CN205149870U - 高速列车横风扰流装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型为一种高速列车横风扰流装置，包括至少一个设于高速列车车顶用于扰乱横风气动力特征以消弱横风气动作用力的扰流机构；扰流机构沿高速列车的行使方向分布于高速列车车顶两侧；扰流机构的竖向高度沿高速列车行驶方向呈高低变化，高低变化呈规则变化或呈不规则变化。在高速列车高速运行时，通过在高速列车的车顶两侧布设扰流机构，以扰流作用于高速列车侧壁面的横风，使得作用于到扰流机构上的横风沿着扰流机构的上边缘形成不同角度的折射或反射形成乱流并牵引横风改变方向，从而减小横风对高速列车侧向的作用力。
Description
技术领域
本实用新型涉及高速列车安全设施技术领域，尤其涉及高速列车横风扰流装置。
背景技术
高速铁路运输具有运输成本低，输送量大，绿色环保，和良好的舒适性等优势，因此相关技术得到广泛发展。我国货运量持续增长，人们出行次数日益增多，对铁路运输带来巨大的压力，需要大规模建设高速铁路。然而列车高速运行会产生十分复杂的空气动力学现象。尤其在高速运行时遇到大风天气，将引发不安全因素。因大风造成列车倾覆的事故时有发生，每次都造成了重大的生命财产损失。高速铁路列车具有一个突出的特点是其为大长细比的条状物。因此，在列车运行的空气动力学现象的影响因素中，横风效应的影响非常显著。横风效应引起的气动力，可以使列车发生共振，导致车体疲劳破坏，也会使轮轨受力情况发生巨大变化，导致车体横向摆动过大，而发生倾覆，如图12。为了使列车在大风天气下安全运行，对列车速度进行限制，但这以降低运力为代价。
实用新型内容
针对现有技术存在的缺陷，本实用新型的目的是提供一种高速列车横风扰流装置，以解决现有高速列车大风天气下，受横风效应影响，使列车发生共振，导致车体疲劳破坏，也会使轮轨受力情况发生巨大变化，导致车体横向摆动过大，而发生倾覆；而为了使高速列车在大风天气下安全运行，采用对列车速度进行限制，以降低运力为代价得不偿失的技术问题。为了减弱大风天气下高速列车受到的横风效应，设计一种安装在列车车体上的横风向扰流板。通过扰流板的分流作用，改善列车在横风作用下的空气动力学特性，提高列车运行的安全性，增大列车通过风区的速度限值。
为了实现上述技术目的，本实用新型专利的技术方案是：一种高速列车横风扰流装置，包括至少一个设于高速列车车顶用于扰乱横风气动力特征以消弱横风气动作用力的扰流机构；扰流机构沿高速列车的行使方向分布于高速列车车顶两侧；扰流机构的竖向高度沿高速列车行驶方向呈高低变化，高低变化呈规则变化或呈不规则变化。
进一步地，扰流机构包括用于固定定位于高速列车车顶的安装座以及设于安装座上用于扰乱横风气动力特征以消弱横风气动作用力的扰流板。
进一步地，扰流板的上边缘沿水平方向呈凹凸相间形布置；或者扰流板的上边缘沿竖直方向呈凹凸相间形布置。
进一步地，凹凸相间形布置采用波浪形布置、锯齿形布置、半圆形紧靠排列布置、梯形紧靠排列布置中的至少一种。
进一步地，扰流板的横截面尺寸由下至上逐渐减小，呈三角形截面或呈梯形截面。
进一步地，扰流板与安装座之间设有提高转角部位强度的加强筋。
进一步地，扰流板的水平截面呈波浪形或锯齿形布置。
进一步地，扰流机构采用贯通于整节高速列车车顶的通长结构；或者扰流机构采用多个单元段间隔布置形成的多段式结构。
进一步地，设于高速列车车顶两侧的扰流机构之间设有用于提高扰流机构横向支撑力的支撑件，支撑件为支撑杆、支撑板、支撑网格或支撑网架。
进一步地，高速列车车顶上开设有用于收纳扰流机构的收纳槽，扰流机构通过活动机构安装于收纳槽上；活动机构采用滚动件、伸缩件、转动件、滑动件或者折叠件。
本实用新型的有益技术效果是：
本实用新型高速列车横风扰流装置，在高速列车高速运行时，通过在高速列车的车顶两侧布设扰流机构，以扰流作用于高速列车侧壁面的横风，使得作用于到扰流机构上的横风沿着扰流机构的上边缘形成不同角度的折射或反射形成乱流并牵引横风改变方向，从而减小横风对高速列车侧向的作用力。扰流机构包括有安装座和扰流板两个部分，结构简单、轻巧，对高速列车的负重影响小，通过安装座即可将扰流机构轻易安装于现有结构的高速列车，无需对高速列车的结构进行变动或重新设计制造，从而节约成本，并且易于维护和更换。可以适用于各类高速列车的使用。
下面结合附图对本实用新型作进一步说明。
附图说明
图1是高速列车在横风作用下的横风气动力特征示意图；
图2是本实用新型实施例的扰流板竖立状态的结构示意图；
图3是本实用新型实施例的扰流板向外倾斜状态的结构示意图；
图4是本实用新型实施例的波浪形的扰流板的结构示意图；
图5是本实用新型实施例的锯齿形的扰流板的结构示意图；
图6是本实用新型实施例的凹凸形态的扰流板的结构示意图之一；
图7是本实用新型实施例的凹凸形态的扰流板的结构示意图之二；
图8是本实用新型实施例的凹凸形态的扰流机构增设加强筋并在相邻扰流机构间设有支撑件的结构示意图；
图9是本实用新型实施例的凹凸形态的扰流机构通过转动件设于收纳槽上的结构示意图；
图10是本实用新型实施例的凹凸形态的扰流机构通过齿轮啮合连接于收纳槽上的结构示意图；
图11是本实用新型实施例的凹凸形态的伸缩件设于收纳槽上的结构示意图；
图12是横风作用下的高速列车受力状况的示意图。
图例说明：
1、高速列车车顶；2、扰流机构；201、安装座；202、扰流板；3、加强筋；4、支撑件；5、收纳槽；6、活动机构。
具体实施方式
下面对本实用新型技术内容的进一步说明，但并非对本实用新型实质内容的限制。
图1是高速列车在横风作用下的横风气动力特征示意图；图2是本实用新型实施例的扰流板竖立状态的结构示意图；图3是本实用新型实施例的扰流板向外倾斜状态的结构示意图；图4是本实用新型实施例的波浪形的扰流板的结构示意图；图5是本实用新型实施例的锯齿形的扰流板的结构示意图；图6是本实用新型实施例的凹凸形态的扰流板的结构示意图之一；图7是本实用新型实施例的凹凸形态的扰流板的结构示意图之二；图8是本实用新型实施例的凹凸形态的扰流机构增设加强筋并在相邻扰流机构间设有支撑件的结构示意图；图9是本实用新型实施例的凹凸形态的扰流机构通过转动件设于收纳槽上的结构示意图；图10是本实用新型实施例的凹凸形态的扰流机构通过齿轮啮合连接于收纳槽上的结构示意图；图11是本实用新型实施例的凹凸形态的伸缩件设于收纳槽上的结构示意图；图12是横风作用下的高速列车受力状况的示意图。
如图1所示，本实施例的高速列车横风扰流装置，包括至少一个设于高速列车车顶1用于扰乱横风气动力特征以消弱横风气动作用力的扰流机构2；扰流机构2沿高速列车的行使方向分布于高速列车车顶1两侧；扰流机构2的竖向高度沿高速列车行驶方向呈高低变化，高低变化呈规则变化或呈不规则变化。本实用新型高速列车横风扰流装置，在高速列车高速运行时，通过在高速列车的车顶两侧布设扰流机构2，以扰流作用于高速列车侧壁面的横风，使得作用于到扰流机构2上的横风沿着扰流机构2的上边缘形成不同角度的折射或反射形成乱流并牵引横风改变方向，从而减小横风对高速列车侧向的作用力。扰流机构2包括有安装座201和扰流板202两个部分，结构简单、轻巧，对高速列车的负重影响小，通过安装座201即可将扰流机构2轻易安装于现有结构的高速列车，无需对高速列车的结构进行变动或重新设计制造，从而节约成本，并且易于维护和更换。可以适用于各类高速列车的使用。
如图1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11所示，本实施例中，扰流机构2包括用于固定定位于高速列车车顶1的安装座201以及设于安装座201上用于扰乱横风气动力特征以消弱横风气动作用力的扰流板202。
如图1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11所示，本实施例中，可选地，扰流板202的上边缘沿水平方向呈凹凸相间形布置。形成立体的稳定结构，结构自身即具备水平向的结构支撑，能够承受更大的横风作用力，结构稳定性更好。可选地，扰流板202的上边缘沿竖直方向呈凹凸相间形布置。可以扰乱横风的流向，从而减小横风对高速列车的作用力。
如图1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11所示，本实施例中，凹凸相间形布置采用波浪形布置、锯齿形布置、半圆形紧靠排列布置、梯形紧靠排列布置中的至少一种。可以采用一种或者多种结构形态，以形成不同方向和角度的反射流或者折射流，形成扰乱横风的乱流，从而保证高速列车的运行安全。
如图1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11所示，本实施例中，扰流板202的横截面尺寸由下至上逐渐减小，呈三角形截面或呈梯形截面。形成下小上大的结构，从而提高横向承载力。
如图1、6所示，本实施例中，扰流板202与安装座201之间设有提高转角部位强度的加强筋3。能够提高扰流板202的结构强度，提高横向承载力。
如图1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11所示，本实施例中，扰流板202的水平截面呈波浪形或锯齿形布置。可以采用不同的结构形态，以形成不同方向和角度的反射流或者折射流，形成扰乱横风的乱流，从而保证高速列车的运行安全。
如图1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11所示，本实施例中，可选地、扰流机构2采用贯通于整节高速列车车顶1的通长结构。可选地，扰流机构2采用多个单元段间隔布置形成的多段式结构。可以采用不同的结构形态，以形成不同方向和角度的反射流或者折射流，形成扰乱横风的乱流，从而保证高速列车的运行安全。
如图1和图6所示，本实施例中，设于高速列车车顶1两侧的扰流机构2之间设有用于提高扰流机构2横向支撑力的支撑件4。支撑件4为支撑杆、支撑板、支撑网格或支撑网架。可以采用不同的支撑结构以形成不同的结构支撑，满足不同风力环境以及不同高度的扰流板的使用需要。
如图1、2、3、9、10、11所示，本实施例中，高速列车车顶1上开设有用于收纳扰流机构2的收纳槽5，扰流机构2通过活动机构6安装于收纳槽5上。活动机构6采用滚动件、伸缩件、转动件、滑动件或者折叠件。可选地，活动机构6通过控制机构控制活动。可以根据需要收放扰流机构2以满足不同风力环境的使用要求。在有益风作用下可以收起扰流机构2以减少有益风的影响，减少对高速列车运行的阻碍。在有害风作用下可以放出扰流机构2，以形成扰流，减少对高速列车运行的危害。
实施时，设计一组安装在列车上的扰流板，通过改变列车外表面的局部形状，在不增大列车纵向迎风面阻力的情况下，增加列车的横风向抗风性能。基于的基本原理：在一定的恒定流速下，流体流过钝体，如常见的圆柱、方柱、挡板，就会在其两侧产生交替的涡团，这种现象会对钝体产生流向和横向周期性变化的脉动压力。而研究发现，只要改变钝体的局部外形，就能减弱这种气动特性。例如把一根圆柱的外表面改成波浪型，如图2，即使其端面只有轻微的波浪形变化，也能让其受到的侧向力明显减小。这一原理有应用在斜拉桥的拉索几何外形设计上。即把斜拉索光滑的外形设计改为波浪型，可以起到减小横风效应的效果。如日本东神户的多多罗大桥的斜拉索设计。
具体实施方法：
1.通过局部改变列车的外形，达到调节横风流过车体的气动性能，减弱横风效应的目的，进而提高列车通过风区时候的速度限值。
2.扰流板可以采用不同的安装角度，或者使扰流板的角度可以自动调整。
3.扰流板厚度很小，对列车迎风面的阻力影响不大。
4.扰流板可以设计成活动的机构控制，当遭遇大风环境时候，扰流板伸出到车体外面，增加列车横风向抗风性能，当列车走出风区时候，扰流板可以缩回到车体内。
6.扰流板的形状可以采用波浪形、锯齿形、方波型等各种不同的形状。扰流板还可以进一步优化，例如波浪型扰流板的波长可以调整。
列车横风向扰流板设计优势：
1.造型简单，只需对现有的车型进行简单的改进，经济实用。
2.提高了列车的横风向抗风性能，但几乎不影响列车行驶遇到的阻力。
3.相比于列车安装吹吸气管道增加横风向抗风能力的方式，扰流板发挥其抗风性能，不需要额外消耗(或者很少消耗)能量。
4.扰流板损坏，易于维修、更换。
5.扰流板质量轻，增加列车负重较少。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的保护范围，凡是利用本实用新型说明书内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。
Claims (9)
1.一种高速列车横风扰流装置，其特征在于，
包括至少一个设于高速列车车顶(1)用于扰乱横风气动力特征以消弱横风气动作用力的扰流机构(2)；
所述扰流机构(2)沿高速列车的行使方向分布于所述高速列车车顶(1)两侧；
所述扰流机构(2)的竖向高度沿高速列车行驶方向呈高低变化，所述高低变化呈规则变化或呈不规则变化；
所述扰流机构(2)包括用于固定定位于所述高速列车车顶(1)的安装座(201)以及设于所述安装座(201)上用于扰乱横风气动力特征以消弱横风气动作用力的扰流板(202)。
2.根据权利要求1所述的高速列车横风扰流装置，其特征在于，
所述扰流板(202)的上边缘沿水平方向呈凹凸相间形布置；或者
所述扰流板(202)的上边缘沿竖直方向呈凹凸相间形布置。
3.根据权利要求2所述的高速列车横风扰流装置，其特征在于，
所述凹凸相间形布置采用波浪形布置、锯齿形布置、半圆形紧靠排列布置、梯形紧靠排列布置中的至少一种。
4.根据权利要求3所述的高速列车横风扰流装置，其特征在于，
所述扰流板(202)的横截面尺寸由下至上逐渐减小，呈三角形截面或呈梯形截面。
5.根据权利要求1所述的高速列车横风扰流装置，其特征在于，
所述扰流板(202)与所述安装座(201)之间设有提高转角部位强度的加强筋(3)。
6.根据权利要求1所述的高速列车横风扰流装置，其特征在于，
所述扰流板(202)的水平截面呈波浪形或锯齿形布置。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的高速列车横风扰流装置，其特征在于，
所述扰流机构(2)采用贯通于整节所述高速列车车顶(1)的通长结构；
或者所述扰流机构(2)采用多个单元段间隔布置形成的多段式结构。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的高速列车横风扰流装置，其特征在于，
设于所述高速列车车顶(1)两侧的所述扰流机构(2)之间设有用于提高所述扰流机构(2)横向支撑力的支撑件(4)，
所述支撑件(4)为支撑杆、支撑板、支撑网格或支撑网架。
9.根据权利要求1至6中任一项所述的高速列车横风扰流装置，其特征在于，
所述高速列车车顶(1)上开设有用于收纳所述扰流机构(2)的收纳槽(5)，
所述扰流机构(2)通过活动机构(6)安装于所述收纳槽(5)上；
所述活动机构(6)采用滚动件、伸缩件、转动件、滑动件或者折叠件。
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| CN201520937308.9U CN205149870U (zh) | 2015-11-20 | 2015-11-20 | 高速列车横风扰流装置 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112590835A (zh) * | 2020-12-30 | 2021-04-02 | 中国科学院力学研究所 | 一种高速列车横风效应控制装置 |
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2015
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN112590835A (zh) * | 2020-12-30 | 2021-04-02 | 中国科学院力学研究所 | 一种高速列车横风效应控制装置 |
| CN112590835B (zh) * | 2020-12-30 | 2022-06-28 | 中国科学院力学研究所 | 一种高速列车横风效应控制装置 |
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