一种地铁列车车身射流减阻结构的制作方法

1.本发明涉及轨道交通领域，具体来说，涉及一种地铁列车车身射流减阻结构。

背景技术：

2.轨道交通是指运营车辆需要在特定轨道上行驶的一类交通工具或运输系统。城市轨道交通列车在全封闭的线路上运行，位于中心城区的线路基本设在地下隧道内，中心城区以外的线路一般设在高架桥或地面上。具有节约地面空间、减少地面噪音、运能大、速度快、安全准时、成本低、节约能源、乘坐舒适方便等优点。随着列车运行速度、载客量、运输距离的不断提高，列车能耗大幅度增加，对节能环保提出新的挑战。
3.目前，列车运行过程中的能耗主要用于克服运行阻力，在高速运行状态下列车受到的空气阻力随速度的平方急剧增加，是制约高速列车减阻节能的主要考虑因素，如何降低列车运行阻力，一直是亟待解决的问题。目前，轨道列车气动减阻研究过程中，均是针对高速列车头型设计与局部结构优化，虽然取得了一定进展，在一定程度上降低了列车运行阻力，但受到制造工艺，传统减阻技术很难有新的重大突破。
4.针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现要素：

5.针对相关技术中的问题，本发明提出一种地铁列车车身射流减阻结构，以克服现有相关技术所存在的上述技术问题。
6.为此，本发明采用的具体技术方案如下：
7.一种地铁列车车身射流减阻结构，包括列车车体，列车车体的顶部设置有上翘式斜板，上翘式斜板与列车车体的车顶面围合形成主射流通道，且主射流通道沿靠近列车车体的车尾方向逐渐向下倾斜；主射流通道远离列车车体的车尾一端设置有射流入口，主射流通道靠近列车车体的车尾一端由上至下依次设置有第一射流通道及第二射流通道。
8.进一步的，为了使射流自列车车尾射出，通过列车车尾的射流结构，大幅减小列车尾部上方的涡区，并使得列车尾部下方的反向涡消失，大幅降低了列车行进时的阻力，第一射流通道及第二射流通道均设置为沿靠近列车车体的车尾方向逐渐向下倾斜，且第一射流通道及第二射流通道靠近列车车体的车尾一端分别设置有第一射流出口及第二射流出口。
9.进一步的，为了使外部空气进入主射流通道，射流入口的开口朝向列车车体的前进方向，列车车体的外部空气为射流源。
10.进一步的，为了使射流自列车车尾射出，通过列车车尾的射流结构，大幅减小列车尾部上方的涡区，并使得列车尾部下方的反向涡消失，大幅降低了列车行进时的阻力，第一射流出口及第二射流出口均位于列车车体的车尾；第一射流出口位于第二射流出口的上方，且第一射流出口的开口倾斜向下，第二射流出口的开口倾斜向上；第一射流出口与第二射流出口的出流存在交集。
11.进一步的，为了最大化降低了列车运行时的行进阻力，射流入口的入口面积为s1，
第一射流出口的出口面积为s2，第二射流出口的出口面积为s3；
12.其中，s1/s2＝2-5；
13.s1/s3＝2-5；
14.s2/s3＝0.5-1.8。
15.进一步的，为了最大化降低了列车运行时的行进阻力，上翘式斜板与水平面间的夹角α1＝1-7
°
；
16.第一射流出口的射流方向与水平面的夹角β1＝8-10
°
；
17.第二射流出口的射流方向与铅垂线的夹角β2＝2-18
°
。
18.进一步的，第一射流出口与列车车体顶面的距离为h1；
19.h1/h＝0.02-0.3；
20.第二射流出口与列车车体顶面的距离为h2；
21.h2/h＝0.4-0.98；
22.其中，h为列车高度。
23.进一步的，为了最大化降低了列车运行时的行进阻力，射流入口、第一射流出口及第二射流出口均呈矩形，且矩形的长边与列车车体的车顶平行。
24.进一步的，为了最大化降低了列车运行时的行进阻力，第一射流通道及第二射流通道内沿射流流动方向均匀设置有整流板。
25.本发明的有益效果为：
26.(1)本发明在列车内设置第一射流通道及第二射流通道，且第一射流通道及第二射流通道内的射流自列车车尾射出，通过列车车尾的射流结构，大幅减小列车尾部上方的涡区，并使得列车尾部下方的反向涡消失，大幅降低了列车行进时的阻力。
27.(2)本发明通过在列车顶部设置上翘式斜板，在列车高速行进时，列车外部的空气即可形成高速射流进入主射流通道内，无需在列车内单独布置射流源即可完成列车尾部的射流减阻。
28.(3)本发明通过对列车尾部射流结构参数的合理设计，最大化降低了列车运行时的行进阻力。
附图说明
29.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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
30.图1是根据本发明实施例的一种地铁列车车身射流减阻结构的结构示意图；
31.图2是根据本发明实施例的一种地铁列车车身射流减阻结构中射流通道的结构示意图；
32.图3是本发明射流通道的射流流动数值模拟图；
33.图4是本发明射流通道的速度云图；
34.图5是本发明不同速度比下的减阻率示意图；
35.图6是本发明不含射流通道时现有列车尾部的涡区仿真图；
36.图7是本发明增加射流通道后列车尾部的涡区仿真图。
37.图8是根据本发明实施例的一种地铁列车车身射流减阻结构中整流板的位置示意图。
38.图中：
39.1、列车车体；2、上翘式斜板；3、主射流通道；4、射流入口；5、第一射流通道；6、第二射流通道；7、第一射流出口；8、第二射流出口。
具体实施方式
40.为进一步说明各实施例，本发明提供有附图，这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理，配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点，所描述的实施例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，图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。
41.根据本发明的实施例，提供了一种地铁列车车身射流减阻结构。
42.现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明，如图1及图8所示，根据本发明实施例的地铁列车车身射流减阻结构，包括列车车体1，列车车体1的顶部设置有上翘式斜板2，上翘式斜板2与列车车体1的车顶面围合形成主射流通道3，且主射流通道3沿靠近列车车体1的车尾方向逐渐向下倾斜；主射流通道3远离列车车体1的车尾一端设置有射流入口4，主射流通道3靠近列车车体1的车尾一端由上至下依次设置有第一射流通道5及第二射流通道6。其中，以使得列车前进时外部空气可通过射流入口4进入主射流通道3内形成射流。列车内亦可在主射流通道3内增加一个主动射流源向主射流通道3内喷射气流以代替外界主动射入的空气。为方便理解出口流向，图2中的射流出口均向外存在一定的延长。第一射流通道5以及第二射流通道6的通道宽度以及沿铅垂方向的投影位置均一致。
43.在一个实施例中，第一射流通道5及第二射流通道6均设置为沿靠近列车车体1的车尾方向逐渐向下倾斜，且第一射流通道5及第二射流通道6靠近列车车体1的车尾一端分别设置有第一射流出口7及第二射流出口8；通常第二射流通道6的尾端会设计为v型的弧面状以使得第二射流出口8的出流能倾斜向上，从而使射流自列车车尾射出，通过列车车尾的射流结构，大幅减小列车尾部上方的涡区，并使得列车尾部下方的反向涡消失，大幅降低了列车行进时的阻力。
44.在一个实施例中，射流入口4的开口朝向列车车体1的前进方向，列车车体1的外部空气为射流源，从而使外部空气进入主射流通道。
45.在一个实施例中，第一射流出口7及第二射流出口8均位于列车车体1的车尾。
46.其中，第一射流出口7位于第二射流出口8的上方，且第一射流出口7的开口倾斜向下，第二射流出口8的开口倾斜向上；第一射流出口7与第二射流出口8的出流存在交集，从而使射流自列车车尾射出，通过列车车尾的射流结构，大幅减小列车尾部上方的涡区，并使得列车尾部下方的反向涡消失，大幅降低了列车行进时的阻力。
47.在一个实施例中，射流入口4的入口面积为s1，第一射流出口7的出口面积为s2，第二射流出口8的出口面积为s3；
48.其中，s1/s2＝2-5；
49.s1/s3＝2-5；
50.s2/s3＝0.5-1.8。
51.在一个实施例中，上翘式斜板2与水平面间的夹角α1＝1-7
°
；
52.第一射流出口7的出流方向与水平面的夹角β1＝8-10
°
；
53.第二射流出口8的出流方向与铅垂线的夹角β2＝2-18
°
。
54.在一个实施例中，第一射流出口7与列车车体1顶面的距离为h1；
55.h1/h＝0.02-0.3；
56.第二射流出口8与列车车体1顶面的距离为h2；
57.h2/h＝0.4-0.98；
58.其中，h为列车高度。
59.在一个实施例中，射流入口4、第一射流出口7及第二射流出口8的口部均呈矩形，且矩形的长边与列车车体1的车顶平行。
60.在一个实施例中，第一射流通道5及第二射流通道6内沿射流流动方向均匀设置有整流板，从而最大化降低了列车运行时的行进阻力。其中，射流入口4、第一射流出口7以及第二射流出口8的口部宽度相等，且均为矩形，矩形的长边与列车的车顶平行。为提高第一射流通道5以及第二射流通道6内流体流动稳定性，第一射流通道5以及第二射流通道6内沿射流流动方向均匀设置有2-5块整流板，如图8中所示，即主射流通道3、第一射流通道5以及第二射流通道6均设置有整流板。
61.参见图3采用cfd技术对射流流动进行数值模拟，其速度流场分布如图所示，整个射流结构内的速度流线分布均匀。整个射流结构的速度云图如图4所示，速度云图分布均匀，第一射流出口7以及第二射流出口8处均无局部速度增加和减小现象的发生，出口速度分布均匀。
62.通过各参数的合理设计，可保持第一射流出口7的速度与射流入口4的速度比约为0.25，第二射流出口8的速度与射流入口4的速度比约为0.25。如图5所示，横坐标为第一射流出口7的速度与射流入口4的速度比，三条曲线自上而下分别是，第二射流出口8的速度与射流入口4的速度比为0.25、0.15、0.05时的曲线图，经计算，第一射流出口7的速度与射流入口4的速度比以及第二射流出口8的速度与射流入口4的速度比均为0.25时，列车减阻率达到最高的16.5％。
63.如图6所示，在无本发明射流方案的情况下，列车的尾部上方产生了明显的局部涡区，且涡区的范围较大，列车尾部下方附近还存在一个与尾部上方相反的涡运动，直接导致了列车尾部均布低压增大，提高了列车运行时的阻力。如图7所示，在增加了本发明的射流方案后，列车尾部上方涡区域明显减小，且列车尾部下方的反向涡消失，列车行进阻力大幅降低。
64.综上所述，本发明在列车内设置第一射流通道及第二射流通道，且第一射流通道及第二射流通道内的射流自列车车尾射出，通过列车车尾的射流结构，大幅减小列车尾部上方的涡区，并使得列车尾部下方的反向涡消失，大幅降低了列车行进时的阻力。本发明通过在列车顶部设置上翘式斜板，在列车高速行进时，列车外部的空气即可形成高速射流进入主射流通道内，无需在列车内单独布置射流源即可完成列车尾部的射流减阻。本发明通
过对列车尾部射流结构参数的合理设计，最大化降低了列车运行时的行进阻力。
65.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
66.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”、“固定”、“旋接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
67.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

技术特征：

1.一种地铁列车车身射流减阻结构，包括列车车体(1)，其特征在于，所述列车车体(1)的顶部设置有上翘式斜板(2)，所述上翘式斜板(2)与所述列车车体(1)的车顶面围合形成主射流通道(3)，且所述主射流通道(3)沿靠近所述列车车体(1)的车尾方向逐渐向下倾斜；所述主射流通道(3)远离所述列车车体(1)的车尾一端设置有射流入口(4)，所述主射流通道(3)靠近所述列车车体(1)的车尾一端由上至下依次设置有第一射流通道(5)及第二射流通道(6)。2.根据权利要求1所述的一种地铁列车车身射流减阻结构，其特征在于，所述第一射流通道(5)及所述第二射流通道(6)均设置为沿靠近所述列车车体(1)的车尾方向逐渐向下倾斜，且所述第一射流通道(5)及所述第二射流通道(6)靠近所述列车车体(1)的车尾一端分别设置有第一射流出口(7)及第二射流出口(8)。3.根据权利要求1或2所述的一种地铁列车车身射流减阻结构，其特征在于，所述射流入口(4)的开口朝向所述列车车体(1)的前进方向，所述列车车体(1)的外部空气为射流源。4.根据权利要求3所述的一种地铁列车车身射流减阻结构，其特征在于，所述第一射流出口(7)及所述第二射流出口(8)均位于所述列车车体(1)的车尾。5.根据权利要求4所述的一种地铁列车车身射流减阻结构，其特征在于，所述第一射流出口(7)位于所述第二射流出口(8)的上方，且第一射流出口(7)的开口倾斜向下，所述第二射流出口(8)的开口倾斜向上；所述第一射流出口(7)与所述第二射流出口(8)的出流存在交集。6.根据权利要求5所述的一种地铁列车车身射流减阻结构，其特征在于，所述射流入口(4)的入口面积为s1，所述第一射流出口(7)的出口面积为s2，所述第二射流出口(8)的出口面积为s3；其中，s1/s2＝2-5；s1/s3＝2-5；s2/s3＝0.5-1.8。7.根据权利要求6所述的一种地铁列车车身射流减阻结构，其特征在于，所述上翘式斜板(2)与水平面间的夹角α1＝1-7
°
；所述第一射流出口(7)的射流方向与水平面的夹角β1＝8-10
°
；所述第二射流出口(8)的射流方向与铅垂线的夹角β2＝2-18
°
。8.根据权利要求7所述的一种地铁列车车身射流减阻结构，其特征在于，所述第一射流出口(7)与所述列车车体(1)顶面的距离为h1；h1/h＝0.02-0.3；所述第二射流出口(8)与所述列车车体(1)顶面的距离为h2；h2/h＝0.4-0.98；其中，h为列车高度。9.根据权利要求8所述的一种地铁列车车身射流减阻结构，其特征在于，所述射流入口(4)、所述第一射流出口(7)及所述第二射流出口(8)均呈矩形，且矩形的长边与所述列车车体(1)的车顶平行。10.根据权利要求9所述的一种地铁列车车身射流减阻结构，其特征在于，所述第一射流通道(5)及所述第二射流通道(6)内沿射流流动方向均匀设置有整流板。

技术总结

本发明公开了一种地铁列车车身射流减阻结构，包括列车车体、上翘式斜板，上翘式斜板与列车车体的车顶面围合形成主射流通道，且主射流通道沿靠近列车车体的车尾方向逐渐向下倾斜；主射流通道远离列车车体的车尾一端设置有射流入口，主射流通道靠近列车车体的车尾一端由上至下依次设置有第一射流通道及第二射流通道。本发明大幅减小列车尾部上方的涡区，并使得列车尾部下方的反向涡消失，大幅降低了列车行进时的阻力；无需在列车内单独布置射流源即可完成列车尾部的射流减阻；通过对列车尾部射流结构参数的合理设计，最大化降低了列车运行时的行进阻力。行时的行进阻力。行时的行进阻力。