一种具有自适应导流结构的高速列车及导流方法

本发明涉及交通，特别涉及一种具有自适应导流结构的高速列车导流方法。

背景技术：

1、运行中的高速列车所受阻力主要包括机械阻力和气动阻力两个方面，其中气动阻力与列车运行速度的平方成正比。相比相同外形350km/h高速列车，400km/h列车运行过程总阻力增加近30％，其中空气阻力在总阻力中占比也大幅提升到90％以上，急剧增加的气动阻力导致列车运营能耗大幅上升。因此，降低列车的气动阻力成为近些年空气动力学研究的热点。

2、转向架和轮对是列车底部的重要结构，其复杂的结构形式对列车行驶时的空气动力性能影响很大。在3车编组无侧风条件下，转向架阻力占整车阻力比例达20％以上，而在横风环境下，转向架阻力急剧增大至整车阻力40％以上。由此可见，转向架部分是列车运行阻力的重要组成部分之一。

3、由于实际运行中头尾车转向架阻力最为显著，且动力车转向架散热及自身结构复杂性，所以现有转向架包覆设计主要以拖车的头尾车转向架底板为研究对象。然而，在对头尾车转向架进行底板包覆后，虽然头尾车编组能够获得较好的减阻效果，但中间车编组底部转向架区域所受气流冲击增强，迎风侧正压增大导致阻力上升。现有具备自动控制功能的空气导流装置多用于减少汽车顶部间隙所带来的空气阻力，但由于高速列车编组多、整车长的特点，无法通过单一底部转向架导流装置以及固定的控制策略达到最优效果。

4、因此，设计一种基于高速列车运行方向、运行速度和转向架周围流场压力变化的底部自适应调节导流装置，根据转向架迎风面流动状态(包括压力、流速)对中间车不同编组转向架区域导流装置的开角进行分级独立调节，减少因头车底板包覆后中间车转向架所受气流冲击，对提升高速列车减阻效果、降低运行能耗和保障列车行车安全具有重要的工程意义和研究价值。

技术实现思路

1、本发明提供了一种具有自适应导流结构的高速列车导流方法，其目的是利用在中间车编组的车厢底部设置第二导流结构，依次对前进方向前方导流结构进行自适应导流，实现第二导流结构开角的自动调整，降低列车运行的气动阻力。

2、为了达到上述目的，本发明的实施例提供了一种具有自适应导流结构的高速列车，包括：

3、列车，包括中间车编组和设置在中间车编组前后两端的头车、尾车，所述中间车编组至少设置有两节车厢，所述头车、尾车以及每节车厢底部均设置有设备舱，设备舱向上凹陷形成有转向架舱，所述转向架舱为两个，所述转向架舱内设置有转向架；

4、所述头车、尾车对应的转向架舱边缘设置有第一导流结构，所述第一导流结构为固定式导流结构，其特征在于:

5、每个所述车厢对应的设备舱与转向架舱的连接处设置有第二导流结构，位于同一车厢下的每个转向架舱的前方和后方均设置有一个第二导流结构，同一转向架舱前后方的两个第二导流结构的导流方向相反；

6、所述第二导流结构包括导流板和角度开合机构，所述导流板通过角度开合机构动态调整导流板的开角。

7、优选地，所述第二导流结构还包括表面压力传感器和控制器，所述表面压力传感器用于检测转向架迎风侧表面压力，所述表面压力传感器分别与控制器信号连接，所述控制器与所述角度开合机构信号连接以调整开角的大小。

8、优选地，所述角度开合机构包括横连杆、纵连杆，所述横连杆安装在所述车厢的内侧，所述横连杆的两端设置有涡轮，所述纵连杆设置有与涡轮啮合的外螺纹，所述纵连杆一端与导流板铰接，所述横连杆转动带动所述纵连杆移动以调整导流板的开角。

9、优选地，所述角度开合机构还包括伺服电机，所述伺服电机与所述控制器信号连接，所述伺服电机驱动所述横连杆转动；

10、所述角度开合机构还包括角度限位器和液压杆，所述液压杆一端与所述导流板连接，另一端与车厢内侧连接，所述液压杆用于维持当前开角；

11、所述角度限位器设置在所述导流板上，所述导流器设置有一腰型槽，所述纵连杆的下端滑动设置在所述腰型槽内。

12、本技术还提供一种导流方法，采用前述的具有自适应导流结构的高速列车，其特征在于，后方的第二导流结构基于前一顺位的第二导流结构或第一导流结构的导流结果调整导流板的开角大小。

13、优选地，第二导流结构调整开角的方法包括：

14、s1.在第一状态下，列车以运行速度v运行获得运行速度v下转向架迎风侧表面压力阈值p，并构建运行速度v与转向架迎风侧表面压力阈值p的对应关系，并形成第一数据库；

15、在第一状态下，头车、尾车上未设置有第一导流结构，且第二导流结构关闭；

16、s2.在第二状态下，列车以运行速度v运行，获得运行速度v下转向架第二导流结构最优开角θd以及转向架迎风侧表面压力阈值p’，构建运行速度v与最优开角θd、转向架迎风侧表面压力阈值p’的对应关系，并形成第二数据库；

17、在第二状态下。头车、尾车上设置有第一导流结构，第二导流结构开启；

18、s3.在头车、尾车上设置有第一导流结构、第二导流结构开启，在第一数据库内择一运行速度作为实际运行速度vx，在实际运行速度vx下获取转向架迎风侧表面压力qx，以及第一数据库内实际运行速度vx对应的转向架迎风侧表面压力阈值px，比较转向架迎风侧表面压力qx和转向架迎风侧表面压力阈值px的大小，并根据比较结果判断是否开启第二导流结构；

19、s4.当需要开启第二导流结构时，在第二数据库中获取实际运行速度vx对应的最优开角θdx，以最优开角θdx作为导流板的初始角度；

20、在第二数据库中，获取实际运行速度vx对应的转向架迎风侧表面压力阈值px’；

21、对转向架迎风侧表面压力阈值px’和转向架迎风侧表面压力qx进行做差处理，并根据差值处理结果调整导流板的开角，直至转向架迎风侧表面压力阈值px’和转向架迎风侧表面压力qx的差值符合预设的波动范围。

22、优选地，在所述在步骤s3中，转向架迎风侧表面压力阈值px小于转向架迎风侧表面压力qx，判定开启第二导流结构；

23、当转向架迎风侧表面压力阈值px大于或等于转向架迎风侧表面压力qx时，判定无需开启第二导流结构。

24、优选地，在步骤s4中包括：

25、s41.判断转向架迎风侧表面压力阈值px’和转向架迎风侧表面压力qx的差值的绝对值是否小于预设波动范围，若小于预设波动范围，则维持第二导流结构的当前开角，若大于预设波动范围，则进行下一步判断；

26、s42.若转向架迎风侧表面压力阈值px’大于转向架迎风侧表面压力qx，则减小第二导流结构的开角；

27、若转向架迎风侧表面压力阈值px’小于转向架迎风侧表面压力qx，则增大第二导流结构的开角；

28、s43.获取调整开角后的转向架迎风侧表面压力qx，重复步骤s41-s42。

29、本发明的上述方案有如下的有益效果：

30、在列车高速运行过程中，依据运动方向，实现根据列车转向架表面实时压力变化特征和运行速度对第二导流结构的开角进行调节，将气流导流至轨面及车体外，减少转向架区域的前部气流冲击，提升列车底部包覆减阻效果，降低列车运行能耗和保证行车安全。

31、本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。