本發(fā)明涉及高速列車氣動外形技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種低氣動阻力的超高速管道列車外形氣動布局。

背景技術(shù)：

在高速列車氣動外形設(shè)計(jì)中，降低列車氣動阻力對于高速列車的外形設(shè)計(jì)非常關(guān)鍵，為了使飛行器具有優(yōu)秀的空氣阻力性能，車體橫截面、車體頭部、車身中段、車體尾段的外形非常重要。

目前國外高速列車大多采用具有一定鈍度的平滑頭部，以減少空氣阻力，例如：中國高鐵列車crh5，這類列車能夠有效減小列車氣動阻力，但當(dāng)列車速度進(jìn)一步提高，空氣動力學(xué)性能變差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種低氣動阻力的超高速管道列車外形，該列車外形大幅度減小列車高速行駛過程中的空氣阻力，具有流暢的氣動外形和較高的車體容積。

一種低氣動阻力的超高速管道列車外形，該列車外形由車體首段外形、車體中段外形和車體尾段外形組成；

車體首段外形和車體尾段外形除頂點(diǎn)以外的任意橫截面均為左右對稱的漸變的幾何輪廓，車體中段外形的任意橫截面均為左右對稱的幾何輪廓，車體首段外形的幾何輪廓由六條曲線構(gòu)成，車體中段和車體尾段外形的幾何輪廓由五條曲線構(gòu)成；

所述車體中段橫截面的輪廓上有五個(gè)點(diǎn)，分別為頂點(diǎn)、車體左側(cè)一點(diǎn)、車體右側(cè)一點(diǎn)以及車體底部的兩點(diǎn)，頂點(diǎn)到車體左側(cè)一點(diǎn)之間為樣條曲線段，呈外凸?fàn)?，頂點(diǎn)到車體右側(cè)一點(diǎn)之間也為樣條曲線段，并且兩條樣條曲線在車體頂部相切，車體底部的兩點(diǎn)之間為直線段，樣條曲線段與直線段之間采用圓弧段過渡，圓弧段分別與樣條曲線段與直線段相切；樣條曲線段長度為0.5～1d,圓弧段半徑為0.01～0.25d，d為車體中段橫截面當(dāng)量直徑，圓弧的角度范圍為30°～90°；

在所述車體底部的直線段上確定中點(diǎn)，車體中段橫截面沿頂點(diǎn)到該中點(diǎn)的連線方向呈軸對稱，車體首段的母線方向?yàn)橐运鲚喞系牧c(diǎn)為出發(fā)點(diǎn)向頭部尖點(diǎn)a點(diǎn)做光滑樣條曲線，曲率向車頭方向逐漸減小，所述六條母線匯聚到頭部尖點(diǎn)a點(diǎn)，a點(diǎn)至車體頂部的垂直高度大于a點(diǎn)至車體底部的垂直高度；

車體中段的母線為與車體長度方向平行的直線段，直線段長度與當(dāng)量直徑d的比值范圍為8～20；其中，d為車體中段橫截面當(dāng)量直徑；

車體尾段的母線方向?yàn)橐运鲚喞系奈妩c(diǎn)為出發(fā)點(diǎn)向尾部e點(diǎn)做光滑樣條曲線，所述五條母線匯聚到尾部尖點(diǎn)e點(diǎn)，e點(diǎn)與水平直線夾角為10°～40°；

所述列車外形由車體中段的橫截面分別沿各段母線方向掃略而成，車體首段、車體中段和車體尾段光滑過渡。

進(jìn)一步地，所述車體尾段的母線為向車尾方向曲率為減小-增大-減小-增大變化的光滑樣條曲線。

進(jìn)一步地，所述車體尾段的光滑樣條曲線包括外凸曲線和內(nèi)凹曲線，外凸曲線與內(nèi)凹曲線光滑過渡并向車尾方向延伸。

進(jìn)一步地，在頭部尖點(diǎn)a點(diǎn)倒圓，倒圓半徑在10mm～200mm之間。

進(jìn)一步地，在尾部尖點(diǎn)e點(diǎn)倒圓，倒圓半徑在20mm～400mm之間。

進(jìn)一步地，車體首段、車體中段和車體尾段的長度以車體中段橫截面當(dāng)量直徑d為基準(zhǔn)設(shè)計(jì)。

有益效果：

1、本發(fā)明車體為尖頭尖尾外形，且采用樣條曲線與車體光滑過渡，車體截面為特殊的幾何圖形，可以在較大機(jī)體容積的基礎(chǔ)上具有流暢的氣動外形，能夠大幅度減小列車高速行駛過程中的空氣阻力。

2、本發(fā)明車體尾段的母線包括外凸曲線和內(nèi)凹曲線，外凸曲線與內(nèi)凹曲線光滑過渡并向車尾方向延伸，目的是在滿足減小阻力的要求下保證大的容積量。

附圖說明

圖1為本發(fā)明車體外形氣動布局側(cè)視圖；

圖2為本發(fā)明車體外形氣動布局俯視圖；

圖3為本發(fā)明車體外形氣動布局仰視圖；

圖4為本發(fā)明車體中段橫截面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明車體頭部前視圖；

圖6為本發(fā)明車體尾部后視圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖并舉實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。

本實(shí)施例提供了一種低氣動阻力的超高速管道列車外形，如圖1所示。該列車外形分為車體首段、車體中段和車體尾段。

車體首段、車體中段和車體尾段任意橫截面均為左右對稱的平面幾何圖形，車體首段橫截面的輪廓由六條曲線構(gòu)成，車體中段和車體尾段橫截面的輪廓由五條曲線構(gòu)成，如圖2、圖3所示。

如圖4所示，車體中段橫截面的輪廓上有五個(gè)點(diǎn)，分別為頂點(diǎn)b、車體左側(cè)一點(diǎn)d1、車體右側(cè)一點(diǎn)d2以及車體底部的兩點(diǎn)c1和c2，頂點(diǎn)b到車體左側(cè)一點(diǎn)d1之間為樣條曲線段，呈外凸?fàn)?，頂點(diǎn)b到車體右側(cè)一點(diǎn)d2之間也為樣條曲線段，并且兩條樣條曲線在車體頂部相切，車體底部的兩點(diǎn)之間為直線段即c1c2為直線段，樣條曲線段bd1與直線段c1c2之間采用圓弧段過渡，樣條曲線段bd2與直線段c1c2之間采用圓弧段過渡，圓弧段d1c1和d2c2分別與樣條曲線段與直線段相切；樣條曲線段bd1、bd2長度為0.5～1d,圓弧段d1c1、d2c2半徑為0.01～0.25d，d為車體中段橫截面當(dāng)量直徑，非圓管的當(dāng)量直徑為水力半徑相等的圓管直徑，圓弧的角度范圍為30°～90°。

如圖5所示，直線段c1c2中點(diǎn)為c點(diǎn)，橫截面沿bc呈軸對稱，車體首段的母線方向?yàn)橐暂喞系牧c(diǎn)b、d1、c1、c、c2、d2為出發(fā)點(diǎn)向頭部尖點(diǎn)a點(diǎn)做六條光滑樣條曲線，曲率向車頭方向逐漸減小，該六條母線ba、d1a、c1a、ca、c2a、d2a匯聚到頭部尖點(diǎn)a點(diǎn)，a點(diǎn)至車體頂部的垂直高度大于a點(diǎn)至車體底部的垂直高度；在頭部尖點(diǎn)a點(diǎn)倒圓，倒圓半徑在10mm～200mm之間。

車體中段的母線為與車體長度方向平行的直線段，直線段長度與當(dāng)量直徑d的比值范圍為8～20；其中，

如圖6所示，車體尾段的母線方向?yàn)橐暂喞系奈妩c(diǎn)f、h2、g2、g1、h1為出發(fā)點(diǎn)向尾部e點(diǎn)做光滑樣條曲線，曲率向車尾方向?yàn)闇p小-增大-減小-增大變化，該五條母線fe、h2e、g2e、g1e、h1e匯聚到尾部尖點(diǎn)e點(diǎn)，e點(diǎn)與水平直線夾角為10°～40°，在尾部尖點(diǎn)e點(diǎn)倒圓，倒圓半徑在20mm～400mm之間。光滑樣條曲線fe、h2e、g2e、g1e、h1e均包括外凸曲線和內(nèi)凹曲線，外凸曲線與內(nèi)凹曲線光滑過渡并向車尾方向延伸。

列車外形由車體中段的橫截面分別沿各段母線方向掃略而成，車體首段的外形由車體中段的橫截面沿曲線ba、d1a、c1a、ca、c2a、d2a掃略而成，車體中段的外形由車體中段的橫截面沿與車體長度方向平行的直線段掃略而成，車體尾段的外形由車體中段的橫截面沿曲線fe、h2e、g2e、g1e、h1e掃略而成，且車體首段、車體中段和車體尾段光滑過渡。

車體首段、車體中段和車體尾段的長度以車體中段橫截面當(dāng)量直徑d為基準(zhǔn)設(shè)計(jì)。車頭的長度l1＝2d～6d，車身的長度l2＝8d～20d，車尾的長度l3＝2d～6d。

該車體為尖頭尖尾外形，且采用樣條曲線與車體光滑過渡，車體截面為特殊的幾何圖形，可以在較大機(jī)體容積的基礎(chǔ)上，氣流順暢通過車體，從而減小氣流阻力。經(jīng)數(shù)值仿真驗(yàn)證，本發(fā)明提出的低氣動阻力的超高速管道列車外形氣動布局相對國內(nèi)crh5高速列車外形，車體零阻系數(shù)減小30％(參考面積為機(jī)體橫截面面積)，實(shí)現(xiàn)了低氣動阻力的外形設(shè)計(jì)目標(biāo)。

綜上所述，以上僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。