如何减少高速列车的空气阻力

如何减少高速列车的空气阻力

随着高速列车的速度不断提高，当列车速度到达250km/h以上时，空气阻力可占整个列车阻力的80%—90%，一般认为，空气阻力与列车的速度平方成正比。对于高速列车来说，减少空气对列车的阻力，一方面可以提高列车速度，又可以降低能耗。

1、列车头尾流线化，减小压差阻力

列车空气阻力有三种，即列车头部和尾部压力差所引起的阻力称压差阻力，压差阻力与列车列车头部和尾部的形状有很大关系；由于空气粘性使作用于车体表面的气体剪切力产生的阻力称摩擦阻力，这部分阻力与列车长度有关；另一部分阻力是由于气流受到列车表面的突出或凹陷的干扰而产生的阻力称干扰阻力，这些阻力来源于车灯、扶手、转向架之间间隙、车辆底部及顶部设备对气流的干扰。

流体力学的知识告诉我们，优化高速列车的外形是一条重要的途径。其实，汽车就是这样做的，大家都知道赛车的外形都是“流线型”的，道理便在这里。简单地说，流线型是指流体平滑流过而不从表面分离的物体外形。流体力学的知识告诉我们，当物体表面上的边界层发生分离时，会产生非常大的压差阻力。例如，当运动速度为每小时338公里时，一个流线型机翼所受的阻力只有圆柱体所受阻力的十分之一左右(严格地讲，是1/9.3)。所以，优化外形的效果是很明显的。当然，高速列车的外形还要满足其他的要求和约束，工程师必须全面考虑、适当选定。

经过估算可以得知：通过优化列车牵引系统使牵引功率提高约5%，同时对CRH2平台的高速列车进行重新设计、在CRH3平台基础上使空气阻力减少15-20%(即所谓的气动优化计)，就能保证京沪高速列车速度指标提升的需求。

2、提高车体表面平整度和光洁度，减小表面摩擦阻力

传统列车车体表面平整度较低，且车门车窗向内凹进，而扶手、车窗玻璃压条向外突出等，使摩擦阻力加大。提高车体表面平整度和光洁度，将车门车窗表面与车体表面齐平，取消突出在车体表面之外的扶手等细小突出物，可降低表面摩擦力。

3、优化列车底部及顶部设施、转向架的外形，减小干扰阻力(1)传统列车车底部形状非常复杂，除转向架之外，还有许多外挂设备，使车底部分的阻力占总的空气阻力40%。将列车底部、转向架外形进行优化，效果非常显著。采用在车体侧墙下方安装裙板的方法阻挡列车两侧气流流向车底，可使中间车辆阻力减小20%，头部动车动车阻力减小7%。更有效的方法是采用外形合理的车底外罩将转向架之外的整个车底部分全部风罩，可使中间车辆阻力减小30%，头部动车阻力减小13%。

如果中间车辆采用铰接式，转向架数量减少一半，中间车辆阻力可降低25%。安装转向架裙板，可进一步减小阻力，但实际应用时会给列车运行与维护保养带来不便。

(2)高速列车车顶部布置有受电弓、高压电缆等电气设备，所造成的阻力可达到总得空气阻力的19%。采用安装受电弓外罩将受电弓及电气设备周围遮盖，可使这部分阻力减小50%，同时改善受电弓受流性能及减低气动噪声。国外正在开发一种伸缩管式受电弓（日本称为低噪声受电弓，已在500系列车上采用），阻力和噪声可以大幅度降低。

(3)传统列车通过台横截面小于车辆横截面，气流在车辆连接处形成漩涡产生的阻力占总空气阻力的4%左右，高速列车采用橡胶制成的横截面与车辆相同的大风挡，可消除此处的空气阻力。

车辆0901：彭秀旭