平凸型升力翼，所述零偏角平凸型升力翼横向左右两侧对称的翼剖面均与中心翼剖面几何形状一致。

作为优选地，所述升力翼为带偏角平凸型升力翼，所述带偏角平凸型升力翼翼剖面上弧线从中间向左右两侧对称平滑降低过渡，升力翼中心翼剖面最大厚度位置到最外侧翼剖面最大厚度位置对应点的垂向偏角R3为5~10度。

作为优选地，所述升力翼为带掠角平凸型升力翼，所述带掠角平凸型升力翼翼剖面上弧线从中间向左右两侧对称平滑降低过渡，升力翼中心翼剖面最大厚度位置到最外侧翼剖面最大厚度位置对应点的垂向偏角R3为5~10度；水平投影面内所述前缘向后侧两侧对称设置前掠角Rq，范围大小为75~90度，后缘向后侧两侧对称设置后掠角Rh，范围大小为45~90度。

作为优选地，所述零偏角平凸型升力翼的弦长c为1200mm，横向宽度k为1800mm，前缘半径r为25mm，后缘角R2为12度，垂直距离前缘端部距离cx为250mm所述对应的最大厚度tmax为300mm。

作为优选地，所述带偏角平凸型升力翼的弦长c为1200mm，横向宽度k为1800mm，前缘半径r为25mm，后缘角R2为12度，垂直距离前缘端部距离cx为250mm所述对应的最大厚度tmax为300mm，垂向偏角R3为12度。

作为优选地，所述带掠角平凸型升力翼的弦长c为1200mm，横向宽度k为1800mm，前缘半径r为25mm，后缘角R2为12度，垂直距离前缘端部距离cx为250mm所述对应的最大厚度tmax为300mm，垂向偏角R3为12度，前掠角Rq为80度，后掠角Rh为80度。

作为优选地，所述升力翼工作时常态化的工作高度h为400mm，常态化的工作迎角R1为20度。

本发明的有益效果为：提出了一种平凸型高速列车升力翼结构，升力翼为通过安装起升架支撑布设在高速列车车顶的气动升力调控体，升力翼中心翼剖面为上凸下平的平凸型几何结构，升力翼整体结构沿所述中心翼剖面向横向左右两侧对称平滑过渡；在升力翼底部下弦面转动连接的安装起升架的驱动控制下，实现升力翼多迎角的选择工作。该高速列车升力翼针对现有高速列车适用性高、增升效果明显、阻力系数小、气动噪声小、安装空间小、能够有效实现整车节能降耗及积极应对复杂风环境所引起的列车行车安全问题。

附图说明

图1为本发明的一种高速列车升力翼的翼剖面几何参数示意图；

图2为本发明的一种高速列车升力翼的横向安装布置示意图；

图3为本发明的一种高速列车升力翼的三种翼型几何参数设计图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图1、2所示，一种高速列车升力翼为通过安装起升架支撑布设在高速列车车顶的气动升力调控体，升力翼中心翼剖面为上凸下平的平凸型几何结构，由下弦线、前缘、上弧线及后缘4部分顺次连接组成，所述下弦线为直线，所述上弧线为多次样条线；升力翼整体结构沿所述中心翼剖面向横向左右两侧对称平滑过渡；所述安装起升架下端部连接于高速列车车顶升力翼调控机构部，上端部铰接在纵向平面内转动连接于升力翼下弧面底部，满足升力翼多迎角的选择工作。

其中，所述升力翼在横向截面内有效安装空间为铁路建筑限界与车辆限界中间的车顶上方区域，区域宽度K小于等于列车横向外形尺寸，区域高度H小于高速列车受电弓起升高度减去400mm的安全高度余量；升力翼几何设计尺寸横向截面内满足铁路建限界及车辆限界的空间尺度要求；升力翼横向宽度k小于等于列车横向外形尺寸，为1600~2000mm；升力翼弦长c等于0.5~1倍的横向宽度k，为800~2000mm；所述升力翼中心翼剖面的最大厚度tmax为250~400mm，所述最大厚度tmax位置垂直距离前缘端部距离cx为200~400mm；所述升力翼的前缘半径r等于20~50mm；所述升力翼的后缘角R2等于5~15度。

所述安装起升架连接在升力翼下弦面的纵向弦线中心位置处，所述升力翼工作时在所述安装起升架支撑升降控制下，常态化的工作高度h为300~800mm，常态化的工作迎角为R为0~30度。所述升力翼工作时优选常态化的工作高度h为400mm，常态化的工作迎角R1为20度。

参考图3所示意：

升力翼的第一种实施方式：所述升力翼为零偏角平凸型升力翼，所述零偏角平凸型升力翼横向左右两侧对称的翼剖面均与中心翼剖面几何形状一致。所述零偏角平凸型升力翼的弦长c为1200mm，横向宽度k为1800mm，前缘半径r为25mm，后缘角R2为12度，垂直距离前缘端部距离cx为250mm所述对应的最大厚度tmax为300mm。

升力翼的第二种实施方式：所述升力翼为带偏角平凸型升力翼，所述带偏角平凸型升力翼翼剖面上弧线从中间向左右两侧对称平滑降低过渡，升力翼中心翼剖面最大厚度位置到最外侧翼剖面最大厚度位置对应点的垂向偏角R3为5~10度。所述带偏角平凸型升力翼的弦长c为1200mm，横向宽度k为1800mm，前缘半径r为25mm，后缘角R2为12度，垂直距离前缘端部距离cx为250mm所述对应的最大厚度tmax为300mm，垂向偏角R3为12度。

升力翼的第三种实施方式：所述升力翼为带掠角平凸型升力翼，所述带掠角平凸型升力翼翼剖面上弧线从中间向左右两侧对称平滑降低过渡，升力翼中心翼剖面最大厚度位置到最外侧翼剖面最大厚度位置对应点的垂向偏角R3为5~10度；水平投影面内所述前缘向后侧两侧对称设置前掠角Rq，范围大小为75~90度，后缘向后侧两侧对称设置后掠角Rh，范围大小为45~90度。所述带掠角平凸型升力翼的弦长c为1200mm，横向宽度k为1800mm，前缘半径r为25mm，后缘角R2为12度，垂直距离前缘端部距离cx为250mm所述对应的最大厚度tmax为300mm，垂向偏角R3为12度，前掠角Rq为80度，后掠角Rh为80度。

其中需要说明的是，本文献中提到的“左”、“右”、“前”、“后”、“上”、“下”等指示方位或位置关系为基于附图所示的位置关系，仅是为了便于描述本技术方案和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造或操作，因此不能理解为对技术方案的限制，所述连接关系可以指直接连接关系，也可以指间接连接关系。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims

1.一种高速列车升力翼，其特征在于：升力翼为通过安装起升架支撑布设在高速列车车顶的气动升力调控体，升力翼中心翼剖面为上凸下平的平凸型几何结构，由下弦线、前缘、上弧线及后缘4部分顺次连接组成，所述下弦线为直线，所述上弧线为多次样条线；升力翼整体结构沿所述中心翼剖面向横向左右两侧对称平滑过渡；所述安装起升架下端部连接于高速列车车顶升力翼调控机构部，上端部铰接在纵向平面内转动连接于升力翼下弧面底部，满足升力翼多迎角的选择工作。

2.根据权利要求1所述的一种高速列车升力翼，其特征在于：所述升力翼在横向截面内有效安装空间为铁路建筑限界与车辆限界中间的车顶上方区域，区域宽度（K）小于等于列车横向外形尺寸，区域高度（H）小于高速列车受电弓起升高度减去400mm的安全高度余量；升力翼几何设计尺寸横向截面内满足铁路建限界及车辆限界的空间尺度要求；升力翼横向宽度（k）小于等于列车横向外形尺寸，为1600~2000mm；升力翼弦长（c）等于0.5~1倍的横向宽度（k），为800~2000mm；所述升力翼中心翼剖面的最大厚度（tmax）为250~400mm，所述最大厚度（tmax）位置垂直距离前缘端部距离（cx）为200~400mm；所述升力翼的前缘半径（r）等于20~50mm；所述升力翼的后缘角（R2）等于5~15度。

3.根据权利要求1所述的一种高速列车升力翼，其特征在于：所述安装起升架连接在升力翼下弦面的纵向弦线中心位置处，所述升力翼工作时在所述安装起升架支撑升降控制下，常态化的工作高度（h）为300~800mm，常态化的工作迎角为（R）为0~30度。

4.根据权利要求1至3任一项所述的一种高速列车升力翼，其特征在于：所述升力翼为零偏角平凸型升力翼，所述零偏角平凸型升力翼横向左右两侧对称的翼剖面均与中心翼剖面几何形状一致。

5.根据权利要求1至3任一项所述的一种高速列车升力翼，其特征在于：所述升力翼为带偏角平凸型升力翼，所述带偏角平凸型升力翼翼剖面上弧线从中间向左右两侧对称平滑降低过渡，升力翼中心翼剖面最大厚度位置到最外侧翼剖面最大厚度位置对应点的垂向偏角（R3）为5~10度。

6.根据权利要求1至3任一项所述的一种高速列车升力翼，其特征在于：所述升力翼为带掠角平凸型升力翼，所述带掠角平凸型升力翼翼剖面上弧线从中间向左右两侧对称平滑降低过渡，升力翼中心翼剖面最大厚度位置到最外侧翼剖面最大厚度位置对应点的垂向偏角（R3）为5~10度；水平投影面内所述前缘向后侧两侧对称设置前掠角（Rq），范围大小为75~90度，后缘向后侧两侧对称设置后掠角（Rh），范围大小为45~90度。

7.根据权利要求4所述的一种高速列车升力翼，其特征在于：所述零偏角平凸型升力翼的弦长（c）为1200mm，横向宽度（k）为1800mm，前缘半径（r）为25mm，后缘角（R2）为12度，垂直距离前缘端部距离（cx）为250mm所述对应的最大厚度（tmax）为300mm。

8.根据权利要求5所述的一种高速列车升力翼，其特征在于：所述带偏角平凸型升力翼的弦长（c）为1200mm，横向宽度（k）为1800mm，前缘半径（r）为25mm，后缘角（R2）为12度，垂直距离前缘端部距离（cx）为250mm所述对应的最大厚度（tmax）为300mm，垂向偏角（R3）为12度。

9.根据权利要求6所述的一种高速列车升力翼，其特征在于：所述带掠角平凸型升力翼的弦长（c）为1200mm，横向宽度（k）为1800mm，前缘半径（r）为25mm，后缘角（R2）为12度，垂直距离前缘端部距离（cx）为250mm所述对应的最大厚度（tmax）为300mm，垂向偏角（R3）为12度，前掠角（Rq）为80度，后掠角（Rh）为80度。

10.根据权利要求3所述的一种高速列车升力翼，其特征在于：所述升力翼工作时常态化的工作高度（h）为400mm，常态化的工作迎角为（R1）为20度。