在生活中我們會(huì)發(fā)現(xiàn)高鐵的頭部設(shè)計(jì)師流線型的子彈頭，其實(shí)這不僅僅是為了外觀上的好看，更多是從安全，舒適方面來考慮的，那么，子彈頭的頭部設(shè)計(jì)會(huì)帶來什么好處呢?

螞蟻莊園小課堂12月19日答案

高鐵的頭部設(shè)計(jì)成流線型的“子彈頭”，會(huì)帶來以下什么好處？

正確答案：減少氣動(dòng)噪聲

小知識(shí):高速行駛的列車會(huì)引起空氣流紊亂，產(chǎn)生氣動(dòng)噪聲( 由氣體流動(dòng)造成的噪聲)，影響高鐵乘.坐的舒適性。流線型車頭和平整光滑的車體設(shè)計(jì)，可以減小高速列車的氣動(dòng)噪聲。

高鐵列車頭部設(shè)計(jì)成子彈頭的原因是什么？

高鐵列車有個(gè)別稱，叫子彈頭火車，所謂子彈頭，就是流線型的車頭，這個(gè)名稱的來源也是因?yàn)樗念^部造型酷似子彈，與方方正正的普通火車相比，高鐵多了一種線條美。但將高鐵的頭部設(shè)計(jì)成子彈頭形狀，并不只是為了顏值，這更是設(shè)計(jì)師為了解決一些麻煩而創(chuàng)造的卓越智慧。

列車在高速運(yùn)行時(shí)，空氣動(dòng)力學(xué)性能是一個(gè)非常重要的考核指標(biāo)?？諝鈮毫Φ牟黄胶鈱⒂绊懥熊囘\(yùn)行的平穩(wěn)性，引起列車蛇形運(yùn)動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)則導(dǎo)致列車脫軌，引發(fā)生命安全事故。

空氣動(dòng)力的另一個(gè)方面就是空氣阻力，列車速度越快，它在單位時(shí)間內(nèi)需要“推開”空氣的量就越多。當(dāng)列車的速度大小達(dá)到200公里每時(shí)以上，空氣阻力可以占列車行駛受到的全部阻力的75%以上，一場與空氣阻力的博弈必不可免。

空氣阻力其實(shí)也是一個(gè)大家族，高鐵運(yùn)行時(shí)受到空氣阻力也不止一種。不過，其中最主要的要屬壓差阻力。

當(dāng)列車快速前進(jìn)一段距離，車頭前方的空氣瞬間被擠壓，來不及向周圍散開，于是形成了一片高壓區(qū)域。

類似地，車尾在快速駛離原來位置時(shí)，周圍空氣還沒來得及填入車尾原來占據(jù)的空間，于是在這里氣壓比周圍更低，形成一片低壓區(qū)域。

于是，在車頭和車尾之間形成了壓強(qiáng)差，高壓區(qū)域?qū)④囅蚝笸?，低壓區(qū)域?qū)④囃乩?，列車整體就受到一個(gè)從高壓區(qū)指向低壓區(qū)的力，即壓差阻力。這個(gè)力正好與列車前進(jìn)方向相反，阻礙列車前進(jìn)。

那怎么減小壓差阻力呢?

減小車頭與車尾的截面積是一個(gè)很好的方法。高鐵子彈頭一般的“長鼻子”和“長尾巴”兩端截面積非常小，靠近車身部分截面積緩慢增大，整體呈流線型。

這樣的設(shè)計(jì)可以在列車高速前進(jìn)時(shí)讓車頭單位面積的空氣排開量減少，同時(shí)減少車尾后方單位面積的空氣填充量，讓車頭附近的氣壓上升變化率和車尾附近的氣壓下降變化率不明顯，減小壓差阻力。

除了壓差阻力，設(shè)計(jì)師還需要考慮由空氣粘性引起的作用在車體表面的摩擦阻力，以及車輛轉(zhuǎn)向架、車頂設(shè)備、門窗、車廂間鏈接風(fēng)擋等車輛表面凹凸結(jié)構(gòu)引起的干擾阻力。

空氣這個(gè)平日里常常被我們忽略的東西，不僅會(huì)給列車帶來空氣阻力，還會(huì)在一些特殊的場景形成讓人討厭的壓力波。

在兩列車車頭交會(huì)的同時(shí)，車頭前方被壓縮的空氣也會(huì)匯聚在一起形成新的高壓區(qū)域。不同的是，相鄰兩鐵道之間距離并不是很遠(yuǎn)，列車相遇后，兩車之間會(huì)形成一個(gè)狹長的空間，更不利于高壓空氣向四周散開，同時(shí)使能量更加集中。

兩車相遇時(shí)的被壓縮的空氣會(huì)激發(fā)出壓力波，在兩列車之間形成交替的高壓區(qū)和低壓區(qū)，并沿著列車之間的空隙向外不斷傳播。

就好比你鼓起嘴向外吹氣，口腔附近的高壓空氣很快會(huì)四散掉，難以形成向外傳播的聲波，你只能聽到風(fēng)聲。但如果你吹一支中空的管子，管內(nèi)就容易形成沿著管傳播的聲波，發(fā)出聲音，形成交替的高壓區(qū)域和低壓區(qū)域。

兩列交會(huì)的列車中間會(huì)形成一個(gè)更高的高壓區(qū)域，從而導(dǎo)致中間區(qū)域的高壓大于兩列車兩側(cè)的壓力，將會(huì)對列車形成一個(gè)橫向的壓力，鑒于列車與軌道的錐形接觸關(guān)系，從而引發(fā)列車晃動(dòng)和振動(dòng)，甚至“蛇形擺動(dòng)”，對車體和鐵軌造成損傷，同時(shí)也可能引起車體異常振動(dòng)或形成噪音。

無論從舒適的角度還是安全的角度，在高速列車設(shè)計(jì)階段一定要考慮到兩車交會(huì)時(shí)產(chǎn)生的壓力波，并盡可能減小它。

經(jīng)計(jì)算機(jī)仿真和測試，人們發(fā)現(xiàn)又長又扁又寬的流線型車頭可以減小兩列車之間壓力波的幅值。

子彈頭形的車頭和車尾能分別減小高壓區(qū)和低壓區(qū)的分布范圍與壓強(qiáng)變化幅度，相對減弱隧道內(nèi)被車頭和車尾各自激發(fā)出的壓縮波與膨脹波。另外，也需要合理地設(shè)計(jì)車廂結(jié)構(gòu)，使其能夠承受足夠強(qiáng)的壓力波。

子彈頭的設(shè)計(jì)過程，不僅要以空氣動(dòng)力學(xué)作為基本原理，更要反復(fù)地進(jìn)行仿真模擬與實(shí)驗(yàn)。車頭與車體周圍的氣流、氣動(dòng)力等相關(guān)參數(shù)之間如何達(dá)到最優(yōu)方案，經(jīng)過幾千次幾萬次的計(jì)算、修改、實(shí)踐才能摸索出來。

一個(gè)完美的子彈頭，不僅要外貌出眾，上得了臺(tái)面，還要減小列車運(yùn)行阻力、減小列車交會(huì)與進(jìn)隧道時(shí)產(chǎn)生的壓力波以及抑制運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的噪聲，它既要靠“臉“折服眾人，也用絕對的實(shí)力征服眾人。

目前上述的內(nèi)容應(yīng)該能夠?yàn)榇蠹医獯鸪龃蠹覍τ诟哞F列車頭部設(shè)計(jì)成子彈頭的原因是什么會(huì)帶來什么好處的疑惑了，所以如果大家還想要了解更多的知識(shí)內(nèi)容，也可以關(guān)注本站其他文章進(jìn)行了解哦。

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