高速列车低流阻低噪声受电弓及导流结构的集成系统的制作方法

本发明涉及高速列车车顶受电弓和导流结构的集成系统，尤其涉及一种低流阻低噪声的集成系统。

背景技术：

高速铁路由于速度高、运能大、能耗低、污染轻、占地少和安全性好等诸多技术经济优势，受到世界各国的普遍重视。但随着列车运行速度的提高，列车噪声污染也急剧增加，所以，高速列车的噪声问题是高速铁路发展过程中亟待解决研究的重要课题之一。

受电弓及其导流结构几何特征复杂，使得该区域气动发声机理也趋于复杂化，然而现有研究表明受电弓杆件及其相互干扰与车顶导流结构气动发声机制是该区域主要气动发声机制之一，因此针对受电弓杆件、车顶导流结构进行气动噪声降噪，可有效降低该区域气动发声。

受电弓及其导流结构的系统集成结构普遍应用在中国既有高速动车组上，在减阻降噪方面，国内技术先进，但还有优化的空间，与国际水平还有一定的差距。

发明目的

由于受电弓杆件及其相互干扰与车顶导流结构气动发声机制是该区域主要气动发声机制之一，因此本发明的目的是设计一种新型的受电弓杆件和车顶导流结构进行气动噪声降噪，同时有效地降低该区域的气动发声。

为达到上述目的，本发明提供一种高速列车低流阻低噪声受电弓及导流结构的集成系统，该系统包括车顶、受电弓、受电弓车顶安装平台和导流结构，所述的受电弓安装在车顶上的受电弓车顶安装平台上，所述的受电弓的上臂杆和下臂杆分别开孔，弓头呈翼型结构，所述的导流结构包括车顶前导流罩和车顶侧导流罩，车顶前导流罩和车顶侧导流罩固定安装在受电弓车顶安装平台上且相互固定连接，所述的车顶前导流罩三面为平滑曲面，另一面为倾斜面，车顶前导流罩倾斜面与受电弓车顶安装平台倾角的角度为105°至123°。

进一步的，所述的受电弓车顶安装平台与车顶前导流罩倾斜面的夹角的角度为114°。

进一步的，所述的受电弓的上臂杆和下臂杆开的孔为均匀分布的通孔。

新设计结构显著降低了车外辐射噪声，减少了对环境的噪声污染；减少了列车运行阻力，降低了运营成本，通过对高速列车受电弓及其周围流场结构、产生噪声的机理及其发展规律、减阻降噪的研究和优化，对于减小高速列车整体噪声、减小对周围环境的噪产污染、降低能耗及提高乘客舒适性方面有重要的理论及现实意义。

附图说明

图1为受电弓上下臂杆开孔及弓头翼型结构示意图；

图2为受电弓区域车顶前导流罩倾角结构示意图。

图中，1-受电弓；2-上臂杆；3-下臂杆；4-弓头；5-受电弓车顶安装平台；6-车顶侧导流罩；7-车顶；8-车顶前导流罩；9-车顶前导流罩倾斜面。

具体实施方式

在深入研究既有动车组的结构基础上，结合国际上的先进技术，研发新型优化结构，主要在受电弓1区域的受电弓1本体、车顶7导流结构上进行优化。

受电弓1区域车外结构几何特征复杂，使得该区域气动发声机理也趋于复杂化，然而现有研究表明受电弓1杆件及其相互干扰与车顶7导流结构气动发声机制是该区域主要气动发声机制之一。

针对受电弓1杆件气动噪声的降噪原理包括：(1)抑制气流分离；(2)降低涡脱落强度，调整涡脱落频率；(3)降低气流掺混强度；(4)控制杆件相互干扰强度。

针对受电弓车顶安装平台气动噪声的降噪技术原理包括：

(1)抑制导边脱落剪切流涡量强度；

(2)破坏声反馈机制；

(3)降低气流掺混强度；

(4)控制杆件、腔体相互干扰强度。

针对如上的技术原理分析，本发明设计如下技术方案：

参照图1、图2，该系统包括车顶7、受电弓1、受电弓车顶安装平台5和导流结构，所述的受电弓1安装在车顶7上的受电弓车顶安装平台5上，受电弓1的上臂杆2和下臂杆3分别开孔，弓头4呈翼型结构，所述的导流结构包括车顶前导流罩8和车顶侧导流罩6，车顶前导流罩8和车顶侧导流罩6固定安装在受电弓车顶安装平台5上且相互固定连接，所述的车顶前导流罩8三面为平滑曲面，另一面为倾斜面，车顶前导流罩倾斜面9与受电弓车顶安装平台5倾角的角度为105°至123°。

进一步的，车顶前导流罩倾斜面9与受电弓车顶安装平台5夹角的角度为114°可降低受电弓区域和整车在标准测点辐射噪声最大值约为1.6dba和1.0dba，该夹角的角度为能使该集成系统达到降低噪声的最大值，也是本专利达到降噪目的的最适合角度。

本发明将新的优化设计应用于cr400bf复兴号标准动车组，并与原始设计在流场脉动性能、气动噪声源性能、远场辐射噪声噪声性能进行详细对比，从而得到优化设计的评估参数。相对于原始设计有如下优点：

(1)新的优化设计显著优化受电弓尾流区的流场脉动性能，在弓头尾流区，改型显著遏制涡脱落强度，并显著降低弓头尾流区涡脱落频率及尺度；在上、下臂杆尾流区，新设计增大该区域气流速度，降低该区域涡量强度及涡结构尺度。

(2)新的优化设计显著优化受电弓区域气动噪声源性能，新的优化设计主要降低受电弓中上部1000hz～5000hz气动噪声源能量，并呈现随着运行速度增大抑制效果增强，在350km/h运行时，新的优化设计能降低9.6％整车噪声源能量和21.8％受电弓区域声源能量。

(3)新的优化设计仅显著抑制靠近受电弓区域标准测点的远场辐射a计权噪声声压级，改型主要是降低了低频声压级，增大了高频声压级，整体降低辐射噪声声压级(随列车运行速度增大而增大)，在350km/h运行时，分别约降级了整车、受电弓区域辐射噪声1.0dba、1.7dba(在距离受电弓最近标准测点位置)。

技术特征：

1.一种高速列车低流阻低噪声受电弓及导流结构的集成系统，该系统包括车顶、受电弓、受电弓车顶安装平台和导流结构，其特征在于：所述的受电弓安装在车顶上的受电弓车顶安装平台上，所述的受电弓的上臂杆和下臂杆分别开孔，弓头呈翼型结构，所述的导流结构包括车顶前导流罩和车顶侧导流罩，车顶前导流罩和车顶侧导流罩固定安装在受电弓车顶安装平台上且相互固定连接，所述的车顶前导流罩三面为平滑曲面，另一面为倾斜面，车顶前导流罩倾斜面与受电弓车顶安装平台倾角的角度为105°至123°。

2.根据权利要求1所述的一种高速列车低流阻低噪声受电弓及导流结构的集成系统，其特征在于：所述的受电弓车顶安装平台与车顶前导流罩倾斜面的夹角的角度为114°。

3.根据权利要求1所述的一种高速列车低流阻低噪声受电弓及导流结构的集成系统，其特征在于：所述的受电弓的上臂杆和下臂杆开的孔为均匀分布的通孔。

技术总结
本发明提供一种高速列车低流阻低噪声受电弓及导流结构的集成系统，该系统包括车顶、受电弓、受电弓车顶安装平台和导流结构，所述的受电弓安装在车顶上的受电弓车顶安装平台上，所述的受电弓的上臂杆和下臂杆分别开孔，弓头呈翼型结构，所述的导流结构包括车顶前导流罩和车顶侧导流罩，本发明显著降低了车外辐射噪声，减少了对环境的噪声污染；减少了列车运行阻力，降低了运营成本，通过对高速列车受电弓及其周围流场结构、产生噪声的机理及其发展规律、减阻降噪的研究和优化，对于减小高速列车整体噪声、减小对周围环境的噪产污染、降低能耗及提高乘客舒适性方面有重要的理论及现实意义。

技术研发人员：余永革;张国琴;冯延成;杨志刚
受保护的技术使用者：中车长春轨道客车股份有限公司
技术研发日：2020.09.11
技术公布日：2020.12.11