高速列车概论(车体)PPT课件

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5.列车空气动力学的力和力矩
如图所示，作用于车辆上的空气动力学的力和 力矩，其中有：空气阻力、上升力、横向力， 以及纵向摆动力矩、扭摆力矩和侧滚力矩。下 面作一简要介绍。
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会车压力波幅值与速度的关系曲线
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由上图可见，当头部长细比γ为2.5，两列车 以等速相对运行会车时，速度由250km/h提高 到 350km/h ， 压 力 波 幅 值 由 1015Pa 增 至 1950Pa，增大近一倍。
(2)会车压力波幅值随着头部长细比的增大而 近似线性地显著减小。为了有效地减小高速列 车会车引起的压力波的强度，应将动车（车头） 的头部设计成细长而且呈流线型。
第三章 高速列车车体技术
第一节 流线形车体结构 第二节 高速列车车体的轻量化设计 第三节 车体的密封隔声技术 第四节 防火安全技术 第五节 高速列车连接装置
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第一节 流线形车体结构
一、列车空气动力学 二、高速列车头型设计 三、高速列车车身外型设计
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这是由于相对运动的列车车头对空气的挤压， 在与之交会的另一列车侧壁上掠过，使列车间 侧壁上的空气压力产生很大的波动。
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试验研究和计算表明，高速列车会车压 力波幅值大小与下列因素有关：
(1)随着会车速度的大幅度提高，会车压 力波的强度将急剧增大，如图所示:
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国外有的研究报告指出:
单列车进入隧道的压力变化大约与列车速度的 平方成正比，与堵塞系数的1.3±0.25次方成正比 例。
两列车在隧道内高速会车时车体所受到的压力 变化更为严重，此时压力变化与堵塞系数的 2.16±0.06次方成正比。并且两列车进入隧道的 时差对压力变化也有很大的影响，当形成波形叠 加时将引起很高的压力幅值和变化率，此时车体 表面的瞬时压力可在正负数千帕之间变化。
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(4)会车压力波幅值随会车长度增大而近 似成线性地明显增大。
(5)会车压力波幅值随侧墙高度增大明显 减小，但减小的幅度随侧墙高度增大而 逐渐减小。
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(6)高、中速列车会车时，中速车的压 力 波 幅 值 远 大 于 高 速 车 ( 一 般 高 1.8 倍 以 上)。这是由于会车压力波的主要影响因 素是通过车的速度，在高、中速列车会 车时，中速车压力波主要受其通过车高 速车速度的影响，高速车压力波主要受 其通过车中速车速度的影响，所以中速 车上的压力波幅值远大于高速车。
（1）头车鼻尖部位正对来流方向为正压区； （2）车头部附近的高负压区：从鼻尖向上及 向两侧，正压逐渐减小变为负压，到接近与车 身连接处的顶部与侧面，负压达最大值；
（3）头车车身、拖车和尾车车身为低负压区。
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因此，在动车（头车）上布置空调装置及冷 却系统进风口时，应布置在靠近鼻尖的区域内， 此处正压较大，进风容易；而排风口则应布置 在负压较大的顶部与侧面。
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(3)会车压力波幅值随会车高速列车侧墙间距 增大而显著减小。为了减少会车压力波及其影 响，应适当增大铁路的线间距。 我国《铁路主要技术政策》中规定：
• 160km/h时，线间距≥4.2m； • 200km/h时，线间距≥4.4m； • 250km/h时，线间距≥4.6m； • 300km/h时，线间距≥4.8m； • 350km/h时，线间距≥5.0m。
在有侧向风作用下，列车表面压力分布发生 很大变化，尤其对车顶小圆弧部位表面压力的 影响最大。当列车在曲线上运行又遇到强侧风 时，还会影响到列车的倾覆安全性。
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2.高速列车会车时列车的表面压力
列车交会时产生的最大压力脉动值的大小是 评价列车气动外形优劣的一项指标。
在一列车与另一静止不动的列车会车时，以 及两列等速或不等速相对运行的列车会车时， 将在静止列车和两列相对运行列车一侧的侧墙 上引起压力波（压力脉冲）。
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3.高速列车通过隧道时列车的表面压力
列车在隧道中运行时，将引起隧道内 空气压力急剧波动，因此列车表面上各 处的压力也呈快速大幅度变动状况，完 全不同于在明线上的表面压力分布。
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试验研究表明，压力幅值的变动与列车 速度，列车长度，堵塞系数(列车横截面 积与隧道横截面积的比值)、头型系数 （长细比，即车头前端鼻形部位长度与 车头后部车身断面半径之比），以及列 车侧面和隧道侧面的摩擦系数等因素有 关，其中以堵塞系数和列车速度为重要 的影响参数。
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高速列车通过隧道时，在隧道中所引起的纵 向气流速度约与列车速度成正比。在隧道中列 车风将使得道旁的工人失去平衡以及将固定不 牢的设备等吹落在隧道中，这都是一些潜在的 危险。
国外有些铁路规定，在列车速度高于 160km/h行驶时不允许铁路员工进入隧道。列 车速度稍低时，也不让员工在隧道中行走和工 作，必须要在避车洞内等待列车通过。
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4.列车风
当列车高速行驶时，在线路附近产生空气运 动，这就是列车风。当列车以200km/h速度行 驶时，根据测量，在轨面以上0.814m、距列 车 1.75m 处 的 空 气 运 动 速 度 将 达 到 17m/s （61.2km/h)，这是人站立不动能够承受的风 速，当列车以这样或更高的速度通过车站时， 列车风将给铁路工作人员和旅客带来危害。
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一、列车空气动力学
随着列车运行速度的提高，周围空 气的动力作用一方面对列车和列车运行 性能产生影响；同时，列车高速运行引 起的气动现象对周围环境也产生影响， 这就是高速列车的空气动力学问题。
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1.高速列车运行中列车的表面压力
从风洞试验结果来看，列车表面压力可以分 为三个区域：