本发明涉及高速列车，具体而言，涉及一种列车车顶绝缘子及其优化设计方法。
背景技术：
1、随着我国经济实力的不断壮大，我国已建成了世界上运营里程最长、客运量最大的高速铁路网，速度更快、能耗更低的高速列车成为我国列车发展的主要趋势。研究表明，列车所受的空气阻力与列车车速的二次方成正比，因此，随着列车速度的提升，空气阻力的影响变得越来越显著。这种阻力不仅导致列车能耗的增加，还限制了列车速度的提升。现有技术主要依靠车体的流线型设计来减小阻力。例如，通过改进车头形状、降低车体高度以及优化车体的平滑度来降低列车的前部阻力。这些方法虽然在一定程度上降低了列车的空气阻力，但却未能有效解决列车在高速运行时由车顶设备，如绝缘子等带来的流场破坏问题。尤其是随着高速铁路的不断提速，车顶绝缘子对列车整体流场环境的破坏越来越严重，而传统技术在设计车顶绝缘子时，主要集中于材料选择和表面光滑度的改善，往往忽略了其形状对流体动力学的影响，这种方法效果有限，无法从根本上降低车顶绝缘子对空气流动的扰动和阻力贡献。
2、针对上述现有技术的缺点，现亟需一种列车车顶绝缘子及其优化设计方法。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种列车车顶绝缘子及其优化设计方法，以改善上述问题。为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
2、第一方面，本申请提供了一种列车车顶绝缘子，包括芯棒和至少两个伞裙结构，所有所述伞裙结构固定设置在所述芯棒上，所述伞裙结构呈圆盘状，所述伞裙结构包括大伞裙和小伞裙两种类型，所述大伞裙的直径大于所述小伞裙的直径，每种类型的伞裙数量至少为一个，所述大伞裙和所述小伞裙交替分布在所述芯棒上，所有所述伞裙结构沿所述芯棒的轴线方向排列，相邻所述伞裙结构相互平行，每个所述所有所述伞裙结构的平面与所述芯棒的轴线垂直，所述伞裙结构之间的间隔为固定值。
3、进一步地，所述芯棒包括至少一处波浪部，所述波浪部设置在相邻所述伞裙结构之间，所述波浪部外表面沿所述芯棒长度方向呈周期性波浪形。
4、进一步地，所述波浪部的直径变化遵循余弦函数定义，具体公式为：
5、;
6、其中，为波浪形芯棒的直径，为原始圆柱芯棒的直径，为构成波浪形芯棒的余弦函数的幅值，为余弦函数的波长，表示每段所述波浪部的长度方向位置。
7、进一步地，所述余弦函数的幅值范围为0mm~2mm。
8、进一步地，所述余弦函数的波长为5.6mm~28mm。
9、第二方面，本申请提供了一种列车车顶绝缘子的优化设计方法，包括：
10、获取原始列车车顶绝缘子的结构数据进行建模处理得到原始三维模型，所述结构数据包括原始圆柱形芯棒的尺寸参数；
11、基于预设的余弦函数对所述结构数据进行处理，通过将所述圆柱形芯棒改进为满足余弦函数定义的波浪形轮廓，并经过参数化处理得到关键参数范围，所述关键参数范围包括所述余弦函数的幅值和波长的参数范围；
12、根据所述关键参数进行采样处理，通过使用拉丁超立方采样方法从参数空间中提取样本点得到样本点数据集；
13、根据所述样本点数据集进行模型构建处理得到克里金代理模型；
14、根据所述克里金代理模型进行预测处理，通过空间插值方法预测未采样点的值得到预测值，所述预测值包括至少两组幅值和波长的参数值；
15、将所述预测值输入至预设的多种群遗传算法中，通过迭代优化处理，得到最终的优化参数值；
16、根据所述优化参数值和所述原始三维模型进行仿真处理，通过将所述优化参数值应用于三维模型中进行流体动力学仿真验证，得到仿真结果。
17、本发明的有益效果为：
18、本发明通过将芯棒改良成余弦函数构成的波浪形圆柱，通过算法寻优得到最佳结构参数，达到优化绝缘子流场性能，实现车顶绝缘子的减阻效果，同时利用代理模型构建车顶绝缘子结构参数与阻力之间的关系，简化计算周期，大幅提升分析效率。
19、本发明的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明实施例了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
1.一种列车车顶绝缘子，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的列车车顶绝缘子，其特征在于，所述芯棒(1)包括至少一处波浪部(11)，所述波浪部(11)设置在相邻所述伞裙结构(2)之间，所述波浪部(11)外表面沿所述芯棒(1)长度方向呈周期性波浪形。
3.根据权利要求2所述的列车车顶绝缘子，其特征在于，所述波浪部(11)的直径变化遵循余弦函数定义，具体公式为：
4.根据权利要求3所述的列车车顶绝缘子，其特征在于，所述余弦函数的幅值范围为0mm~2mm。
5.根据权利要求3所述的列车车顶绝缘子，其特征在于，所述余弦函数的波长为5.6mm~28mm。
6.一种列车车顶绝缘子的优化设计方法，其特征在于，包括：
7.根据权利要求6所述的列车车顶绝缘子的优化设计方法，其特征在于，根据所述关键参数范围进行采样处理，通过使用拉丁超立方采样方法从参数空间中提取样本点得到样本点数据集，包括：
8.根据权利要求6所述的列车车顶绝缘子的优化设计方法，其特征在于，根据所述样本点数据集进行模型构建处理得到克里金代理模型，包括：
9.根据权利要求6所述的列车车顶绝缘子的优化设计方法，其特征在于，根据所述克里金代理模型进行预测处理，通过空间插值方法预测未采样点的值得到预测值，所述预测值包括至少两组幅值和波长的参数值，包括：
10.根据权利要求6所述的列车车顶绝缘子的优化设计方法，其特征在于，将所述预测值输入至预设的多种群遗传算法中，通过迭代优化处理，得到最终的优化参数值，包括：
