[发明专利]一种仿加勒比僧海豹的低风阻客车骨架结构及其设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种客车车身结构和设计方法，更具体地说，本发明涉及一种仿生加勒比僧海豹的具有低阻力特性的客车骨架及其设计方法。

背景技术

客车作为交通运输的一大主体，具有机动灵活，载客量多的特点。随着城市人口的与日俱增，人们的出行要求和频率也大大增加，日益紧张的交通现状对客车质量提出了更加严苛的要求。

目前的客车大多采用方正的箱型结构，风阻系数较大，不利于燃油消耗和节能减排。

仿生方法通过了解生物的结构和功能原理，研制新的机械和新技术，或解决机械技术的难题。目前，仿生技术在高速列车以及概念汽车的应用较多，但在客车特别是在客车整车外形和结构上的应用较少。

加勒比僧海豹是海豹科、僧海豹属的一种海洋哺乳动物。在自然环境中，加勒比僧海豹的体长可超过2米，体重可达200公斤，对比12米客车的重量，两者具有较好的相似性。

在水下时，加勒比僧海豹浑圆、流线型的身体，在水中产生很小的阻力，能够灵活地游动，躲避掠食者。

发明内容

在这些背景下，本发明所要解决的技术问题是提供一种基于仿生仿加勒比僧海豹的具有低阻力特性客车骨架结构及其设计方法，使客车具有优良的低风阻空气动力学特性，同时，客车车体结构基于仿生外形确定，具有很好的类生物结构力学特征。

本发明的具体技术方案结合附图说明如下：

一种仿加勒比僧海豹外形的低风阻客车骨架结构，主要由驾驶舱、乘员舱、客车车身和车门组成，所述驾驶舱骨架由曲梁通过焊接连接，驾驶舱前部有类似海豹前颚的凸出结构，用于安装发动机；所述的乘员舱由纵梁、横截面环形梁和地板构成；所述客车车身的横截面的形状由其横截面的宽度W和高度H形成的抛物线所构建，表达式为Y1＝40H/(81W^2)-1H/2, Y2＝95/(16H^2)；所述的车门布置在驾驶舱，逃生门布置在车体尾部，货舱布置在地板以下，中间由隔板分成前部货舱，中部货舱和尾部货舱。

所述驾驶舱由两根前风窗横梁、三根向前凸出的曲梁、底部大梁以及连接梁组成，所述车门位于驾驶舱右部，并设置有两级踏步，发动机布置于驾驶舱前部的凸出位置，安装在驾驶舱底部的大梁上；

所述乘员舱有7根环形梁，环形梁与车身侧面的腰梁共同构成圆滑的侧围，同时，环形梁与左、右两侧风窗上纵梁间的上部区域作为车顶区域，车顶成弧形，向上凸出；环形梁与车身底部的纵梁构成底架结构。

所述底架采用斜撑，特别是在前后悬的位置采用斜撑，以增加结构的刚度。

所述横截面环形梁由两条开口方向相互垂直的抛物线构成，抛物线公式为 Y1＝40H/(81W^2)-1H/2,Y2＝95/(16H^2)，W为横截面的宽度，H为高度；考虑每一个环形梁所处位置的受力情况不同，其加强的形式会有所不同，环形梁中垂向布置的杆件主要承受垂向载荷，斜向布置的杆件主要用来分担垂向和横向的载荷，并加强局部结构的刚度。

所述乘员舱地板中间有两根矩形的大梁，9根横梁，上面铺设地板，其中7根横梁的位置对应环形梁的位置，另外2根横梁对应后悬处的两根板环形梁，纵梁与横梁起主要的支撑作用；

所述乘员舱地板平面布置于车体垂向中线以下，以保证乘员舱内乘客具有舒适的乘坐空间并能够在乘员舱通道内站立行走，地板安装于大梁上，以保证支承的刚度；所述的侧窗下纵梁、侧窗上纵梁由曲形梁焊接而成，并与驾驶舱骨架相连接；依照地板的位置及50百分位人体身高及人机工程学比例，确定侧窗下纵梁、侧窗上纵梁的位置，侧窗上、下纵梁应与侧面轮廓一致；

前、后悬位置，均有斜撑增加局部的刚度，使传力结构稳定。另外前悬有两个垂直布置的杆件，后悬左右两侧别用两根斜向支承承受并传递该位置可能出现的载荷。

一种仿加勒比僧海豹外形的低风阻客车骨架结构设计方法，仿加勒比僧海豹的头部和身体分别外形设计客车的驾驶舱外形和乘员舱外形，并依照外形设计与之贴合的骨架，依照客车总布置设计客车地板，进而构成客车的上、下车身结构；结合客车功能及总布置要求，设计其他骨架梁结构，进而获得仿加勒比僧海豹外形的客车骨架，主要设计步骤包括：