问世间最大的遗憾是什么?莫过于“我住长江头,君住长江尾。日日思君不见君,共饮长江水。”
而今,随着高铁在城市间的兴起,中国的城市距离正在变小,人们的生活圈则正在扩大。高铁是中国自主创新的典型成果,也是代表中国速度的一张国家名片。从2008—2018,我们始终见证着高铁的飞速发展。说到高铁,车头是高铁给我们的第一印象。
在九月向大众开放的首都科技创新成果展的高铁主题区中,正陈列着高铁车头的模型。今天,我们就让首都科技创新成果展的讲解员,来给我们讲讲关于高铁车头那些事儿。
1. 高铁为何如此高速?不知大家是否有这样的感觉,当高铁飞驰的时候,真是堪比“风一样的女子”,而让高铁有如此高速的秘籍正是其特殊的头部造型。
一个好的头型,必须具备优异的空气动力学性能。具体来说,头型要能有效地减少空气阻力、升力、列车交会压力波和隧道压力波等等,以达到降低能耗、提高运行稳定性和乘坐舒适性的目的。为了满足空气动力学性能要求,高铁车头在外形设计上形成了一些共同特征——流线型。
2. 高铁运行需要克服哪些障碍?提到为何用流线型车头,我们要先了解高铁运行中的最大“敌人”——空气阻力。
列车正常运行时,行驶阻力一般包括轮轨滚动阻力、空气阻力、坡道阻力和加速时的惯性阻力,在低速运行时,轮轨阻力占主要部分,但随着列车运行速度提高,空气阻力将增加,当列车速度超过200公里/小时后,其将成为列车运行阻力的主要部分。
不仅如此,来自空气的另一个重要“敌人”——升力,也是高铁设计中需要攻克的难关。
高速运行时,气流会给列车向上的抬升力。速度越快,升力越大。要尽量降低气动升力,让升力趋近于零,不让列车“飞”起来,以保障列车运行的稳定性。另外还有侧风带来的侧向力,可能使车头摇摆,阻力增加。此外,高铁列车还要面临两车交会时的交会压力波和通过隧道时的隧道压力波。
3. 高铁采用流线型车头有何好处?将高铁车头设计成流线型,需要提到一个概念:长细比。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。车头前端鼻形部位(鼻子)越长,后部车身断面半径越小,车头的长细比就越大。而阻力系数与长细比直接有关:长细比越大,阻力系数越小。
也就是说,车头前端越长,长细比越大,列车受到的气动阻力就越小。而且,随着列车头部长细比的增大,会车压力波也近线性地减小。这就是高铁列车采用流线型车头的原因。
采用可减少阻力的流线造型,不但优美流畅,而且在列车“冲进”隧道的时候,还能有效削减“微气压波”。此外,高铁车头的前端鼻形部位,通常呈椭圆形状。这种椭圆形设计也是为了减少空气阻力。
4. 高铁车头安装到绿皮火车速度会提高吗?在不少朋友心中,绿皮火车可以算得上很美好的记忆了。漫长的旅途中,不知你是否想象过,如果给绿皮火车装上高铁车头速度会不会变快呢?
我们都知道绿皮火车头是拖着一节节车厢,动力均来自于机车上的大功率柴油机,相当于一个车头拖着其他车厢往前跑。
高铁动车组的车头只是控制列车运行的,采用车头对车厢的固定搭配,相当于四个车头拖着四节车厢往前跑,简而言之绿皮车的动力来自车头而动车组的动力来自车厢自身,给绿皮火车装上高铁车头,大概相当于给拖拉机换上法拉利的发动机,由于车身构造问题和转向架强度不同,不久后就会散架。
理想很丰满,现实很骨感,要是真的给绿皮火车装上高铁车头,绿皮火车跑起来可能车轮下面会火星四溅哦!
听了讲解员的讲解,是不是大开眼界?首都科技创新成果展还有更多精彩哦!
首都科技创新成果展围绕高铁、材料、能源、脑疾病诊疗、人工智能五大主题,对不同问题进行发问,从展项的不同角度深挖创意源点,引发思考,还原创新过程,揭秘蕴含其中的科学思想、科学方法、科学精神和科学知识。
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