2.6　不同头型车会车压力波比较

列车头部形状的不同会影响会车压力波的幅值和最大正、负压力波极值。利用完全相同的数值计算方法，计算了另外两种车头形状的高速列车在不同速度和不同线间距条件下的等速会车过程。一种车型是德国ICE型城际列车（图2-16），另一种车型是国产CRH2型高速列车（图2-17）。

两种头型列车在7种线间距和7种会车速度条件下的头—头交会压力波幅计算结果列于表2-5、表2-6。

由于每一种头型的列车车体宽度不一样，ICE型城际列车车宽3.38m，CRH2型动车组车宽3.39m，CRH3型动车组车宽3.257m，而会车计算模型按照列车侧壁间距设置，因此每种列车计算线间距不尽一致。但每种车都计算了5m线间距情况下的会车压力变化，如果以5m线间距计算结果为准，则每种车在5m线间距条件下会车压力波幅系数ΔCp（5.0m）与相对速度比vR之间近似关系式，及其不同线间距会车压力波幅系数与5m线间距会车压力波幅系数的近似计算函数关系式（以侧壁间距d为准）如下列公式所示，压力波幅系数随相对速度比vR变化关系曲线如图2-18所示。

ICE型车：

CRH2型车：

CRH3型车：

三种车型头部形状的不同导致会车压力变化产生很大差别。不但会车压力波变化幅值差别很大（图2-18），会车过程压力变化历程也有很大不同，图2-19显示了三种车在5m线间距条件下的等速会车压力系数变化历程。压力系数定义为Cp=2p/ρv2，p为（观测列车侧壁上）气体压力，ρ为空气密度，v为车速。从图2-19中可以看出，会车过程产生的两个压力波（波峰与波谷），前一个由通过列车的车头经过时产生（可称为头波），后一个为通过列车的车尾经过时产生（可称为尾波）。ICE型车的车头外型比较钝（车头变截面长度约3.86m），产生的头波幅值最大；CRH3型车的车头流线型居中（车头变截面长度约6.3m），产生的头波幅值也居中；CRH2型车车头变截面长度最大（约9.35m），会车产生的头波幅值最小。但尾波幅值似乎CRH3型车的最大，ICE型车的居中，仍是CRH2型车尾波幅值最小。

回到会车压力波引起侧窗玻璃破碎的问题。正的气动压力使窗玻璃压向车内，负的气动压力使窗玻璃向外吸出。分析表明列车侧窗玻璃破碎几乎都是由于负压过大造成，因此会车引起的最大负压是确定侧窗强度的关键。从图2-19可以看出，三种头形列车会车时都是在通过列车车头经过时产生最大负压。ICE型车会车产生的最大负压系数约为-0.32，CRH3型车的约为-0.21，CRH2型车的约为-0.16。利用侧窗上气动压力系数，可以计算侧窗玻璃在不同速度会车时承受的最大气动作用力F。

式中　A——侧窗面积（m2）。

可见，列车速度一定，ICE型列车通过时作用在观测列车一定面积窗玻璃上的气动作用力要比CRH2型车通过时在相同面积窗玻璃上产生的气动作用力大一倍左右。事实上侧窗的强度应分为两种情况考虑：一方面为窗玻璃本身的强度，即玻璃本身能承受多大的气体压强；另一方面为窗玻璃的安装强度。低速列车侧窗玻璃采用胶条安装，高速列车侧窗玻璃多采用从外部粘接安装。无论哪种安装方式都是玻璃周边承受气动作用力。如果窗玻璃本身强度足够，气动作用力最终都要由玻璃周边的安装结构承受。如果玻璃粘接不够牢固或胶条强度或其他结构安装条强度不够，会车时负的气动作用力必然会将窗玻璃整体吸出。广深线就曾发生过更换进口高强度玻璃仍发生破窗的事故，连同车窗都更换后才解决问题。因此，设计时采用美国联邦铁路总署推荐的计算窗周边单位长度所承受作用力可能更为合理。例如会车时车窗承受气动作用力为F，侧窗玻璃周长为l，则单位长度受力为：

对于一定头部形状的通过列车，车速和车窗面积一定时，车窗上作用的气动力F基本为一定值，周长越短，单位长度受力越大。因此车窗面积一定，安装结构一定时，方形车窗的安装强度最差。车窗的宽高比越大，安装强度越高。所以宽高比较大的长方形车窗更安全。