[发明专利]带有仿机翼的空气动力悬浮列车的轻质复合材料车厢结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种高速列车的车厢结构，特别涉及一种带有仿机翼的空气动力悬浮列车的轻质复合材料车厢结构，属于工程材料制备、结构设计领域。

背景技术

复合材料具有比强度高、比刚度大，抗冲击、耐疲劳等优点，为现代高速列车的应用提供了光明而又广阔的应用前景。

最近，江雷等（中国专利:201110209112.4、中国专利:201110242739、中国专利:201110242755.9）提出了带有仿机翼的空气动力悬浮列车，该列车的机车和每节车厢的顶部分别安装有仿制飞机的机翼结构的仿机翼。通过与列车相对运动的气流作用于仿机翼结构而产生上抬力，从而减少列车对铁轨的压力。由于车厢部分占据了现代带有仿机翼的空气动力悬浮列车车体的主要重量，因此，急需解决车厢结构的轻量化问题。采用先进轻质复合材料使带有仿机翼的空气动力悬浮列车的车厢结构轻量化是关键技术之一。

自然界中的天然复合材料为我们制造先进轻质复合材料提供了许多有益的信息。如：蚕茧结构，其具有轻质高强的优异力学特性，而鸟类具有最优的骨骼结构，其含有大量孔隙相通的周期性轻质结构，最大限度的节约了材料，同时又提供了鸟类飞行所需的强度。借助于仿生学原理，设计一种轻质复合材料车厢结构，并应用于带有仿机翼的空气动力悬浮列车，是本发明的目的所在。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种新型的轻质复合材料车厢结构，并应用于带有仿机翼的空气动力悬浮列车。该复合材料车厢结构的整体性好，质量轻、结构的稳定性、抗冲击、抗疲劳等力学性能都得到显著增强。该制备方法工艺简单，环境污染小，生产效率高，成本相对较低。

本发明解决所述带有仿机翼的空气动力悬浮列车的轻质复合材料车厢结构技术问题的技术方案如下：

本发明设计的一种带有仿机翼的空气动力悬浮列车的轻质复合材料车厢结构，包括环型车身和车厢底板，其特征在于整体车厢结构均采用复合材料成型，车身的外层蒙皮和内层蒙皮采用仿蚕茧缠绕编织结构的复合材料成型；中间夹芯层为轻质仿鸟骨骼中空结构的复合材料成型；在车身的应力集中部位，外层蒙皮与夹芯层间还加有复合材料加强筋结构；复合材料各层间采用高分子粘胶膜层胶接而成，并采用大型热压罐对整体车身结构进行三次复合固化成型。车厢底板采用网络状三维整体多向连锁编织结构的复合材料成型，与侧壁车身采用胶接内单搭接方式链接构成整体车厢结构。

本发明的进一步特征是该复合材料车厢结构应用于带有仿机翼的空气动力悬浮列车的机车和每一节车厢中。

本发明的特征还在于：整体车厢结构均采用复合材料成型。

本发明的特征还在于：所述环型车身的外层蒙皮和内层蒙皮采用仿蚕茧缠绕编织结构的复合材料成型。

本发明的特征还在于：所述的仿蚕茧缠绕编织结构的复合材料车厢蒙皮，包括贯穿复合材料周向、径向、轴向三个方向的六组纱线系统：编织纱线、缠绕纱线、轴向加强筋纱线、周向加强筋纱线、周向接结纱线、轴向接结纱线。其特征在于编织纱线沿芯模轴向均匀排列于各层；缠绕纱线沿芯模周向逐层进行缠绕，同时，与编织纱线逐层进行交织，形成层层交织联锁结构，纱线交织叠加构成织物厚度；轴向和周向加强筋纱线均不参与交织，于缠绕纱线与编织纱线交织构成的缠绕编织层间所夹持；周向和轴向接结纱线分别沿周向和轴向贯穿织物厚度将各层接结成一个整体。所述的芯模为制备复合材料车厢蒙皮所需的内衬模具。

本发明的特征还在于：所述环型车身的中间夹芯层采用轻质仿鸟骨骼中空结构的复合材料成型。

本发明的特征还在于：所述的轻质仿鸟骨骼中空结构的复合材料车厢夹芯层，由上面板层、下面板层以及设置在上、下面板层之间的仿鸟骨骼中空芯子层构成，其特征在于上，下面板层形成夹层结构，所述的仿鸟骨骼中空芯子层以垂直轴纱为中心，以中性面内沿宽度方向的横向纱线和沿厚度方向的横向纱线作为有效支撑，由孔隙相通周期性排列的仿鸟骨骼中空构型单胞组成的空间网络结构，且该仿鸟骨骼中空芯子层与上、下面板层编织为一个整体。

本发明的特征还在于：在车厢裁切的应力集中部位加有复合材料加强筋。所述的应力集中部位，如：车门位置、车窗位置、仿机翼安装位置、空调安装位置，等。所述的加强筋采用三维多向整体编织结构的复合材料成型。所述加强筋的横截面形状为实体方形，外形形状为长矩形状，其中车顶部分加强筋为类“井”字型结构，车侧身部分加强筋为类“田”字型结构。