专利名称：高速列车车头结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种高速列车的车头结构，特别涉及一种运行时速为380km/h以上的高速列车车头结构，属于高速列车车体制造技术领域。
背景技术：
随着列车运行速度的不断提高，列车所受到的气动阻力也快速增长，同时，在列车高速运行过程中，高速运行的列车与地面、周边设施以及线路上运行的其他列车相互影响，形成复杂的流固耦合效应列车所受到的气动升力、交会侧向力及横风效应将对列车运行 稳定性造成不利影响；列车表面压力、交会压力波将对车体强度造成不利影响；列车运行产生的气动噪声将对乘坐舒适度，以及对周边环境造成不利影响等等。因而在高速列车设计中，需要对车体特别是车头的头型进行充分气动优化，以解决上述问题。
高速列车头型设计中需要考虑的因素繁多，各种设计要素和性能之间相互关联、相互制约，需在诸多设计因素之间寻求平衡。具体到头型气动设计中，需要在气动阻力、气动升力、侧向力、气动噪声等几个主要性能指标之间取得平衡，综合优化整车气动性能。
发明内容
本发明主要目的在于解决上述问题，提供了一种气动性能优越的高速列车车头结构。为实现上述目的，本发明所述高速列车车头结构，车头的外形呈流线型，所述车头的头部为一个旋转体鼻锥，在所述鼻锥的下方设置一犁形的扰流板，鼻锥和扰流板共同形成一导流槽结构，所述鼻锥连接一楔形的司机室，在所述司机室的上部向上突出一椭球形的车前窗，所述鼻锥、司机室及车前窗之间平滑过渡。所述鼻锥的表面形状由一根贝塞尔曲线绕水平轴旋转而成，所述鼻锥中心线距离车头底部的高度h占车头总高度H的1/4-1/3。所述车前窗相对于楔形的司机室的顶面向上的倾角为20° -35°。所述鼻锥的长度I占车头总长度L的10% -20%，其中优选为15%。综上内容，本发明所述的高速列车车头结构，车头头部的鼻锥为旋转体，有助于降低空气阻力，而且通过导流槽的合理匹配，使得鼻锥处分流风速整体趋小，气流趋向均匀化，减少气流分离，同时有助于将大部分气流引向车体上部及车体的两侧，避免大部分气流进入车体下部缝隙以及转向架区域，从而有效降低空气阻力，另外，车前窗有一向上的倾角并与司机室平滑过渡，不但可以减小此处的气动噪声，还可以增大司机的视野及司机室的内部空间。通过对鼻锥、扰流板、司机室及车前窗等结构的合理匹配，使得整车气动性能更为优越。
图I本发明结构示意图2图I的A向视图。如图I和图2所示，鼻锥1，扰流板2，司机室3，车前窗4，倾角5，车体断面6。
具体实施例方式下面结合附图与具体实施方式
对本发明作进一步详细描述如图I和图2所示，本发明所述的高速列车车头结构，车头的整体外形呈流线型，有助于降低空气阻力。具体地，车头结构分为四个部分，分别是鼻锥1，扰流板2，司机室3和车前窗4，各组成部分之间均平滑过渡，车头部分与车体断面6之间平滑过渡，另外，车头部结构还包括位于司机室3两侧侧墙上的瞭望窗(图中未示出)，及车灯(图中未示出)等结构。其中，鼻锥I为车头的头部，鼻锥I的表面为旋转体，它是由一根贝塞尔曲 线绕鼻锥I中心的水平轴旋转而成的。这样形成的鼻锥I较尖，迎风面积较小，可以减小车辆高速运行时气流对车头部的直接冲击区域，以及可以减少产生的气流滞止区。鼻锥I中心线距离车头底部的高度h占车头总高度H的1/4-1/3，有助于把大部分气流引向车体的上部，避免大部分气流进入车体下部缝隙以及转向架区域，从而有效降低空气阻力。在鼻锥I的下方设置一犁形的扰流板2，犁形的扰流板2外形与鼻锥I相匹配，有助于减缓鼻锥I下方气体的流速。鼻锥I的下表面与扰流板2共同组成一个导流槽结构，该导流结构是一个向下凹陷的导流槽结构，它可以引导流过鼻锥I下部的空气由车体的两侧排出，而不是由车体的下部排出，这样，可以更进一步减小整车的气动阻力。鼻锥I连接司机室3，为了减小空气阻力，司机室3呈细长的楔形，鼻锥I与司机室3之间平滑过渡，在司机室3的上部向上突出一椭球形的车前窗4，司机室3及车前窗4之间平滑过渡，司机室3后连接车体，司机室3与车体断面6之间平滑过渡。车前窗4相对于楔形的司机室3的顶面有一向上的倾角5，倾角5不易过大或过小，过大会增加空气阻力，过小会影响司机的视野，经过大量试验，倾角5优选为20° -35°之间。向上突出的椭球型的车前窗4不但可以改善司机的视野，同时可以增加整个司机室3的内部空间，使司机的工作环境更为舒适。在车头的头型参数中有一个重要的参数就是长细比，长细比指的是车头前端鼻锥I的长度与车头后部车身断面半径之比。在两个高速列车在相互交会时，会车时速度越高，会车压力波的强度也就越大,但会车压力波幅值会随着头部长细比的增大而近似线性地显著减少，为了有效地减小高速列车会车引起的压力波的强度，就将高速列车的车头的头部设计成细长型。本实施例经过精密的测算，鼻锥I的长度I优选占车头总长度L的10% -20%，进一步优选的数值则为15%。一般时速在380km/h的高速列车，其车头的总长度L大约为12米左右，鼻锥I的长度不能太长或太短，太长会影响整个车头结构的刚度和强度，同时也会影响其它车厢的定员。如上所述，结合附图和实施例所给出的方案内容，可以衍生出类似的技术方案。但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
权利要求
1.ー种高速列车车头结构，所述车头的外形呈流线型，其特征在于所述车头的头部为ー个旋转体鼻锥(I)，在所述鼻锥(I)的下方设置ー犁形的扰流板(2)，所述鼻锥(I)与扰流板(2)共同形成ー导流槽结构，所述鼻锥(I)连接ー楔形的司机室(3)，在所述司机室(3)的上部向上突出ー椭球形的车前窗(4)，所述鼻锥(I)、司机室(3)及车前窗(4)之间平滑过渡。
2.根据权利要求I所述的高速列车车头结构，其特征在干所述鼻锥(I)的表面形状由一根贝塞尔曲线绕水平轴旋转而成。
3.根据权利要求2所述的高速列车车头结构，其特征在干所述鼻锥(I)中心线距离车头底部的高度h占车头总高度H的1/4-1/3。
4.根据权利要求I所述的高速列车车头结构，其特征在于所述车前窗(4)相对于楔形的司机室(3)的顶面向上的倾角(5)为20。-35°。
5.根据权利要求I所述的高速列车车头结构，其特征在于所述鼻锥(I)的长度I占车头总长度L的10% -20%。
6.根据权利要求5所述的高速列车车头结构，其特征在于所述鼻锥(I)的长度I占车头总长度L的15%。
全文摘要
本发明涉及一种高速列车车头结构，车头的外形呈流线型，所述车头的头部为一个旋转体鼻锥，在所述鼻锥的下方设置一犁形的扰流板，扰流板与鼻锥形成导流槽结构，所述鼻锥连接一楔形的司机室，在所述司机室的上部向上突出一椭球形的车前窗，所述鼻锥、司机室及车前窗之间平滑过渡，鼻锥中心线距离车头底部的高度h占车头总高度H的1/4-1/3。本发明车头头部的鼻锥为旋转体，有助于降低空气阻力，而且通过导流槽的合理匹配，有助于将大部分气流引向车体上部及车体的两侧，避免大部分气流进入车体下部缝隙以及转向架区域，从而有效降低空气阻力，椭球形的车前窗的设置不但可以减小此处的气动噪声，还可以增大司机的视野及司机室的内部空间。
文档编号B61D17/02GK102774391SQ201110121410
公开日2012年11月14日 申请日期2011年5月11日 优先权日2011年5月11日
发明者丁叁叁, 李文化, 邓小军, 陈文宾, 马云双, 龚明 申请人:南车青岛四方机车车辆股份有限公司, 铁道部运输局