动车组车体新技术

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1、动车组车体新技术第六组组员：李兴辉郭亚洲陈理流线形车体结构随着列车运行速度的提高，周围空气的动力作用对列车和列车运行性能产生影响；同时，列车高速运行引起的气动现象对周围环境也产生影响，这就是高速列车的空气动力学问题。1、动车组运行中列车承受表面压力当动车组在空旷地带直线行驶时，空气绕流列车外表面。从风洞试验结果来看，列车表面压力可以分为三个区域：头车鼻尖部位正对来流方向为正压区；头部附近的高负压区：从鼻尖向上及向两侧，正压逐渐减小变为负压，接近与车身连接处的顶部与侧面处，负压达到最大值；头车车身、拖车和尾车车身

2、为低负压区。因此，在动车（头车）上布置空调装置及冷却系统进风口时，布置在靠近鼻尖的区域内，此处正压较大，进风容易，而排风口则应布置在负压较大的顶部与侧面。在有侧向风作用下，列车表面压力分布发生很大变化，当列车在曲线上运行又遇到强侧风时，还会影响到列车的倾覆安全性。流线形车体结构2、动车组会车时列车承受表面压力当一列车与另一列车会车时，将在两列相对运行列车一侧的侧墙上引起压力波（压力脉冲）。这是由于相对运动的列车车头对空气的挤压，将在与之交会的另一列车侧壁上掠过，使列车间侧壁上的空气压力产生很大的波动。随着会车列

3、车速度的大幅度提高，会车压力波的强度将急剧增大。这一压力波动产生的冲击力可造成门窗密封的破坏，车窗玻璃破碎。压力波传入车内会引起乘客耳感不适以及影响周围环境等。3、动车组通过隧道时列车承受表面压力列车在隧道中运行时，将引起隧道内空气压力急剧波动，因此列车表面上各处的压力也呈快速大幅度变动状况，完全不同于在明线上的表面压力分布。压力波幅值的变动与列车速度、列车长度、堵塞系数（列车横截面积与隧道横截面积的比值）、头型系数（又称长细比，即车头前端鼻形部位长度与车头后部车身断面半径之比）以及列车侧面和隧道侧面的摩擦系数

4、等因素有关，其中以堵塞系数和列车速度为重要的影响参数。（1）当列车驶入隧道瞬间，由于空气的压缩性及列车壁和隧道壁限制了空气侧向流和向上流的空间，使紧贴车头前的空气受到压缩并随列车向前流动，造成列车前方的空气压力突然升高，产生压缩波。被列车排挤的另一部分空气则通过环状空间向列车后方流动。随着列车的进一步驶入隧道，环状空间长度逐步增大，使车前隧道空间的空气压力继续升高，即压缩波的强度继续增大，直到列车全部进入隧道为止。该波以声速向前传播。波前方的空气流速为零，而波后方的空气以一定的流速随着列车向前流动。压缩波传播到

5、出口后，一部分以膨胀波形式反射回来，另一部分以微气压波形式传出隧道出口。（2）当列车尾端进入隧道后，由于车尾产生的负压低于大气压力，原先经过环状空间流到隧道入口外的空气改变流向，流入列车后方的隧道空间，而且隧道外的空气也流入该空间。由于经环状空间流入车后隧道空间的空气流量小于列车所排挤开的空气流量，于是在列车尾端形成了低于洞口外大气压的压力，即产生膨胀波，该波沿隧道以声速向出口方向传播。传播到出口端后，大部分以压缩波形式反射回来，沿隧道长度方向向进口端传播。（3）由于壁面摩擦不断消耗波的能量，以及波在隧道两端和

6、列车两端处多次反射和传递使得压缩波和膨胀波相互重叠，所以压缩波和膨胀波的强度逐渐衰减。同时，各种传递波和反射波的叠加，形成了隧道内空气压力随时间变化而波动。（4）对于一系列前后相继的隧道空气压缩波，后面的波速比前面的波速快，最终可能叠加在一起而形成激波流线形车体结构4、列车风当列车高速行驶时，在线路附近产生空气运动，这就是列车风。当列车以时速200公里行驶时，在轨面以上0.814米、距列车1.75米处的空气运动速度将达到17米/秒，当列车以这样或更高的速度通过车站时，列车风对人和物的危害就不可忽视。高速列车通过

7、隧道时，在隧道中所引起的纵向气流速度约与列车速度成正比。在隧道中列车风将使得道旁的工人失去平衡以及将固定不牢的设备等吹落在隧道中。铁路规定，在列车速度高于160公里/小时行驶时不允许铁路员工进入隧道。列车速度稍低时，也不允让员工在隧道中行走和工作，必须要在避车洞内等待列车通过。5、运动列车受力列车运行中受到多个力的作用，其中有空气阻力、升力、横向力以及纵向摆动力矩、扭摆力矩和侧滚力矩等。针对上述动车组所受空气动力，必须进行满足空气动力学特性的动车组外型设计。对于高速动车组来说，列车头型设计非常重要，好的头型设计

8、可以有效地减少运行空气阻力、列车交会压力波，流线形车体结构可以解决好运行稳定性等问题。一般来说，动车和拖车的车体长、宽、高需要根据内部布置的要求由设计任务书规定，所以车身的外形设计主要是横断面形状设计。动车组车身横断面形状设计有以下特点：整个车身断面呈鼓形，即车顶为圆弧形，侧墙下部向内倾斜（5°左右）并以圆弧过渡到底架，侧墙上部向内倾斜（3°左右）并以圆弧过渡到车顶。这不仅能减少空气阻