专利名称：一种带端板和减速板地效翼的高速动车的制作方法
技术领域：
本发明属于高速动车技术领域，具体涉及一种带有端板和减速板地效翼的高速动车。
背景技术：
首先，高速动车在提速时面临的诸多技术瓶颈，在一定程度上随着高性能电动机的不断改善得到了解决，但是其所带来的代价也是巨大的，比如严重的轮轨磨损以及由此带来的高维护费用(见参考文献[I]:RaghunathanR.S., Kim H.-D., SetoguchiT.Aerodynamics of High-Speed Railway Train[J].Progress inAerospaceScience，2002，38:469-514)。大量研究表明，随着高速动车车速增加，轮轨磨损量减小，接触疲劳加剧；而随着轴重增加，轮轨磨损量迅速增加，接触疲劳减弱；轮轨滚动疲劳损伤与磨损之间存在着相互竞争与制约的耦合作用关系，高速时轮轨损伤以疲劳为主，重载时轮轨损伤以磨损为主。由于高速动车本身车速作为优势已经基本上固定下来，因此难以降低疲劳损伤；而降低轮轨间的正压力可以减少轮轨间的磨损量，轮轨间的分离可以消除轮轨磨损。鉴于此，日本、德国和中国分别发展了各自的磁悬浮列车以期望通过轮轨间的分离来消除轮轨磨损，此外磁悬浮列车具有高速、噪声低等优点，但是其也具有明显的缺陷，例如，必须重新建设专用的路轨、强磁场破坏生态环境等。随着高速动车速度的提高，必须改进其制动方式来满足短距离制动的要求，高速动车一般包括常规制动和紧急制动，其中紧急制动距离是检验动车制动能力和运行安全性的重要技术指标，同时也是通信信号系统设计和运输组织合理规划的重要依据。综合多方面的因素考虑，高速动车制动系统必需具备以下条件:尽可能的缩短制动距离以保障行车安全，保证高速制动时不滑行，制动系统操纵灵活可靠，在满足制动要求前提下尽量减轻制动装置重量。目前，常规制动装置能够满足正常运营制动要求，而高速紧急时刻的制动仍旧受到严重考验。
发明内容
本发明的目的主要是解决现有高速动车轮轨磨损严重和磁悬浮列车必须重建路轨网络的问题，同时带来了高速动车紧急刹车系统等方面的收益。本发明在充分考虑了现行高速动车的轮轨系统、刹车系统、维护系统的基础上，对现行的高速动车进行了重新设计，在车身两侧靠近地面部分加装了带有端板和减速板的地效翼，形成了一种新型的高速动车。在地效翼的上表面附加设计减速板，通过在极短时间内打开减速板来进行空气制动，由于空气阻力与速度二次方成正比，因此在高速时采用空气制动能够有效的缩短制动距离，提高紧急情况下动车的安全性，而且该方式能够大大降低机械磨损。本发明提供一种带端板和减速板地效翼的高速动车，所述高速动车的机车和每节车厢的两侧等距离等高度安装有地效翼，所述地效翼离铁轨基座高度为0.35m 0.5m，每节车厢单侧安装3 5个地效翼。
所述地效翼布局为矩形机翼，展弦比为1.5 2，弦长为lm，半展长为0.75 lm，安装角度为4° 6° ;地效翼的翼型剖面选择下表面比较平坦的翼型(优选下表面为平面)，该类翼型的地面效应性能优越。所述的地效翼通过前梁固连到车厢的侧面。地效翼蒙皮采用铝合金或者复合材料，地效翼内部为桁架结构。地效翼的翼梢处通过粘接或者铆接方式连接端板，另外地效翼的上表面设置有盒式结构，用来加装减速板。所述的端板包络整个地效翼翼型剖面，包络面超出地效翼翼型剖面至少10%的地效翼弦长，端板的前缘为圆弧过渡，端板为平板。端板和地效翼采用同一种材料，所述的端板和地效翼的连接方式为:当材料为铝合金时采用铆接，当材料为复合材料时采用粘接。所述的减速板为地效翼上表面中间的一部分，减速板控制面的前端距离地效翼前缘为20%弦长,减速板控制面后端距离地效翼后缘为10%弦长。减速板的控制面弦向位置长度为0.7m，展向位置长度为60% 80%的半展长，减速板打开后，来流与减速板平面所夹的锐角为60° 80°。减速板由液压作动筒控制，控制机构保证减速板绕其安装的固定轴线做转动，固定轴线在减速板的前缘，减速板能够在短时间内由后缘快速向上打开，正常情况下减速板是关闭的，不产生额外的阻力。综上，本发明的优点在于:(I)本发明适用于现行铁路系统，在一定程度上减少了轮轨间的磨损量，从而减少了轮轨的维护费用，有效缩短了紧急制动距离；(2)本发明充分利用了地效翼的优良空气动力特性，端板额外扩大了地效翼的地面效应特性，气动刹车能够有效的实现紧急制动，且大大降低了机械磨损。(3)本发明弥补了现有高速动车轮轨磨损严重和磁悬浮列车重建路轨网络的缺点。
图1是本发明提供的带端板和减速板地效翼的高速动车结构示意图；图2是本发明提供的带端板和减速板地效翼的高速动车的局部放大图和地效翼安装布局不意图；图3a和图3b是本发明中地效翼上减速板打开与关闭状态的结构示意图；图4是本发明中所述的端板的结构示意图；图5是本发明中地效翼上表面的水平投影示意图。图中:1.地效翼，2.前梁，3.蒙皮，4.桁架结构，5.端板，6.减速板，7.连杆机构。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。本发明将航空领域中的地效翼引入到现有的高速动车上，以期通过地效翼产生的气动升力降低轮轨之间的部分正压力从而在一定程度上降低轮轨磨损，同时可以利用现有的铁路网络以降低建设成本。而在机翼设计中，带端板的矩形地效翼气动效率高，设计相对简单，制造加工安装方便，是一种较为理想的选择。本发明提供一种带端板和减速板地效翼的闻速动车，如图1和图2所不,在闻速动车的机车和每节车厢的两侧对称安装有地效翼1，地效翼I间等距离分布，每个车厢两侧设置数量相同的地效翼1，一般选择3 5个地效翼。地效翼I离铁轨基座高度h为0.35m
0.5m。所述地效翼I布局为矩形机翼，如图5，展弦比为1.5^2,弦长C为lm，半展长L为
0.75 lm，安装角度为4° 6。;地效翼I的翼型剖面选择下表面比较平坦的翼型(优选下表面为平面)，该类翼型的地面效应性能优越。所述的地效翼I通过前梁2固连到机车和车厢的侧面，如图3a和图3b。地效翼I的蒙皮3采用铝合金或者复合材料，地效翼I内部为桁架结构4。地效翼I的翼梢处通过粘接或者铆接方式连接端板5，另外地效翼I的上表面设置有盒式结构，用来加装減速板6。所述的端板5包络整个地效翼翼型剖面，包络面超出地效翼翼型剖面至少10%的地效翼弦长C，如图5所示。端板5的前缘为圆弧过渡，如图4，端板5为平板结构。端板5和地效翼I采用同一种材料，所述的端板5和地效翼I的连接方式为:当材料均为铝合金时采用铆接，当材料均为复合材料时采用粘接。所述的减速板6为地效翼I的上表面中间的一部分，減速板6控制面的前端距离地效翼前缘L1为20%弦长,减速板控制面后端距离地效翼后缘L2为10%弦长。减速板的控制面弦向位置长度L3为0.7m,展向位置长度L4为60% 80%的半展长,减速板打开后，来流与減速板平面所夹的锐角D 为60° 80°。減速板由液压作动筒通过连杆机构7控制，控制机构保证減速板绕其安装的固定轴线做转动，固定轴线在減速板的前缘，減速板能够在短时间内由后缘快速向上打开，正常情况下减速板是关闭的，不产生额外的阻力。实施例选择CRH2型电カ动车组作为基本外形，在此基础上改进设计，新型高速动车共3节且为全动模型。在高速动车的每节车厢两侧靠近地面部分沿车身轴向在两个转向架中间等间距安装地效翼1，每侧安装地效翼I的数量为3个，地效翼等间距为4m，离地高度h为
0.35m,另外由于端板5的下缘与地面平行，因此此时的安装角等于迎角A0A，由图4可以看出。在图3中地效翼布局为矩形机翼，展弦比为2，等弦长C为lm，半展长L为lm，详细图形可以參见图5。翼型选择NACA6409翼型。地效翼通过前梁2固定连接在车身侧面，地效翼的蒙皮3采用复合材料，地效翼内部为桁架结构4。地效翼的翼梢处通过粘接方式连接端板5，另外地效翼I的上表面的一部分设计成盒式结构，用来设计并加装減速板6。端板5的设计图见图4，内部的弧线为地效翼I的投影线。端板5包络整个地效翼I翼型剖面，包络面超出地效翼I翼型剖面0.lm，端板5的前缘为圆弧过渡，端板5为平板，平板的厚度为0.05m。减速板6的设计尺寸參见图5，减速板控制面的前端距离地效翼前缘L1为0.2m，后端距离地效翼后缘L2为0.lm。减速板的控制面弦向位置长度L3为0.7m,展向位置长度L4为0.6m，减速板打开后，来流与减速板平面所夹的锐角D为60° 80°。减速板由液压作动筒通过连杆机构7进行驱动控制。高速动车运行中的操作方式:在正常高速行驶过程中，減速板处于关闭状态，在高速行驶中出现紧急状态时，通过液压作动筒将減速板6快速打开进行紧急制动。实验定量測量地效翼的减重效果，得到从未加地效翼和加装地效翼后的升カ对比(如下表I)结果，可以看出，地效翼产生了应有的减重效果，升力系数显著提高到1.7以上。表I未加地效翼和加装地效翼后升力系数的对比
权利要求
1.一种带有端板和减速板地效翼的高速动车，其特征在于:在高速动车机车和每节车厢的两侧靠近地面部分等高度等间距安装地效翼，每个地效翼的翼梢安装端板，同时在地效翼的上表面设置减速板。
2.根据权利要求1所述的一种带有端板和减速板地效翼的高速动车，其特征在于:所述的地效翼为矩形机翼，展弦比为1.5 2，弦长为lm，半展长为0.75 lm，地效翼的安装角度为4。 6°，地效翼的翼型剖面下表面为平面；地效翼离铁轨基座高度为0.35πΓθ.5m。
3.根据权利要求1所述的一种带有端板和减速板地效翼的高速动车，其特征在于:所述的端板包络整个地效翼翼型剖面，包络面超出地效翼剖面至少10%的弦长，端板的前缘为圆弧过渡，端板为平板，端板固连在地效翼的翼梢。
4.根据权利要求1所述的一种带有端板和减速板地效翼的高速动车，其特征在于:所述的减速板为地效翼上表面的一部分，减速板控制面的前端距离地效翼前缘为20%弦长，后端距离地效翼后缘为10%弦长，减速板的控制面展向位置长度为609Γ80%的半展长，减速板打开后，来流与减速板平面所夹的锐角为60° 10°。
5.根据权利要求1所述的一种带有端板和减速板地效翼的高速动车，其特征在于:所述的减速板由液压作动筒控制，减速板的固定轴线设置在减速板的前缘。
6.根据权利要求1所述的一种带有端板和减速板地效翼的高速动车，其特征在于:所述的地效翼在机车和每节车厢的两侧分别设置3飞个。
全文摘要
本发明公开了一种带端板和减速板地效翼的高速动车，属于高速动车技术领域。本发明中在高速动车机车和每节车厢的两侧靠近地面部分等高度等间距安装地效翼，每个地效翼的翼梢安装端板，同时在地效翼的上表面设置减速板。本发明适用于现行铁路系统，在一定程度上减少了轮轨间的磨损量，从而减少了维护费用，有效缩短了紧急制动距离；充分利用了地效翼的优良空气动力特性，端板额外扩大了地效翼的地面效应特性，气动刹车能够有效的实现紧急制动，且大大降低了机械磨损。弥补了现有高速动车轮轨磨损严重和磁悬浮列车重建路轨网络的缺点。
文档编号B61H9/00GK103085783SQ201310034618
公开日2013年5月8日 申请日期2013年1月29日 优先权日2013年1月29日
发明者屈秋林, 秦云鹏, 刘沛清, 郭昊, 卢哲, 王宇晨 申请人:北京航空航天大学