阅读说明：本技术 一种后端设置锯齿形扰流板的排障器及其应用 (Obstacle deflector with sawtooth-shaped spoiler at rear end and application thereof ) 是由 朱剑月 王毅刚 李启良 陈羽 夏超 沈哲 杨志刚 于 2019-10-14 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种后端设置锯齿形扰流板的排障器及其应用,包括排障器本体(1),所述排障器本体(1)为扁平状结构,外形轮廓呈变截面流线型,前端为迎流面,所述排障器本体(1)的后缘设置锯齿形扰流板(2),所述扰流板(2)的前缘与排障器本体(1)的底部后端连接,后缘在水平面内沿展向呈凹凸相间锯齿形布置。与现有技术相比,本发明可有效降低高速列车排障器和转向架区域气动噪声的产生。(The invention relates to an obstacle deflector with a sawtooth-shaped spoiler at the rear end and application thereof, and the obstacle deflector comprises an obstacle deflector body (1), wherein the obstacle deflector body (1) is of a flat structure, the outline of the obstacle deflector body is in a variable cross-section streamline shape, the front end of the obstacle deflector body is a flow-facing surface, the sawtooth-shaped spoiler (2) is arranged at the rear edge of the obstacle deflector body (1), the front edge of the spoiler (2) is connected with the rear end of the bottom of the obstacle deflector body (1), and the rear edge of the spoiler is arranged in a concave-convex zigzag manner in the horizontal plane along the spreading direction. Compared with the prior art, the invention can effectively reduce the generation of pneumatic noise in the area of the high-speed train obstacle deflector and the bogie.)

一种后端设置锯齿形扰流板的排障器及其应用

技术领域

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，具体涉及一种后端设置锯齿形扰流板的排障器及其应用。

背景技术

高速铁路以其安全可靠、舒适便捷的运输服务特性及高效节能等优越性，在世界各国得到了迅猛发展。为更好地促进交通运输产业发展，大力提升运输效能，解决客流高峰时段铁路运输压力，铁路高速化已成为当今世界发展的一个重要趋势。

随着列车运行速度不断提高，由此带来的环境问题日益突出，国内外高速铁路的运行经验表明，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、受电弓坑与车厢连接处等部位。根据对整车辐射噪声的贡献量，转向架由于数量较多，其产生的气动噪声较受电弓处高出约 15dB。高速列车车头转向架区域，气流流经时产生剧烈流动分离与流体冲击作用，成为较强气动噪声源。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司机室内噪声水平，是高速列车车辆设计和生产需要考虑与解决的问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题而提供一种可以有效降低高速列车车头转向架区域气动噪声的后端设置锯齿形扰流板的排障器及其应用。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种高速列车排障器结构，其后端设置锯齿形扰流板，包括排障器本体，所述排障器本体为扁平状结构，外形轮廓呈变截面流线型，前端为迎流面，所述排障器本体的底部后端设置一扰流板，所述扰流板的外侧边缘为沿展向均布排列的锯齿状结构，扰流板采用粘贴或螺栓连接方式与排障器本体连接。

本发明安装于排障器本体后缘的扰流板为一扁平长条板，前缘与排障器本体底部连接，后缘于水平面内沿展向呈锯齿形排列，其作用为干扰车头排障器后缘与转向架舱前缘大尺度旋涡形成与脱落，降低排障器尾端湍流涡强度、输运速度及其展向相干性，抑制不稳定扰动波的形成和干涉，从而降低气动噪声的产生。

进一步地，所述锯齿状结构的锯齿的齿尖内角为60°-90°。

进一步地，所述锯齿长度为30mm-70mm。

进一步地，所述扰流板采用合金或工程塑料等材料制成。

本发明于排障器本体底部后端设置锯齿形扰流板，通过改变锯齿的夹角、长度与间距等参数，进行高速列车车头转向架区域气动噪声降噪效果的控制优化。

一种后端设置锯齿形扰流板的排障器的应用，该排障器应用于高速列车，与车头鼻锥底部区域紧密贴合，用于降低排障器和转向架区域产生的气动噪声。

本发明所提供的后端设置锯齿形扰流板的排障器结构，基于仿生学设计理念，从鸮形目鸟类无声飞行的机理中获得启发，其外形轮廓采用流线型变截面曲线形式过渡，底部后端设置锯齿形扰流板，干扰车头排障器后缘与转向架舱前缘大尺度湍流涡形成与脱落、抑制其流动分离和缓和其尾迹与转向架舱内各几何体的流体相互作用，减弱排障器后缘与转向架舱前缘几何体固壁表面压力脉动形成，从而抑制排障器本身与转向架舱内结构部件气动噪声的产生，有效提高转向架区域气动噪声控制效果。

本发明也可以安装在车头部位以外转向架区域的转向架舱前缘，以降低该区域气动噪声的产生与辐射。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明所提出的外形轮廓采用流线型变截面曲线形式设计、后端设置锯齿形扰流板的排障器结构，可以缓和高速列车来流与排障器几何体的流动冲击，抑制高速列车运行时排障器后缘剪切层发展，通过重新梳理流动结构以降低排障器尾端湍流涡强度、输运速度及其展向相干性，减弱其表面压力脉动形成，有效控制排障器部位气动噪声的产生。

(2)本发明设置于排障器后端的锯齿形扰流板，可以有效破坏排障器底部后缘部位分离涡的形成与脱落，缓和其尾迹与转向架舱内几何体的流体相互作用，减弱转向架区域各结构部件固壁表面压力脉动的生成，有效提高转向架区域气动噪声控制效果。

附图说明

图1为普通排障器的结构示意图；

图2与图3为本发明后端设置锯齿形扰流板的排障器的结构示意图；

图4为图3中A处的放大图；

图5为锯齿形扰流板的结构示意图；

图6为本发明后端设置锯齿形扰流板的排障器装配于高速列车上的侧视图；

图7为本发明后端设置锯齿形扰流板的排障器装配于高速列车上的前视图；

图8为图6中B处的放大图；

图9为本发明锯齿齿尖内角为60°时远场辐射噪声三分之一倍频程测试数据对比图；

图10为本发明锯齿齿尖内角为90°时远场辐射噪声三分之一倍频程测试数据对比图；

图11为采用普通排障器的远场传声器阵列所得声源识别结果；

图12为采用本发明后端设置锯齿形扰流板的排障器的远场传声器阵列所得声源识别结果。

图中：1-排障器本体；2-扰流板；201-锯齿；3-车头；4-转向架；5-钢轨。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

图1为普通排障器的结构示意图，不具有降低高速列车车头转向架区域气动噪声的功能。

为了对高速列车运行产生的气动噪声进行有效控制，本发明提供一种降低高速列车车头转向架区域气动噪声的后端设置锯齿形扰流板的排障器，如图2-图5，包括排障器本体1，排障器本体1为扁平状结构，外形轮廓呈变截面流线型，前端为迎流面，排障器本体1的底部后端设置锯齿形扰流板2，扰流板2前缘与排障器本体1的底部后端连接，后缘为在水平面内沿展向均匀排列的锯齿状结构，锯齿201 的齿尖内角位于60°-90°之间，锯齿201的长度为30mm-70mm，锯齿201的齿距为40mm-80mm。

如图6-图8所示，将该排障器安装于高速列车车头底部，图中标号为车头3，转向架4和钢轨5，该排障器与高速列车的车头鼻锥底部区域紧密贴合。

本发明降噪效果已由声学风洞测试验证，试验模型为1:3安装有转向架的高速列车车头模型，后端连接光滑导流段，以避免车体尾部产生强烈涡脱落，从而诱发气动噪声。采用本发明后端设置锯齿形扰流板的排障器与普通排障器的模型列车，在风速250km/h下远场辐射噪声三分之一倍频程测试结果比较如图9与图10所示，其中图9的后端设置锯齿形扰流板的排障器的锯齿齿角为60°时，在25kHz以下频域内远场总声压级降低0.61dB(A)；图10的后端设置锯齿形扰流板的排障器的锯齿齿角为90°时，远场总声压级降低0.48dB(A)。分析图9与图10可以发现，本发明所述后端设置锯齿形扰流板排障器的模型列车的气动噪声声压级在1kHz以下频段内明显低于普通排障器模型列车，取得了良好的降噪效果。

图11和图12分别为普通排障器和本发明后端设置锯齿形扰流板的排障器的远场传声器阵列所得声源识别结果，其中图12安装有锯齿形扰流板排障器的锯齿齿角为60°，可以发现设置有锯齿形扰流板的排障器结构的气动噪声源区域明显减小，噪声幅值降低约1dB(A)，转向架区域气动噪声获得了有效控制。

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，本发明改善排障器后缘流动分离和缓和转向架区域所受流动冲击以及转向架舱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。

上述对实施例的描述是为了便于该技术领域的普通技术人员能够理解和使用该发明。熟悉本领域的技术人员显然可以比较容易地对这些实施例作出各种修改，并把在此阐明的一般原理应用到其它实施例中而不必经过创造性劳动。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。