论气体力学对高速列车的影响与发展前景

楚尊睿

摘 要：随着2007年4月18日开始的中国铁路第六次大提速，我国的列车从要去部分地段线路基础基本时速达到200公里列车的要求变成全路能搞开行时速120公里旅客列车的线路。从原来的1.6万公里变成2.2万公里，而其中时速超过250公里的线路就有超过846公里。而随着近11年中国铁路的不断发展，我国已从原来的铁路大国跃身为铁路强国，部分的高速铁路技术已经位于世界前列。但随着速度不断地提高，一些限制速度再提高与危害列车安全的问题也在不断地出现。其中气体力学对高速列车安全性与速度的再提高中起着不可磨灭的影响。

关键词：高速列车；气体力学；车头流线型设计

一、高速列车头部的外形设计考虑因素

高速列车的车头外形影响着整辆列车的稳定性与整辆列车的阻力。那么什么样的车头外形才能减少阻力，提高稳定性呢？众所周知，列车的头，尾形状影响着空气压差阻力、升力和横风稳定性等因素。并且动车分为动力集中性与与动力分散型列车，而动力分散性列车则是将动力装置分别安装在车头和车尾，过车头车尾动力机车带动中间的无动力机车。所以说像类似CRH380A这种动车组的车头采用为可降低空气阻力的流线型的动车，时速可以高达350公里每小时，但是在中国科学院气体力学风洞研究所中，我们国家目前的理想高速列车模型中，时速可高达500公里每小时，但是为什么但目前为止，我没还没有一个500公里的高速列车下线运行呢？

二、高速列车基本外形与阻力的影响

问题就在于目前在全球范围内没有找到一个能克服在如此高速的状况下，能够平稳运行的车头模型。就连目前位于世界上商业运营速度最快、科技含量最高、系统匹配最优的动车组的车头也是从当初20个模型中，去掉性能不好，与外形不美观的经过层层筛选最终成为CRH380A的车头模型。而在所有车型中CRH380A的车型采用完全光滑的车体表面，加长型的头部设计，改变最大纵剖面轮廓线与水平轮廓线，从而降低头车的气动阻力，从而达到提高列车时速的效果。

三、高速列车稳定性的提高因素

影响高速列车平稳运行的因素一大部分上为脱轨问题。而随着速度的不断提高。脱轨问题也变得越来越重要。而影响脱轨问题的主要因素则为横风气动的影响。而高速列车的侧向力系数随着倾斜的角度的变大而变打大，当处于相同的倾斜角时，列车的头尾的侧向力系数明显大于中间非动力车的倾向力系数，这就是为什么一辆列车的头尾的形状不同于中间车厢的形状，且列车头尾的流动性更高，最大纵剖面轮廓线曲率较大，而更平缓的流线型使得头部纵向长细比系数越小，这就是为什么越高速的列车，其头部越类似于子弹的形状。

四、雷诺数对气动性能的影响

影响气动力的另一因素则是雷诺数对于列车动力的影响，什么是雷诺数呢？就是当随着列车速度的增加，列車向前所受的风的反向作用力也变大，伴随着列车速度的提高，与列车相对的风速越来越高，而风速的增加则会使气动力系数随之减小，但减小的程度不会过大，虽然对列车的速度有一定的影响，但是影响是有限的，当风造成的对流速度为50米每秒时，气动力系数就不在会因为对流速度的增加而增加了。

五、中国高速铁路的发展前景

在21世纪，地球在人们的眼中已经变得越来越小，各种交通事业的不断发展与提高，使世界变成了一个整体，中国制造已经走出国门，走向世界，立足于世界高端技术之巅，而中国的高速铁路作为世界铁路中的姣姣者，更应该一马当先，引领着时代的潮流。而既然是交通工具，那么无非追逐的便是性能的不断提高，而性能的不断提高主要立足于三个方面，一是再次提高高速列车的速度，人们一向喜欢追逐于速度的不断提高，而解决速度就要集中解决如何才能减小列车所受的空气阻力，与如何不断地提高列车行驶所必须的动力，唯有这两方面的同步协调与合作才能真正的实现中国高铁再加速，早日的实现中国铁路第7次 大提速。二是如何能在保证高速列车不断提速的同时并且保证高速列车的稳定性，通过不断地改进列车的外形，与列车的整体电子系统的调节，从而实现动力机车与非动力机车速度上的相对协调。三是乘车环境的提高与优化，不断地完善列车上的服务业，让乘客在列车上感到舒适，尽量减少乘客的外出出行的疲劳感。并提高一趟列车的客容量，在客流量高峰期能够满足于乘客的需求。

六、结论

（1）在外形设计方面坚持流线型设计，通过协调最大纵剖面轮廓线与水平轮廓线，从而达到减少空气阻力，提高速度的要求。

（2）参考横风气动，与侧向力系数对列车稳定性的影响，做到不仅要高速行驶，而且要保证列车运行的平稳性与安全性。

（3）对于列车的发展前景，我国要不断地提高列车的科技水平，做到列车与电子信息化一体，与自动化协调发展，正真的成为让乘客放心，让乘客享受舒服环境的新时代高速列车。

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