[發明專利]帶有仿機翼的空氣動力懸浮列車的輕質復合材料車廂結構

有效

• 申請號: 201210387818.4
• 申請日: 2012-10-12
• 公開（公告）號: CN103318203A
• 公開（公告）日: 2013-09-25
• 發明（設計）人: 李典森;江雷
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: B61D17/02
• 分類號: B61D17/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種高速列車的車廂結構，特別涉及一種帶有仿機翼的空氣動力懸浮列車的輕質復合材料車廂結構，屬于工程材料制備、結構設計領域。

背景技術

復合材料具有比強度高、比剛度大，抗沖擊、耐疲勞等優點，為現代高速列車的應用提供了光明而又廣闊的應用前景。

最近，江雷等（中國專利:201110209112.4、中國專利:201110242739、中國專利:201110242755.9）提出了帶有仿機翼的空氣動力懸浮列車，該列車的機車和每節車廂的頂部分別安裝有仿制飛機的機翼結構的仿機翼。通過與列車相對運動的氣流作用于仿機翼結構而產生上抬力，從而減少列車對鐵軌的壓力。由于車廂部分占據了現代帶有仿機翼的空氣動力懸浮列車車體的主要重量，因此，急需解決車廂結構的輕量化問題。采用先進輕質復合材料使帶有仿機翼的空氣動力懸浮列車的車廂結構輕量化是關鍵技術之一。

自然界中的天然復合材料為我們制造先進輕質復合材料提供了許多有益的信息。如：蠶繭結構，其具有輕質高強的優異力學特性，而鳥類具有最優的骨骼結構，其含有大量孔隙相通的周期性輕質結構，最大限度的節約了材料，同時又提供了鳥類飛行所需的強度。借助于仿生學原理，設計一種輕質復合材料車廂結構，并應用于帶有仿機翼的空氣動力懸浮列車，是本發明的目的所在。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明的目的是提供一種新型的輕質復合材料車廂結構，并應用于帶有仿機翼的空氣動力懸浮列車。該復合材料車廂結構的整體性好，質量輕、結構的穩定性、抗沖擊、抗疲勞等力學性能都得到顯著增強。該制備方法工藝簡單，環境污染小，生產效率高，成本相對較低。

本發明解決所述帶有仿機翼的空氣動力懸浮列車的輕質復合材料車廂結構技術問題的技術方案如下：

本發明設計的一種帶有仿機翼的空氣動力懸浮列車的輕質復合材料車廂結構，包括環型車身和車廂底板，其特征在于整體車廂結構均采用復合材料成型，車身的外層蒙皮和內層蒙皮采用仿蠶繭纏繞編織結構的復合材料成型；中間夾芯層為輕質仿鳥骨骼中空結構的復合材料成型；在車身的應力集中部位，外層蒙皮與夾芯層間還加有復合材料加強筋結構；復合材料各層間采用高分子粘膠膜層膠接而成，并采用大型熱壓罐對整體車身結構進行三次復合固化成型。車廂底板采用網絡狀三維整體多向連鎖編織結構的復合材料成型，與側壁車身采用膠接內單搭接方式鏈接構成整體車廂結構。

本發明的進一步特征是該復合材料車廂結構應用于帶有仿機翼的空氣動力懸浮列車的機車和每一節車廂中。

本發明的特征還在于：整體車廂結構均采用復合材料成型。

本發明的特征還在于：所述環型車身的外層蒙皮和內層蒙皮采用仿蠶繭纏繞編織結構的復合材料成型。

本發明的特征還在于：所述的仿蠶繭纏繞編織結構的復合材料車廂蒙皮，包括貫穿復合材料周向、徑向、軸向三個方向的六組紗線系統：編織紗線、纏繞紗線、軸向加強筋紗線、周向加強筋紗線、周向接結紗線、軸向接結紗線。其特征在于編織紗線沿芯模軸向均勻排列于各層；纏繞紗線沿芯模周向逐層進行纏繞，同時，與編織紗線逐層進行交織，形成層層交織聯鎖結構，紗線交織疊加構成織物厚度；軸向和周向加強筋紗線均不參與交織，于纏繞紗線與編織紗線交織構成的纏繞編織層間所夾持；周向和軸向接結紗線分別沿周向和軸向貫穿織物厚度將各層接結成一個整體。所述的芯模為制備復合材料車廂蒙皮所需的內襯模具。

本發明的特征還在于：所述環型車身的中間夾芯層采用輕質仿鳥骨骼中空結構的復合材料成型。

本發明的特征還在于：所述的輕質仿鳥骨骼中空結構的復合材料車廂夾芯層，由上面板層、下面板層以及設置在上、下面板層之間的仿鳥骨骼中空芯子層構成，其特征在于上，下面板層形成夾層結構，所述的仿鳥骨骼中空芯子層以垂直軸紗為中心，以中性面內沿寬度方向的橫向紗線和沿厚度方向的橫向紗線作為有效支撐，由孔隙相通周期性排列的仿鳥骨骼中空構型單胞組成的空間網絡結構，且該仿鳥骨骼中空芯子層與上、下面板層編織為一個整體。

本發明的特征還在于：在車廂裁切的應力集中部位加有復合材料加強筋。所述的應力集中部位，如：車門位置、車窗位置、仿機翼安裝位置、空調安裝位置，等。所述的加強筋采用三維多向整體編織結構的復合材料成型。所述加強筋的橫截面形狀為實體方形，外形形狀為長矩形狀，其中車頂部分加強筋為類“井”字型結構，車側身部分加強筋為類“田”字型結構。