高速列车风阻制动风翼板气动性能影响研究

当速度大于300 km/h的高速列车紧急制动时,风阻制动是一种行之有效的辅助制动措施.基于三维定常不可压的黏性流场N-S和k-ε双方程模型,采用计算流体动力学方法对带制动风翼板的高速列车气动性能做初步分析,分别从列车所受气动阻力、垂向力、横向力、流场气动干扰效应、气动噪声等方面对首排制动风翼板在不同纵向位置、不同迎风角度和不同组风翼板纵向布置的选择做了详细计算说明.初步研究表明:①当头车车顶安装单排制动风翼板的高速列车在行驶速度为350 km/h的过程中采取紧急制动时,列车所受的空气制动阻力比未安装风翼板时增大约45％,所受垂向升力增大约70％;②采用风阻制动时制动风翼板迎风面所受最大压力和平均压力随着速度增大从远环境压力值呈抛物线形式增加,所受最小压力从远环境压力值呈倒抛物线形式减小;③在首排风翼板安装位置距离头车司机室前端流线型尾端连接处2m范围内,列车空气阻力随着距离的增大而降低,所受垂向升力基本保持不变,风翼板前后形成的正负压区范围逐渐变小减弱;④首排制动风翼板迎风角在45°～90°内逐渐扩大时,列车所受空气阻力基本保持不变,垂向升力呈先增大后缓降的趋势,气动干扰效应和风翼板迎风面的高压区域逐步减弱;⑤在列车头车车顶最大等间距布置多组制动风翼板时,随着风翼板布置组数的增多,列车承受的空气阻力缓慢增加,垂向升力基本保持不变,制动风翼板间气动干扰效应逐渐增强,风翼板迎风面受压呈现出第1组的受压最大,后续各组压力峰值基本保持一致,略有波动.     

安装风阻制动装置的高速列车制动距离研究

随着高速列车运行速度的提高,采用包括风阻制动技术在内的组合制动方式以保证高速列车紧急制动时达到规定的制动距离成为热点研究方向。文章针对目前研发中的新型分布式风阻制动装置,采用计算流体力学(CFD)方法对安装风阻制动装置的列车进行了制动力计算,并将相关结果作为输入参数,评估不同布置工况下风阻制动装置对高速列车制动距离的影响。依据评估结果,确定了风阻制动装置的适用速度范围、使用特点及效果。     

高速列车首排风阻制动板气动特性研究

为了改善风阻制动板制动效果,基于高速列车空气动力学建立四节编组高速列车数值仿真模型。采用FLUENT软件,通过三维、定常、可压缩Navier-Stokes方程以及k-ε两方程湍流模型,开展对风阻制动板制动力的研究。结果表明:风阻制动板在高速列车紧急制动时可以提供较大制动力。首排风阻制动板提供的制动力最大。首排制动板位于头车流线型车身尾端制动效果最佳。随着首排制动板位置的推后,制动力先减小,紧接着保持不变,然后缓慢降低,最后趋于稳定;同时头车的阻力以及列车的总阻力会持续降低,最后趋于稳定。首排制动板的最佳位置是头车流线型车身尾端。     

空气动力制动前排风翼板制动力影响规律

为得到第1排风翼板对空气动力制动能力的影响规律,结合某高速列车车型,采用流体仿真软件FLUENT研究第1排风翼板高度和横向间距变化对后排风翼板的干扰规律。结果表明:第1排风翼板的高度变化对后排风翼板的流场影响较小,同时随着其高度的降低,后面2排风翼板产生的制动力变化不大,各排风翼板可提供的总制动力大幅降低;随着第1排风翼板横向间距逐渐增大,第2、3排风翼板提供的制动力不断增大,当第1排风翼板横向间距为400mm时,各排风翼板产生的总制动力值达到最大,空气动力制动能力有明显的提升。最后通过风洞试验验证了采用Realizable k-ε双方程模型模拟带风翼板高速列车外流场湍流的可靠性和计算精度。     

基于故障树分析的风阻制动装置可靠性分析及优化设计

风阻制动作为一种非黏着制动方式,可在高速条件下为列车提供较大的制动力。为提高风阻制动装置的可靠性,文章对自主设计的高速列车风阻制动装置,从定性和定量的角度进行了故障树分析,并根据分析得到的故障树最小割集和重要度,对风阻制动装置进行了改进设计。改进后的风阻制动装置单点故障减少,可靠性提高。文章所采用的分析方法能为风阻制动装置的开发提供持续优化改进的依据。     

翼板制动气动性能数值分析

在列车上布置若干翼板.采用K-ε湍流模型,通过求解三维黏性N-S方程,对不同行车速度下、翼板工作与否多种工况,进行流动结构分析和气动阻力计算.各翼板的阻力系数采用不同运行速度下阻力系数的平均值,对列车不同运行速度下翼板的制动减速度进行计算.随着列车运行速度的提高,翼板制动能力不断提高.列车运行速度为300、400 km/h时,翼板所提供的制动减速度分别为-0.139、-0.248 m/s2.翼板制动可以作为高速列车辅助制动的一种方式.     

基于CFD方法的高速列车风阻制动装置布置方案研究

通过CFD仿真分析研究了列车不同运行速度、不同风阻制动装置布置方案下制动板提供的制动力及流场特性,并得出制动板提供的制动力与列车运行速度、制动板数量之间的关系。     

400km/h高速列车风阻制动装置应用研究

制动系统是高速列车关键技术之一。随着列车运行时速的提高,采用组合制动方式来保证高速列车紧急制动时达到规定的制动距离成为常见的做法。近年来,传统机械制动方式日趋成熟,因此,不依赖轮轨间黏着的非黏着制动方式越来越受到相关设计人员的重视。介绍了一种基于某型速度400km/h动车组列车开发的高速列车"蝶形"风阻制动装置,该型风阻制动装置采用小型风阻板进行空气动力制动,质量较轻,结构较简单。通过在车顶合理布置,可将风阻制动力分散于整车,提升紧急制动时的运行稳定性。阐述了其基本原理、开闭机构、响应时间等性能和技术指标,并采用计算流体力学(CFD)方法对其进行了不同工况下制动力的计算评估。     

空气动力制动研究初探

分析了速度350 km/h及以上高速列车制动系统的特点;对装有风阻制动板的列车进行了数值仿真计算,得到了所设计的风阻制动板产生的制动力值,验证了风阻制动板产生制动力的效果以及前后制动板相互干扰的影响;对空气动力制动产生的附加问题进行了分析,指出了空气动力制动需要进一步研究与探讨的相关内容.     

高速动力车基础制动装置设计及计算

基础制动装置是高速动力车不可缺少的重要组成部分之一，它直接影响列车的行车安全。本文介绍了我国首台高速动力车基础制动装置的设计及制动距离的理论计算。计算表明基础制动装置的设计满足制动距离的设计任务要求。     

空气动力制动风翼在车上布置数值仿真研究

采用流体仿真分析软件FLUENT研究制动风翼尾迹的影响范围及制动风翼纵向间距对制动效果的影响,同时分析制动风翼不同横向间距对制动阻力影响的规律.结果表明:2幅制动风翼的纵向间距越大.列车前部制动风翼对后部制动风翼的尾迹影响越小,当2幅制动风翼的纵向间距超过2节车厢长度时,这种影响完全消失;在制动风翼面积相同的条件下,增大每幅2片制动风翼的横向间距,能够提高风翼的单位面积制动阻力;由制动风翼产生的制动瞬时减速度随制动初速度的增加而增加,在紧急制动初速度为500km>h-1时由制动风翼产生的制动合阻力约为160kN.此时的制动瞬时减速度约为0.33m.s-1,可知,列车高速运行时由空气动力制动产生的制动阻力对高速列车制动贡献很大,空气动力制动在高速时具有优良制动性能.     

基于最优拉丁超立方设计的高速列车流线型头型减阻优化研究

为研究流线型头型对高速列车气动阻力性能的影响特性,利用B-Spline曲面建立高速列车流线型头型三维参数化模型,并提取5个头型设计变量。在此基础上,结合最优拉丁超立方设计和计算流体力学方法,研究高速列车流线型头型控制型线对高速列车气动阻力的影响特性,确定出关键控制型线。计算结果表明:随着流线型头型控制型线的变化,高速列车气动阻力发生明显改变,变化范围为3 183～3 509 N,相对变化量约为10.2%。最优设计点头型下的气动阻力较原始头型降低3.5%。对高速列车气动阻力影响最为显著的控制型线为纵向对称线,其次是车底最大轮廓线和水平最大轮廓线,而鼻尖高度控制线和中部辅助控制线对高速列车气动阻力的影响相对较小。     

涡流制动技术在高速列车上的应用

根据高速列车制动要求,介绍涡流制动的实用性,并对涡流制动技术应用进行了分析,指出设计过程中须考虑的有关方面,阐述了高速列车涡流制动装置方案设计所包含的内容。在国内研究高速涡流制动技术的基础上,提出盘形涡流制动器结构设计方案。     

我国车辆制动技术的发展（一）

全面介绍了车辆制动技术的试验研究资料。内容主要包括车辆制动发展情况，制动装置分类及用途，制动粘着系数，闸瓦摩擦系数，基础制动装置传动效率，更车制动性能以及高速旅客列车和重载的列车等的制动问题。     

欧洲高速货动制动系统设计的新构想

本文以德国和法国高速货运列车制动系统的研制为例，阐述了欧洲高速货运车辆的运用环境及所需制动装置的特点，同时提出了高速货车制动系统设计的新构想。     

北美双层电客车基础制动装置配置及特性

目的：列车基础制动装置的选型及性能将直接影响列车的行驶安全，为解决此问题，特介绍了北美双层电客车基础制动装置的配置及特性。方法：对北美双层电客车的基础制动装置形式、踏面制动单元的特性、盘形制动单元特性和基础制动热容量进行了分析。结果及结论：应力分析表明，在盘型制动的制动盘温度急剧变化的过程中，其应力变化梯度较小，制动盘材质性能稳定。热容量分析结果显示，车轮踏面及制动盘在连续2次紧急制动工况下能完全满足设计许可温度。因此，该基础制动装置的性能完全满足列车使用要求。     

高速列车制动方式的比较研究

对高速列车制动系统的几种典型制动方式的机理及性能进行比较研究，介绍国外高速列车制动系统的技术现状，对我国高速列车制动系统的发展有一定的借鉴作用。     

高速列车制动系统减速度设计的综合分析与研究

无论是直通式还是间接式,世界各国高速列车制动系统多采用电空制动来实现。在分析研究国内外高速列车减速度设计的基础上,结合我国高速列车运营模式及电空复合的实际情况,以充分利用黏着、尽量减少制动距离为目标,设计了CRH380B高速列车制动系统紧急制动减速度曲线。根据该曲线,通过系统仿真的方法,确定了制动缸压力。     

新干线列车提速的基础技术

日本铁道综合技术研究所以新干线列车提速至400 km/h为目标,近5年来一直致力于提高制动系统和集电系统性能的研究.在制动系统方面,进行了提高盘形制动耐热性及制动力的研究,开发出风阻制动装置和线性电机式轨道制动装置.在集电系统方面,以降低受电弓噪声、提高受电弓跟随性为目标进行了多段式弓头的开发,并对适应列车提速的接触导...     

高速列车制动模式探讨

高速列车的功能比普通列车的大几倍，而高速下轮机间的粘着系数及闸瓦与动轮之间的摩擦系数都降低了一个数量级，故高速列车必须采用新的制动体系，电阻制动技术成熟，而再生制动能回收大部分动能，且制动特性较好，在直流牵引电动机和交流同步，异步电动机驱动中得到广泛应用。盘形制动在高速车辆上是必不可少的。在非粘着的电气制动中，磁轨制动的磨耗大，适用于紧急制动，而轨道涡流制动在８０～３００ｋｍ／ｈ速度内，制动特性平