一种高速列车排障器

1.本发明属于高速列车车辆装备技术与气动噪声控制技术领域，涉及一种高速列车排障器。


背景技术：

2.高速列车商业运营速度不断提高，目前世界范围最高商业运营速度已达350km/h。技术研发体系正在向400km/h及其以上不断迈进。高速列车噪声水平是制约其进一步提速的核心技术指标，大量实际运行经验表明，噪声问题在高速列车环境污染中最为突出。当高速列车运行速度超过300km/h，气动噪声将超过轮轨滚动噪声与牵引噪声而占据主导地位。高速列车主要气动噪声源为转向架、受电弓与车厢连接处。转向架由于数量较多，其产生的远场气动噪声较受电弓处高出约15db。声学风洞实验结果表明，头车转向架区域是所有转向架区域中最大的气动噪声源。时速350km～380km列车通过气动噪声引起的空气声传递占车内噪声主要地位，转向架区域的空气声也是车内噪声最主要贡献源。因此，有效地减少和抑制车头转向架区域噪声，改善铁路沿线环境质量和车内噪声水平，是高速列车车辆设计和生产需要考虑与解决的问题，图1、图2为普通排障器的结构示意图。
3.中国公开号cn110070850a公开了一种流线型穿流式排障器及其应用，包括排障器本体，排障器本体为扁平板状结构，外形轮廓呈变截面流线型，前端为迎流面，所述迎流面的中心处开有一穿流口，所述排障器本体内部设有穿流通道，排障器本体的后端面上设置释流口，所述穿流口引导高速气流流入所述穿流通道并由所述释流口流出，所述穿流通道使高速气流自前往后、由内而外斜向向下流出释流口。该现有技术具有一定的控制气动噪声的效果，穿流式排障器通过将前部气流导向两侧，从而降低了宽频噪声，但由于其对剪切层控制效果有限，因此对峰值噪声抑制作用较小。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种高速列车排障器，以克服不能有效降低高速列车头车转向架区域气动噪声的问题。
5.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
6.本发明提供一种高速列车排障器，包括排障器本体，所述排障器本体为扁平流线型结构，排障器本体靠近转向架舱的一端为后端，设置有用于给气流增加三维扰动的主动射流模块，排障器本体的另一端为迎风面。
7.进一步地，所述的主动射流模块包括多个射流口，所述射流口沿展向按照相同间隔分布在排障器后端。
8.进一步地，所述的射流口的数目为4～7个。
9.进一步地，所述的射流口是方形射流口。
10.进一步地，所述的射流口距离所述排障器本体后端边缘35～45mm。
11.进一步地，所述的射流口沿流向的长度为35～45mm。
12.进一步地，所述的射流口沿展向的长度为95～105mm。
13.进一步地，所述的射流口沿展向的长度为排障器本体整体宽度的24％～26％。
14.进一步地，所述的主动射流模块的射流动量系数为0.071～0.081。
15.进一步地，所述的射流动量系数通过以压缩空气为气源，使用节流阀和流量计控制射流口射流速度进行控制。
16.与现有技术相比，本发明具有以下特点：
17.1.本发明具有主动射流模块，可以有效对气流增加三维扰动，从而降低气流对转向架舱内部声模态的激励，有效降低了转向架舱顶部的峰值、后壁的峰值及宽频气动噪声幅值。
18.2.本发明的主动射流模块包括4～7个射流口，可以进一步有效降低转向架舱后壁产生的峰值噪声及宽频噪声。
19.3.本发明中射流动量系数通过以压缩空气为气源，使用节流阀和流量计控制射流口射流速度进行控制，灵活性高。
附图说明
20.图1为普通排障器的结构示意图(正视图)；
21.图2为普通排障器的结构示意图(仰视图)；
22.图3为本发明带有主动射流结构的高速列车排障器示意图；
23.图4为本发明带有主动射流结构的高速列车排障器装配于高速列车头车上的侧视图；
24.图5为本发明带有主动射流结构的高速列车排障器的转向架舱顶部噪声三分之一倍频程测试数据对比图；
25.图6为本发明带有主动射流结构的高速列车排障器的转向架舱后壁噪声三分之一倍频程测试数据对比图。
26.图中标记说明：
27.1—排障器本体、2—射流口、3—车头、4—转向架舱。
具体实施方式
28.下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
29.实施例1
30.本发明提供一种高速列车排障器，如图3，该装置应用于高速列车，用于降低转向架舱4区域产生的气动噪声，排障器安装于转向架舱前端，包括排障器本体1，所述排障器本体1为扁平流线型结构，排障器本体1靠近转向架舱4的一端为后端，设置有用于给气流增加三维扰动的主动射流模块，排障器本体1的另一端为迎风面。
31.其中，主动射流模块包括多个射流口2，即在排障器本体1上布置多个贯穿式射流口2，所述射流口2的作用是使得剪切层向地面偏转、增加剪切层三维扰动结构，改变气流对转向架舱4腔声模态的激励和剪切层的气动噪声，从而降低转向架舱4区域气动噪声的产
生。
32.本实施例中为长方形射流口2，沿展向按照相同间隔分布在排障器本体1后端。
33.具体地，射流口2的数目为4～7个，距离所述排障器本体1后端边缘35～45mm，沿流向的长度为35～45mm，沿展向的长度为95～105mm，沿展向的长度为排障器本体1整体宽度的24％～26％。
34.本实施例采用5个射流口2，射流口2距离所述排障器本体1后端边缘40mm，沿流向长度为40mm，沿展向长度为100mm，沿展向以300mm的间隔均匀分布，即射流口2展向宽度占比为25％。
35.具体地，主动射流模块的射流动量系数为0.071～0.081。
36.在本实施例中，射流动量系数为0.076，射流角度垂直于排障器底面，对应射流速度为来流速度的0.35倍，即列车运行速度为40m/s时，射流速度约为14m/s。
37.动量系数定义如下：
[0038][0039]
其中，表示射流的总质量流量，u
jet
表示射流口2的平均速度，q
∞
为来流动压，w为转向架舱4的宽度，δ为转向架舱4前缘的边界层厚度。
[0040]
具体地，所述主动射流模块以压缩空气为气源，通过流量计控制射流口2射流速度，进而控制射流动量系数。
[0041]
本发明所提供的带有主动射流模块的高速列车排障器，其外形轮廓采用流线型变截面曲线形式过渡，将车头3底部来流导向排障器本体1两侧，底部后端设置主动射流结构，给从排障器本体1后缘脱落的剪切层增加三维扰动，可以改变排障器本体1后缘与转向架舱4前缘剪切层对转向架舱4声模态的激励，从而降低运行过程中转向架舱4内的峰值噪声以及舱内后壁宽频噪声的产生，有效提高转向架舱4区域气动噪声控制效果。
[0042]
如图4所示，该排障器被安装于高速列车车头3底部，图中标号为车头3，转向架舱4，该排障器安装在高速列车转向架舱4前缘。
[0043]
本发明降噪效果已由声学风洞测试验证，试验模型为1:20安装有转向架舱4的高速列车车头3模型，底部后端连接光滑导流段，以避免车体尾部产生强烈涡脱落诱发气动噪声。采用本发明带有主动射流结构的高速列车转向架舱4主动射流装置与无该装置的列车模型，在风速40m/s下转向架舱4顶部与后壁噪声三分之一倍频程测试结果比较如图5、6所示，图5为顶部测点，峰值能量降低；图6为后壁测点，峰值和宽频能量均降低。可以发现，安装主动射流结构的排障器的转向架舱4顶部在其他频带与无降噪装置相差不大的情况下，三分之一倍频程谱中心频率630hz的噪声从113.0db(a)降低到了109.7db(a)，且对于转向架舱4后壁的位置，安装主动射流装置后，200hz-4khz的各个频带均降低了至少2db(a)，且总声压级降低了2.1db(a)，取得了较好的降噪效果。可见由于本发明具有主动射流模块，可以有效对气流增加三维扰动，从而降低气流对转向架舱内部声模态的激励，有效降低了转向架舱顶部的峰值、后壁的峰值及宽频气动噪声幅值。
[0044]
与试验所用比例模型相比，实际在线运行的高速列车，周围流动雷诺数较高，本发明改善排障器本体1后缘流动分离和缓和转向架舱4区域所受流动冲击以及转向架舱4内各几何体之间流体相互作用的效果会更佳，由此产生的降噪效果也将更为显著，可以有效降
低列车内转向架舱4顶部乘客感受到的峰值噪声以及宽频噪声。
[0045]
实施例2
[0046]
本发明安装在车头3以外部位转向架舱4区域的转向架舱4前端，以降低该区域气动噪声的产生与辐射，其余同实施例1。
[0047]
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种高速列车排障器，其特征在于，包括排障器本体(1)，所述排障器本体(1)为扁平流线型结构，排障器本体(1)靠近转向架舱(4)的一端为后端，设置有用于给气流增加三维扰动的主动射流模块，排障器本体(1)的另一端为迎风面。2.根据权利要求1所述的一种高速列车排障器，其特征在于，所述的主动射流模块包括多个射流口(2)，所述射流口(2)沿展向按照相同间隔分布在排障器(1)后端。3.根据权利要求2所述的一种高速列车排障器，其特征在于，所述的射流口(2)的数目为4～7个。4.根据权利要求2所述的一种高速列车排障器，其特征在于，所述的射流口(2)是方形射流口(2)。5.根据权利要求2所述的一种高速列车排障器，其特征在于，所述的射流口(2)距离所述排障器本体(1)后端边缘35～45mm。6.根据权利要求2所述的一种高速列车排障器，其特征在于，所述的射流口(2)沿流向的长度为35～45mm。7.根据权利要求2所述的一种高速列车排障器，其特征在于，所述的射流口(2)沿展向的长度为95～105mm。8.根据权利要求2所述的一种高速列车排障器，其特征在于，所述的射流口(2)沿展向的长度为排障器本体(1)整体宽度的24％～26％。9.根据权利要求1所述的一种高速列车排障器，其特征在于，所述的主动射流模块的射流动量系数为0.071～0.081。10.根据权利要求7所述的一种高速列车排障器，其特征在于，所述的射流动量系数通过以压缩空气为气源，使用节流阀和流量计控制射流口(2)射流速度进行控制。

技术总结
本发明涉及高速列车车辆装备技术与气动噪声控制技术领域，提供一种高速列车排障器，包括排障器本体，所述排障器本体为扁平流线型结构，排障器本体靠近转向架舱的一端为后端，设置有用于给气流增加三维扰动的主动射流模块，排障器本体的另一端为迎风面。与现有技术相比，本发明具有主动射流模块，通过多个射流口可以有效对气流增加三维扰动，从而降低气流对转向架舱内部声模态的激励，有效降低了转向架舱顶部的峰值、后壁的峰值及宽频气动噪声幅值。值。值。


技术研发人员：陈羽 刘嘉楠 柳壹明 杨志刚 王毅刚
受保护的技术使用者：同济大学
技术研发日：2022.10.31
技术公布日：2023/1/19