车顶设置机翼的高铁列车制造技术

一种车顶设置机翼的高铁列车，每节车顶设置2个机翼，机翼长等于车厢宽3.105m，宽3m，机翼在离车顶两端各5m至8m范围内，高出车顶≥0.5m；机翼上下侧面曲面钣内有钢骨架；机翼与车厢侧面由平钣立柱支撑连接；700型机翼前后缘坐标分别是(3m，0.2m)和(0，0)，下侧面流线3.06m，上侧面流线3.2447m，p

【技术实现步骤摘要】
车顶设置机翼的高铁列车所属
本专利技术涉及一种高铁列车，尤其是车顶设置机翼的高铁列车。
技术介绍
高铁列车，一节车60t，宽3.105m，长25.5m，高4.33m，116或118座。目前，我国高铁列车的商业运营速度是300-350公里/小时。我国高铁列车的商业运营速度是世界上最高的，并且行车平稳、安全。2020年9月17日网络《今日头条》报道：“时速400公里的变轨距列车已经被我国铁路技术研究员们成功开发，……创新技术制高点对我国意义非凡。”《参考消息》2020年9月7日报道：国际铁路联运“比空运慢但每公斤的成本仅为空运的30％；比海运成本高，但12天至17天就能到达欧洲，而海运则需要大约40天左右。”“现在每月运营着连接数十个中国城市与欧洲城市的超过千列火车。”我国制造的CLT500型磁悬浮高铁试验列车实验速度605公里/小时，计划2027年按这个速度投入使用。没有报道其基础设施以及运营的成本、经济效益等。平动物体的动能EA＝(1/2)mv2，其中，EA、m、v分别是平动物体的动能、质量、速度。就是说，高铁列车的能耗与其质量成正比，与其速度的平方成正比。流体力学基本定理之一，伯努利定理p/ρ+(1/2)v2+gh＝c，式中，定常流体在运动中，ρ为密度，p为压强，v为速度，g为重力加速度，h为高度，c为常量(对不同的流线有不同的值)。此式表示，单位质量流体的压力能、动能、势能之和在同一流线上为一定值。若不计高度变化，则p+(1/2)ρv2＝c，就是说，流体在同一流线上压力能与动能之和守恒；所以流速大了，压力就变小。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题：在高铁列车的车顶设置机翼，机翼产生的升力，缩小列车对钢轨的正压力，因而缩小轮轨摩擦力，缩小行车能耗，或在行车能耗不增加的情况下扩大行车速度。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案——设p下(p上)是机翼下方(上方)气流的压强，v下(v上)是机翼下方(上方)气流的速度，c下(c上)是常量，由伯努利定理有p下+(1/2)ρv下2＝c下(1)p上+(1/2)ρv上2＝c上(2)(1)-(2)，得p下+(1/2)ρv下2-p上-(1/2)ρv上2＝c下-c上移项，并不计“常量(c下-c上)”，得压强差p下-p上＝(1/2)ρv上2-(1/2)ρv下2＝(1/2)ρ[v上2-v下2]＝(1/2)ρ[(L上/t)2-(L下/t)2]＝(1/2)ρ[L上2-L下2]/t2即压强差p下-p上＝(1/2)ρ[L上2-L下2]/t2(3)(3)式中，L上、L下分别是机翼上(下)面流线长(m)，t是气流从机翼的前缘被分开到在机翼的后缘会合的时间(s)，同时，t也是气流流经流线的正射影L(m)的时间。设高铁列车的速度是V车速(m/s)，那么t＝L/v，(4)(4)代入(3)，得压强差p下-p上＝(1/2)ρ[L上2-L下2](v/L)2(5)设机翼的长等于高铁列车的宽3.105m，机翼的宽是3.000m，那么，机翼的正射影的面积是3.105×3.000m2。机翼的升压p升压(kg)＝(p下-p上)(3.105×3.000)即p升压(kg)＝(1/2)ρ[L上2-L下2](v/L)2(3.105×3.000)(6)在(6)式中，设ρ＝1.29kg/m3，L下＝3.060m，v＝138.9m/s，L＝3.000m，并设满足p升压＝15000kg，从而求出L上，即得关于L上的方程15000＝(1/2)×1.29[L上2-3.0602](138.9/3.000)2(3.105×3.000)(7)解方程(7)，L上2-3.0602＝15000/[0.645×(138.92/32)(3.105×3.000)]L上2-9.3636＝1.1646L上2＝10.5282L上＝3.2447(m)在(6)式中，取L上＝3.2447m，已设ρ＝1.29kg/m3，L下＝3.060m，L＝3.000m，得p升压(kg)＝(1/2)×1.29[3.24472-3.0602](3.105×3)v2车速(m/s)/32(8)化简，得p升压(kg)＝0.7775v2车速(m/s)(9)“一般性在特殊性之中”，(9)式就是说，在设定机翼的数据后，机翼“p升压(kg)”是“v车速(m/s)”的二次函数，2次项的系数是0.7775。利用(9)式，把p升压(kg)的单位(kg)换算成(T)，把v车速(m/s)的单位(m/s)换算成km/h，得p升压(T)×1000＝0.7775[v车速(km/h)×1000/3600]2化简，得p升压(T)＝0.00006000v2车速(km/h)(10)(10)式就是说“p升压(T)”是“v车速(km/h)”的二次函数，2次项的系数是0.00006，500km/h＝138.9m/s，验证(9)式与(10)式等价：把138.9(m/s)代入(9)式，得p升压(kg)＝15000kg，把500(km/h)代入(10)式，得p升压(T)＝15T。一节车厢60T，设乘客及其携带的物品计10T，2个机翼2T，原一节车质量m＝(60+10＝)70(T)，一节车项装置2个机翼。本专利技术的车速为700km/h时，根据(10)式，每节车减压的一半是一个机翼的升压：p升压(T)＝0.00006×7002＝29.4(T)，29.4×2＝58.8(T)每节车对钢轨的正压力尚有[(60+10+2)-58.8＝]13.2(T)，13.2/70＝0.0.1886，由平动物体的动能公式EA＝(1/2)mv2得EA＝(1/2)m×7002可得：0.1886EA＝(1/2)(m×0.1886)×7002(11)(11)式就是说，都按车速700km/h运行，本机翼车的能耗是原车能耗的0.1886，节能81.1％。本专利技术的车速为700km/h时，与有的民航支线客运飞机的速度相同。在(10)式中，令p升压(T)＝(60+10+2)/2＝72/2(T)，从而求出v车速(km/h)的值，即解方程72/2(T)＝0.00006v2车速(km/h)解得v车速(km/h)＝774.6(km/h)(12)(12)式就是说，当本专利技术列车满载时，v车速(km/h)＝774.6km/h时，每节车的升压为72T，这时，轮轨临界脱离接触，列车失去轮轨摩擦产生的推力，列车失控。因此，本专利技术列车满载时，车速不允许达到774.6km/h。在(10)式中，令p升压(T)＝(60+2)/2＝62/2(T)，从而求出v车速(km/h)的值，即解方程62/2(T)＝0.00006v2车速(km/h)解得v车速(km/h)＝714(km/h)(13)(13)式本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种车顶设置机翼的高铁列车，未在其车顶设置机翼时，车速可以达到350km/h、600km/h、700km/h，其特征是：每节车顶设置2个机翼，机翼的长等于车厢宽3.105m，机翼的宽是3.000m，机翼位于距离车顶两端各5m至8m范围内，高出车顶≥0.5m；700型机翼前后缘坐标分别是(3m，0.2m)和(0，0)，机翼的迎角α＝arc tg(0.200/3.000)，机翼的下侧面流线长3.060m，上侧面流线长3.2447m；350型机翼前后缘坐标分别是(3m，0.1m)和(0，0)，机翼的迎角α＝arc tg(0.1/3.0)，机翼的下侧面流线长3.020m，上侧面流线长3.309m；在机翼的纵断面内有机翼上下侧面曲面钣(3-1)、机翼曲面钣圈梁(4-1)、机翼曲边平面钣圈梁(4-2)、机翼圈梁上下部之间5根L型钢支撑柱(4-3)；机翼曲面钣圈梁(4-1)与机翼曲边平面钣圈梁(4-2)以及圈梁上下部之间L型钢支撑柱(4-3)互相焊接，其中，机翼左右侧面内圈梁中，曲面钣圈梁(4-1)外边缘与曲边平面钣圈梁(4-2)外侧面在同一平面内，L型钢支撑柱(4-3)的一个平面贴住曲边平面钣圈梁(4-2)的平面钣内侧面；机翼上下侧面曲面钣(3-1)和左右侧面平面钣(3-2)都与机翼钢骨架铆接；对应机翼L型钢支撑柱(4-3)，各用5根平钣立柱(5-1)与车厢侧面支撑连接；各平钣立柱(5-1)中部横断面为流线型，上部与机翼L型钢支撑柱(4-3)焊接或螺栓连接，下部与一块钢钣焊接，该钢板置于车厢左右侧壁内，与车厢框架焊接。/n...

【技术特征摘要】
1.一种车顶设置机翼的高铁列车，未在其车顶设置机翼时，车速可以达到350km/h、600km/h、700km/h，其特征是：每节车顶设置2个机翼，机翼的长等于车厢宽3.105m，机翼的宽是3.000m，机翼位于距离车顶两端各5m至8m范围内，高出车顶≥0.5m；700型机翼前后缘坐标分别是(3m，0.2m)和(0，0)，机翼的迎角α＝arctg(0.200/3.000)，机翼的下侧面流线长3.060m，上侧面流线长3.2447m；350型机翼前后缘坐标分别是(3m，0.1m)和(0，0)，机翼的迎角α＝arctg(0.1/3.0)，机翼的下侧面流线长3.020m，上侧面流线长3.309m；在机翼的纵断面内有机翼上下侧面曲面钣(3-1)、机翼曲面钣圈梁(4-1)、机翼曲边平面钣圈梁(4-2)、机翼圈梁上下部之间5根L型钢支撑柱(4-3)；机翼曲面钣圈梁(4-1)与机翼曲边平面钣圈梁(4-2)以及圈梁上下部之间L型钢支撑柱(4-3)互相焊接，其中，机翼左右侧面内圈梁中，曲面钣圈梁(4-1)外边缘...

【专利技术属性】
技术研发人员：纵超前，石飞虎，纵晨颖，
申请(专利权)人：纵超前，石飞虎，纵晨颖，
类型：发明
国别省市：山东;37