专利名称：一种高速列车-隧道空气动力特性动模型试验系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种高速列车-隧道空气动力特性动模型试验系统。
背景技术：
当对列车的空气动力特性进行试验研究时，直接而真实的方法是在线实车试验；但是进行一次完整的实车试验需要耗费大量的人力、物力、财力，组织一次试验很不容易， 得到的数据有限，加之自然条件千变万化，如环境的风速和风向不可控制等，重复性难以保 证；而且，实车试验需在列车制造出来后才能进行，用于研制新车代价太高。因此，实车试 验一般以验证、评估、考核试验为主，兼顾研究性试验。研究性试验则主要采用模型试验来 进行。列车空气动力特性研究模型试验有风洞模型试验、动模型试验、水洞或水槽模型试验 等。动模型试验有发射式动模型，小型列车式动模型两种。其中，小型列车式动模型能够模 拟出更逼真的流场，有利于列车表面物理量的研究，但其存在建造费用、实验运营及维护费 用均较高的缺陷。而发射式动模型能够模拟出更高的速度，对于压力波的研究非常有利，且 实验简单、方便，费用低。针对当前高速铁路的快速发展，在列车高速行驶的情况下，研究压力波和如何降 低车隧气动效应，较多地采用发射式动模型进行试验研究。发射式动模型的发射装置有橡 胶弹弓发射装置和压缩空气为动力的空气炮发射装置两种；导轨则主要采用钢丝绳，以钢 丝绳为导轨的动模型试验系统由于模型车辆及钢丝绳自重，车辆的运行轨迹会发生挠曲， 使实验精度大为降低，并且不能发射大的列车模型。

发明内容
本发明的目的就是提供一种高速列车_隧道空气动力特性动模型试验系统，该系 统使列车模型在导轨上平稳运行，列车模型尺寸大，更接近列车运行的真实状态，能更好地 模拟研究列车在隧道中运行的空气动力特性。本发明实现其发明目的，所采用的技术方案是一种高速列车_隧道空气动力特 性动模型试验系统，包括空气炮发射装置、列车模型、隧道模型、隧道模型内的导轨，其结构 特点是所述的空气炮发射装置的炮管的截面呈“门拱”形，其底部形状与隧道模型内的导 轨形状一样，并与隧道模型内的导轨相连成一体化结构；所述的导轨的截面为“工”字形结 构，列车模型的底部中间与导轨的“工”字形结构匹配，将列车模型滑动嵌合在导轨上。本发明的工作过程和原理是实验前，将嵌合于导轨上的列车模型推至炮管内的 导轨上，使列车模型尾部位于炮管内的高压空气发射口附近。启动空气炮发射装置，瞬间向 炮管内急剧压入高压空气，列车模型尾部受到高压空气的冲击力作用，使列车模型沿着导 轨迅速加速，然后穿出炮管，在暴露的导轨上运行一段距离，至稳定的实验速度后，再进入 隧道，并在隧道内沿导轨向前高速运行。列车模型在隧道内高速运行的同时，启动相关的检 测观测仪器，对列车模型在隧道内的运行相关动力学参数进行检测。然后根据检测数据对高速列车-隧道空气动力特性进行模拟研究分析；为新车建造及车辆运营提供实验依据。与现有技术相比，本发明的有益效果是
一、较之钢丝绳的导轨，本发明高强度的“工”字形导轨对列车模型既具有良好的 垂向、横向定位作用，同时列车模型也不能发生挠动，列车模型的运行轨迹与真实列车的运 行情况吻合；得出的实验数据更真实、可靠。二、由于工字形导轨的强度大，与列车模型的作用面积大，可以承载更大更重的列 车模型，也与真实列车更接近，进一步保证其模拟的实验数据更真实。本发明的列车模型尺 寸为 15cmX20cm(l 15 1 20)，长 40cm。三、“门拱”形截面的炮管及炮管底部与隧道导轨的一体化结构，使得列车模型加 速过程中平顺性好，再加之使用空气动力炮发射装置，使列车模型速度得到很大提高，对质 量为20kg 30kg的列车模型，其发射速度可以达到100m/s(360km/h)。使得本发明能对高 速列车的车隧空气动力特征进行模拟与研究。四、炮管底部与隧道导轨的一体化结构，还使得列车模型进入隧道模型的加速过 程具有良好的可重复性，加之空气炮发射装置发射的高压气体的气压可控可调，可保证车 隧系统中的空气压力波及车速具有可控性。从而能够更准确、更方便地进行高速列车车速 的提高与研究。五、空气炮发射装置使得本系统需要的试验场地小，长期稳定性高，利于试验工作 的进行。上述的导轨的“工”字形结构的上表面与列车模型的底部中间下表面之间安装有 车轮，该车轮的车轮轴固定在列车模型上。这样，列车模型在加速及运行过程中，列车模型底部与导轨上表面之间的摩擦由 滑动摩擦变为滚动摩擦，既使其摩擦力大大减少，列车模型速度进一步提高，同时也与列车 的实际运行情况更加吻合。上述的炮管由“门拱”形的拱盖与“工”字形的底部螺纹紧固连接构成这样，更加 方便炮管的加工制作与维护。下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步的详细说明。


图1是本发明实施例的整体结构示意图。图2是本发明实施例的炮管及炮管内的列车模型的放大剖视结构示意图。图3是本发明实施例的隧道及隧道内的列车模型的放大剖视结构示意图。
具体实施例方式实施例本例的实施方式是，图1示出，一种高速列车_隧道空气动力特性动模型试验系 统，包括空气炮发射装置6、列车模型1、隧道模型2、隧道模型2内的导轨3。图1、2、3示出，本例的空气炮发射装置6的炮管4的截面呈“门拱”形，其底部3' 形状与隧道模型2内的导轨3形状一样，并与隧道模型2内的导轨3相连成一体化结构；所 述的导轨3的截面为“工”字形结构，列车模型1的底部中间与导轨3的“工”字形结构匹配，将列车模型1滑动嵌合在导轨3上。 图2还示出，本例的导轨3的“工”字形结构的上表面与列车模型1的底部中间下 表面之间安装有车轮5，该车轮5的车轮轴固定在列车模型1上。图2还示出，本例的炮管4由“门拱”形的拱盖与“工”字形的底部3'螺纹紧固连 接构成。
权利要求
一种高速列车-隧道空气动力特性动模型试验系统，包括空气炮发射装置(6)、列车模型(1)、隧道模型(2)、隧道模型(2)内的导轨(3)，其特征在于所述的空气炮发射装置(6)的炮管(4)的截面呈“门拱”形，其底部(3′)形状与隧道模型(2)内的导轨(3)形状一样，并与隧道模型(2)内的导轨(3)相连成一体化结构；所述的导轨(3)的截面为“工”字形结构，列车模型(1)的底部中间与导轨(3)的“工”字形结构匹配，将列车模型(1)滑动嵌合在导轨(3)上。
2.根据权利要求1所述的一种高速列车_隧道空气动力特性动模型试验系统，其特征 在于所述的导轨(3)的“工”字形结构的上表面与列车模型(1)的底部中间下表面之间安 装有车轮(5)，该车轮(5)的车轮轴固定在列车模型(1)上。
3.根据权利要求1所述的一种高速列车_隧道空气动力特性动模型试验系统，其特征 在于所述的炮管(4)由“门拱”形的拱盖与“工”字形的底部(3')螺纹紧固连接构成。
全文摘要
一种高速列车-隧道空气动力特性动模型试验系统，包括空气炮发射装置(6)、列车模型(1)、隧道模型(2)、隧道模型(2)内的导轨(3)；所述的空气炮发射装置(6)的炮管(4)的截面呈“门拱”形，其底部(3′)形状与隧道模型(2)内的导轨(3)形状一样，并与隧道模型(2)内的导轨(3)相连成一体化结构；所述的导轨(3)的截面为“工”字形结构，列车模型(1)的底部中间与导轨(3)的“工”字形结构匹配，将列车模型(1)滑动嵌合在导轨(3)上。该系统使列车模型在导轨上平稳运行，列车模型尺寸大，更接近列车运行的真实状态，能更好地模拟研究列车在隧道中运行的空气动力特性。
文档编号G01M9/08GK101852672SQ20101018831
公开日2010年10月6日 申请日期2010年6月1日 优先权日2010年6月1日
发明者付业凡, 全晓娟, 刘佩斯, 周佳媚, 孙向东, 张超, 李思忠, 王军, 王英学, 申玉生, 贺旭洲, 高波, 高玄涛 申请人:西南交通大学