一种低气动阻力的超高速管道列车外形制造技术

本发明专利技术公开了一种低气动阻力的超高速管道列车外形，该车体外形为尖头尖尾外形，且采用样条曲线与车体光滑过渡，车体截面为特殊的几何图形，本发明专利技术可以在较大机体容积的基础上同时具有流畅的气动外形，并且能够大幅度减小列车高速行驶过程中的空气阻力。

A low resistance of ultra high speed train shape pipeline

The invention discloses a low dynamic resistance of ultra high speed train pipe shape, the body shape is a pointed tail shape, and the spline curve and the vehicle body section is a smooth transition, special geometry, the invention can be in large volume on the body also has a smooth aerodynamic shape, and it can reduction of train air resistance in the process of.

【技术实现步骤摘要】
一种低气动阻力的超高速管道列车外形
本专利技术涉及高速列车气动外形
，具体涉及一种低气动阻力的超高速管道列车外形气动布局。
技术介绍
在高速列车气动外形设计中，降低列车气动阻力对于高速列车的外形设计非常关键，为了使飞行器具有优秀的空气阻力性能，车体横截面、车体头部、车身中段、车体尾段的外形非常重要。目前国外高速列车大多采用具有一定钝度的平滑头部，以减少空气阻力，例如：中国高铁列车CRH5，这类列车能够有效减小列车气动阻力，但当列车速度进一步提高，空气动力学性能变差。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种低气动阻力的超高速管道列车外形，该列车外形大幅度减小列车高速行驶过程中的空气阻力，具有流畅的气动外形和较高的车体容积。一种低气动阻力的超高速管道列车外形，该列车外形由车体首段外形、车体中段外形和车体尾段外形组成；车体首段外形和车体尾段外形除顶点以外的任意横截面均为左右对称的渐变的几何轮廓，车体中段外形的任意横截面均为左右对称的几何轮廓，车体首段外形的几何轮廓由六条曲线构成，车体中段和车体尾段外形的几何轮廓由五条曲线构成；所述车体中段横截面的轮廓上有五个点，分别为顶点、车体左侧一点、车体右侧一点以及车体底部的两点，顶点到车体左侧一点之间为样条曲线段，呈外凸状，顶点到车体右侧一点之间也为样条曲线段，并且两条样条曲线在车体顶部相切，车体底部的两点之间为直线段，样条曲线段与直线段之间采用圆弧段过渡，圆弧段分别与样条曲线段与直线段相切；样条曲线段长度为0.5～1D,圆弧段半径为0.01～0.25D，D为车体中段横截面当量直径，圆弧的角度范围为30°～90°；在所述车体底部的直线段上确定中点，车体中段横截面沿顶点到该中点的连线方向呈轴对称，车体首段的母线方向为以所述轮廓上的六点为出发点向头部尖点A点做光滑样条曲线，曲率向车头方向逐渐减小，所述六条母线汇聚到头部尖点A点，A点至车体顶部的垂直高度大于A点至车体底部的垂直高度；车体中段的母线为与车体长度方向平行的直线段，直线段长度与当量直径D的比值范围为8～20；其中，D为车体中段横截面当量直径；车体尾段的母线方向为以所述轮廓上的五点为出发点向尾部E点做光滑样条曲线，所述五条母线汇聚到尾部尖点E点，E点与水平直线夹角为10°～40°；所述列车外形由车体中段的横截面分别沿各段母线方向扫略而成，车体首段、车体中段和车体尾段光滑过渡。进一步地，所述车体尾段的母线为向车尾方向曲率为减小-增大-减小-增大变化的光滑样条曲线。进一步地，所述车体尾段的光滑样条曲线包括外凸曲线和内凹曲线，外凸曲线与内凹曲线光滑过渡并向车尾方向延伸。进一步地，在头部尖点A点倒圆，倒圆半径在10mm～200mm之间。进一步地，在尾部尖点E点倒圆，倒圆半径在20mm～400mm之间。进一步地，车体首段、车体中段和车体尾段的长度以车体中段横截面当量直径D为基准设计。有益效果：1、本专利技术车体为尖头尖尾外形，且采用样条曲线与车体光滑过渡，车体截面为特殊的几何图形，可以在较大机体容积的基础上具有流畅的气动外形，能够大幅度减小列车高速行驶过程中的空气阻力。2、本专利技术车体尾段的母线包括外凸曲线和内凹曲线，外凸曲线与内凹曲线光滑过渡并向车尾方向延伸，目的是在满足减小阻力的要求下保证大的容积量。附图说明图1为本专利技术车体外形气动布局侧视图；图2为本专利技术车体外形气动布局俯视图；图3为本专利技术车体外形气动布局仰视图；图4为本专利技术车体中段横截面结构示意图；图5为本专利技术车体头部前视图；图6为本专利技术车体尾部后视图。具体实施方式下面结合附图并举实施例，对本专利技术进行详细描述。本实施例提供了一种低气动阻力的超高速管道列车外形，如图1所示。该列车外形分为车体首段、车体中段和车体尾段。车体首段、车体中段和车体尾段任意横截面均为左右对称的平面几何图形，车体首段横截面的轮廓由六条曲线构成，车体中段和车体尾段横截面的轮廓由五条曲线构成，如图2、图3所示。如图4所示，车体中段横截面的轮廓上有五个点，分别为顶点B、车体左侧一点D1、车体右侧一点D2以及车体底部的两点C1和C2，顶点B到车体左侧一点D1之间为样条曲线段，呈外凸状，顶点B到车体右侧一点D2之间也为样条曲线段，并且两条样条曲线在车体顶部相切，车体底部的两点之间为直线段即C1C2为直线段，样条曲线段BD1与直线段C1C2之间采用圆弧段过渡，样条曲线段BD2与直线段C1C2之间采用圆弧段过渡，圆弧段D1C1和D2C2分别与样条曲线段与直线段相切；样条曲线段BD1、BD2长度为0.5～1D,圆弧段D1C1、D2C2半径为0.01～0.25D，D为车体中段横截面当量直径，非圆管的当量直径为水力半径相等的圆管直径，圆弧的角度范围为30°～90°。如图5所示，直线段C1C2中点为C点，横截面沿BC呈轴对称，车体首段的母线方向为以轮廓上的六点B、D1、C1、C、C2、D2为出发点向头部尖点A点做六条光滑样条曲线，曲率向车头方向逐渐减小，该六条母线BA、D1A、C1A、CA、C2A、D2A汇聚到头部尖点A点，A点至车体顶部的垂直高度大于A点至车体底部的垂直高度；在头部尖点A点倒圆，倒圆半径在10mm～200mm之间。车体中段的母线为与车体长度方向平行的直线段，直线段长度与当量直径D的比值范围为8～20；其中，如图6所示，车体尾段的母线方向为以轮廓上的五点F、H2、G2、G1、H1为出发点向尾部E点做光滑样条曲线，曲率向车尾方向为减小-增大-减小-增大变化，该五条母线FE、H2E、G2E、G1E、H1E汇聚到尾部尖点E点，E点与水平直线夹角为10°～40°，在尾部尖点E点倒圆，倒圆半径在20mm～400mm之间。光滑样条曲线FE、H2E、G2E、G1E、H1E均包括外凸曲线和内凹曲线，外凸曲线与内凹曲线光滑过渡并向车尾方向延伸。列车外形由车体中段的横截面分别沿各段母线方向扫略而成，车体首段的外形由车体中段的横截面沿曲线BA、D1A、C1A、CA、C2A、D2A扫略而成，车体中段的外形由车体中段的横截面沿与车体长度方向平行的直线段扫略而成，车体尾段的外形由车体中段的横截面沿曲线FE、H2E、G2E、G1E、H1E扫略而成，且车体首段、车体中段和车体尾段光滑过渡。车体首段、车体中段和车体尾段的长度以车体中段横截面当量直径D为基准设计。车头的长度L1＝2D～6D，车身的长度L2＝8D～20D，车尾的长度L3＝2D～6D。该车体为尖头尖尾外形，且采用样条曲线与车体光滑过渡，车体截面为特殊的几何图形，可以在较大机体容积的基础上，气流顺畅通过车体，从而减小气流阻力。经数值仿真验证，本专利技术提出的低气动阻力的超高速管道列车外形气动布局相对国内CRH5高速列车外形，车体零阻系数减小30％(参考面积为机体横截面面积)，实现了低气动阻力的外形设计目标。综上所述，以上仅为本专利技术的较佳实施例而已，并非用于限定本专利技术的保护范围。凡在本专利技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低气动阻力的超高速管道列车外形，其特征在于，该列车外形由车体首段外形、车体中段外形和车体尾段外形组成；车体首段外形和车体尾段外形除顶点以外的任意横截面均为左右对称的渐变的几何轮廓，车体中段外形的任意横截面均为左右对称的几何轮廓，车体首段外形的几何轮廓由六条曲线构成，车体中段和车体尾段外形的几何轮廓由五条曲线构成；所述车体中段横截面的轮廓上有五个点，分别为顶点、车体左侧一点、车体右侧一点以及车体底部的两点，顶点到车体左侧一点之间为样条曲线段，呈外凸状，顶点到车体右侧一点之间也为样条曲线段，并且两条样条曲线在车体顶部相切，车体底部的两点之间为直线段，样条曲线段与直线段之间采用圆弧段过渡，圆弧段分别与样条曲线段与直线段相切；样条曲线段长度为0.5～1D,圆弧段半径为0.01～0.25D，D为车体中段横截面当量直径，圆弧的角度范围为30°～90°；在所述车体底部的直线段上确定中点，车体中段横截面沿顶点到该中点的连线方向呈轴对称，车体首段的母线方向为以所述轮廓上的六点为出发点向头部尖点A点做光滑样条曲线，曲率向车头方向逐渐减小，所述六条母线汇聚到头部尖点A点，A点至车体顶部的垂直高度大于A点至车体底部的垂直高度；车体中段的母线为与车体长度方向平行的直线段，直线段长度与当量直径D的比值范围为8～20；其中，...

【技术特征摘要】
1.一种低气动阻力的超高速管道列车外形，其特征在于，该列车外形由车体首段外形、车体中段外形和车体尾段外形组成；车体首段外形和车体尾段外形除顶点以外的任意横截面均为左右对称的渐变的几何轮廓，车体中段外形的任意横截面均为左右对称的几何轮廓，车体首段外形的几何轮廓由六条曲线构成，车体中段和车体尾段外形的几何轮廓由五条曲线构成；所述车体中段横截面的轮廓上有五个点，分别为顶点、车体左侧一点、车体右侧一点以及车体底部的两点，顶点到车体左侧一点之间为样条曲线段，呈外凸状，顶点到车体右侧一点之间也为样条曲线段，并且两条样条曲线在车体顶部相切，车体底部的两点之间为直线段，样条曲线段与直线段之间采用圆弧段过渡，圆弧段分别与样条曲线段与直线段相切；样条曲线段长度为0.5～1D,圆弧段半径为0.01～0.25D，D为车体中段横截面当量直径，圆弧的角度范围为30°～90°；在所述车体底部的直线段上确定中点，车体中段横截面沿顶点到该中点的连线方向呈轴对称，车体首段的母线方向为以所述轮廓上的六点为出发点向头部尖点A点做光滑样条曲线，曲率向车头方向逐渐减小，所述六条母线汇聚到头部尖点A点，A点至车体顶部的垂直高度大于A点至车体底部的垂直...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛凯，李少伟，林烨，杨慧君，黄承静，
申请(专利权)人：北京机电工程研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11