高鐵車頭為什么是子彈頭的?

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計，其中最重要的就是車頭的流線型設計。

高鐵要跟空氣“斗智斗勇”

高鐵列車有個別稱，叫“子彈頭火車”。所謂子彈頭，是因為它的頭部造型酷似流線型的子彈。但將高鐵的頭部設計成子彈頭形狀，并不是為了顏值，而是讓火車跑得更快。

可以說，在設計高速列車時，設計師的很大一部分精力就是耗在了跟空氣“斗智斗勇”上。因為，列車高速運行時，遇到的最大對手之一，就是空氣動力。

列車在高速運行時，空氣壓力的不平衡將影響列車運行的平穩(wěn)性，引起列車蛇形運動，嚴重時則導致列車脫軌，引發(fā)生命安全事故。

空氣動力的另一個方面就是空氣阻力，列車速度越快，它在單位時間內(nèi)需要“推開”空氣的量就越多。當列車的速度達到時速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

空氣阻力其實是個大家族，高鐵運行時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。

當列車快速前進一段距離，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，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從高壓區(qū)指向低壓區(qū)的力，即壓差阻力。這個力正好與列車前進方向相反，阻礙列車前進。

那怎么減小壓差阻力呢？

減小車頭與車尾的截面積是一個很好的方法。高鐵子彈頭的流線型設計，可以在列車高速前進時讓車頭單位面積的空氣排開量減少，同時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計

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

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

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

這種壓力之間的波動對列車造成不小沖擊，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。