轨道列车减阻板及轨道列车的制作方法

1.本发明涉及轨道列车减阻技术领域，尤其涉及一种轨道列车减阻板及轨道列车。


背景技术：

2.据中国高速铁路的中长期计划，高速列车性能的一个小的提升也会对节能减耗产生巨大的影响。降低能耗，提高经济效益的关键问题是高速列车的气动减阻。
3.当列车运行速度达到300km/h时，空气阻力占总阻力的80％以上，严重制约列车节能环保的能力。列车贴地高速运行，其底部流场受到地面效应、底部结构激扰和路面复杂边界的扰动，非定常涡流特性十分显著，对列车底部设备舱、转向架等结构冲击较大，导致该区域阻力非常显著。相关学者研究了十四编组高速列车不同部位的气动阻力占比，结果表明高速列车气动阻力的最大部分来自于转向架区域，占比高达45.5％，消耗能源，影响整车性能。


技术实现要素：

4.本发明提供一种轨道列车减阻板及轨道列车，用以解决现有技术中轨道车辆的气动阻力大，消耗能源，影响整车的性能。
5.本发明提供一种轨道列车减阻板，所述轨道列车包括转向架，所述转向架设于所述轨道列车的底部，所述轨道列车减阻板上设有多个通孔，所述轨道列车减阻板用于垂直设置在所述轨道列车的底部，分别位于所述转向架的前端和后端，且所述轨道列车减阻板的长度方向与所述轨道列车的宽度方向一致，用于降低底部气流流速。
6.根据本发明提供的一种轨道列车减阻板，多个所述通孔在所述轨道列车减阻板上呈矩形阵列结构分布。
7.根据本发明提供的一种轨道列车减阻板，所述通孔为方孔。
8.根据本发明提供的一种轨道列车减阻板，沿所述轨道列车减阻板的长度方向或宽度方向，相邻两个所述方孔的外周之间的间距为10-50mm。
9.根据本发明提供的一种轨道列车减阻板，所述方孔的边长为10-100mm。
10.根据本发明提供的一种轨道列车减阻板，所述轨道列车减阻板的长度为1000-3360mm，所述轨道列车减阻板的宽度为30-300mm，所述轨道列车减阻板的厚度为6-10mm。
11.根据本发明提供的一种轨道列车减阻板，所述轨道列车减阻板的长度大于等于轨道列车轨距，且小于轨道列车车宽的情况下，所述轨道列车减阻板的宽度为30-100mm。
12.根据本发明提供的一种轨道列车减阻板，所述轨道列车减阻板为铝合金板。
13.本发明还提供一种轨道列车，包括上述任一项所述的轨道列车减阻板，还包括转向架，所述转向架设于所述轨道列车的底部，所述轨道列车减阻板垂直设于所述轨道列车的底部，分别位于所述转向架的前端和后端，且所述轨道列车减阻板的长度方向与所述轨道列车的宽度方向一致。
14.根据本发明提供的轨道列车，所述轨道列车减阻板设于所述轨道列车宽度方向的
中间位置。
15.本发明提供的轨道列车减阻板及轨道列车，通过将轨道列车减阻板设置在转向架的前端和后端，高速气流经过轨道列车减阻板时，气流流动受到一定阻碍降低气流的流速，可避免高速气流大面积冲击转向架；低速气流通过减阻板上的通孔后，可以提高底部气流的均匀度，在一定程度上抑制紊乱涡流的产生，从而减小转向架以及舱内涡流结构带来的负面影响，实现减阻，提高轨道列车的性能。
附图说明
16.为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1是本发明提供的轨道列车减阻板的结构示意图；
18.图2是本发明提供的设有轨道列车减阻板的轨道列车左视图；
19.图3是本发明提供的设有轨道列车减阻板的轨道列车的局部左视图；
20.图4是本发明提供的设有轨道列车减阻板的轨道列车主视图；
21.附图标记：
22.1：轨道列车减阻板；2：通孔；3：转向架；4：轨道列车。
具体实施方式
23.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
24.在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。
25.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
26.下面结合图1至图4描述本发明提供的轨道列车减阻板及轨道列车。
27.本发明提供的一种轨道列车减阻板1，轨道列车4包括转向架3，转向架3设于轨道列车4的底部，轨道列车减阻板1上设有多个通孔2，轨道列车减阻板1用于垂直设置在轨道列车4的底部，分别位于转向架3的前端和后端，且轨道列车减阻板1的长度方向与轨道列车
4的宽度方向一致，用于降低底部气流流速。
28.参考图1和图2，轨道列车4的底部设有转向架3，转向架3的高度低于轨道列车4的底部，即转向架3的离地间隙小于轨道列车4底部的离地间隙，气流易直接撞击转向架3结构。
29.基于此，本发明提供一种轨道列车减阻板1，在转向架3的前端和后端分别设有轨道列车减阻板1，用于阻碍气流流动，避免高速气流直接撞击转向架3等结构，其中转向架3的前端是指靠近轨道列车4车头的一端，转向架3的后端是指靠近轨道列车4车尾的一端；具体地，轨道列车减阻板1垂直连接于轨道列车4的底部，其中轨道列车减阻板1的长度方向与轨道列车4的宽度方向一致，且轨道列车减阻板1的长度方向与地面平行；轨道列车减阻板1的宽度方向垂直于轨道列车4的底部，且与地面垂直；轨道列车4的厚度方向与轨道列车4的长度方向一致。
30.进一步地，轨道列车减阻板1为整流网式结构，具体地，轨道列车减阻板1上设有多个通孔2，避免高速气流大面积直接撞击转向架3，方便气流经多个通孔2低速流过，提高气流的均匀度，在一定程度上抑制紊乱涡流的产生，从而减小转向架3舱内涡流结构带来的负面影响，进而实现轨道列车4整车减阻。
31.本发明通过将轨道列车减阻板设置在转向架的前端和后端，高速气流经过轨道列车减阻板时，气流流动受到一定阻碍降低气流的流速，可避免高速气流大面积冲击转向架；通过在轨道列车上设置多个通孔，低速气流通过减阻板上的通孔后，可以提高底部气流的均匀度，在一定程度上抑制紊乱涡流的产生，从而减小转向架以及舱内涡流结构带来的负面影响，实现减阻，提高轨道列车的性能。
32.在上述实施例的基础上，多个通孔2在轨道列车减阻板1上呈矩形阵列结构分布。
33.轨道列车减阻板1上设有多个通孔2，多个通孔2均匀分布在轨道列车减阻板1上。参考图1，多个通孔2(如4个)沿轨道列车减阻板1的宽度方向均匀排列设置，多个通孔2沿轨道列车减阻板1的长度方向均匀排列设置，形成矩形阵列结构，即整流网状结构。
34.本发明通过在轨道列车减阻板1上设置多个通孔2，且多个通孔2在轨道列车减阻板1上呈矩形阵列分布，方便气流均匀低速流过，提高底部气流均匀度，有效抑制紊乱涡流的产生，降低气流对转向架3的影响，提高轨道列车4的性能。
35.在上述实施例的基础上，进一步地，通孔2为方孔。本实施例将通孔2设置为方孔，形成网状结构，能够有效抑制紊乱涡流的产生，提高气流通过的均匀度，提高减阻效果。
36.本实施例中关于通孔2的结构不做具体限定，可以是任意结构。在一个实施例中，通孔2为圆孔。
37.在上述实施例的基础上，进一步地，沿轨道列车减阻板1的长度方向或宽度方向，相邻两个方孔的外周之间的间距为10-50mm。
38.在一个实施例中，沿轨道列车减阻板1的长度方向或宽度方向，相邻两个方孔的边长之间的距离为10mm。在一个实施例中，沿轨道列车减阻板1的长度方向或宽度方向，相邻两个方孔的边长之间的距离为20mm。在一个实施例中，沿轨道列车减阻板1的长度方向或宽度方向，相邻两个方孔的边长之间的距离为30mm。在一个实施例中，沿轨道列车减阻板1的长度方向或宽度方向，相邻两个方孔的边长之间的距离为40mm。在一个实施例中，沿轨道列车减阻板1的长度方向或宽度方向，相邻两个方孔的边长之间的距离为50mm。
39.本实施例中相邻两个方孔的外周之间的距离不做具体限定，根据实际情况限定，例如15mm、25mm、35mm等。
40.在上述实施例的基础上，进一步地，方孔的边长为10-100mm。
41.本实施例中关于方孔的尺寸不做具体限定，例如方孔的边长为10mm、20mm、30mm、40mm、50mm、60mm、70mm、80mm、90mm、100mm等，根据实际情况进行限定。
42.在上述实施例的基础上，本实施例中轨道列车减阻板1的长度为1000-3360mm，轨道列车减阻板1的宽度为30-300mm，轨道列车减阻板1的厚度为6-10mm。
43.本发明提供的轨道列车减阻板1的长度小于等于轨道列车4的宽度，本实施例中关于轨道列车减阻板1的长度根据轨道列车4的宽度设定，例如，轨道列车减阻板1的长度为1000mm、1500mm、2000mm、2500mm、3000mm、3360mm等。
44.本发明提供的轨道列车减阻板1的宽度不做具体限定，但轨道列车减阻板1的底面与地面/轨道顶面之间保持一定的安全距离，即满足实际的离地间隙要求，例如，轨道列车减阻板1的宽度为30mm、60mm、90mm、120mm、150mm、180mm、210mm、240mm、270mm、300mm等。
45.本发明中关于轨道列车减阻板1的厚度不做具体限定，例如轨道列车减阻板1的厚度为6mm、7mm、8mm、9mm、10mm等。
46.在上述实施例的基础上，进一步地，轨道列车减阻板1的长度大于等于轨道列车轨距，且小于轨道列车车宽的情况下，轨道列车减阻板1的宽度为30-100mm。
47.本发明提供的轨道列车减阻板1的长度和宽度匹配设置，在轨道列车减阻板1的长度小于轨道列车轨距的情况下，例如，轨道列车轨距为1435mm，轨道列车减阻板1的长度为1300mm的情况下，此时轨道列车减阻板1的长度小于轨道列车车宽，且小于轨道列车轨距，轨道列车减阻板1沿轨道列车4的宽度方向安装，轨道列车减阻板1长度方向的中点与轨道列车4宽度方向的中点重合，轨道列车减阻板1的长度方向的两外侧壁分别与对应轨道的内侧壁存在间距，避免轨道列车减阻板1与轨道内侧壁发生碰撞；轨道列车减阻板1的宽度为30-300mm，轨道列车减阻板1与地面之间存在间距，避免轨道列车减阻板1与地面发生碰撞。
48.在轨道列车减阻板1的长度大于等于轨道列车轨距，且小于轨道列车4车宽的情况下，例如，轨道列车车宽为3360mm，轨道列车减阻板1的长度为1500mm，此时轨道列车减阻板1的长度(1500mm)大于轨道列车轨距(1435mm)小于轨道列车车宽(3360mm)，轨道列车减阻板1沿轨道列车4的宽度方向安装，轨道列车减阻板1长度方向的中点与轨道列车4宽度方向的中点重合，轨道列车减阻板1的宽度为30-100mm，轨道列车减阻板1的底面与轨道的顶面存在间距，避免轨道列车减阻板1的底面与轨道的顶面发生碰撞；且轨道列车减阻板1的底面与地面存在间距，避免轨道列车减阻板1与地面发生碰撞。
49.在一个具体实施例中，轨道列车减阻板1的长度为2000mm的情况下，轨道列车减阻板1的宽度为30mm、70mm或100mm。本实施例中关于轨道列车减阻板1的长度和宽度不做具体限定，根据实际情况进行限定，实现减阻即可。
50.在上述实施例的基础上，进一步地，轨道列车减阻板1为铝合金板，铝合金板质量轻，强度高。本实施例中关于轨道列车减阻板1不做具体限定，能够满足强度要求即可。
51.在一个具体实施例中，轨道列车减阻板1的长度为1280mm，宽度为288mm，厚度为8mm，轨道减阻板上呈矩形阵列结构分布的方孔的边长为40mm，沿轨道列车减阻板1的长度方向或宽度方向相邻两个方孔边长之间的距离为16mm。
52.根据空气动力学的基本理论，气动阻力系数定义为：cd＝2d/(ρv2a)，式中：d为整车承受的空气阻力；ρ为空气来流密度；a为列车迎风面积，即横截面面积；v为列车运行速度，评估时取为350km/h；流场计算方法采用三维定常可压缩雷诺平均n-s方程，空间离散格式采用roe格式，时间离散采用lu-sgs离散方法。
53.表1是安装轨道列车减阻板前后气动阻力对比表，从表1中可以看出，本专利设计的整流网式的轨道列车减阻板能够有效减小头车和中车的转向架的气动阻力，加装该轨道列车减阻板后，头车和中车阻力系数分别减小12.14％和36％，降幅明显。尾车的阻力系数稍微有一些增加，但整车的阻力系数减小14.56％。
54.本发明通过在轨道列车4的底部设置轨道列车减阻板1，轨道列车4底部气流流速明显减小，尤其是在车头和中间车区域最为明显；例如车头，安装轨道列车减阻板1前，转向架3舱内的速度分布极不均匀，且流速较高；安装轨道列车减阻板1后，底部气流有明显降速，转向架3舱内的速度分布也变得较为均匀。
55.表1安装轨道列车减阻板1前后气动阻力对比表
[0056][0057]
在转向架3的前端和后端安装轨道列车减阻板1，转向架3舱内的压力分布变得均匀，舱内及转向架3结构上没有过大的正压力和负压力，减小了转向架3等前后的压差阻力。
[0058]
本发明提出了一种整流网式轨道列车减阻板1，即在轨道列车4的转向架3区域的前端和后端分别安装轨道列车减阻板1，对轨道列车4底部气流进行整理疏导。轨道列车减阻板1设计为整流网式，设置了大量拓扑式的通孔2，方便气流以低速流过，可以避免气流大面积直接撞击设备舱、转向架3等结构。同时这种阵列结构可以提高所流过气流的均匀度，在一定程度上抑制紊乱涡流的产生，从而减小转向架3舱内涡流结构带来的负面影响，实现轨道列车4整车减阻。
[0059]
本实施例还提供一种轨道列车4，包括上述实施例中的轨道列车减阻板1，还包括转向架3，转向架3设于轨道列车4的底部，轨道列车减阻板1垂直设于轨道列车4的底部，分别位于转向架3的前端和后端，且轨道列车减阻板1的长度方向与轨道列车4的宽度方向一致。
[0060]
参考图2，本发明考虑到轨道列车4双向运行，在转向架3的前端和后端分别安装轨道列车减阻板1，轨道列车减阻板1与轨道列车4的底部垂直连接，例如，轨道列车减阻板1与轨道列车4的底部焊接、铆接或螺栓连接等；具体地，轨道列车减阻板1的长度方向与轨道列车4的宽度方向一致，轨道列车减阻板1的厚度方向与轨道列车4的长度方向一致，轨道列车减阻板1的宽度方向与轨道列车4的底部和地面垂直，且轨道列车减阻板1与地面/轨道之间
存在间距，对轨道列车4底部气流进行整理疏导，气流流动受到一定阻碍将导致流速减小，低速气流通过整流网流动，可以避免气流大面积直接撞击到设备舱、转向架3等结构。
[0061]
在上述实施例的基础上，进一步地，轨道列车减阻板1设于轨道列车4宽度方向的中间位置。
[0062]
具体地，轨道列车减阻板1的长度方向与轨道列车4的宽度方向一致，在实际安装过程中，根据轨道列车减阻板1的长度，将轨道列车减阻板1长度方向的中点与轨道列车4宽度方向的中点重合，保证轨道列车4宽度方向两侧的气流是一致的，避免出现附加的侧向力，提高轨道列车4的性能。
[0063]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.一种轨道列车减阻板，其特征在于，所述轨道列车包括转向架，所述转向架设于所述轨道列车的底部，所述轨道列车减阻板上设有多个通孔，所述轨道列车减阻板用于垂直设置在所述轨道列车的底部，分别位于所述转向架的前端和后端，且所述轨道列车减阻板的长度方向与所述轨道列车的宽度方向一致，用于降低底部气流流速。2.根据权利要求1所述的轨道列车减阻板，其特征在于，多个所述通孔在所述轨道列车减阻板上呈矩形阵列结构分布。3.根据权利要求1或2所述的轨道列车减阻板，其特征在于，所述通孔为方孔。4.根据权利要求3所述的轨道列车减阻板，其特征在于，沿所述轨道列车减阻板的长度方向或宽度方向，相邻两个所述方孔的外周之间的间距为10-50mm。5.根据权利要求3所述的轨道列车减阻板，其特征在于，所述方孔的边长为10-100mm。6.根据权利要求1所述的轨道列车减阻板，其特征在于，所述轨道列车减阻板的长度为1000-3360mm，所述轨道列车减阻板的宽度为30-300mm，所述轨道列车减阻板的厚度为6-10mm。7.根据权利要求6所述的轨道列车减阻板，其特征在于，所述轨道列车减阻板的长度大于等于轨道列车轨距，且小于轨道列车车宽的情况下，所述轨道列车减阻板的宽度为30-100mm。8.根据权利要求1所述的轨道列车减阻板，其特征在于，所述轨道列车减阻板为铝合金板。9.一种轨道列车，其特征在于，包括如权利要求1至8任一项所述的轨道列车减阻板，还包括转向架，所述转向架设于所述轨道列车的底部，所述轨道列车减阻板垂直设于所述轨道列车的底部，分别位于所述转向架的前端和后端，且所述轨道列车减阻板的长度方向与所述轨道列车的宽度方向一致。10.根据权利要求9所述的轨道列车，其特征在于，所述轨道列车减阻板设于所述轨道列车宽度方向的中间位置。

技术总结
本发明提供一种轨道列车减阻板及轨道列车，轨道列车包括转向架，转向架设于轨道列车的底部，轨道列车减阻板上设有多个通孔，轨道列车减阻板用于垂直设置在轨道列车的底部，分别位于转向架的前端和后端，且轨道列车减阻板的长度方向与轨道列车的宽度方向一致，用于降低气流流速。本发明通过将轨道列车减阻板设置在转向架的前端和后端，高速气流经过轨道列车减阻板时，气流流动受到一定阻碍降低气流的流速，可避免高速气流大面积冲击转向架；低速气流通过减阻板上的通孔后，可以提高底部气流的均匀度，抑制紊乱涡流的产生，减小转向架以及舱内涡流结构带来的负面影响，实现减阻，提高轨道列车的性能。轨道列车的性能。轨道列车的性能。


技术研发人员：刘雯 李徽 周高伟 梁瑜 齐洪峰
受保护的技术使用者：中车工业研究院有限公司
技术研发日：2022.10.24
技术公布日：2023/1/31