中科院微博晒高铁模型引网友关注

来源: 观察者网

发布日期: 2014-12-11 09:44:24

中科院力学所通过优化高铁模型设计,成功降低风阻7%-8%,提高列车运行效率和节能效果。

12月8日,中国科学院官方微博上传了一组高铁模型的照片。这些照片拍自中科院力学所的实验室,图中的模型都是科研人员制作的高铁模型。研究人员通过不断设计列车外形优化高铁的空气动力学设计,成功的在原有基础上再把风阻降低了7%-8%。风阻是车辆行驶时来自空气的阻力,风阻系数愈大,则空气阻力愈大,风阻系数的大小多取决于列车的外形。降低风阻,可以使列车在同等速度下更省电,节约能耗。

照片中,高铁模型整齐摆在架子上,让不少网友想起了儿时的一部动画片——铁胆火车侠。

“高铁就像一架飞机在不停地起降”,中科院力学所杨国伟研究员这样说。杨国伟创立了跨声速非线性气动弹性研究,为中国高铁与大飞机研制提供空气动力与气动弹性的技术支撑。列车运行的阻力,包括车轮与轨道摩擦的机械阻力和车辆受到的空气阻力。

高速下制约速度的抗衡者是空气,“当列车以每小时200公里行驶的时候,空气阻力占总阻力的70%左右,和谐号CRH380A在京沪高铁跑出时速486.1公里时,气动阻力超过了总阻力的92%,如果跑到500公里以上,95%以上都是气动阻力了”,相关工作人员介绍。空气阻力和列车运行速度的平方成近似正比关系,速度提高2倍,空气阻力将增至4倍。正是这个平方关系,让设计师绞尽脑汁。

空气阻力受三大因素影响,一是车头迎风受到正压力,与车尾受到的负压力间产生的压差阻力;二是由于空气黏性作用于车体表面的摩擦阻力;三是列车底架以及列车表面凹凸结构引起的干扰阻力。

工程师们为降低空气阻力,应用仿生学和空气动力学理论,不断改进列车车型,创作了100多种头型概念,优选构建了80余种三维数字模型,开展了初步空气动力学仿真,比选出20个气动性能较优的头型,进一步进行气动优化,制作出1:20实物模型,根据仿真数据和美观效果,最终制作五款1:8头型分别做了风洞力学试验和气动噪声试验。工程师们通过对列车头型进行改进,进一步降低风阻,节省电能。

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