新型高速动车组风挡结构及功能研究

赵金爽 徐莉 刘爱伶

摘 要：时速350 km/h新型高速动车组，其风挡创新性地使用了全包式折棚风挡结构，从外形上做到与车体的全平顺过渡，在降低气动阻力和提高噪声舒适度方面具有无可比拟的优势。

关键词：高速动车组;全包式折棚风挡;降噪;空气动力学优化

中图分类号：TQ639.2文献标识码：A文章编号：1003-5168（2020）16-0041-03

Abstract： A brand-new creative type of fully wrapped bellow gangway have been applied on the new 350 km/h high speed EMUs， from the external styling， it can completely and smoothly transit from carbody to carbody， and it also takes in unparalleled advantages in reducing aerodynamic resistance and improving the comfort level in terms of noise.

Keywords： high speed EMU;fully wrapped bellow gangway;noise reduction;aerodynamic optimization

风挡作为车辆之间的连接贯通道，其作用为将相邻车辆的客室内部贯通成为一体。随着国内高速动车组运营速度的提高，气动阻力和气动噪声问题越来越受到关注，新型高速动车组风挡的设计优化有利于这两项指标的降低，本文将对新型高速动车组风挡的结构特点和功能特点加以介绍。

1 新型高速动车组风挡结构

新型高速动车组风挡采用单层折棚结构全包式外风挡+单层这棚结构内风挡+镶嵌式渡板组成结构，如图1所示。外层风挡与车体外轮廓完全平齐，保证车体外形的平滑，内层风挡主要保证车内贯通通道的需要。

1.1 单层折棚结构外风挡

时速350 km/h新型高速动车组外风挡折棚由经过硫化的弹性棚布制成，每环棚布之间通过铝型材夹制连接成为一体;相邻车辆端部通过螺栓与车体连接，折棚与车体之间通过密封胶条的压紧保证密封性能。外风挡的外部轮廓与车体端墙截面保持平齐，這使得相邻车辆之间的连接处形成一个封闭的空间，并且保证了车体和外风挡在外轮廓方向无台阶结构，如图2所示。同时，棚布采用特殊的硫化工艺，使外风挡折棚在传统折棚风挡结构基础上实现了进一步的优化，棚布每环之间过渡更加平滑，如图3所示。这种结构不仅外观比较美观，而且保证了车端设备如车钩、车间电缆等车端设备免受飞石的击打，同时在最大程度上减小了列车行驶过程中的气动阻力和气动噪声。

1.2 单层折棚结构内风挡

新型高速动车组内风挡由两部分组成，中间设置快速解编装置;内风挡折棚同样由经过硫化的弹性棚布制成，每环棚布之间通过铝型材夹制连接成为一体;相邻车辆端部通过螺栓与车体连接。折棚与车体之间通过密封胶条的压紧保证密封性能。

由于内折棚完全被包覆在列车内部，内折棚的棚布仍采用传统折棚的形状，截面呈半圆弧形，如图4所示。

1.3 渡板组成

新型高速动车组风挡渡板为镶嵌式渡板，主要由渡板、踏板、轮架体、板簧组件等组成。渡板组成作为供乘客通过的承载部件，首先应具备足够的强度，其次应保证在车辆通过曲线时，风挡区域不出现缝隙以保证乘客的安全。新型高速动车组风挡渡板组成的强度和曲线通过能力均已经过严格理论计算、台架模拟试验进行验证。

2 新型高速动车组风挡性能

2.1 降噪性能

流线型列车噪声正比于速度的5～8次方[1]。如图5、图6所示，350 km/h速度级下车外噪声源识别发现，车间连接处尤其风挡与车体过渡区域噪声较高。究其原因，风挡结构与车体轮廓存在高度差，并且风挡与两车连接区域存在较大的空隙，车辆高速运行时很容易在这些区域形成湍流，导致该处气动噪声急剧升高[2]，进而对车内风挡处噪声带来不利影响。采用全包式风挡结构可以有效提高风挡区域的噪声舒适度，提升乘客的乘坐体验。

相邻车辆连接部位采用全包式风挡结构，首先在外形轮廓上做到与车体外形的平滑过渡，避免形变或者凹陷造成的流噪过大，全包式双层风挡结构的底部隔声量可以达到40 dB，顶部及侧面隔声量可达38 dB。同时，由于折棚结构具有足够的刚度及阻尼，全包式双风挡可以有效抑制车体侧滚、摇头，并且折棚独特的结构可以对空气流动产生减振节流的作用，进一步降低振动噪声的产生。

外形轮廓的平滑过渡、隔声性能的大幅提升及对连接处的振动抑制，使得同速度级下CRH380D风挡区域噪声车型有明显降低，并有效降低车辆在过小曲线或隧道工况产生的啸叫对车内噪声的影响。

2.2 空气动力学性能

以300 km/h的速度运行的高速列车，其气动阻力占到全车总阻力的80%以上[1]，新型高速动车组采用的全包式外风挡可以减少车间连接部位的空腔或台阶流动效应[3-4]。通过对包括风挡在内的影响空气动力学性能的结构进行优化，新型高速动车组表现出优异的空气动力学指标。通过图7可以看出，与同样速度等级的动车组（ICE3、AGV）相比较，新型高速动车组的空气动力学戴维斯系数更低，即相同牵引功率，新型高速动车组能够达到更高的速度。

2.3 各项性能指标

一是隔热指标。传热系数[K]≤3.5 W/（m2·K）。二是气密性指标。内部气压由+4 000 Pa降到+200 Pa，用时大于300 s。三是隔音指标。底部噪声降低量[Rw]≥40 dB，顶部和侧面噪声降低量[Rw]≥38 dB。四是渡板承载能力。渡板承载6 kN/m2，1 h后卸载，渡板无永久变形。五是曲线通过性能。风挡在通过直线路、R250 m曲线、R250 m入曲线、R250 m-5 m-R250 m S曲线、R300 m S曲线以及竖（凸/凹）曲线时，所有部件运动自由，无不可接受的变形，无不可接受的噪音，无损坏。

3 结论

新型高速动车组自首列车于2015年4月在沪宁高铁正式载客运营以来，得到了客户的认可，风挡所在的车间连接区域啸叫声较小，乘坐体验舒适，并且保证了车端设备免受环境的污染，降低了维护成本。

参考文献：

[1]沈志云.对磁悬浮高速列车技术认识的两个错误观点[J].交通运输工程学报，2004（4）：1-2.

[2]王开团.CRH380D型动车组[M].北京：中国铁道出版社有限公司，2018.

[3]国家铁路局.动车组内风挡暂行技术条件：TJ/CL 298—2014[S].北京：中国标准出版社，2014.

[4]徐莉.高速动车组噪声源分析[J].机车电传动，2015（6）：22-25.