一种轨道车辆扰流装置的制作方法

1.本发明涉及轨道车辆技术领域，更具体地说，涉及一种轨道车辆扰流装置。


背景技术：

2.随着列车运行速度的不断提高，速度越快，列车与周围空气的相互作用越来越剧烈，当列车速度达到300km/h以上时，列车气动阻力占列车运行总阻力的80％以上；列车气动阻力的增加，会增大能量的消耗。
3.现有技术中，一般通过列车头型优化及对车体表面平顺化设计等进行减阻，当列车头型优化及表面平顺化达到一定程度时，再想通过头型优化及表面平顺化设计减小列车气动阻力就变得非常困难；列车运行过程中的气动阻力可以分为压差阻力和摩擦阻力两部分，压差阻力主要由头尾车司机室表面压力差引起，摩擦阻力主要由车体表面与周围空气的摩擦作用引起；对于流线型程度较高的头型，通过头型优化的减阻空间很小。
4.综上所述，如何进一步减小列车运行时的气动阻力，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明的目的是提供一种轨道车辆扰流装置，安装于轨道车辆的尾车车头，可以有效改善列车运行时的气动阻力及减小尾车向上的升力，从而减小列车运行能耗，同时增大尾车轮轨摩擦力，增加列车高速运行时的尾车稳定性和安全性。
6.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
7.一种轨道车辆扰流装置，轨道车辆包括尾车车头，所述尾车车头包括设置于端部的开闭罩以及与所述开闭罩连接的司机室头罩，所述司机室头罩设置有与所述开闭罩间隔的司机室前窗；所述轨道车辆扰流装置包括一对用于安装于所述尾车车头的外表面的扰流板，一对所述扰流板关于对称轴对称设置，所述对称轴沿所述尾车车头的延伸方向；
8.所述扰流板安装于所述开闭罩与所述司机室前窗之间；且所述扰流板垂直于其所在位置的所述尾车车头的外壳表面；
9.沿所述扰流板的长度方向，由靠近所述开闭罩的一端至靠近所述司机室前窗的一端，所述扰流板向远离所述对称轴的方向倾斜，所述扰流板与所述对称轴之间的夹角大于0
°
且小于90
°
。
10.可选地，所述扰流板包括：
11.与所述尾车车头的外表面贴合的第一表面，为四边形底面；
12.第二表面，垂直连接于所述第一表面的第一边；
13.第三表面、第四表面和第五表面，分别对应连接于所述第一表面的第二边、第三边和第四边；所述第三表面由所述第二边向靠近所述第二表面的方向倾斜；所述第三表面为三角形，所述第四表面由所述第三边向靠近所述第二表面和所述第三表面的方向倾斜；所述第五表面由所述第四边向靠近所述第二表面和所述第三表面的方向倾斜；
14.所述第二边朝向所述开闭罩和所述对称轴设置，所述第三边与所述第二边相对设置。
15.可选地，所述第一表面为具有弯曲的弧面，所述第一表面远离所述对称轴的一端具有朝向其所安装位置的所述尾车车头的外表面的延伸。
16.可选地，所述第一表面、所述第二表面、所述第三表面、所述第四表面和所述第五表面中相邻两表面之间均设置有导流圆弧。
17.可选地，所述扰流板为玻璃钢或碳纤维材质的扰流板。
18.可选地，所述扰流板靠近所述开闭罩设置，且所述扰流板距离所述开闭罩的最近距离为100-1000mm。
19.可选地，所述扰流板在垂直于其所在司机室头罩方向的高度为100-600mm；
20.和/或，相邻两所述扰流板之间的间距为30-500mm。
21.可选地，所述尾车车头的内侧设置有补强板，所述扰流板安装于所述补强板。
22.可选地，所述扰流板通过螺栓安装于所述尾车车头，且所述扰流板内设置有预埋螺母组件，所述螺栓穿过所述补强板与所述预埋螺母组件螺纹连接。
23.可选地，所述扰流板通过螺栓安装于所述尾车车头，所述扰流板设置有垫板，所述垫板设置有用于使所述螺栓穿过的通孔，所述补强板设置有与所述螺栓配合的螺纹孔。
24.本发明提供的轨道车辆扰流装置包括一对扰流板，扰流板垂直安装于尾车车头的外表面，并位于开闭罩与司机室前窗之间，沿扰流板的长度方向，由靠近开闭罩的一端至靠近司机室前窗的一端，扰流板向远离对称轴的方向倾斜，扰流板与对称轴之间的夹角大于0
°
且小于90
°
。
25.使用本发明提供的轨道车辆扰流装置时，气流由轨道车辆的前端向尾车车头流动，在流动至尾车车头处时，沿尾车车头的表面流动，当接触到扰流板后，由于扰流板与对称轴之间的夹角大于0
°
且小于90
°
，因此，对气流具有一定的阻挡作用，会使气流的流速降低，增大尾车车头处的正压区域的面积，位于尾车车头上表面的气体作用于尾车车头的力垂直于尾车车头的壳体的表面，具有竖直向下的分力和沿轨道车辆行驶方向的分力，可以有效改善列车运行时的气动阻力及减小尾车向上的升力，从而减小列车运行能耗，同时增大尾车轮轨摩擦力，增加列车高速运行时的尾车稳定性和安全性。
附图说明
26.为了更清楚地说明本发明实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
27.图1为本发明所提供的轨道车辆扰流装置中扰流板的具体实施例一的侧视图；
28.图2为本发明所提供的轨道车辆扰流装置中扰流板的具体实施例一的正视图；
29.图3为本发明所提供的轨道车辆扰流装置中扰流板的具体实施例一的俯视图；
30.图4为本发明所提供的轨道车辆扰流装置中扰流板的具体实施例二的侧视图；
31.图5为本发明所提供的轨道车辆扰流装置中扰流板的具体实施例二的正视图；
32.图6为本发明所提供的轨道车辆扰流装置中扰流板的具体实施例二的俯视图；
33.图7为本发明所提供的轨道车辆扰流装置中扰流板安装于司机室头罩的不同位置的侧视结构示意图；
34.图8为本发明所提供的轨道车辆扰流装置中扰流板安装于司机室头罩的不同位置的俯视结构示意图；
35.图9为本发明所提供的轨道车辆扰流装置中扰流板安装于司机室头罩的不同位置的前视结构示意图；
36.图10为本发明所提供的轨道车辆扰流装置中扰流板安装于司机室头罩的沿扰流板长度方向的示意图；
37.图11为补强板的安装位置示意图；
38.图12为扰流板安装于司机室头罩的具体实施例一的结构示意图；
39.图13为扰流板安装于司机室头罩的具体实施例二的结构示意图；
40.图14为安装扰流板前后轨道车辆所受气动阻力的对比示意图；
41.图15为安装扰流板前后轨道车辆所受气动升力的对比示意图。
42.图1-图15中：
43.1为扰流板、11为第一表面、12为第二表面、13为第三表面、14为第四表面、15为第五表面、2为开闭罩、3为司机室头罩、4为补强板、5为预埋螺母组件、6为螺栓、7为垫板。
具体实施方式
44.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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做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。
45.本发明的核心是提供一种轨道车辆扰流装置，安装于轨道车辆的尾车车头，可以有效改善列车运行时的气动阻力及减小尾车向上的升力，从而减小列车运行能耗，同时增大尾车轮轨摩擦力，增加列车高速运行时的尾车稳定性和安全性。
46.请参考图1-图15。
47.本具体实施例公开了一种轨道车辆扰流装置，轨道车辆包括尾车车头，尾车车头包括设置于端部的开闭罩2以及与开闭罩2连接的司机室头罩3，司机室头罩3设置有与开闭罩2间隔的司机室前窗；轨道车辆扰流装置包括一对用于安装于尾车车头的外表面的扰流板1，一对扰流板1关于对称轴对称设置，对称轴沿尾车车头的延伸方向；扰流板1安装于开闭罩2与司机室前窗之间；且扰流板1垂直于其所在位置的尾车车头的外壳表面；沿扰流板1的长度方向，由靠近开闭罩2的一端至靠近司机室前窗的一端，扰流板1向远离对称轴的方向倾斜，扰流板1与对称轴之间的夹角大于0
°
且小于90
°
。
48.需要进行说明的是，轨道车辆的尾车车头处的开闭罩2需要在车钩连挂时打开，因此，扰流板1的安装需要避开前端开闭罩2。
49.本具体实施例提供的轨道车辆扰流装置包括一对扰流板1，扰流板1垂直安装于尾车车头的外表面，并位于开闭罩2与司机室前窗之间，沿扰流板1的长度方向，由靠近开闭罩2的一端至靠近司机室前窗的一端，扰流板1向远离对称轴的方向倾斜，扰流板1与对称轴之间的夹角大于0
°
且小于90
°
。
50.使用本具体实施例提供的轨道车辆扰流装置时，气流由轨道车辆的前端向尾车车头流动，在流动至尾车车头处时，沿尾车车头的表面流动，当接触到扰流板1后，由于扰流板1与对称轴之间的夹角大于0
°
且小于90
°
，因此，对气流具有一定的阻挡作用，会使气流的流速降低，增大尾车车头处的正压区域的面积，位于尾车车头上表面的气体作用于尾车车头的力垂直于尾车车头的壳体的表面，具有竖直向下的分力和沿轨道车辆行驶方向的分力，可以有效改善列车运行时的气动阻力及减小尾车向上的升力，从而减小列车运行能耗，同时增大尾车轮轨摩擦力，增加列车高速运行时的尾车稳定性和安全性。
51.在一具体实施例中，扰流板1包括：与尾车车头的外表面贴合的第一表面11，第一表面11为四边形底面；第二表面12，垂直连接于第一表面11的第一边；第三表面13、第四表面14和第五表面15，分别对应连接于第一表面11的第二边、第三边和第四边；第三表面13由第二边向靠近第二表面12的方向倾斜；第三表面13为三角形，第四表面14由第三边向靠近第二表面12和第三表面13的方向倾斜；第五表面15由第四边向靠近第二表面12和第三表面13的方向倾斜；第二边朝向开闭罩2和对称轴设置，第三边与第二边相对设置。
52.如图1-图3所示，扰流板1为类四棱锥结构，底面为第一表面11，第一表面11为四边形，第二表面12垂直于第一表面11的第一边，沿扰流板1的高度方向，由远离尾车车头的一端至与尾车车头贴合的第一表面11，扰流板1的尺寸逐渐增加，这种上小下大的设置方式，可以有效提高扰流板1的强度和刚度。图1-图3所示的扰流板1主要用于扰流板1距离对称轴较近的情况。
53.如图4-图6所示，扰流板1的第一表面11为具有弯曲的弧面，第一表面11远离对称轴的一端具有朝向其所安装位置的尾车车头的外表面的延伸，在实际安装的过程中，图4-图6所示的扰流板1一般用于扰流板1距离对称轴减员的情况，在安装的过程中，由于尾车车头的横截面为弧形，扰流板1在安装的过程中，第一表面11需要与尾车车头贴合，因此如图5所示，第一表面11远离对称轴的一端朝向其所安装位置的尾车车头的外表面弯曲设置，第三表面13一端与第二边连接，并且第三表面13具有与第二表面12平行的平行面以及倾斜设置的倾斜面，平行面与倾斜面之间通过弧面过渡。
54.除了图1-图6所示的扰流板1，扰流板1还可以设置为其它符合要求的形状，具体根据实际情况确定，在此不做赘述。
55.在一具体实施例中，第一表面11、第二表面12、第三表面13、第四表面14和第五表面15中相邻两表面之间均设置有导流圆弧，通过设置过渡弧面，可以使扰流板1相邻两表面之间的连接更加平顺，优化气动效果。
56.具体的，如图1、图4所示，第四表面14和第五表面15具有向内侧的弧形凹陷，且第四表面14与第五表面15之间通过弧面过渡，如图2、图5所示，第三表面13与第二表面12之间也是通过弧形过渡。
57.为了降低扰流板1自身的重量，可以将扰流板1设置为玻璃钢或碳纤维材质的扰流板1；当然，扰流板1还可以是其它符合要求的材质，具体根据实际情况确定。
58.在对扰流板1进行安装的过程中，需要对扰流板1距离开闭罩2的距离进行优化，如图7所示，设置有四个不同的扰流板1的安装位置，在具体优化的过程中，可以先使扰流板1安装于靠近司机室前窗的一端，并对扰流板1作用下列车气动阻力进行仿真计算，然后逐渐向开闭罩2移动距离l1，在第二位置对扰流板1作用下列车气动阻力进行仿真计算，接着继
续将扰流板1向开闭罩2移动距离l1，在第三位置对扰流板1作用下列车气动阻力进行仿真计算；继续将扰流板1向开闭罩2移动距离l1，在第四位置对扰流板1作用下列车气动阻力进行仿真计算；扰流板1越靠近开闭罩2，扰流板1作用下列车气动阻力进行仿真计算过程中减阻效果越明显，具体的，可以使扰流板1距离开闭罩2的最近距离为100-1000mm。当然，由于不同型号的轨道车辆的尺寸差异较大，因此，扰流板1距离开闭罩2的最近距离还可以是其它数值。
59.在对扰流板1的高度进行优化的过程中，此处扰流板1的高度是指如图10中标注的h，即扰流板1在垂直于司机室头罩3的方向的高度，将扰流板1安装于距离开闭罩2合适位置处，并对安装于同一位置但高度h不同的扰流板1进行列车气动阻力进行仿真计算，随着扰流板1高度的增大整车气动减阻效果先增大后减小，扰流板1过高时对空气的阻碍作用使得列车其他车辆受到的气动阻力增大，整车减阻效果被减弱；具体的，可以将扰流板1的高度设置为100-600mm。当然，由于不同型号的轨道车辆的尺寸差异较大，因此，扰流板1的高度还可以是其它数值。
60.如图9所示，为一对扰流板1的四个不同位置的示意图，在对一对扰流板1之间的距离l2进行优化的过程中，可以将扰流板1设置于距离开闭罩2合适的位置，并将扰流板1的高度设置为优选数值，然后不断改变l2的距离，得到不同间距l2时扰流板1的模型，并分别对不同间距l2时的扰流板1进行列车气动阻力仿真计算，整车气动阻力在一定范围内随扰流板1安装间距的减小而减小，当扰流板1间距减小到一定程度后，整车气动阻力迅速增大。具体的，可以将相邻两扰流板1之间的间距l2设置为30-500mm；当然，由于不同型号的轨道车辆的尺寸差异较大，因此，相邻两扰流板1之间的间距l2还可以是其它数值。
61.如图8所示，沿扰流板1的延伸方向，扰流板1与对称轴之间的夹角为θ，在对扰流板1与对称轴之间的夹角θ进行优化的过程中，需要将扰流板1沿高度面对称中心轴进行旋转，得到不同安装角度的扰流板1模型。由于扰流板1安装面需要与司机室头罩3表面贴合，当安装角度大于一定程度时，安装角度的增大使得扰流板1斜边增大，从而带来额外的形状改变，因此，扰流板1安装角度大于一定程度时，扰流板1可设计成如图4-6所示的结构，保持扰流板1宽度不变。通过对不同安装角度的扰流板1作用下列车气动阻力进行仿真计算，发现随安装角度的增大，整车气动阻力减阻效果逐渐增大；因此，在具体设置的过程中，可以将扰流板1与对称轴之间的夹角设置为大于20
°
且小于90
°
，或者为了使减阻效果明显，可以使扰流板1与对称轴之间的夹角接近90
°
，具体根据实际情况确定。
62.对优化后的最优尾车扰流板1进行整列车模型的气动阻力仿真计算，并与不安装扰流板1的原始列车模型气动阻力进行比较，如图14所示，纵轴为气动阻力，单位为n，横轴为车辆位置。通过在尾车设置扰流板1，尾车气动阻力明显减小，较原始车型减小约7.2％，整车气动阻力较原始车型减小约1.7％。图15中给出了安装尾车扰流板1车型与原始车型各节车气动升力对比，由图15可看出：安装扰流板1后的尾车向上的正升力较原始车型有大幅减小，减小约50.8％。
63.另外，安装扰流板1后，开闭罩2与司机室前窗之前区域的正压区明显增大，扰流板1下游区域的开闭罩2负压区较原始车型也有所减小；扰流板1上游及下游区域的空气流速较原始车型都有明显降低，这是尾车司机室前窗与开闭罩2之间区域及开闭罩2区域压力增大的主要原因。
64.在一具体实施例中，尾车车头的内侧设置有补强板4，扰流板1安装于所述补强板4，补强板4的设置，可以提高尾车车头中用于安装扰流板1的位置的强度，提高扰流板1的安装牢固性。
65.具体的，如图12所示，扰流板1内部设置有预埋螺母组件5，预埋螺母组件5可以是带焊接螺母的铝板或钢板，也可以是带螺纹孔的加工铝板或钢板。为了增强扰流板1安装位置处司机室头罩3的强度和刚度，在安装螺栓6处的司机室头罩3内部粘接或焊接补强板4。司机室头罩3和补强板4上开有用于使螺栓6通过的孔，通过螺栓6实现司机室头罩3与扰流板1内部螺母组件的连接。
66.如图13所示，扰流板1内部预埋铝合金或不锈钢垫板7，司机室头罩3上开有螺栓6连接孔，司机室头罩3内部焊接或粘接带有螺纹套的铝板或钢板，用以增强扰流板1安装位置司机室头罩3的强度和刚度。扰流板1和预埋垫板7上在螺栓6连接处开有供螺栓6通过的通孔，通过螺栓6实现司机室头罩3与扰流板1的连接。
67.本技术文件中提到的第一表面11、第二表面12、第三表面13、第四表面14和第五表面15中的“第一”、“第二”、“第三”、“第四”、“第五”仅仅是为了区分位置的不同，并没有先后顺序之分。
68.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。本发明所提供的所有实施例的任意组合方式均在此发明的保护范围内，在此不做赘述。
69.以上对本发明所提供的轨道车辆扰流装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

技术特征：
1.一种轨道车辆扰流装置，轨道车辆包括尾车车头，所述尾车车头包括设置于端部的开闭罩(2)以及与所述开闭罩(2)连接的司机室头罩(3)，所述司机室头罩(3)设置有与所述开闭罩(2)间隔的司机室前窗；其特征在于，所述轨道车辆扰流装置包括一对用于安装于所述尾车车头的外表面的扰流板(1)，一对所述扰流板(1)关于对称轴对称设置，所述对称轴沿所述尾车车头的延伸方向；所述扰流板(1)安装于所述开闭罩(2)与所述司机室前窗之间；且所述扰流板(1)垂直于其所在位置的所述尾车车头的外壳表面；沿所述扰流板(1)的长度方向，由靠近所述开闭罩(2)的一端至靠近所述司机室前窗的一端，所述扰流板(1)向远离所述对称轴的方向倾斜，所述扰流板(1)与所述对称轴之间的夹角大于0
°
且小于90
°
。2.根据权利要求1所述的轨道车辆扰流装置，其特征在于，所述扰流板包括：与所述尾车车头的外表面贴合的第一表面(11)，为四边形底面；第二表面(12)，垂直连接于所述第一表面(11)的第一边；第三表面(13)、第四表面(14)和第五表面(15)，分别对应连接于所述第一表面(11)的第二边、第三边和第四边；所述第三表面(13)由所述第二边向靠近所述第二表面(12)的方向倾斜；所述第三表面(13)为三角形，所述第四表面(14)由所述第三边向靠近所述第二表面(12)和所述第三表面(13)的方向倾斜；所述第五表面(13)由所述第四边向靠近所述第二表面(12)和所述第三表面(13)的方向倾斜；所述第二边朝向所述开闭罩(2)和所述对称轴设置，所述第三边与所述第二边相对设置。3.根据权利要求2所述的轨道车辆扰流装置，其特征在于，所述第一表面(11)为具有弯曲的弧面，所述第一表面(11)远离所述对称轴的一端具有朝向其所安装位置的所述尾车车头的外表面的延伸。4.根据权利要求2所述的轨道车辆扰流装置，其特征在于，所述第一表面(11)、所述第二表面(12)、所述第三表面(13)、所述第四表面(14)和所述第五表面(15)中相邻两表面之间均设置有导流圆弧。5.根据权利要求1-4任一项所述的轨道车辆扰流装置，其特征在于，所述扰流板(1)为玻璃钢或碳纤维材质的扰流板。6.根据权利要求1-4任一项所述的轨道车辆扰流装置，其特征在于，所述扰流板(1)靠近所述开闭罩(2)设置，且所述扰流板(1)距离所述开闭罩(2)的最近距离为100-1000mm。7.根据权利要求1-4任一项所述的轨道车辆扰流装置，其特征在于，所述扰流板(1)在垂直于其所在司机室头罩(3)方向的高度为100-600mm；和/或，相邻两所述扰流板(1)之间的间距为30-500mm。8.根据权利要求1-4任一项所述的轨道车辆扰流装置，其特征在于，所述尾车车头的内侧设置有补强板(4)，所述扰流板(1)安装于所述补强板(4)。9.根据权利要求8所述的轨道车辆扰流装置，其特征在于，所述扰流板(1)通过螺栓安装于所述尾车车头，且所述扰流板(1)内设置有预埋螺母组件(5)，所述螺栓(6)穿过所述补强板(4)与所述预埋螺母组件(5)螺纹连接。10.根据权利要求8所述的轨道车辆扰流装置，其特征在于，所述扰流板(1)通过螺栓
(6)安装于所述尾车车头，所述扰流板(1)设置有垫板(7)，所述垫板(7)设置有用于使所述螺栓(6)穿过的通孔，所述补强板(4)设置有与所述螺栓(6)配合的螺纹孔。

技术总结
本发明公开了轨道车辆扰流装置，涉及轨道车辆技术领域，轨道车辆扰流装置包括一对用于安装于尾车车头的外表面的扰流板，一对扰流板关于对称轴对称设置，对称轴沿尾车车头的延伸方向；扰流板垂直于其所在位置的尾车车头的外壳表面；沿扰流板的长度方向，由靠近开闭罩的一端至靠近司机室前窗的一端，扰流板向远离对称轴的方向倾斜。使用本具体实施例提供的轨道车辆扰流装置时，扰流板对气流具有一定的阻挡作用，会使气流的流速降低，增大尾车车头处的正压区域的面积，可以有效改善列车运行时的气动阻力及减小尾车向上的升力，从而减小列车运行能耗，同时增大尾车轮轨摩擦力，增加列车高速运行时的尾车稳定性和安全性。速运行时的尾车稳定性和安全性。速运行时的尾车稳定性和安全性。


技术研发人员：张亮 杜健 张晓波 蔡军爽 田洪雷 陶桂东
受保护的技术使用者：中车青岛四方机车车辆股份有限公司
技术研发日：2022.10.14
技术公布日：2023/6/27