[发明专利]一种长隧道运行车辆气动风洞试验段

说明书

本发明涉及一种长隧道运行车辆气动风洞试验段，该试验段是由封闭的壳体形成的洞壁结构，横截面为公路或铁路隧道截面，所述试验段的长度至少大于五倍横截面的当量直径，所述试验段内设有模拟长隧道内地面与车辆相对运动的单带移动地面系统。与现有技术相比，本发明具有单、多编组汽车或高速列车在长隧道运行的试验能力，通过移动地面和洞壁扩张分别消除地面边界层和洞壁的影响。

技术领域

本发明涉及车辆空气动力学风洞试验领域，具体涉及一种长隧道运行车辆气动风洞试验段。

背景技术

我国国土面积大，公路、铁路隧道在各地均有分布，全长3km～10km的长隧道有很多。与车辆在开放路面行驶不同，车辆在隧道、特别是长隧道运行时，受洞壁影响，车辆侧边与洞壁间存在更为复杂的流动结构，同时底部与地面之间流动也更复杂。另外，非定常流动产生的气动噪声问题更为突出，一方面封闭空间的流场脉动更强并由此导致气动噪声源强度更大，另一方面声传播受到洞壁的影响而出现入射声与反射声在非定常流场的声传播问题。正因如此，研究车辆在隧道空间的流场结构及其影响因素，具有非常重要意义。

动模型试验和风洞试验是当前研究车辆空气动力学的主要手段。前者是车辆运动但气流不动，后者是车辆静止但气流运动。试验段是风洞试验平台的核心部位。专利CN112834160A公开了一种列车整车环境风洞试验段，该试验段包括：试验段主体和类驻室结构；其中，所述试验段主体，用于提供列车整车环境模拟试验测试场所；所述类驻室结构为内部中空的腔体结构，一端与风洞收缩段和喷口段连接；另一端与试验段主体连接，且与所述试验段主体连接的截面面积相同，所述截面面积大于所述喷口段截面面积，用于将所述喷口段扩张至所述试验段主体。

值得注意的是，传统的风洞并未考虑到长隧道车辆运行的试验需求，试验段截面通常是方形、圆形或半圆形，试验段长度与横截面当量直径比多小于3，试验段多数无扩张且无移动地面系统，这将导致车辆在传统风洞无法模拟出车辆在真实隧道运行情况。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题而提供一种长隧道运行车辆气动风洞试验段，并将其应用多编组车队列和高速列车运行在隧道气动试验中，研究隧道工况下的流场特性并开展针对性的优化控制。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种长隧道运行车辆气动风洞试验段，该试验段是由封闭的壳体形成的洞壁结构，横截面为公路或铁路隧道截面，所述试验段的长度至少大于五倍横截面的当量直径，所述试验段内设有模拟长隧道内地面与车辆相对运动的单带移动地面系统。

进一步地，所述的试验段由入口段至出口段具有0.1～0.5°的扩散角，优选地，扩散角为0.3°，试验段洞壁应有一定扩散角以满足零压力梯度要求，消除洞壁边界层影响。

进一步地，所述隧道截面形状为优弧弓形截面，设计出的试验段横截面为优弧弓形截面，试验段长度与横截面当量直径之比远大于当前风洞，且能满足长隧道试验需求，试验段消除了洞壁和地面边界层的影响，能够真实模拟车辆在真实隧道运行情况。

进一步地，所述试验段洞壁采用分段设计、加工，每段两端带法兰，使用橡胶垫圈和螺栓连接。

进一步地，所述试验段的厚度和材料的选择根据通过试验段速度和压力梯度确定，通过强度计算进行校核。

进一步地，如需要光学仪器摄像，所述试验段采用透明材料制得，洞壁与地面连接采用螺栓或胶带胶粘。

进一步地，地面加装单带移动地面系统，能很好地消除地面边界层和洞壁的影响。所述单带移动地面系统包括移动带、移动带轮、高速无刷电机、支撑系统，所述移动带位于所述试验段中线位置，所述移动带套设在所述移动带轮上，所述移动带轮由所述高速无刷电机驱动转动，所述移动带下部设置所述支撑系统，支撑系统能调节支撑面、避免同步带撞击从而减少同步带磨损和抖动。