李珊

如果要選一張中國名片向全世界展示，高鐵無疑是最好的名片之一。近些年，不僅祖國大地上的高鐵越建越多，越來越快，我們還為世界貢獻(xiàn)了中國力量、中國智慧。

說到高鐵，人們總是忘不了它超高的顏值，高鐵的美學(xué)造詣也使它收獲了不少粉絲。高鐵的顏值不僅在于靚麗的外觀色彩，更重要的是車體的造型設(shè)計(jì)，其中最重要的就是車頭的流線型設(shè)計(jì)。

高鐵要跟空氣“斗智斗勇”

高鐵列車有個(gè)別稱，叫“子彈頭火車”。所謂子彈頭，是因?yàn)樗念^部造型酷似流線型的子彈。但將高鐵的頭部設(shè)計(jì)成子彈頭形狀，并不是為了顏值，而是讓火車跑得更快。

可以說，在設(shè)計(jì)高速列車時(shí)，設(shè)計(jì)師的很大一部分精力就是耗在了跟空氣“斗智斗勇”上。因?yàn)?，列車高速運(yùn)行時(shí)，遇到的最大對(duì)手之一，就是空氣動(dòng)力。

列車在高速運(yùn)行時(shí)，空氣壓力的不平衡將影響列車運(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)列車的速度達(dá)到時(shí)速200千米以上，空氣阻力就可以占到列車行駛受到阻力的75%以上。

空氣阻力中的最大“敵人”——壓差阻力

空氣阻力其實(shí)是個(gè)大家族，高鐵運(yùn)行時(shí)受到的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。

同樣，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，因此這里的氣壓比周圍更低，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。高鐵子彈頭的流線型設(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。

行駛在隧道里更需要子彈頭設(shè)計(jì)

比起兩車交會(huì)，有一種情況更考驗(yàn)列車，那就是隧道。對(duì)于高速列車來說，隧道可以說是最惡劣的工作狀況之一了。

當(dāng)列車進(jìn)入隧道，頭部的空氣突然受到擠壓，來不及從隧道口排出，因此，頭部壓力會(huì)急劇升高，并在入口處產(chǎn)生壓縮波。

當(dāng)車尾進(jìn)入隧道，而列車后方部分的隧道空氣稀缺，周圍空氣來不及補(bǔ)充，壓力急劇降低，產(chǎn)生膨脹波。

這種壓力之間的波動(dòng)對(duì)列車造成不小沖擊，如果列車的氣密性較差而傳入車內(nèi)，可能導(dǎo)致乘客耳鳴。

而子彈頭形的車頭和車尾能減小高壓區(qū)和低壓區(qū)的分布范圍與壓強(qiáng)變化幅度，相對(duì)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。