高速列车气动效应研究

IMECH-IR > 流固耦合系统力学重点实验室

	高速列车气动效应研究
	杨国伟, 赵桂林, 郭迪龙, 蒋崇文, 梅元贵
	2013-11-18
摘要	基于由3节车组成的CRH3和CRH-380型高速列车模型，在不同速度条件下，研究车轮旋转对高速列车及各部分气动阻力和升力的影响，以及车厢间风挡形式对各车厢和车厢连接处气动性能的影响。结果表明，车轮旋转的诱导效应对高速列车模型的全车及各部分气动阻力影响较小，对尾车、各转向架气动升力的影响较大。车厢间风挡形式对车厢的压差阻力和粘性阻力影响不大。相比于侧风挡，上下风挡对升力影响更大。建立了适用于高速列车的二维模型的雨载荷计算方法。在降雨和无雨条件下，模型所受横向力、升力和翻滚力矩均随横风风速的增大而增大。相比于无雨条件，降雨时模型所受的总横向力和翻滚力矩明显增大，且随降雨强度的增大相应增大。升力在降雨和无雨时变化不大，且随降雨强度的增大总升力略有下降。采用非定常数值模拟方法系统研究了复杂外形高速列车的底部流动特性，并针对列车转向架中的旋转结构对于底部流动特性的影响进行了对比分析。列车底部结构的气动阻力是整车气动阻力的重要组成，列车底部结构的气动载荷对于整车的气动载荷具有重要影响。轮对的旋转效应会对列车气动载荷的非定常特性产生很大的影响。基于替代模拟技术和多目标遗传算法进行了高速列车头型多目标有约束气动外形优化设计的研究，首先采用增量叠加参数化方法对高速列车头型进行参数化设计，然后以列车气动阻力和尾车气动升力为优化目标，得到了Pareto最优解集。基于压力波的形成机理和初始压缩波的经验公式，建立了压力波的“波叠加”的解析分析方法。研究表明一维流动模型和波叠加法能够快速得出多参数下的压力波的平均特性和最不利隧道长度等。三维流动模型能够得到细致的压力波形成机理和列车外部压力的三维特征。波叠加法可作为校验数值方法的一种理论方法和快速进行大量不同列车与隧道参数的比较性研究工具。
关键词	高速列车, 气动效应, 车轮旋转, 暴风雨, 优化设计, 隧道效应
语种	中文
文献类型	科技报告
条目标识符	http://dspace.imech.ac.cn/handle/311007/90562
专题	流固耦合系统力学重点实验室高温气体动力学国家重点实验室
作者单位	中国科学院力学研究所, 中国科学院力学研究所, 中国科学院力学研究所, 北京航空航天大学, 兰州交通大学
推荐引用方式 GB/T 7714	杨国伟, 赵桂林, 郭迪龙, 蒋崇文, 梅元贵. 高速列车气动效应研究,2013.