高速列车及其减阻系统的控制方法与流程

本发明涉及交通领域，具体涉及一种高速列车及其减阻系统的控制方法。

背景技术：

近些年来，高速列车事业在我国蓬勃发展，其运行速度不断攀升，这也使得它在某些方面的问题日益突显。

其中，空气阻力已成为一个不容忽视的问题。研究表明，高速列车运行的空气阻力与运行速度的平方成正比，当高速列车速度达到300km/h时，空气阻力可以达到总阻力的80％；当高速列车速度达到350km/h时，空气阻力可以达到总阻力的90％。为实现高速列车的进一步提速，同时为了提升列车的动力学性能，有必要对其减阻措施进行研究。

表面摩擦阻力和压差阻力共同构成高速列车的空气阻力。运行时，靠近车体表面的气流层会因为空气粘性而与车体表面产生摩擦从而形成表面摩擦阻力。同时，运行时，高速列车与静止空气产生相对运动，车头前面空气被冲压，形成正压，空气绕流至车尾时产生涡流，形成负压，前后压差产生压差阻力。

技术实现要素：

针对现有技术中的上述不足，本发明旨在提供一种能够减小空气阻力的高速列车及其减阻系统的控制方法

为了达到上述发明创造的目的，本发明采用的技术方案为：

提供一种高速列车，其包括减阻系统、车体及车体两端分别连接的车头和车尾，减阻系统包括位于车头和车尾上的喷气输出单元，喷气输出单元包括位于端部的可伸缩壳体，当可伸缩壳体处于伸出状态时，其与对应车头和对应车尾分别呈流线型；可伸缩壳体的外表面设置有第一组压力传感器，车头和车尾上设置有与第一组压力传感器一一对应，且与可伸缩壳体配合的第一喷气管道；第一喷气管道的出口处设置有用于调节喷气方向的第一导流件，第一导流件由与控制单元连接的第二驱动部控制；第一喷气管道的另一端与储气单元的高压储气装置连接，第一喷气管道上设置有第一出气控制阀；高压储气装置的进气端通过进气管道与空气压缩机连接；控制单元分别与第一组压力传感器、第一出气控制阀和空气压缩机连接。

进一步地，第一组压力传感器包括呈环形分布的4个压力传感器。

进一步地，还包括两个分别安装在车头和车尾上、且与对应可伸缩壳体配合的可伸缩弧形板，可伸缩弧形板由与控制单元连接的第三驱动部控制，可伸缩弧形板位于对应可伸缩壳体靠近车体的一侧，车头与对应可伸缩弧形板和对应可伸缩壳体整体呈流线型，可伸缩壳体由与控制单元连接的第一驱动部控制；车尾与对应可伸缩弧形板和对应可伸缩壳体整体呈流线型；可伸缩弧形板外表面设置有与控制单元连接的第二组压力传感器，车头和车尾上设置有与第一组压力传感器一一对应，且与可伸缩弧形板配合的第二喷气管道，第二喷气管道的出口处设置有用于调节喷气方向的第二导流件，第二导流件由与控制单元连接的第四驱动部控制，第二喷气管道的另一端与储气单元的高压储气装置连接，第二喷气管道上设置有与控制单元连接的第二出气控制阀。

进一步地，第二组压力传感器包括呈扇形分布的3个压力传感器。

另一方面，本方案还提供一种本方案设计的高速列车的减阻系统的控制方法，其包括：

s1、启动车尾上设置的喷气输出单元，并使对应所有喷气管道以设定初始角度和设定初始喷气速度喷气,之后同步进入步骤s2和步骤s3；

s2、采集所有压力传感器所在位置的压力得到车头和车尾对应位置之间的第一压差，并判断所有第一压差的绝对值均是否均小于或等于设定压差，若是进入步骤s4，否则进入步骤s5；

s3、采集高压储气装置内压强，并判断高压储气装置内压强是否在设定范围内，若否进入步骤s6，若是回到步骤s3；

s4、调节车尾上的所有导流件至各个角度并保持设定时间，每次调节完成后，采集所有压力传感器所在位置的压力得到车头和车尾对应位置之间的第二压差，取每组对应位置下所有第二压差中最小值对应的导流件的角度为最佳角度，并使该导流件保持在对应最佳角度，然后进入步骤s2；

s5、调节喷气管道的喷气速度后进入步骤s2；

s6、调节控制空气压缩机的工作状态后进入步骤s3。

本发明的有益效果为：

由于高速列车需要上行和下行，在车头和车尾均安装喷气输出单元，以便于运行时，通过控制实际车尾上安装的喷气输出单元对车尾表面设定区域(即可伸缩壳体外表面)喷气，从而有效改善车体表面附面层气流的分布，减小因空气粘性所造成的列车空气摩擦阻力；同时，也抑制了气流在车尾的分离，增大了车尾所受的压强，从而减小了车头与车尾之间的压差。本发明实现了主动减阻，通过储气单元和喷气输出单元和控制单元的结合，主动适时控制喷气输出单元中喷气管道的喷气方向和喷气速度，达到了较好的减阻效果。

当可伸缩壳体处于伸出状态时，其与对应车头和对应车尾分别呈流线型，使得实际运行时的车头表面进行平顺化，从而避免新增突出部导致气流分离产生干扰阻力。

附图说明

图1为具体实施例中车头的局部示意图，此时可伸缩壳体和可伸缩弧形板均处于伸出状态；

图2为图1中车尾的局部示意图，此时可伸缩壳体和可伸缩弧形板均处于收缩后的状态；

图3为图1控制部分的原理框图；

图4为可伸缩壳体的左视图；

图5为可伸缩弧形板的左视图；

图6为本发明高速列车的减阻系统的控制方法的流程图。

其中，箭头表示喷气气流方向，1、可伸缩壳体；2、可伸缩弧形板；3、车头；4、喷气出口间隙；5、第一组压力传感器；6、第二组压力传感器；7、车尾。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式做详细说明，以便于本技术领域的技术人员理解本发明。但应该清楚，下文所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。在不脱离所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，本领域技术人员在没有做出任何创造性劳动所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

如图1和图2所示，该高速列车包括减阻系统、车体及车体两端分别连接的车头3和车尾7，减阻系统包括位于车头3和车尾7上的喷气输出单元，喷气输出单元包括位于端部的可伸缩壳体1。当可伸缩壳体1处于伸出状态时，其与对应车头3和对应车尾7分别呈流线型，从而不影响高速列车的运行。

如图3所示，可伸缩壳体1由与控制单元连接的第一驱动部控制(控制可伸缩壳体伸缩状态)，可伸缩壳体1的外表面设置有第一组压力传感器5，车头3和车尾7上设置有与第一组压力传感器5一一对应，且与可伸缩壳体1配合的第一喷气管道；第一喷气管道的出口处设置有用于调节喷气方向的第一导流件，第一导流件由与控制单元连接的第二驱动部控制(控制第一导流件动作)；第一喷气管道的另一端与储气单元的高压储气装置连接，第一喷气管道上设置有第一出气控制阀；高压储气装置的进气端通过进气管道与空气压缩机连接；控制单元分别与第一组压力传感器5、第一出气控制阀和空气压缩机连接。

如图2所示，喷气输出单元启动时，对应可伸缩壳体1向下且向车体方向移动一距离，从而形成喷气出口间隙4以暴露所有第一喷气管道的出口，在该过程中，第一组压力传感器5仍暴露在外。

实施时，如图4所示，本方案优选可伸缩壳体1外表呈现半个椭球形，与现有高速列车的端部相似，第一组压力传感器5包括呈环形分布的4个压力传感器。并且第一导流件为导流条，且所有导流条之间相互平行。

另外，如图1和图2所示，高速列车还包括两个分别安装在车头3和车尾7上、且与对应可伸缩壳体1配合的可伸缩弧形板2，可伸缩弧形板2由与控制单元连接的第三驱动部控制，可伸缩弧形板2位于对应可伸缩壳体1靠近车体的一侧，车头3与对应可伸缩弧形板2和对应可伸缩壳体1整体呈流线型，车尾7与对应可伸缩弧形板2和对应可伸缩壳体1整体呈流线型。

可伸缩弧形板2外表面设置有与控制单元连接的第二组压力传感器6，车头3和车尾7上设置有与第一组压力传感器5一一对应，且与可伸缩弧形板2配合的第二喷气管道，第二喷气管道的出口处设置有用于调节喷气方向的第二导流件，第二导流件由与控制单元连接的第四驱动部控制，第二喷气管道的另一端与储气单元的高压储气装置连接，第二喷气管道上设置有与控制单元连接的第二出气控制阀。

如图2所示，喷气输出单元启动时，可伸缩弧形板2向下且向车体方向移动一距离，从而形成喷气出口间隙4以暴露所有第二喷气管道的出口，在该过程中，第二组压力传感器6仍暴露在外，所有第二喷气管道向可伸缩弧形板2喷气。

如图5所示，第二组压力传感器6包括呈扇形分布的3个压力传感器。

如图6所示，本方案还提供一种本方案设计的高速列车的减阻系统的控制方法，其包括：

s1、启动车尾7上设置的喷气输出单元，并使对应所有喷气管道以设定初始角度和设定初始喷气速度喷气，之后同步进入步骤s2和步骤s3；车尾7为实际车尾7；

s2、采集所有压力传感器所在位置的压力得到车头3和车尾7对应位置之间的第一压差，并判断所有第一压差的绝对值均是否均小于或等于设定压差，若是进入步骤s4，否则进入步骤s5；

s3、采集高压储气装置内压强，并判断高压储气装置内压强是否在设定范围内，若否进入步骤s6，若是回到步骤s3；

s4、调节车尾7上的所有导流件至各个角度并保持设定时间，每次调节完成后，采集所有压力传感器所在位置的压力得到车头3和车尾7对应位置之间的第二压差，取每组对应位置下所有第二压差中最小值对应的导流件的角度为最佳角度，并使该导流件保持在对应最佳角度，然后进入步骤s2；

s5、调节喷气管道的喷气速度后进入步骤s2；具体地，若第一压差的值为正，通过出气控制阀增大喷气速度，若第一压差的值为负，通过出气控制阀降低喷气速度；

s6、调节控制空气压缩机的工作状态后进入步骤s3，若高压储气装置内压强低于设定范围时，通过控制空气压缩机的工作状态增加高压储气装置内的压强，若高压储气装置内压强高于设定范围时，通过控制空气压缩机的工作状态减小高压储气装置内的压强。

具体实施时，步骤s2和s3并无强制前后顺序。并且为使得喷气输出单元的出风更稳定，进气管道上设置有与控制单元连接的进气控制阀，并在步骤s6中结合对进气控制阀和空气压缩机的工作状态共同控制以使高压储气装置内压强位于设定范围内。