横风下车体运动对高速列车气动性能的影响

为揭示横风下车体运动对高速列车气动性能的影响规律,通过数值模拟对典型车体运动形态下的横风气动性能开展研究。首先基于实车试验确定了横风下的车体典型运动形态并定义研究工况,然后通过改进的延迟分离涡模拟(IDDES)方法详细分析不同工况下的车体与转向架的气动载荷,以及列车周围的流场结构与表面压力变化情况。研究结果表明：横风下高速列车车体运动主要表现为侧滚与横移,车体的侧滚运动对列车升力的影响最明显,头、中、尾车升力均随着车体从迎风侧向背风侧运动而增大,并且车体向背风侧运动时,头车升力增大的幅度大于车体向迎风侧运动相同角度时减小的幅度;当车体运动时,第1转向架横向力、升力与倾覆力矩均增大;车体运动对列车头部、背风侧以及尾部的流动均有较明显的影响,车体向背风侧运动时,头车鼻尖区域流速降低,尾车鼻尖位置的高速流区扩大,并且由头部位置分离在背风侧形成的旋涡结构与车体的夹角呈增大趋势,旋涡流速减小;车体向迎风侧运动时,头车鼻尖区域流速增大,尾车鼻尖位置的高速流区缩小,并且从头部位置分离在背风侧形成的旋涡结构与车体的夹角呈减小趋势,而旋涡流速增大。     

高速列车车体强度计算方法对比分析

分析国内外高速列车车体强度规范中的计算方法,以国内某型高速列车车体强度计算为例,分别采用日本、欧洲以及我国的高速列车车体强度设计规范中的计算方法,对车体强度进行计算和对比分析,并提出了一套关于车体强度评定的工程方法,为车体结构设计和强度分析提供了可靠的理论依据。结果表明:3种规范下计算得到的车体满足强度要求;欧洲设计规范考虑的载荷较为全面,我国的车体强度计算方法计算出的安全系数较大,更为保守。     

高速列车车体传热系数数值计算分析

车体隔热性能是高速列车车体重要性能之一。利用CFD(计算流体动力学)数值模拟方法,分别采用二维截面法和三维部件法对某高速列车车体围护结构传热进行模拟,得到二维典型截面和三维典型部件的传热系数,经加权平均获得整车的车体传热系数。两种计算方法得到的车体传热系数相对误差仅为2.5%,在目前无法实现整车车体k值模拟计算的情况下,二维截面法和三维部件法都可以满足工程计算要求。与二维截面法相比,三维部件法建模速度快,更贴近实际车型,能更好地反映车体围护结构的薄弱环节。     

高速列车空气动力学数值计算

简述了高速列车空气动力学计算机数值计算方法及软件，对目前高速列车气动性能进行计算，优化车体外形及部件结构位置的合理性。     

高速列车车体传热系数模拟计算

以往的铁道客车车体传热系数的计算都只是对车体结构的导热热阻进行分析和计算,在涉及对流换热和辐射换热时只能采用经验数据.文章采用CFD方法模拟高速列车车体传热系数的试验工况,以再现高速列车车体传热系数试验时的导热、对流换热和辐射换热过程,因而模拟计算结果比较准确.     

高速列车司机室内流场数值分析

以高速列车司机室及空调系统为研究对象,采用FLUENT流体计算软件对司机室进行三维湍流流场数值计算,计算中将人体视为热源体,考虑车体传热作用。计算得到司机室温度场和速度场的详细信息,分析环境温度、人体热源对车内环境的影响,以及车内温度场、速度场的均匀性。     

高速列车摆式车体的发展趋势

介绍了摆式车体列车的使用价值，发展过程及各国摆式车体列车的发展动向。叙述了自然摆和强制摆摆式车体的特点，并对比了日本与西欧摆式车体列车的异同。指出应根据线路条件，特别是缓和曲线的长度，外轨超高和Ｓ曲线的状况及实际线路的变形来选择摆式车体列车的类型。     

列车编成辆数对高速列车横风气动特性影响的数值分析

对3～8辆编组列车以350km· h-1速度运行时,不同速度横风作用下的气动特性进行仿真研究,并建立列车的阻力系数与列车编组辆数之间的无量纲关系.研究结果表明:对3辆车编组列车的气动特性分析不能取代对其他编成辆数列车的几动特性分析;不同编成辆数列车阻力系数随着横风风速的增加而增大,3辆车编组列车的阻力系数不超过8辆车编组的列车的一半;列车的侧向力系数和倾覆力矩系数随着列车编成辆数的增加而减小;列车编成辆数对头车的阻力系数、升力系数、侧向力系数和倾覆力矩系数影响较小,但是对尾车的影响较大;头车的侧向力系数和倾覆力矩系数明显高于尾车和中间车,尾车的倾覆力矩系数最大值不超过0.4,而头车的最大可达0.7;由于头车的气动安全性比其他位置车辆的低,用头车的气动安全性评估整个列车的气动安全性会偏于保守,但合理、可行.     

横风下高速列车通过挡风墙动力学性能

基于列车空气动力学和列车系统动力学数值模拟横风下高速列车通过挡风墙的动力学性能。以运行速度为350km/h的高速列车通过一类挡风墙为例,分析高速列车通过挡风墙的气动力和动力学响应。当高速列车进入和离开挡风墙时,列车的安全性和舒适性指标明显变差。当横风速度为9.56m/s时,车体横向振动加速度最大值达到2.5m/s2;当横风速度为15.0m/s时,列车的脱轨系数超过0.7且轮重减载率超过0.8。在此基础上提出一类具有缓冲装置的挡风墙,使高速列车通过挡风墙时的安全性和舒适性明显改善。     

横风下高速列车非定常空气动力特性研究

通过大涡模拟(LES)数值计算方法,对均匀定常横风下高速列车的非定常空气动力特性进行了研究。计算得到横风下列车车体所受空气动力的时域及频域特性、列车周围非定常流动结构及相应非定常流场特性。对计算结果分析表明,即使在均匀定常横风下,列车所受空气动力也存在明显的非定常性。对于所研究车型,这种非定常空气动力的特征频率出现在11 Hz以下,并且主要峰值集中在0~3 Hz区间,这与列车系统本身的固有振动模态频率接近,存在横风引起列车系统共振,进而发生列车倾覆的可能;同时研究表明,横风下列车周围流场非定常特性与列车所受非定常空气动力特性在频域中存在对应关系,可以通过测量非定常流场确定列车非定常空气动力特性。     

路堤上运行的高速列车在侧风下的流场结构及气动性能

强侧风产生的气动力时高速列车的运行安全性有显著的影响。基于三维、定常、不可压N-S方程以及k-ε双方程湍流模型,采用有限体积法,对侧风作用下路堤上运行的高速列车进行数值模拟计算,所模拟的列车时速达350 km。通过分析侧风条件下列车周围的流场结构,得到了风速、车速与气动力之间的变化关系。研究结果表明,尽管所计算的列车外表几何形状简单,但其流场仍然非常复杂,列车背风侧将产生数个漩涡,漩涡的位置随车速、风速发生变化。车辆气动力随风速、车速的增加而逐渐增大。头车所受倾覆力矩最大,且其增长率也最大。     

横风环境中复线路堤上高速列车的气动性能

建立了横风环境中高速列车运行于复线路堤上的三维空气动力学模型,开展了路堤高度和列车在复线路堤上的位置对高速列车气动性能影响的数值计算与对比分析。结果表明,路堤上列车周围的气流流速大于平地上的气流流速,导致路堤上列车气动性能较平地上恶劣;路堤高度和横风速度对高速列车在下风线上和上风线上气动性能的差异有重要影响;列车在下风线上运行比在上风线上运行更容易发生倾覆。     

高架桥高度对高速列车气动特性的影响

文章采用计算流体力学方法,针对高架桥高度变化对列车气动特性的影响进行了研究。结果表明,随着高架桥高度的增加,头车的倾覆力矩系数略微增大,而中间车的倾覆力矩系数逐渐减小,尾车的倾覆力矩系数基本不变。高架桥高度达到15m后,列车的气动六分力基本不随高架桥高度的增加而变化。     

强侧向风作用下的高速列车动力学性能研究

针对强侧向风下高速旅客列车运行安全性问题,利用SIMPACK软件建立了3车三维动力学仿真模型,根据已有的高速列车在侧向风下的空气动力学模拟计算得到的风载荷数据,分析了侧向风对列车在直道和曲线上动力学性能的影响。结果表明,列车的轮轨参数考察指标如轮轨横向力、脱轨系数及减载率等均显著增大,最大值均发生在头车。最后得出几种典型风速下直道和曲线上列车最高允许车速的参考值。     

韩国高速列车研究项目

韩国Hanvit 400高速列车研发项目已于2007年启动,计划在未来6年内完成,运营速度达400km／h。同时Hanvit 200摆式列车项目目前亦在进行,以期提高既有线城际间的运行速度。     

韩国高速铁路列车

介绍了在韩国高速线上运行的KTX列车,以及将要运行的HSR-350X样机。     

利用车体间横向减振器改善高速列车的舒适性

为了抑制高速列车在隧道内因气压波动引起的车体横向振动,建立了安装车体间横向减振器的单车等效模型,结合实际编组列车模型,探讨了车体间横向减振器对抑制车体振动的效果。     

韩国开发高速列车

概述了韩国高速列车技术的发展,并介绍了韩国开发的Hanvit 350列车及在其基础上开发的KTXⅡ列车。     

高速列车的工业设计

阐述了新一代长编组高速列车工业设计的总体方案、美工造型与色彩效果、人体工学舒适性结构设计与材料应用等主要内容,简要介绍了长编组高速列车工业设计的实施方案以及其中部分个性化设计和创新点。