阅读说明：本技术 一种降低气动噪声的高速列车排障器结构 (High-speed train pilot structure capable of reducing pneumatic noise ) 是由 高阳 刘青波 段伟仪 侯本虎 于 2020-07-28 设计创作，主要内容包括：一种降低气动噪声的高速列车排障器结构,其特征在于：排障器为变厚度的板式结构,底面前迎风端为钝头弧形,呈马蹄形结构,在排障器底面靠近尾端均匀分布若干半圆形凹坑,本发明结构简单,易于在排障器结构上实现,可以按照常规的安装方式安置于头车底部,排障器结构其底面前迎风端为钝头弧形,后端接矩形或梯形等其它形状,在排障器底面靠近尾端均匀分布四排凹坑形结构,其厚度方向可以根据造型或其它要求设计不同形状。(The utility model provides a reduce pneumatic noise's high speed train pilot structure which characterized in that: the obstacle deflector is of a plate type structure with variable thickness, the front windward end of the bottom surface is in a blunt-end arc shape and is in a horseshoe-shaped structure, and a plurality of semicircular pits are uniformly distributed on the bottom surface of the obstacle deflector close to the tail end.)

一种降低气动噪声的高速列车排障器结构

技术领域

本发明属于轨道车辆排障器领域，尤其是涉及一种能够降低转向架气动噪声的排障器。

背景技术

高速列车高速行驶使许多空气动力学问题加剧，如高速列车行驶状态下，转向架区域的气动噪声成为高速列车的主要噪声源之一，严重影响车内乘客的乘坐舒适环境，同时也向周围环境辐射强的噪声，形成噪声污染。因此，对其控制成为高速列车设计和研发的重要内容。

转向架区域气动噪声最为显著的是头车的转向架区域噪声，其主要气动噪声来源为经鼻尖流经排障器的高速气流冲击转向架区域产生的流体脉动及其形成的声场。其中，排障器作为气流流经的重要结构，其结构形态直接影响来流的流动，继而影响气流对转向架区域的作用。所以，从转向架区域噪声控制的角度，改变排障器结构，从而改变转向架区域的来流性质，成为控制转向架区域气动噪声的重要途径。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够改变气流流动结构的排障器，增加排障器尾端气流的紊流度，降低气流直接冲击转向架和转向架舱后缘的速度，从而降低了气流流动过程产生的气动噪声，同时，改变冲击气流的脉动特征，改善转向架舱的声共振，达到降低转向架区域气动噪声的目的。

为实现上述发明目的，本发明提供一种降低气动噪声的高速列车排障器结构，其特征在于：排障器为变厚度的板式结构，底面前迎风端为钝头弧形，呈马蹄形结构，在排障器底面靠近尾端均匀分布若干半圆形凹坑。

进一步地，凹坑的半径为70-80毫米，纵向相邻两个凹坑中心之间的距离为185-205毫米，横向相邻两个凹坑中心之间的距离为190-210毫米，过凹坑中心的直线与凹坑边沿两个交点之间的距离为130-145毫米。

进一步地，排障器底面与立面的交线的圆弧头部为圆角结构，交线向尾部延伸逐渐变为矩形或梯形。

进一步地，凹坑的半径为75毫米，纵向相邻两个凹坑中心之间的距离为195毫米，横向相邻两个凹坑中心之间的距离为201毫米。

进一步地，凹坑深度为42-48毫米。

进一步地，最后一排凹坑距离尾端的距离为210-235毫米。

进一步地，凹坑深度为45毫米。

进一步地，最后一排凹坑距离尾端的距离为220毫米。

本发明结构简单，易于在排障器结构上实现，可以按照常规的安装方式安置于头车底部，排障器结构其底面前迎风端为钝头弧形，后端接矩形或梯形等其它形状，在排障器底面靠近尾端均匀分布四排凹坑形结构，其厚度方向可以根据造型或其它要求设计不同形状。此凹坑结构的设计能使高速气流与凹坑相遇时，在凹坑腔边缘产生流向小涡，减小和转向架结构、舱后缘的相互作用，继而减小了冲击噪声和空腔噪声，有效降低转向架区域的气动噪声。

通过1:3高速列车模型气动-声学风洞试验测试验证，在转向架舱内噪声得到大幅降低，远场辐射噪声也得到了一定的减小。当风洞喷口风速为250km/h时，7.5米远处转向架区域产生的总噪声级与原无凹坑结构对比降低了2dB(A)，转向架舱内尾部壁面上某位置的噪声级降低了5.8dB(A)。对于1:1尺寸该降噪量会更大更显著。

附图说明

图1为排障器安装位置示意图；

图2为排障器结构示意图；

图3为沿图2中A－A线的剖视图；

图4是风洞试验250km/h风速下7.5米远某点声压级对比曲线图；

图5是风洞试验250km/h风速下转向架舱内尾部壁面某点声压级对比曲线图。

具体实施方式

参照图1-图3，本发明的排障器1安装于车头3尖端下部，转向架4前方。排障器底面前迎风端2为钝头弧形，呈马蹄形结构，排障器底面与立面的交线的圆弧头部5为圆角结构，交线向尾部延伸逐渐变为梯形6，使排障器成为变厚度的板式结构。排障器底面靠近尾端均匀分布四排半圆形凹坑7，每排10个，共计40个，凹坑的半径R为70-80毫米，最佳效果是75毫米，纵向相邻两个凹坑中心间距a可取范围为185-205，实验证明最好的效果是195mm，横向相邻两个凹坑中心间距b的可取范围为190-210毫米，实验过程中确定201mm气动噪声最小，过凹坑中心的直线与凹坑边沿两个交点之间的距离c为137.5毫米效果最理想。凹坑深度h在42-48毫米之间实验，确认45毫米为最佳效果，最后一排凹坑距离尾端的距离L为220毫米是实验的理想数值。

凹坑结构的降噪原理是当气流从高速列车头车鼻尖流经排障器时，在排障器底表面形成薄的附面层，其上为高速气流流动，向后续运动与凹坑相遇，(1)气流与凹坑腔相互作用在腔边缘产生流向小涡，避免了无凹坑时在尾部产生大的流向涡，减小和转向架结构、舱后缘的相互作用，继而减小了冲击噪声和空腔噪声；(2)流经凹坑的气流速度降低，减小了和转向架及舱结构的冲击噪声；(3)流经凹坑的气流在离开排障器尾端时向下偏离，也减小了和转向架及舱结构的冲击噪声。

参照图4-图5，A曲线表示传统排障器的气动噪声声压级，B曲线表示本发明排障器气动噪声声压级，当风洞喷口风速为250km/h时，7.5米远处转向架区域产生的总噪声声压级对比，本发明比原无凹坑结构降低了2dB(A)；转向架舱内尾部壁面上某位置的噪声声压级降低了5.8dB(A)。对于1:1尺寸该降噪量会更大更显著。

本发明中的纵向是指车行进的方向，横向是指与纵向垂直的方向。