动车身体密码之水蛇腰

这个费钱的小腰精...



动车自出生之日起就是“白富美”，一如普通的白富美，为了维持这份惹人的外观，设计人员在动车的身体下了大功夫，设计了很多秘密机关。不能错过的就是“水蛇腰”般的流线形车体结构。



小时候坐火车，火车进站时，爸妈总会说：“往后站，别吸进去了。”，这个“吸”其实就是在列车运行速度高的时候，列车周围的空气压力变小，人背后的空气压力大，会把人推向列车。这种压力差异，也会对动车车身产生影响:

当动车组在空旷地带直线行驶时，空气绕流列车外表面，此时列车表面压力可以分为三个区域：头车鼻尖部正对来流方向的正压力区；头部附近的高负压区；头车车身、拖车和尾车车身的低负压区。因此，空调装置及冷却系统进风口布置在靠近鼻尖的区域内，此处正压较大，进风容易，而排风口布置在负压较大的顶部与侧面。在有侧向风作用下，列车表面压力分布发生很大变化，当列车在曲线上运行又遇到强侧风时，还会影响到列车的倾覆安全性。

当一列车与另一列车会车时，由于相对运动的列车车头对空气的挤压，将在与之交会的另一列车侧壁上掠过，使列车间侧壁上的空气压力产生很大的波动。两列相对运行列车一侧的侧墙上会引起压力波(压力脉冲)。并且，随着会车列车速度的大幅度提高，会车压力波的强度将急剧增大。这一压力波动产生的冲击力可造成门窗密封的破坏，车窗玻璃破碎。压力波传入车内会引起乘客耳感不适以及影响周围环境等。

列车在隧道中运行时，隧道内空气压力会急剧波动，因此列车表面上各处的压力也呈快速大幅度变动的状况，完全不同于在明线上的表面压力分布。压力波幅值的变动与列车速度、列车长度、堵塞系数(列车横截面积与隧道横截面积的比值)、头型系数(又称长细比，即车头前端鼻形部位长度与车头后部车身断面半径之比)以及列车侧面和隧道侧面的摩擦系数等因素有关，其中以堵塞系数和列车速度为重要的影响参数。当列车高速行驶时，在线路附近产生空气运动，这就是列车风。当列车以时速200km行驶时，在轨面以上0.814m、距列车1.75m处的空气运动速度将达到17m/s，当列车以这样或更高的速度通过车站时，列车风对人和物的危害就不可忽视。高速列车通过隧道时，在隧道中所引起的纵向气流速度约与列车速度成正比。在隧道中列车风将使得道旁的工人失去平衡以及将固定不牢的设备等吹落在隧道中。铁路规定，在列车速度高于160km/h行驶时不允许铁路员工进入隧道。列车速度稍低时，也不允让员工在隧道中行走和工作，必须要在避车洞内等待列车通过。

综上所述，列车在运行中受到多个力的作用，其中有空气阻力、升力、横向力以及纵向摆动力矩、扭摆力矩和侧滚力矩等。针对上述动车组所受空气动力，“水蛇腰”般的流线型身体是满足空气动力学特性的动车组外型设计，特别是对于高速动车组来说，列车头型设计非常重要，好的车头设计可以有效地减少运行空气阻力、列车交会压力波，可以很好的解决运行稳定性等问题。

一般来说，动车和拖车的车体长、宽、高需要根据内部布置的要求由设计任务书规定，所以车身的外形设计主要是横断面形状设计。用动车组车身横断面形状来看，有以下特点：整个车身断面呈鼓形，即车顶为圆弧形，侧墙下部向内倾斜(5°左右)并以圆弧过渡到底架，侧墙上部向内倾斜(3°左右)并以圆弧过渡到车顶。这不仅能减少空气阻力，而且有利于缓解列车交会压力波及横向阻力、侧滚力矩的作用。



车辆底部形状对空气阻力的影响很大，为了避免地板下部设备的外露，采用与车身横断面形状相吻合的裙板遮住车下设备，以减少空气阻力，也可防止高速运行带来的沙石击打车下设备。车体表面光滑平整，减少突出物。比如侧门采用塞拉门；扶手为内置式；脚蹬做成翻板式，使侧门关闭时可以包住它。两车辆连接处采用橡胶大风挡，与车身保持平齐，避免形成空气涡流。

    关注 畅之旅