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高铁为什么长这样力学力学还是力学-【新闻】

发布时间:2021-04-05 19:22:09 阅读: 来源:袖扣厂家

在过去十年中,中国高速列车迎来了爆炸式的发展。很多人在选择高铁出行的同时,也存在一些疑问,比如,高铁为什么长这样呢?难道只是为了好看吗?当然不是,大院er今天将带你一起,深度剖析高铁外形背后的科学。

说起高速列车,我们印象最深的就是它“子弹头”形状的流线型头型,与之前方方正正的“绿皮车”有明显的区别。高速列车采用流线型头型,目的是优化其空气动力学性能,降低空气阻力、压力波、噪声等,提高运行速度。

上方为中车长春轨道客车股份有限公司生产的中国标准动车组;下方为二十世纪九十年代之前生产的“绿皮”火车

那么,列车运行时的空气阻力到底有多大?有必要这么重视吗?

列车高速运行时受到的空气阻力

列车正常运行时,行驶阻力一般包括轮轨滚动阻力、空气阻力、坡道阻力和加速时的惯性阻力,在低速运行时,轮轨阻力占主要部分,但随着列车运行速度提高,空气阻力将增加,当列车速度超过200公里/小时后,其将成为列车运行阻力的主要部分。

日常生活中,我们都有这种经历:在微风中逆风行走,我们几乎不会意识到风的阻力存在。然而,若是在5级以上的大风中逆风而行,风的阻力之大,就会让我们体会到什么叫寸步难行了。

列车运行时受到的空气阻力与速度的平方成正比,因此,中、低速“绿皮”列车运行就好比我们在微风中行走,设计人员基本上不用专门去考虑空气阻力的影响。

可是,对于时速200公里以上的高速列车,情形可就不一样了,空气阻力可以占列车行驶阻力的75%以上,设计者通常需要利用空气动力学原理,通过流线化车头、车身、车体附属部分来尽量减少空气阻力。

空气阻力由三部分组成:一是列车车头迎风受到的正面压力,列车尾部由于空气尾流引起空气稀薄而产生的向后的拉力,这样由于头部及尾部压力差形成的阻力称为压差阻力;二是由于空气粘性而引起的作用于车体表面的摩擦阻力;三是有车辆转向架、车顶设备、门窗、车厢间链接风挡等车辆表面凹凸结构引起的干扰阻力。

高速列车车头设计成流线型的主要目的是为了减小压差阻力。这个设计思想和飞机的外形设计差不多。然而,流线型也是各种各样的。到底什么样的车头形状更合适?设计人员会根据空气动力学原理,进行计算机仿真模拟和模型实验,测试车体周围的气流、列车表面压力、气动力等参数,来决定最佳的车头流线型。

只要在站台上稍微注意过高速列车车体,我们就会发现它有很多和普通列车不一样的地方:车体侧壁几乎没有凹凸不平的地方,车厢底部的各种装置全被光滑平整的“车裙”——裙板罩住,车厢顶部的受电弓也用专门为它制作的导流罩保护起来。

这一切的努力,主要是为了减小由空气引起的摩擦阻力和干扰阻力。

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