一、流線形車體結(jié)構(gòu)
隨著列車運(yùn)行速度的提高，周圍空氣的動(dòng)力作用對(duì)列車和列車運(yùn)行性能產(chǎn)生影響；同時(shí)，列車高速運(yùn)行引起的氣動(dòng)現(xiàn)象對(duì)周圍環(huán)境也產(chǎn)生影響，這就是高速列車的空氣動(dòng)力學(xué)問題。
1、動(dòng)車組運(yùn)行中列車承受表面壓力
當(dāng)動(dòng)車組在空曠地帶直線行駛時(shí)，空氣繞流列車外表面。從風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果來看，列車表面壓力可以分為三個(gè)區(qū)域：頭車鼻尖部位正對(duì)來流方向?yàn)檎龎簠^(qū)；頭部附近的高負(fù)壓區(qū)：從鼻尖向上及向兩側(cè)，正壓逐漸減小變?yōu)樨?fù)壓，接近與車身連接處的頂部與側(cè)面處，負(fù)壓達(dá)到最大值；頭車車身、拖車和尾車車身為低負(fù)壓區(qū)。因此，在動(dòng)車(頭車)上布置空調(diào)裝置及冷卻系統(tǒng)進(jìn)風(fēng)口時(shí)，布置在靠近鼻尖的區(qū)域內(nèi)，此處正壓較大，進(jìn)風(fēng)容易，而排風(fēng)口則應(yīng)布置在負(fù)壓較大的頂部與側(cè)面。在有側(cè)向風(fēng)作用下，列車表面壓力分布發(fā)生很大變化，當(dāng)列車在曲線上運(yùn)行又遇到強(qiáng)側(cè)風(fēng)時(shí)，還會(huì)影響到列車的傾覆安全性。
2、動(dòng)車組會(huì)車時(shí)列車承受表面壓力
當(dāng)一列車與另一列車會(huì)車時(shí)，將在兩列相對(duì)運(yùn)行列車一側(cè)的側(cè)墻上引起壓力波(壓力脈沖)。這是由于相對(duì)運(yùn)動(dòng)的列車車頭對(duì)空氣的擠壓，將在與之交會(huì)的另一列車側(cè)壁上掠過，使列車間側(cè)壁上的空氣壓力產(chǎn)生很大的波動(dòng)。隨著會(huì)車列車速度的大幅度提高，會(huì)車壓力波的強(qiáng)度將急劇增大。這一壓力波動(dòng)產(chǎn)生的沖擊力可造成門窗密封的破壞，車窗玻璃破碎。壓力波傳入車內(nèi)會(huì)引起乘客耳感不適以及影響周圍環(huán)境等。
3、動(dòng)車組通過隧道時(shí)列車承受表面壓力
列車在隧道中運(yùn)行時(shí)，將引起隧道內(nèi)空氣壓力急劇波動(dòng)，因此列車表面上各處的壓力也呈快速大幅度變動(dòng)狀況，完全不同于在明線上的表面壓力分布。壓力波幅值的變動(dòng)與列車速度、列車長(zhǎng)度、堵塞系數(shù)(列車橫截面積與隧道橫截面積的比值)、頭型系數(shù)(又稱長(zhǎng)細(xì)比，即車頭前端鼻形部位長(zhǎng)度與車頭后部車身斷面半徑之比)以及列車側(cè)面和隧道側(cè)面的摩擦系數(shù)等因素有關(guān)，其中以堵塞系數(shù)和列車速度為重要的影響參數(shù)。
4、列車風(fēng)
當(dāng)列車高速行駛時(shí)，在線路附近產(chǎn)生空氣運(yùn)動(dòng)，這就是列車風(fēng)。當(dāng)列車以時(shí)速200公里行駛時(shí)，在軌面以上0.814米、距列車1.75米處的空氣運(yùn)動(dòng)速度將達(dá)到17米/秒，當(dāng)列車以這樣或更高的速度通過車站時(shí)，列車風(fēng)對(duì)人和物的危害就不可忽視。高速列車通過隧道時(shí)，在隧道中所引起的縱向氣流速度約與列車速度成正比。在隧道中列車風(fēng)將使得道旁的工人失去平衡以及將固定不牢的設(shè)備等吹落在隧道中。鐵路規(guī)定，在列車速度高于160公里/小時(shí)行駛時(shí)不允許鐵路員工進(jìn)入隧道。列車速度稍低時(shí)，也不允讓員工在隧道中行走和工作，必須要在避車洞內(nèi)等待列車通過。
5、運(yùn)動(dòng)列車受力
列車運(yùn)行中受到多個(gè)力的作用，其中有空氣阻力、升力、橫向力以及縱向擺動(dòng)力矩、扭擺力矩和側(cè)滾力矩等。針對(duì)上述動(dòng)車組所受空氣動(dòng)力，必須進(jìn)行滿足空氣動(dòng)力學(xué)特性的動(dòng)車組外型設(shè)計(jì)。對(duì)于高速動(dòng)車組來說，列車頭型設(shè)計(jì)非常重要，好的頭型設(shè)計(jì)可以有效地減少運(yùn)行空氣阻力、列車交會(huì)壓力波，可以解決好運(yùn)行穩(wěn)定性等問題。
一般來說，動(dòng)車和拖車的車體長(zhǎng)、寬、高需要根據(jù)內(nèi)部布置的要求由設(shè)計(jì)任務(wù)書規(guī)定，所以車身的外形設(shè)計(jì)主要是橫斷面形狀設(shè)計(jì)。動(dòng)車組車身橫斷面形狀設(shè)計(jì)有以下特點(diǎn)：
整個(gè)車身斷面呈鼓形，即車頂為圓弧形，側(cè)墻下部向內(nèi)傾斜(5°左右)并以圓弧過渡到底架，側(cè)墻上部向內(nèi)傾斜(3°左右)并以圓弧過渡到車頂。這不僅能減少空氣阻力，而且有利于緩解列車交會(huì)壓力波及橫向阻力、側(cè)滾力矩的作用。車輛底部形狀對(duì)空氣阻力的影響很大，為了避免地板下部設(shè)備的外露，采用與車身橫斷面形狀相吻合的裙板遮住車下設(shè)備，以減少空氣阻力，也可防止高速運(yùn)行帶來的沙石擊打車下設(shè)備。車體表面光滑平整，減少突出物。如側(cè)門采用塞拉門；扶手為內(nèi)置式；腳蹬做成翻板式，使側(cè)門關(guān)閉時(shí)可以包住它。兩車輛連接處采用橡膠大風(fēng)擋，與車身保持平齊，避免形成空氣渦流。
二、車體輕量化和密封技術(shù)
實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)輕量化的主要途徑有兩個(gè)：一是采用新材料，二是合理優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
1、車體輕量化材料
目前，高速車輛的車體材料主要有不銹鋼、高強(qiáng)度耐候鋼和鋁合金。鋁合金車體：用鋁合金制造車體的嘗試早在20世紀(jì)上半期就已經(jīng)開始，最早用于地鐵和市郊列車，后來應(yīng)用于普通列車上。近年來，特別是進(jìn)入20世紀(jì)90年代，與車體等長(zhǎng)的多品種大型中空擠壓型材的出現(xiàn)，使鋁合金成為生產(chǎn)高速列車的主導(dǎo)材料。鋁合金車體的優(yōu)勢(shì)主要有：制造工藝簡(jiǎn)單，節(jié)省加工費(fèi)用；減重效果好；有良好的運(yùn)行品質(zhì)；耐腐蝕，可降低維修費(fèi)。
為了進(jìn)一步減輕重量，改善隔聲性能，以及便于設(shè)計(jì)、制造，國(guó)外已開始試用纖維增強(qiáng)塑料夾層結(jié)構(gòu)代替金屬制造車體。纖維增強(qiáng)塑料具有質(zhì)輕，強(qiáng)度高，疲勞強(qiáng)度高、裂紋擴(kuò)展速率低，較好的結(jié)構(gòu)阻尼性、隔熱和耐蝕性能等優(yōu)點(diǎn)。其缺點(diǎn)是彈性模量低，抗彎扭剛度
比金屬差，價(jià)格貴。若用碳素纖維制造車體，又將比鋁合金車體減重30%，這是下一代高速列車的理想材料。
2、車體結(jié)構(gòu)的輕量化設(shè)計(jì)
在保證車體強(qiáng)度和剛度的基礎(chǔ)上，充分利用等強(qiáng)度理論和結(jié)構(gòu)的有限元分析程序，對(duì)車體結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，減輕車輛自重。車外壓力的波動(dòng)會(huì)反應(yīng)到車廂內(nèi)，使旅客感到不舒服，輕者壓迫耳膜，重則頭暈惡心，甚至造成耳膜破裂。為了減少壓力波的影響，保證旅客的舒適度，需要采取措施提高車輛的密封性能。
3、車體的密封技術(shù)
列車的密封需要從車體結(jié)構(gòu)和部件上給予考慮。在高速動(dòng)車組上采用的密封技術(shù)主要有：
(1)車體結(jié)構(gòu)采用連續(xù)焊縫以消除焊接氣隙；對(duì)不能施焊的部位，用密封膠
密封。
(2)采用固定式車窗，車窗的組裝工藝要保證密封的可靠性和耐久性。
(3)側(cè)門采用密封性能良好的塞拉門；頭、尾的端門采用可充壓縮空氣的橡膠條，通過臺(tái)風(fēng)擋采用橡膠大風(fēng)擋，并處理好渡板處的密封問題。
(4)空調(diào)環(huán)控設(shè)備設(shè)立壓力控制，如在客室進(jìn)排氣風(fēng)口安裝壓力保護(hù)閥，在排氣風(fēng)道中裝設(shè)帶節(jié)氣閥的排風(fēng)機(jī)，安裝壓力保護(hù)通風(fēng)機(jī)等，主要目的是既保證正常的通風(fēng)換氣又保證車內(nèi)壓力變化控制在限值之內(nèi)。
(5)廁所、洗臉室的水不采用直排式，而是通過密封裝置排到車外；對(duì)直通車下的管路和電纜孔采取密封措施。
4、車內(nèi)噪聲控制技術(shù)
為了降低車內(nèi)噪聲，一方面要削弱噪聲源發(fā)出噪聲的強(qiáng)度，另一方面要提高車體的隔聲性能。
(1)削弱噪聲源發(fā)出噪聲強(qiáng)度的措施在車輪上安裝消音器和開發(fā)彈性車輪，有效地降低輪軌噪聲；車體外形設(shè)計(jì)成流線形，車體表面平整、光滑都有利于減小空氣與車體的摩擦聲；采用橡膠風(fēng)擋，可減小撞擊聲；在空調(diào)系統(tǒng)上安裝消音器，降低牽引電機(jī)風(fēng)扇的噪聲、驅(qū)動(dòng)裝置等設(shè)備的振動(dòng)噪聲。
(2)提高車體隔聲性能的措施采用雙層墻結(jié)構(gòu)，增加隔聲量4~5dB(A)；在車體金屬(如地板)表面涂刷防振阻尼層，使鋼結(jié)構(gòu)的聲頻振動(dòng)轉(zhuǎn)化為熱能消散，減少聲波的輻射和聲波
振動(dòng)的傳遞，從而減少車內(nèi)噪聲；采用雙層車窗，減少?gòu)膫?cè)面?zhèn)魅胲噧?nèi)的噪聲；車內(nèi)選用吸聲效果好的高分子聚合材料；提高車體氣密性的措施，起隔聲作用。
