新型高速動車組風擋結構及功能研究

趙金爽 徐莉 劉愛伶

摘 要：時速350 km/h新型高速動車組，其風擋創新性地使用了全包式折棚風擋結構，從外形上做到與車體的全平順過渡，在降低氣動阻力和提高噪聲舒適度方面具有無可比擬的優勢。

關鍵詞：高速動車組;全包式折棚風擋;降噪;空氣動力學優化

中圖分類號：TQ639.2文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2020）16-0041-03

Abstract： A brand-new creative type of fully wrapped bellow gangway have been applied on the new 350 km/h high speed EMUs， from the external styling， it can completely and smoothly transit from carbody to carbody， and it also takes in unparalleled advantages in reducing aerodynamic resistance and improving the comfort level in terms of noise.

Keywords： high speed EMU;fully wrapped bellow gangway;noise reduction;aerodynamic optimization

風擋作為車輛之間的連接貫通道，其作用為將相鄰車輛的客室內部貫通成為一體。隨著國內高速動車組運營速度的提高，氣動阻力和氣動噪聲問題越來越受到關注，新型高速動車組風擋的設計優化有利于這兩項指標的降低，本文將對新型高速動車組風擋的結構特點和功能特點加以介紹。

1 新型高速動車組風擋結構

新型高速動車組風擋采用單層折棚結構全包式外風擋+單層這棚結構內風擋+鑲嵌式渡板組成結構，如圖1所示。外層風擋與車體外輪廓完全平齊，保證車體外形的平滑，內層風擋主要保證車內貫通通道的需要。

1.1 單層折棚結構外風擋

時速350 km/h新型高速動車組外風擋折棚由經過硫化的彈性棚布制成，每環棚布之間通過鋁型材夾制連接成為一體;相鄰車輛端部通過螺栓與車體連接，折棚與車體之間通過密封膠條的壓緊保證密封性能。外風擋的外部輪廓與車體端墻截面保持平齊，這使得相鄰車輛之間的連接處形成一個封閉的空間，并且保證了車體和外風擋在外輪廓方向無臺階結構，如圖2所示。同時，棚布采用特殊的硫化工藝，使外風擋折棚在傳統折棚風擋結構基礎上實現了進一步的優化，棚布每環之間過渡更加平滑，如圖3所示。這種結構不僅外觀比較美觀，而且保證了車端設備如車鉤、車間電纜等車端設備免受飛石的擊打，同時在最大程度上減小了列車行駛過程中的氣動阻力和氣動噪聲。

1.2 單層折棚結構內風擋

新型高速動車組內風擋由兩部分組成，中間設置快速解編裝置;內風擋折棚同樣由經過硫化的彈性棚布制成，每環棚布之間通過鋁型材夾制連接成為一體;相鄰車輛端部通過螺栓與車體連接。折棚與車體之間通過密封膠條的壓緊保證密封性能。

由于內折棚完全被包覆在列車內部，內折棚的棚布仍采用傳統折棚的形狀，截面呈半圓弧形，如圖4所示。

1.3 渡板組成

新型高速動車組風擋渡板為鑲嵌式渡板，主要由渡板、踏板、輪架體、板簧組件等組成。渡板組成作為供乘客通過的承載部件，首先應具備足夠的強度，其次應保證在車輛通過曲線時，風擋區域不出現縫隙以保證乘客的安全。新型高速動車組風擋渡板組成的強度和曲線通過能力均已經過嚴格理論計算、臺架模擬試驗進行驗證。

2 新型高速動車組風擋性能

2.1 降噪性能

流線型列車噪聲正比于速度的5～8次方[1]。如圖5、圖6所示，350 km/h速度級下車外噪聲源識別發現，車間連接處尤其風擋與車體過渡區域噪聲較高。究其原因，風擋結構與車體輪廓存在高度差，并且風擋與兩車連接區域存在較大的空隙，車輛高速運行時很容易在這些區域形成湍流，導致該處氣動噪聲急劇升高[2]，進而對車內風擋處噪聲帶來不利影響。采用全包式風擋結構可以有效提高風擋區域的噪聲舒適度，提升乘客的乘坐體驗。

相鄰車輛連接部位采用全包式風擋結構，首先在外形輪廓上做到與車體外形的平滑過渡，避免形變或者凹陷造成的流噪過大，全包式雙層風擋結構的底部隔聲量可以達到40 dB，頂部及側面隔聲量可達38 dB。同時，由于折棚結構具有足夠的剛度及阻尼，全包式雙風擋可以有效抑制車體側滾、搖頭，并且折棚獨特的結構可以對空氣流動產生減振節流的作用，進一步降低振動噪聲的產生。

外形輪廓的平滑過渡、隔聲性能的大幅提升及對連接處的振動抑制，使得同速度級下CRH380D風擋區域噪聲車型有明顯降低，并有效降低車輛在過小曲線或隧道工況產生的嘯叫對車內噪聲的影響。

2.2 空氣動力學性能

以300 km/h的速度運行的高速列車，其氣動阻力占到全車總阻力的80%以上[1]，新型高速動車組采用的全包式外風擋可以減少車間連接部位的空腔或臺階流動效應[3-4]。通過對包括風擋在內的影響空氣動力學性能的結構進行優化，新型高速動車組表現出優異的空氣動力學指標。通過圖7可以看出，與同樣速度等級的動車組（ICE3、AGV）相比較，新型高速動車組的空氣動力學戴維斯系數更低，即相同牽引功率，新型高速動車組能夠達到更高的速度。

2.3 各項性能指標

一是隔熱指標。傳熱系數[K]≤3.5 W/（m2·K）。二是氣密性指標。內部氣壓由+4 000 Pa降到+200 Pa，用時大于300 s。三是隔音指標。底部噪聲降低量[Rw]≥40 dB，頂部和側面噪聲降低量[Rw]≥38 dB。四是渡板承載能力。渡板承載6 kN/m2，1 h后卸載，渡板無永久變形。五是曲線通過性能。風擋在通過直線路、R250 m曲線、R250 m入曲線、R250 m-5 m-R250 m S曲線、R300 m S曲線以及豎（凸/凹）曲線時，所有部件運動自由，無不可接受的變形，無不可接受的噪音，無損壞。

3 結論

新型高速動車組自首列車于2015年4月在滬寧高鐵正式載客運營以來，得到了客戶的認可，風擋所在的車間連接區域嘯叫聲較小，乘坐體驗舒適，并且保證了車端設備免受環境的污染，降低了維護成本。

參考文獻：

[1]沈志云.對磁懸浮高速列車技術認識的兩個錯誤觀點[J].交通運輸工程學報，2004（4）：1-2.

[2]王開團.CRH380D型動車組[M].北京：中國鐵道出版社有限公司，2018.

[3]國家鐵路局.動車組內風擋暫行技術條件：TJ/CL 298—2014[S].北京：中國標準出版社，2014.

[4]徐莉.高速動車組噪聲源分析[J].機車電傳動，2015（6）：22-25.