以吹气方式干扰气流减少列车表面空气摩擦阻力系统技术方案

本发明专利技术提供了一种以吹气方式干扰气流减少列车表面空气摩擦阻力系统，其包括在列车风挡处的壁面上纵向布置若干个凸峰型的吹气单元，吹气单元的吹气方向与列车运行的方向相反且所有吹气单元吹气时的方向一致；每个吹气单元包括两个吹气口，两个吹气口均位于凸峰型的斜面上，且与列车外表面的平面构成一定夹角；一个吹气口与列车运行的方向相反，以实现吹气和密封，另一个吹气口与列车运行的方向相同，以实现密封；在列车内部，吹气单元包括第一系统、第二系统、支承与转动机构，第一系统和第二系统分别通过支承与转动机构加持承载并进行旋转；第一系统包括吹气装置和压紧装置，以分别实现吹气和压紧密封，第二系统包括压紧装置，以实现压紧密封。

The system of reducing the air friction resistance on the train surface by air blowing

【技术实现步骤摘要】
以吹气方式干扰气流减少列车表面空气摩擦阻力系统
本专利技术属于高速列车气流摩擦阻力
，具体涉及一种以吹气方式干扰气流减少列车表面空气摩擦阻力系统。
技术介绍
高速列车为人们的出行提供了很大的方便，根据高速列车的技术发展趋势，现在正在研究更高速度的列车。如图1和图2所示，列车在高速行驶中，空气与车体表面的相互作用，接近车体表面的空气产生了边界层，这也是形成表面高速摩擦阻力的源泉。即随着速度增加，车体表面与空气间的相互作用逐渐加强，空气阻力不断增大。为了减少车体表面与空气的摩擦力，人们在采用不少方法进行探索。吹气技术未来是一个减少壁面气体摩擦力的方法，这是在壁面上制成许多微小孔，从这种多孔壁的表面，向外垂直吹出微小量空气。这样一种新型减少界面空气摩擦阻力的技术，利用微小量气体喷射，干扰边界层底部流动，从而达到减少壁面摩擦阻力的效果。许多研究和分析已经表明，在对吹气进行控制条件下，通过向外界吹气的能量对近壁面区域的空气流动进行控制能降低摩擦阻力。吹气技术面向高速载运工具，吹气的减阻效果虽然明显，但这种技术也存在负面效应，当不需要吹气的时候，这些吹孔甚至变成了产生阻力的来源。尤其是，许多载运工具是只向前方的单一方向行驶的，而高速列车的车辆是两个方向都要运行的。如果有一排孔留在车体上，当迎着行驶方向时，将造成更大的阻力。对于这样利用吹出气体、干扰边界层底部气流流动，达到减少壁面摩擦阻力的研究，是适用于高速载运工具的一种方法，国外已开展这样的研究，针对的目标是飞行器，且国外已经在实验室里对吹气开展研究，在表面直接打直孔，当不需要吹气的时候，直孔无法封闭，直孔就成了阻力的来源，因此吹气能够对近壁区的流动形成干扰，降低摩擦阻力。但这技术目前还非常不成熟，也有一定缺陷，还没有投入实际应用。对于列车来说，如果在外表面上开直孔，设直孔开在风挡位置，如图3所示。假如也打直孔，打一个直孔或打一列直孔，设打孔的位置就在列车的风挡位置，这个直孔将也会存在这样的缺点，在不需要吹气的时候，这个直孔变为了一个阻力的来源。直孔没有办法进行封闭，不存在具有封闭功能的设施。列车的截面尺寸是很大的，风挡尺寸也很大，孔是很小的。在外表面上开的直孔，如图4所示，对单个直孔来说，当不需要吹气的时候，列车仍在前进，有外界气流，这时候的直孔反而会产生一定的阻力，如图5所示。
技术实现思路
针对现有技术中的不足，为了减少车体表面与空气的摩擦力，本专利技术采用吹气方法把车体表面之外的边界层吹稀吹松，使边界层扩散弱化。为达到上述目的，本专利技术的解决方案是：为了消去设置直孔带来的阻力，本专利技术申请设计了吹气单元，吹气单元设置在风挡位置，列车的截面尺寸是很大的，风挡尺寸也很大，吹气单元是很小的。吹气单元设置在风挡上，从上往下布置，如图6所示，布置一纵列吹气单元，如图7所示，布置两纵列吹气单元。吹气单元上设计为两个吹气孔，两个吹气孔的功能可以转换。当列车按向着终点站方向的驶入方向行驶时，设吹气孔是背向驶入终点站方向；当列车又驶离终点站时，原来背向列车驶入终点站方向的吹气孔就变为迎着前进方向了，由于吹气孔迎着前进方向，不需要再吹气，该吹气孔就成为了产生附加阻力的来源，所以应当把该吹气孔堵起来。此时，应当把按新的行驶前进方向的反方向进行吹气，把另外一个孔打开。具体地，一种以吹气方式干扰气流减少列车表面空气摩擦阻力系统，其包括在列车风挡处的壁面上纵向布置若干个凸峰型的吹气单元，吹气单元的吹气方向与列车运行的方向相反且所有吹气单元吹气时的方向一致；每个吹气单元包括两个吹气口，两个吹气口均位于凸峰型的斜面上，且与列车外表面的平面构成一定夹角；一个吹气口与列车运行的方向相反，以实现吹气和密封，另一个吹气口与列车运行的方向相同，以实现密封。在列车内部，吹气单元包括第一系统、第二系统、支承与转动机构，第一系统和第二系统分别通过支承与转动机构加持承载并进行旋转；第一系统包括吹气装置和压紧装置，以分别实现吹气和压紧密封，第二系统包括压紧装置，以实现压紧密封。进一步地，第一系统中吹气装置与列车外表面水平呈30-60°，且与列车前进的方向相反，以实现向列车的侧后方进行吹气。进一步地，吹气装置包括气管连接头，列车上的气源经过软管流入气管连接头内，顺着气路流吹气口处。第一系统中的压紧装置和第二系统中的压紧装置的结构相同，均包括依次连接的堵塞机构、压紧机构、回退机构、推力与引导机构。支承与转动机构包括上支承与转动机构、下支承与转动机构。进一步地，上支承与转动机构包括芯轴和夹紧装置，夹紧装置通过芯轴固定，夹紧装置包括第一连接板和第二连接板，第一连接板固定连接第一系统中的压紧机构和回退机构，第二连接板固定连接第二系统中的压紧机构和回退机构。下支承与转动机构包括转动承力座、推力轴承安装座、底座和轴承，推力轴承安装座与底座之间设置推力轴承，转动承力座固定连接第一系统中的推力与引导机构和第二系统中的推力与引导机构，转动承力座通过轴承和芯轴连接，以实现第一系统和第二系统同步转动。进一步地，堵塞机构包括堵塞压盖，堵塞压盖上含有喷口。压紧机构包括压紧力弹簧、压紧力套筒、弹簧压盖和导套，堵塞压盖的底部固定连接在弹簧压盖上，弹簧压盖内部设有压紧力套筒、压紧力弹簧，压紧力弹簧位于压紧力套筒内，弹簧压盖内侧和压紧力套筒之间设有导套，用于引导弹簧压盖的移动，导套固定连接在夹紧装置中连接板的上端部。回退机构包括回退移动压杆、回退杆引导杆、带引导槽的回退杆引导框和回退力传递框，回退移动压杆的底部连接回退力传递框，带引导槽的回退杆引导框的上侧固定连接在夹紧装置中连接板的下端部，带引导槽的回退杆引导框的两侧设有引导槽，回退杆引导杆穿过两侧的引导槽，引导槽对回退杆引导杆起引导作用。推力与引导机构包括汽缸及推杆、带引导槽的汽缸固定框，带引导槽的汽缸固定框的底部固定连接在转动承力座上，带引导槽的汽缸固定框的顶部连接于带引导槽的回退杆引导框，汽缸及推杆设置在带引导槽的汽缸固定框内，带引导槽的汽缸固定框的两侧设有空心导槽，回退力传递框在空心导槽内移动，汽缸及推杆带动回退力传递框的上下移动。由于采用上述方案，本专利技术的有益效果是：第一、本专利技术在列车风挡处的外壁面上设置适当尺度的外凸的弧形壁面，在风挡处以外凸弧形来设置倾斜孔，倾斜孔的孔洞方向与列车前进方向的反方向具有一定的夹角，从而减小列车行进中的阻力。第二、本专利技术向后倾斜孔的气体吹出的速度，与列车前进的反方向气流流速的合成速度，使得吹气的合成速度比直孔距离长。第三、本专利技术在列车行驶前进的迎面方向和行驶前进的背面方向，都设置有吹气孔，以适应高速列车双向运行的特征。进一步实现根据高速列车双向运行的特征，实现吹气和把吹气孔闭合的功能切换。附图说明图1为现有技术中列车上的风挡位置的结构示意图。图2为现有技术中列车表面与气流边界层的示意图。图3为现有技术中在列车风挡位置的表面上布置直孔的结构示意图。图4为现有技术中从列车风挡位置表面上所开的直孔的吹气吹出方向示意图。图5为现有的直孔技术中，在不需要吹气的时候，表面上的直孔受到外界附加阻力的示意图。图6为本专利技术的纵向一列凸峰型吹气单元的位置示意图。图7为本专利技术的纵向两列凸峰型吹气单元的位置示意图。图8为本专利技术的系统中的吹气单元的俯视截面示意图。图9为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种以吹气方式干扰气流减少列车表面空气摩擦阻力系统，其特征在于：其包括在列车风挡处的壁面上纵向布置若干个凸峰型的吹气单元，所述吹气单元的吹气方向与列车运行的方向相反且所有吹气单元吹气时的方向一致；每个所述吹气单元包括两个吹气口，两个吹气口均位于凸峰型的斜面上，且与列车外表面的平面构成一定夹角；一个吹气口与列车运行的方向相反，以实现吹气和密封，另一个吹气口与列车运行的方向相同，以实现密封；在列车内部，所述吹气单元包括第一系统(A)、第二系统(B)、支承与转动机构，所述第一系统(A)和第二系统(B)分别通过所述支承与转动机构加持承载并进行旋转；所述第一系统包括吹气装置和压紧装置，以分别实现吹气和压紧密封，所述第二系统包括压紧装置，以实现压紧密封。

【技术特征摘要】
1.一种以吹气方式干扰气流减少列车表面空气摩擦阻力系统，其特征在于：其包括在列车风挡处的壁面上纵向布置若干个凸峰型的吹气单元，所述吹气单元的吹气方向与列车运行的方向相反且所有吹气单元吹气时的方向一致；每个所述吹气单元包括两个吹气口，两个吹气口均位于凸峰型的斜面上，且与列车外表面的平面构成一定夹角；一个吹气口与列车运行的方向相反，以实现吹气和密封，另一个吹气口与列车运行的方向相同，以实现密封；在列车内部，所述吹气单元包括第一系统(A)、第二系统(B)、支承与转动机构，所述第一系统(A)和第二系统(B)分别通过所述支承与转动机构加持承载并进行旋转；所述第一系统包括吹气装置和压紧装置，以分别实现吹气和压紧密封，所述第二系统包括压紧装置，以实现压紧密封。2.根据权利要求1所述的以吹气方式干扰气流减少列车表面空气摩擦阻力系统，其特征在于：所述第一系统(A)中吹气装置与列车外表面水平呈30-60°，且与列车前进的方向相反，以实现向列车的侧后方进行吹气。3.根据权利要求1所述的以吹气方式干扰气流减少列车表面空气摩擦阻力系统，其特征在于：所述吹气装置包括气管连接头(1)，列车上的气源经过软管流入气管连接头(1)内，顺着气路流吹气口处；所述第一系统(A)中的压紧装置和所述第二系统(B)中的压紧装置的结构相同，均包括依次连接的堵塞机构(2)、压紧机构(3)、回退机构(4)、推力与引导机构(5)；支承与转动机构包括上支承与转动机构(7)、下支承与转动机构(6)。4.根据权利要求3所述的以吹气方式干扰气流减少列车表面空气摩擦阻力系统，其特征在于：所述上支承与转动机构(7)包括夹紧装置(7-1)和芯轴(7-2)，所述夹紧装置(7-1)通过芯轴(7-2)固定，所述夹紧装置(7-1)包括第一连接板(7-1-1)和第二连接板(7-1-2)，所述第一连接板(7-1-1)固定连接第一系统(A)中的压紧机构(3)和回退机构(4)，所述第二连接板(7-1-2)固定连接第二系统(B)中的压紧机构(3)和回退机构(4)；所述下支承与转动机构(6)包括转动承力座(6-1)、推力轴承安装座(6-2)、底座(6-3)...

【专利技术属性】
技术研发人员：余志壮，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海,31