浅析动车车头外形

摘要：社会发展不断提升，促成对动车的车头外形要求升高，不仅要求克服前进时的阻力问题（即空气阻力降低和能源节约），而且要美观大方。基于此目的，各研究单位也积极展开了研究。本文作者通过阅读大量文献资料总结各种观点，结合自己的实际体会，给出了部分观点，以期对从事该项研究工作者提供借鉴。

关键词：空气阻力；空气动力学性能；流线型

1引言

城市与城市之间的发展想要紧密连接在一起就少不了城市交通，而现有的交通运输方式无法满足城市间大运量的运输需求。城市想要发展的更好更快速，交通时间和交通速度就成了人注的重点。日本、法国、德国等国家已将动车作为未来运营在各大城市的主要交通方式，中国也将动车发展提上日程。当今社会，因为动车的崛起，一次又一次突破创新的发展，使得越来越多人选择更为快速、舒适的动车出行方式。那动车又是如何给人更舒适的感受呢。在这其中，动车的外形设计不可忽视，而它的车头更是整列车造型的重中之重。下面作者简单分析车头外形在设计时的一些相关理念。

2车头外形设计的相关理念

2.1国外对车头外形设计的相关理念

对于外形设计方面，法国的TGV、日本的新干线以及德国的ICE等，他们的列车外形流线化程度都很高，而在降低空气阻力、减小压力波（会车压力波以及隧道微气压波）、降低噪音等方面都有各自的优点。

日本新干线列车的车头为细长型，它的横截面大多都像圆形，就好比子弹头。因此，这样的车头外形有效地减小了高速运行时的空气阻力。

德国的ICE列车在减小气动噪音方面做的比较好，它采用细长而没有棱角的轮廓线，车厢顶部有两个受电弓，没有天线、风机、导线和开关等设备。除此之外，他们的车窗、车门以及把手都有利于流线型外形设计和车体平滑的连接。而这种设计使高速列车在运行时噪音达到最低。

在借鉴国外研究的基础上，还需要结合我国自身设计理念和相关的工程技术，才能设计出理想的动车车头外型。在设计车头外形时不仅要保留它原有的优势，同时还要在其技术方面有着属于自己的自主创新。经过对不同方富的气动特性及其对有限编组列车气动性能的影响进行了试验研究，结果表明，车头形状以具有较长长细比，表面无拐角且曲率变化较小的二次元形状的头型气动性能最好。而“流线型”外形设计是现如今动车车头外形设计的主要趋势。[1]相比较之下，西方人更注重的是动车车头造型时尚前卫，凸显个性，有着属于他们国家崇尚自由的性格理念。而我国则是比例与尺寸的完美融合，在具有速度的同时，较多的采取曲线塑性，整体突显“方与圆”，其车身更没有多余的线条，这也比较符合我们东方人的审美观念。

2.2我国高速运行的动车对于车头外型设计

首先，车头是我们辨认不同动车车型的重要标志。其中，每一列动车都有着属于它自己的独特车头造型，例如，有的像“子弹头”、“火箭”（CRH380A）“飞龙”（复兴号动车组CR400AF）。而在动车头这里，不仅美观大方，同时还需要更高的实用科技含量。有关它的影响因素，对于高铁车头造型设计的科技含量来说，主要集中于动车要面临的问题（空气动力学性能）。由于动车速度快，除了空气阻力的作用，还存在升力、横向力、侧向力、侧滚力矩、偏转力矩与俯仰力矩。而这些外力因素对动车运行平稳性有着较大的影响。动车的速度越快，它的气动阻力就越大，而随着速度的提升，气动阻力则是成平方增长。动车以100km/h的速度运行时，空气阻力大约占总阻力的一半，而动车以250km/h的速度运行时，空气阻力占了总阻力的百分之八十。速度越快，它所要承受的空气阻力就越多大。可见，在高速度的状态下，动车的牵引动力几乎都用来抵抗空气阻力。上面的分析来看，动车高速运行时最大的“对手”不是它自身，而是“空气阻力”，而它的另一个重要“对手”则是升力。因此，头型设计在降低气动阻力的同时还需要降低气动升力，令升力趋近于零。为了保障列车运行时的稳定性，笔者认为还需要克服汇车时所产生的压力波、动车通过隧道时引起隧道内空气压力急剧波动所产生的冲击力等。

对于好的车头外型而言，必须具有良好的空气动力学性能。即车头头型要具有克服或者有效地减少空气阻力、升力、会车压力波等等带来影响的性能，最终达到降低能耗，提高动车高速运行的平稳性和乘坐舒适性的目的。除了要达到空气动力学性能的要求，动车还在它流线型的外形设计上增加了一些独特的民族设计。由于对阻力系数和长宽比的考虑，我们与其他国家的动车车头外形设计有着一些共同特征——车头都呈修长的流线型。（长宽比是指车头前端鼻形部位长度与车头后部车身断面半径之比，车头前端鼻形部位越长，它的后部车身断面半径就越小。因此它的长宽比就越大，同时它的阻力系数又与长宽比有关，长宽比越大，它的阻力系数就越小）[2]

综上所述，车头前端越长，它的长细比就越大，而动车所受到的空气阻力就越小，这也是动车采用流线型车头的主要原因。在动车车头的前端鼻形部位，通常是椭圆形状，这样设计减小了它的空气阻力，在它的车头两侧还设置有导流槽，通过鼻锥到导流槽的引流形式，使气流向下，达到气动升力降低的目的。

在现实的头型设计中，动车车头造型都各有不同，而一些细微的不同，都可能有着不同的技术性能。除了技术之外，还要保证美观大方，得到人们的认可的同时还要具有自己独特的文化特色。总的来说，动车车头造型设计非常具有挑战性。设计出一个理想车头头型，还是需要经过多次的创新、磨练和加工。

3 结语

上述表明，動车的车头外型是影响空气动力学性能的重要因素。而要降低动车高速运行时所受到的“空气阻力”，它的车头就要呈流线型的头型设计。这不仅说明了它的重要性，同时也预示着未来动车头型发展的方向。而这种样式的动车，不仅美观大方，实用技术含量更高。基于CRH系列动车组的外型设计，再到CRH380A的车头外型设计，明显可以看出它的头型更加细长，而线条也更加流畅。所以在减小空气阻力等方面，它更占优势。如果未来没有更好的方法解决空气阻力等这些问题，现阶段可能大多数都会采用这种流线型车头外型设计，而在这基础上车头外型会更加细长，同时它的性能也会更好。各类动车之间都有着技术差异，但总体的外型设计考虑方向不会有太大的改变。

参考文献

[1]张健 高速列车动车头形风洞试验研究 .[J].期刊名，哪年，（哪期）：哪页-哪页.

[2]极客风.高铁车头是怎样设计出来的，背后都蕴含着那些科技[W].www.http//…..，

作者简介：付晓君，1998年生，女，陕西岐山人，主修方向为动车组检修。

（作者单位：西安铁路职业技术学院）