1.本发明涉及高速列车运行安全技术领域，特别涉及一种强风环境下高速列车抗倾覆方法及装置。
背景技术：
2.横风环境下，高速列车的气动性能将会大幅恶化，列车气动横向力、气动升力急剧增大，二者共同作用下的倾覆力矩增加给列车安全运行带来极大的不确定性。因此，有必要研究如何降低大风环境下列车的倾覆力矩，以提高列车运营安全性，保证列车高效运行。
3.现有应对横风环境的办法主要为建立大风监测系统、确定列车安全运行限值、优化列车气动外形以及修建挡风墙等。这些方法一方面生产周期长、制造成本高，另一方面会降低列车的运行效率，并且随着列车运行速度的提升，涉及的研发成本大幅度增加。因此，寻求一种简易可行的改善高速列车横风稳定性的方法对高速列车的安全运行极为重要。
技术实现要素：
4.本发明的目的是，针对上述背景技术中存在的问题，提供一种强风环境下高速列车抗倾覆方法，在保证改善高速列车横风稳定性效果的同时也简易可行，具有重要的实际工程意义。
5.为了达到上述目的，本发明提供了一种强风环境下高速列车抗倾覆方法，当遭遇横风时，在列车的背风侧进行上层与下层的气动分割，以扰乱列车背风侧的流场，提升列车背风侧压力，减小列车迎风侧与背风侧的压力差，减小列车气动横向力，同时上层与下层气流的流速差形成向上的气动升力，共同减小列车的倾覆力矩。
6.进一步地，通过板状结构的展开在列车的背风侧进行上层与下层的气动分割以及气动扰流。
7.进一步地，板状结构的展开角度范围为0
°
～135
°
。
8.进一步地，板状结构的最优展开角度为120
°
。
9.本发明还提供了一种强风环境下高速列车抗倾覆装置，采用如前所述的一种强风环境下高速列车抗倾覆方法，包括旋转板和开闭驱动机构，所述旋转板与所述车体侧板铰接，且所述旋转板为车体侧面的一部分，当所述旋转板收拢时与所述车体侧板无缝拼接，不影响列车正常行驶时的气动效应，所述开闭驱动机构的输出端与所述旋转板连接。
10.进一步地，所述旋转板的边缘设置有轴孔，所述轴孔内安装有铰接轴，所述铰接轴与所述车体侧板连接。
11.进一步地，所述开闭驱动机构包括第一支座、气缸和第二支座，所述第一支座安装在所述旋转板的内侧，所述第一支座与所述气缸的活塞杆端部铰接，所述第二支座安装在所述车体侧板开设的第一安装槽内，所述第二支座与所述气缸的缸底铰接。
12.进一步地，所述车体侧板上还开设有第二安装槽，所述第二安装槽与所述旋转板的形状相匹配，所述第二安装槽用于容纳所述旋转板。
13.本发明的上述方案有如下的有益效果：
14.本发明提供的强风环境下高速列车抗倾覆方法及装置，通过打开列车背风侧部分板状结构的方式，在列车背风侧形成扰流板流场效应，提升列车背风侧压力，达到缓解列车迎风侧与背风侧压力差以减小列车气动横向力，同时板状结构自身由于列车背风侧流场流动的上下分割带来的流速差形成了向上的气动升力，二者共同作用下使得列车倾覆力矩有效降低，实现了高速列车强风环境下的抗倾覆设计，保证了高速列车运行稳定性和安全性，而当列车正常行驶时，板状结构即可组成车体侧面的一部分，不会影响到列车正常行驶时的气动效应，简易可行，具有重要的实际工程意义。
15.本发明的其它有益效果将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
16.图1为本发明的整体结构示意图；
17.图2为本发明的旋转板安装结构示意图；
18.图3为本发明的旋转板结构示意图；
19.图4为本发明实施例中原始模型与板状结构模型气动性能对比图。
20.【附图标记说明】
21.1-旋转板；2-车体侧板；3-第一支座；4-气缸；5-第二支座；6-第一安装槽；7-第二安装槽。
具体实施方式
22.以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
23.需要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本公开，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。
24.还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本公开的基本构想，图式中仅显示与本公开中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。
25.如图1所示，本发明的实施例提供了一种强风环境下高速列车抗倾覆方法，通过板状结构将列车两侧壁车体分割。当高速列车行驶遇大风时，将背风侧的板状结构旋转0
°
～135
°
展开，外展的板状结构会扰乱列车背风侧的流场，提升列车背风侧压力，在迎风侧压力分布变化不大的前提下，达到缓解列车迎风侧与背风侧压力差以减小列车的气动横向力，从而减小列车的倾覆力矩。
26.同时，列车两侧的流场中，上层的流速是大于下层流速的，通过板状结构的布置，将列车背风侧流场进行上下分割，带来的流速差形成了向上的气动升力，从而通过板状结构增大了列车的气动升力，即增加了抵抗横风倾覆的抵抗力矩的大小，实现了列车倾覆力矩的减弱。
27.可以理解的是，由于横风可能从两侧方向吹向列车，因此列车的两侧位置均需布置板状结构，或者说板状结构可以在列车的两侧展开。当遭遇横风时，迎风侧的板状结构不进行展开，因而不会产生作用，背风侧的板状结构展开保持正常工作，改变车体背风侧气流减小横向力、产生升力并形成抵抗力矩，确保横风力矩的抵消效果。
28.本发明通过数值仿真证明其可行性，仿真模型如图1所示，设置了四个角度工况进行计算，分别为板状结构外展60
°
、90
°
、120
°
和135
°
。由表1～4以及图4可知，随着板状结构外展角度的展开，能够减小列车横向力、增大列车背风侧气动升力，减小列车倾覆力矩，实现高速列车抗倾覆的目的。当板状结构外展到角度120
°
时，横向力系数减少了15.5％，倾覆力矩系数减少了21.6％，相对于其他角度效果更佳，保证了高速列车运行稳定性和安全性。
29.表1原始模型与板状结构模型(60
°
)气动性能对比
[0030] 横向力系数升力系数倾覆力矩系数原始列车3.613.781.85板状结构外展(60
°
)3.473.871.71优化效果3.9％-2.1％7.6％
[0031]
表2原始模型与板状结构模型(90
°
)气动性能对比
[0032][0033][0034]
表3原始模型与板状结构模型(120
°
)气动性能对比
[0035] 横向力系数升力系数倾覆力矩系数原始列车3.613.781.85板状结构外展(120
°
)3.054.721.45优化效果15.5％-25.0％21.6％
[0036]
表4原始模型与板状结构模型(135
°
)气动性能对比
[0037] 横向力系数升力系数倾覆力矩系数原始列车3.613.781.85
板状结构外展(135
°
)3.064.431.48优化效果-15.2％17.2％-20.0％
[0038]
同时如图2、图3所示，基于同一发明构思，本实施例还提供了一种强风环境下高速列车抗倾覆装置，包括旋转板1，其安装在列车车体的两侧，可视为加装的结构，也可视为车体侧面的一部分，优选地，其视为车体侧面的一部分，即与车体侧板2组合形成车体侧面，在不工作收回状态时，能够保证车体侧面的完整性，不会相对于车体侧板2凸出或凹陷。
[0039]
其中，旋转板1为平板形式，当其为收回状态时，能够与车体侧板2无缝拼接形成一体结构，一方面完全不会影响列车正常行驶时的气动效应，另一方面在经过隧道等位置时也不会受到影响，相比于其他形式的气动扰流结构来说，其展开与收回的控制更加方便，收回时对列车气动性能的影响最小。
[0040]
其中，旋转板1通过开闭驱动机构进行驱动而展开或收回。旋转板1边缘设置有轴孔，通过轴孔安装铰接轴而与车体侧板2铰接，使其能够相对于车体侧板2旋转，在开闭驱动机构的驱动下旋转至预设的角度。
[0041]
在本实施例中，开闭驱动机构包括第一支座3、气缸4和第二支座5。第一支座3安装在旋转板1的内侧，同时与气缸4的活塞杆端部铰接。第二支座5安装在车体侧板2开设的第一安装槽6内，同时与气缸4的缸底铰接，因此在气缸4的伸缩动作下，能够带动旋转板1绕铰接轴旋转，从而展开预设的角度或收回。
[0042]
可以理解的是，由于列车侧面需要设置车窗等，当旋转板1展开后最好是位于车窗的下方，不会对车窗进行遮挡。因此在本实施例中，旋转板1的铰接轴连接在车体侧板2的中部位置，且低于车窗的下边缘，而在旋转板1展开后不会遮挡车窗。
[0043]
作为进一步改进，本实施例中车体侧板2上还开设有第二安装槽7，第二安装槽7用于容纳旋转板1，使旋转板1收回时能够进入第二安装槽7中。需要说明的是，第二安装槽7的形状与旋转板1相一致，因此旋转板1收回时能够完全地覆盖第二安装槽7，且旋转板1与车体侧板2组成列车侧面连续的流线形，对列车正常行驶时的气动效应影响达到最小。
[0044]
可以理解的是，本实施例中需要通过控制系统来控制气缸4的伸缩动作，列车正常行驶时控制系统控制气缸4为收缩状态，使旋转板1同样为收回状态。当遭遇横风时，控制系统通过电控线路传递信号控制气缸4充气，使气缸4增压，以驱动旋转板1展开达到工作状态。而横风结束后控制系统通过电控线路传递信号控制气缸4排气，气缸4减压使旋转板1收回，保证列车的正常行驶。
[0045]
总之，本方案通过打开列车背风侧部分板状结构的方式，而在背风侧形成扰流板流场效应，提升列车背风侧压力，达到缓解列车迎风侧与背风侧压力差以减小列车气动横向力，同时板状结构自身由于列车背风侧流场的上下分割带来的流速差形成了向上的气动升力，二者共同作用下使得列车倾覆力矩有效降低，实现了高速列车强风环境下的抗倾覆设计，保证了高速列车运行稳定性和安全性。
[0046]
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。