摘要：社會發(fā)展不斷提升，促成對動車的車頭外形要求升高，不僅要求克服前進(jìn)時的阻力問題（即空氣阻力降低和能源節(jié)約），而且要美觀大方。基于此目的，各研究單位也積極展開了研究。本文作者通過閱讀大量文獻(xiàn)資料總結(jié)各種觀點，結(jié)合自己的實際體會，給出了部分觀點，以期對從事該項研究工作者提供借鑒。

關(guān)鍵詞：空氣阻力；空氣動力學(xué)性能；流線型

1引言

城市與城市之間的發(fā)展想要緊密連接在一起就少不了城市交通，而現(xiàn)有的交通運(yùn)輸方式無法滿足城市間大運(yùn)量的運(yùn)輸需求。城市想要發(fā)展的更好更快速，交通時間和交通速度就成了人注的重點。日本、法國、德國等國家已將動車作為未來運(yùn)營在各大城市的主要交通方式，中國也將動車發(fā)展提上日程。當(dāng)今社會，因為動車的崛起，一次又一次突破創(chuàng)新的發(fā)展，使得越來越多人選擇更為快速、舒適的動車出行方式。那動車又是如何給人更舒適的感受呢。在這其中，動車的外形設(shè)計不可忽視，而它的車頭更是整列車造型的重中之重。下面作者簡單分析車頭外形在設(shè)計時的一些相關(guān)理念。

2車頭外形設(shè)計的相關(guān)理念

2.1國外對車頭外形設(shè)計的相關(guān)理念

對于外形設(shè)計方面，法國的TGV、日本的新干線以及德國的ICE等，他們的列車外形流線化程度都很高，而在降低空氣阻力、減小壓力波（會車壓力波以及隧道微氣壓波）、降低噪音等方面都有各自的優(yōu)點。

日本新干線列車的車頭為細(xì)長型，它的橫截面大多都像圓形，就好比子彈頭。因此，這樣的車頭外形有效地減小了高速運(yùn)行時的空氣阻力。

德國的ICE列車在減小氣動噪音方面做的比較好，它采用細(xì)長而沒有棱角的輪廓線，車廂頂部有兩個受電弓，沒有天線、風(fēng)機(jī)、導(dǎo)線和開關(guān)等設(shè)備。除此之外，他們的車窗、車門以及把手都有利于流線型外形設(shè)計和車體平滑的連接。而這種設(shè)計使高速列車在運(yùn)行時噪音達(dá)到最低。

在借鑒國外研究的基礎(chǔ)上，還需要結(jié)合我國自身設(shè)計理念和相關(guān)的工程技術(shù)，才能設(shè)計出理想的動車車頭外型。在設(shè)計車頭外形時不僅要保留它原有的優(yōu)勢，同時還要在其技術(shù)方面有著屬于自己的自主創(chuàng)新。經(jīng)過對不同方富的氣動特性及其對有限編組列車氣動性能的影響進(jìn)行了試驗研究，結(jié)果表明，車頭形狀以具有較長長細(xì)比，表面無拐角且曲率變化較小的二次元形狀的頭型氣動性能最好。而“流線型”外形設(shè)計是現(xiàn)如今動車車頭外形設(shè)計的主要趨勢。[1]相比較之下，西方人更注重的是動車車頭造型時尚前衛(wèi)，凸顯個性，有著屬于他們國家崇尚自由的性格理念。而我國則是比例與尺寸的完美融合，在具有速度的同時，較多的采取曲線塑性，整體突顯“方與圓”，其車身更沒有多余的線條，這也比較符合我們東方人的審美觀念。

2.2我國高速運(yùn)行的動車對于車頭外型設(shè)計

首先，車頭是我們辨認(rèn)不同動車車型的重要標(biāo)志。其中，每一列動車都有著屬于它自己的獨(dú)特車頭造型，例如，有的像“子彈頭”、“火箭”（CRH380A）“飛龍”（復(fù)興號動車組CR400AF）。而在動車頭這里，不僅美觀大方，同時還需要更高的實用科技含量。有關(guān)它的影響因素，對于高鐵車頭造型設(shè)計的科技含量來說，主要集中于動車要面臨的問題（空氣動力學(xué)性能）。由于動車速度快，除了空氣阻力的作用，還存在升力、橫向力、側(cè)向力、側(cè)滾力矩、偏轉(zhuǎn)力矩與俯仰力矩。而這些外力因素對動車運(yùn)行平穩(wěn)性有著較大的影響。動車的速度越快，它的氣動阻力就越大，而隨著速度的提升，氣動阻力則是成平方增長。動車以100km/h的速度運(yùn)行時，空氣阻力大約占總阻力的一半，而動車以250km/h的速度運(yùn)行時，空氣阻力占了總阻力的百分之八十。速度越快，它所要承受的空氣阻力就越多大。可見，在高速度的狀態(tài)下，動車的牽引動力幾乎都用來抵抗空氣阻力。上面的分析來看，動車高速運(yùn)行時最大的“對手”不是它自身，而是“空氣阻力”，而它的另一個重要“對手”則是升力。因此，頭型設(shè)計在降低氣動阻力的同時還需要降低氣動升力，令升力趨近于零。為了保障列車運(yùn)行時的穩(wěn)定性，筆者認(rèn)為還需要克服匯車時所產(chǎn)生的壓力波、動車通過隧道時引起隧道內(nèi)空氣壓力急劇波動所產(chǎn)生的沖擊力等。

對于好的車頭外型而言，必須具有良好的空氣動力學(xué)性能。即車頭頭型要具有克服或者有效地減少空氣阻力、升力、會車壓力波等等帶來影響的性能，最終達(dá)到降低能耗，提高動車高速運(yùn)行的平穩(wěn)性和乘坐舒適性的目的。除了要達(dá)到空氣動力學(xué)性能的要求，動車還在它流線型的外形設(shè)計上增加了一些獨(dú)特的民族設(shè)計。由于對阻力系數(shù)和長寬比的考慮，我們與其他國家的動車車頭外形設(shè)計有著一些共同特征——車頭都呈修長的流線型。（長寬比是指車頭前端鼻形部位長度與車頭后部車身斷面半徑之比，車頭前端鼻形部位越長，它的后部車身斷面半徑就越小。因此它的長寬比就越大，同時它的阻力系數(shù)又與長寬比有關(guān)，長寬比越大，它的阻力系數(shù)就越?。2]

綜上所述，車頭前端越長，它的長細(xì)比就越大，而動車所受到的空氣阻力就越小，這也是動車采用流線型車頭的主要原因。在動車車頭的前端鼻形部位，通常是橢圓形狀，這樣設(shè)計減小了它的空氣阻力，在它的車頭兩側(cè)還設(shè)置有導(dǎo)流槽，通過鼻錐到導(dǎo)流槽的引流形式，使氣流向下，達(dá)到氣動升力降低的目的。

在現(xiàn)實的頭型設(shè)計中，動車車頭造型都各有不同，而一些細(xì)微的不同，都可能有著不同的技術(shù)性能。除了技術(shù)之外，還要保證美觀大方，得到人們的認(rèn)可的同時還要具有自己獨(dú)特的文化特色?？偟膩碚f，動車車頭造型設(shè)計非常具有挑戰(zhàn)性。設(shè)計出一個理想車頭頭型，還是需要經(jīng)過多次的創(chuàng)新、磨練和加工。

3 結(jié)語

上述表明，動車的車頭外型是影響空氣動力學(xué)性能的重要因素。而要降低動車高速運(yùn)行時所受到的“空氣阻力”，它的車頭就要呈流線型的頭型設(shè)計。這不僅說明了它的重要性，同時也預(yù)示著未來動車頭型發(fā)展的方向。而這種樣式的動車，不僅美觀大方，實用技術(shù)含量更高?；贑RH系列動車組的外型設(shè)計，再到CRH380A的車頭外型設(shè)計，明顯可以看出它的頭型更加細(xì)長，而線條也更加流暢。所以在減小空氣阻力等方面，它更占優(yōu)勢。如果未來沒有更好的方法解決空氣阻力等這些問題，現(xiàn)階段可能大多數(shù)都會采用這種流線型車頭外型設(shè)計，而在這基礎(chǔ)上車頭外型會更加細(xì)長，同時它的性能也會更好。各類動車之間都有著技術(shù)差異，但總體的外型設(shè)計考慮方向不會有太大的改變。

參考文獻(xiàn)

[1]張健 高速列車動車頭形風(fēng)洞試驗研究 .[J].期刊名，哪年，（哪期）：哪頁-哪頁.

[2]極客風(fēng).高鐵車頭是怎樣設(shè)計出來的，背后都蘊(yùn)含著那些科技[W].www.http//…..，

作者簡介：付曉君，1998年生，女，陜西岐山人，主修方向為動車組檢修。

（作者單位：西安鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院）