2.6　不同頭型車會車壓力波比較

列車頭部形狀的不同會影響會車壓力波的幅值和最大正、負壓力波極值。利用完全相同的數值計算方法，計算了另外兩種車頭形狀的高速列車在不同速度和不同線間距條件下的等速會車過程。一種車型是德國ICE型城際列車（圖2-16），另一種車型是國產CRH2型高速列車（圖2-17）。

兩種頭型列車在7種線間距和7種會車速度條件下的頭—頭交會壓力波幅計算結果列于表2-5、表2-6。

由于每一種頭型的列車車體寬度不一樣，ICE型城際列車車寬3.38m，CRH2型動車組車寬3.39m，CRH3型動車組車寬3.257m，而會車計算模型按照列車側壁間距設置，因此每種列車計算線間距不盡一致。但每種車都計算了5m線間距情況下的會車壓力變化，如果以5m線間距計算結果為準，則每種車在5m線間距條件下會車壓力波幅系數ΔCp（5.0m）與相對速度比vR之間近似關系式，及其不同線間距會車壓力波幅系數與5m線間距會車壓力波幅系數的近似計算函數關系式（以側壁間距d為準）如下列公式所示，壓力波幅系數隨相對速度比vR變化關系曲線如圖2-18所示。

ICE型車：

CRH2型車：

CRH3型車：

三種車型頭部形狀的不同導致會車壓力變化產生很大差別。不但會車壓力波變化幅值差別很大（圖2-18），會車過程壓力變化歷程也有很大不同，圖2-19顯示了三種車在5m線間距條件下的等速會車壓力系數變化歷程。壓力系數定義為Cp=2p/ρv2，p為（觀測列車側壁上）氣體壓力，ρ為空氣密度，v為車速。從圖2-19中可以看出，會車過程產生的兩個壓力波（波峰與波谷），前一個由通過列車的車頭經過時產生（可稱為頭波），后一個為通過列車的車尾經過時產生（可稱為尾波）。ICE型車的車頭外型比較鈍（車頭變截面長度約3.86m），產生的頭波幅值最大；CRH3型車的車頭流線型居中（車頭變截面長度約6.3m），產生的頭波幅值也居中；CRH2型車車頭變截面長度最大（約9.35m），會車產生的頭波幅值最小。但尾波幅值似乎CRH3型車的最大，ICE型車的居中，仍是CRH2型車尾波幅值最小。

回到會車壓力波引起側窗玻璃破碎的問題。正的氣動壓力使窗玻璃壓向車內，負的氣動壓力使窗玻璃向外吸出。分析表明列車側窗玻璃破碎幾乎都是由于負壓過大造成，因此會車引起的最大負壓是確定側窗強度的關鍵。從圖2-19可以看出，三種頭形列車會車時都是在通過列車車頭經過時產生最大負壓。ICE型車會車產生的最大負壓系數約為-0.32，CRH3型車的約為-0.21，CRH2型車的約為-0.16。利用側窗上氣動壓力系數，可以計算側窗玻璃在不同速度會車時承受的最大氣動作用力F。

式中　A——側窗面積（m2）。

可見，列車速度一定，ICE型列車通過時作用在觀測列車一定面積窗玻璃上的氣動作用力要比CRH2型車通過時在相同面積窗玻璃上產生的氣動作用力大一倍左右。事實上側窗的強度應分為兩種情況考慮：一方面為窗玻璃本身的強度，即玻璃本身能承受多大的氣體壓強；另一方面為窗玻璃的安裝強度。低速列車側窗玻璃采用膠條安裝，高速列車側窗玻璃多采用從外部粘接安裝。無論哪種安裝方式都是玻璃周邊承受氣動作用力。如果窗玻璃本身強度足夠，氣動作用力最終都要由玻璃周邊的安裝結構承受。如果玻璃粘接不夠牢固或膠條強度或其他結構安裝條強度不夠，會車時負的氣動作用力必然會將窗玻璃整體吸出。廣深線就曾發生過更換進口高強度玻璃仍發生破窗的事故，連同車窗都更換后才解決問題。因此，設計時采用美國聯邦鐵路總署推薦的計算窗周邊單位長度所承受作用力可能更為合理。例如會車時車窗承受氣動作用力為F，側窗玻璃周長為l，則單位長度受力為：

對于一定頭部形狀的通過列車，車速和車窗面積一定時，車窗上作用的氣動力F基本為一定值，周長越短，單位長度受力越大。因此車窗面積一定，安裝結構一定時，方形車窗的安裝強度最差。車窗的寬高比越大，安裝強度越高。所以寬高比較大的長方形車窗更安全。