技术领域
[0001] 本
发明涉及高速列车车辆装备技术与
气动噪声控制技术领域，具体涉及一种底部后端设置凹坑的排障器及其应用。
背景技术
[0002] 高速
铁路以其安全可靠、舒适便捷的运输服务特性及高效节能等优越性，在世界各国得到了迅猛发展。为更好地促进交通运输产业发展，大
力提升运输效能，解决客流高峰时段铁路运输压力，铁路高速化已成为当今世界发展的一个重要趋势。
[0003] 随着列车运行速度不断提高，由此带来的环境问题日益突出，国内外高速铁路的运行经验表明，噪声问题在高速列车环境污染中最为突出。当高速列车运行速度超过300km/h，气动噪声将超过轮轨滚动噪声与牵引噪声而占据主导地位。高速列车主要气动噪声源为
转向架、受电弓、受电弓坑与车厢连接处等部位。根据对整车
辐射噪声的贡献量，转向架由于数量较多，其产生的气动噪声较受电弓处高出约15dB。高速列车车头转向架区域，气流流经时产生剧烈流动分离与
流体冲击作用，成为较强气动噪声源。因此，有效地减少和抑制车头转向架区域噪声，改善铁路沿线环境
质量和司机室内噪声
水平，是高速列车车辆设计和生产需要考虑与解决的关键问题。
发明内容
[0004] 本发明的目的是为了解决上述问题而提供一种可以有效降低高速列车车头转向架区域气动噪声的底部后端设置凹坑的排障器及其应用。
[0005] 本发明的目的通过以下技术方案实现：
[0006] 一种底部后端设置凹坑的排障器，包括排障器本体，所述排障器本体为扁平状结构，外形轮廓呈变截面
流线型，前端为迎流面，所述排障器本体的底部后端设置多排凹坑，以起到较好的流动阻滞作用。
[0007] 本发明凹坑的作用为干扰车头排障器
后缘与转向架舱前缘大尺度
旋涡形成与脱落，降低排障器尾端湍涡强度、输运速度及其展向相干性，抑制不稳定扰动波的形成和干涉，从而降低气动噪声的产生。
[0008] 进一步地，所述凹坑呈长条形，多排长条形的凹坑间隔平行布置于排障器底部，并靠近排障器后缘的后端设置，长条形的凹坑的长度方向与气流方向相垂直，凹坑通过开槽方式设置在排障器本体上。
[0009] 进一步地，所述均布排列的凹坑间距为50mm-200mm。
[0010] 进一步地，所述凹坑长度为1500mm-2000mm。
[0011] 进一步地，所述凹坑宽度为60mm-180mm。
[0012] 进一步地，所述凹坑深度为20mm-70mm。
[0013] 进一步地，所述凹坑采用
合金或工程塑料等材料制成。
[0014] 本发明于排障器本体底部后端设置凹坑，通过改变凹坑间距、凹坑长度、宽度与深度等参数，进行高速列车车头转向架区域气动噪声降噪效果的控制优化。
[0015] 一种底部后端设置凹坑的排障器的应用，该排障器应用于高速列车，与车头鼻锥底部区域紧密贴合，用于降低排障器和转向架区域产生的气动噪声。
[0016] 本发明所提供的底部后端设置凹坑的排障器结构，其外形轮廓采用流线型变截面曲线形式过渡，将车头底部来流导向排障器两侧，底部后端设置凹坑，使得凹坑内低速回旋气流与凹坑外高速气流产生气-气
接触形成的“涡垫效应”，可以减弱排障器壁面附近流体剪切作用，抑制排障器后缘与转向架舱前缘剪切层发展、流动分离和循环反馈效应，干扰该区域大尺度湍涡形成与脱落，降低
湍流空间区域尺度、输运速度和湍流强度，缓和排障器后缘尾迹与转向架舱内几何体结构的流动冲击和流体相互作用，减弱排障器后缘与转向架舱前缘几何体固壁表面
压力脉动形成，从而抑制排障器本身与转向架舱内结构部件气动噪声的产生，有效提高转向架区域气动噪声控制效果。
[0017] 本发明也可以安装在车头以外部位转向架区域的转向架舱前缘，以降低该区域气动噪声的产生与辐射。
[0018] 与
现有技术相比，本发明具有以下优点：
[0019] (1)本发明所提出的外形轮廓采用流线型变截面曲线形式设计、底部后端设置凹坑的排障器结构，通过排障器前端引导来流，排障器后端底部凹坑内低速回旋气流与凹坑外高速气流相互接触形成“涡垫效应”，阻滞排障器后缘部位流动发展，抑制高速列车运行时该区域生成剧烈流动分离，减弱排障器表面压力脉动形成，有效控制气动噪声产生。
[0020] (2)本发明设置于排障器底部后端的凹坑，可以抑制转向架舱前缘流动分离，干扰大尺度旋涡形成与脱落，缓和不同
涡流结构与转向架舱以及舱内几何体的流体相互作用，减弱转向架区域各结构部件边界干涉诱发的固体壁面压力脉动，有效提高转向架区域气动噪声控制效果。
附图说明
[0021] 图1为普通排障器的结构示意图(正视图)；
[0022] 图2为普通排障器的结构示意图(仰视图)；
[0023] 图3为本发明底部后端设置凹坑的排障器结构示意图；
[0024] 图4为本发明排障器的结构示意图(正视图)；
[0025] 图5为本发明排障器的结构示意图(仰视图)；
[0026] 图6为本发明底部后端设置凹坑的排障器装配于高速列车上的侧视图；
[0027] 图7为图6中a处的局部放大结构示意图；
[0028] 图8为本发明排障器底部后端设置凹坑时远场辐射噪声三分之一倍频程测试数据对比图；
[0029] 图9为采用普通排障器的远场
传声器阵列所得声源识别结果；
[0030] 图10为采用本发明底部后端设置凹坑的排障器的远场传声器阵列所得声源识别结果。
[0031] 图中：1-排障器本体；2-凹坑；3-车头；4-转向架；5-
钢轨。
具体实施方式
[0032] 下面结合附图和具体
实施例对本发明进行详细说明。
[0033] 实施例
[0034] 图1-2为普通排障器的结构示意图，不具有降低高速列车车头转向架区域气动噪声的功能。
[0035] 为了对高速列车运行产生的气动噪声进行有效控制，本发明提供一种降低高速列车车头转向架区域气动噪声的底部后端设置凹坑的排障器，如图3-5所示，包括排障器本体1，排障器本体1为扁平状结构，外形轮廓呈变截面流线型，前端为迎流面，排障器本体1的底部后端设置多排凹坑2，凹坑2呈长条形，多排长条形的凹坑间隔平行布置于排障器底部，并靠近排障器后缘的后端设置，长条形的凹坑的长度方向与气流方向相垂直，凹坑通过开槽方式设置在排障器本体上，相邻凹坑间间距为50mm-200mm，凹坑长度为1500mm-2000mm，凹坑宽度为60mm-180mm，凹坑深度为20mm-70mm。
[0036] 如图6、7所示，该排障器被安装于高速列车车头底部，图中标号为车头3，转向架4和钢轨5，该排障器与高速列车车头的鼻锥底部区域紧密贴合。
[0037] 本发明降噪效果已由声学
风洞测试验证，试验模型为1:3安装有转向架的高速列车车头模型，底部后端连接光滑导流段，以避免车体尾部产生强烈涡脱落诱发气动噪声。采用本发明底部后端设置凹坑的排障器与普通排障器的列车模型，在风速250km/h下远场辐射噪声三分之一倍频程测试结果比较如图8所示，可以发现，采用本发明所述底部后端设置凹坑排障器的列车模型在1250Hz-8kHz的
频率较高区域内声压级有所升高，但在200Hz-1250Hz的声压级幅值较高的频域内明显低于普通排障器列车模型，使得25kHz以下频域内远场总声压级降低0.5dB(A)，取得了良好的降噪效果。
[0038] 图9和图10分别为普通排障器和本发明底部后端设置凹坑的排障器的远场传声器阵列所得声源识别结果，可以发现本发明底部后端设置有凹坑的排障器结构的列车模型，其气动噪声源区域明显减小，噪声幅值降低约1.2dB(A)，转向架区域气动噪声获得了有效控制。
[0039] 与试验所用比例模型相比，实际在线运行的高速列车，周围流动
雷诺数较高，本发明改善排障器后缘流动分离和缓和转向架区域所受流动冲击以及转向架舱内各几何体之间流体相互作用的效果会更佳，由此产生的降噪效果也将更为显著。另外，实车上可以通过将排障器底部凹坑边缘进行
倒角或倒圆处理、凹坑表面采用蜂窝结构或敷设吸声材料等措施，进一步提升气动噪声控制效果。
[0040] 上述对实施例的描述是为了便于该技术领域的普通技术人员能够理解和使用该发明。熟悉本领域的技术人员显然可以比较容易地对这些实施例作出各种
修改，并把在此阐明的一般原理应用到其它实施例中而不必经过创造性劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
