城际动车组气动设计方法的研究

针对城际动车组运行速度及运营环境,从舒适性和经济性2个方面提出城际动车组气动设计面临的主要挑战。根据高速列车气动设计经验,从头型外形气动优化设计和车体表面平顺化2个方面开展气动设计,形成4个速度等级的城际动车组头型,并基于数值模拟、风洞试验及线路试验进行设计验证。研究表明,仿真结果与试验结果误差较小,满足工程计算精度要求。风洞试验表明3辆编组的城际动车组气动阻力较原始设计方案减小了约13.2%,远场气动噪声满足设计要求。线路试验表明,城际动车组的气动阻力达到CRH2水平,隧道通过及交会压力波幅值均小于±4 k Pa,各项气动设计指标均达到预期要求。     

高速动车组半主动横向减振系统研制

为提升高速动车组在既有客运专线和高速线路之间跨线运行时的车辆运行稳定性和乘客乘坐舒适性，文章基于H∞控制设计研制了一种半主动横向减振系统，该系统主要由控制器、减振器、车体加速度传感器、活塞位移传感器组成。为了验证半主动横向减振系统的性能，将其搭载于某高速动车组进行整车滚振试验，通过施加武广线路谱和胶济线路谱激励，测试车辆在不同速度级下的车体横向振动控制效果。试验结果表明，半主动横向减振系统可以有效衰减车体的横向振动，尤其是0.5～3 Hz的低频振动，幅值可衰减50%以上。     

不同运行方式对高速地铁气动效应的影响

为了研究时速140km/h高速地铁列车以不同运行方式在隧道中运行时的气动效应,采用三维、可压、非定常N-S方程的数值计算方法,对地铁列车由明线驶入隧道及站间运行时产生的气动效应进行数值模拟,分析不同运行方式对高速地铁隧道气动效应的影响。研究结果表明:列车站间运行时,车体表面测点压力峰峰值沿车长方向基本不变;而列车由明线驶入隧道时,车体表面测点压力峰峰值从头车向尾车逐渐降低。2种运行方式下的隧道壁面测点压力峰峰值均在中间风井处达到最小值。并且列车由明线驶入隧道时的最大车体表面和隧道壁面压力峰峰值分别为列车站间运行时的1.37倍与1.49倍。不同列车密封指数下,列车由明线驶入隧道时的车内压力变化均大于列车站间运行时的车内压力变化。因此,地铁列车由明线驶入隧道时的空气动力学效应比站间运行时更加不利。     

高速动车组噪声源分析

为提高高速动车组的乘坐舒适性和优化隔音降噪设计,对高速动车组噪声源进行研究分析,介绍了高速动车组典型位置客室内噪声水平,分析了不同速度级下噪声的主要来源,指出高速动车组运行时的主要声源来自于轮轨噪声和气动噪声,当以速度200 km/h运行时客室内部主要噪声源来自于轮轨噪声,而随着速度级的提高,气动噪声的作用逐渐突显,当以速度300 km/h运行时气动噪声逐渐成为主导。     

不同速度条件下高速铁路动车组振动响应和平稳性分析北大核心

动车组车体振动加速度是表征车辆运行状态的重要参数,也是评价车辆平稳性的关键指标。本文基于实车试验和仿真计算数据,研究不同速度条件下动车组车体振动加速度分布及时频域响应特征,得出了车体振动加速度和出现频次之间的函数关系,获取了轮对周长、轨道板长度、简支梁跨度等车体及线下基础设施周期性不平顺激励引起的车体振动响应与动车组运行速度的相关性特征。通过平稳性分析,得出了动车组平稳性和舒适度指标随动车组运行速度提升的变化规律。研究成果可为线路全程舒适性评估和线路方案优化提供支撑。     

斜井处防护门开启及封闭对列车风的影响

基于隧道气动效应等指标进行检测,进一步验证斜井处气动力和列车风对于列车运行平稳性的影响,在西成客专阜川隧道,采用测试动车组和相关检测设备在规定测试速度下对隧道气动效应等指标进行检测,并详细记录试验数据,对试验工程作现场原型观测,详细记录检测数据;进而分析各项数据,修正、完善气动效应,对检测结果进行对比、校正。该试验资料为动车组晃车原因分析提供技术支持。     

EMU6动车组气动声学性能分析

采用三维、不可压缩和Lilly LES+FW-H方法,对1:8缩比3车编组EMU6动车组以200,250,300和350 km/h的车速运行时进行气动噪声特性数值模拟,得到列车不同速度级运行时的压力、速度与涡量分布,表面脉动压力、辐射声场等气动与声学性能。研究结果表明:偶极子声源强度主要分布在转向架及其周围的车体表面位置;A计权声压频谱在略小于1 000 Hz频率处测点声压级达到峰值;气动噪声分布频带很宽,噪声能量在1 000 Hz左右较为集中,往高频和低频部分则逐渐衰减;头车流线型附近声压级较大,在尾车以后越远离车体,声压级越小。其研究结果可为高速动车组的气动声学特性优化研究提供参考依据。     

基于算法优化的中国高速动车组车外噪声源识别研究

为提高我国高速动车组车外噪声源识别分辨率,获得更准确的噪声源分布特征,对传统的噪声源识别波束形成算法进行多普勒效应消除算法和基于快速傅里叶变换的非负最小二乘迭代反卷积算法(FFTNNLS)的优化,并基于优化后的算法测试我国某新型动车组以不同速度通过桥梁线路区段时的车外噪声源分布。结果表明:算法优化后动车组车外噪声源识别分辨率大幅提高;动车组高速运行时,声能量主要集中于受电弓、转向架和头车排障器等区域;动车组运行速度由200km·h-1提高至350km·h-1,车辆下部区域声功率占比由91.3%降至78.9%,车体区域由6.5%升至11.5%,受电弓区域由2.2%升至9.6%。算法优化后得到的动车组车外噪声源的定位更加准确、频谱特征更加明显。     

大风环境下动车组行车车载控制参数研究

由于车体轻量化设计和运行速度的提高,与普速列车相比气动载荷对动车组的扰动效应更强,动车组在大风环境下的运行稳定性问题凸显。分析大风环境下动车组运行稳定性,结合实车试验和仿真计算,研究车体振动参数与运行稳定性指标的关联性,提出以车体横向加速度导数和侧滚角速度作为大风环境下动车组车载关键控制参数,二者在很大程度上能够反映大风环境下动车组爬轨安全性和倾覆安全性。考虑到一定的安全裕量,动车组车体横向加速度导数和侧滚角速度的限值分别确定为8 m/s3和5°/s。     

高速列车通过隧道气动效应仿真分析

为深入研究分析高速列车通过隧道时的空气动力学效应特点,以CRH2型高速列车为研究对象,运用流体仿真软件Fluent建立高速列车通过隧道时的列车-隧道空气动力学仿真模型,模拟高速列车通过隧道时的气动效应,得到高速列车通过隧道时不同工况和时刻的车体流场附近的压力云图和车体壁面空气压力散点连续图。仿真结果符合列车通过隧道时的实际情况,验证了仿真模型的正确性。     

新一代高速动车组车体结构创新设计

为满足因速度提升带来的车体评价标准改变,新一代高速动车组车体在CRH2A型动车组成熟结构基础上进行结构优化设计。仿真和试验结果表明,新一代高速动车组车体结构在轻量化、强度、振动模态、空气动力学和动应力测试等方面具有优异的性能,结构安全可靠。     

速度350 km/h高速列车车体时间常数气密阈值特性初探

高速列车通过隧道时产生较大压力波动,瞬态压力变化的同时由车外向车内传递,车内外压力波动对车体形成剧烈的气动载荷,将影响车体使用寿命。同时,不同时间间隔内车内压力变化率同司乘人员的乘坐舒适度密切相关,探讨不同时间间隔标准下高速列车通过不同长度隧道时车辆自身的动态时间常数值具有重要意义。基于国内单双线隧道基础参数和CR400BF型动车组相关技术参数,应用一维可压缩不等熵流动模型的广义黎曼变量特征线方法计算列车通过隧道过程中车内外压力波动随时间历程特性,归纳车内外最大正压值、最大负压值、车外压力峰峰值和车内外同时刻压差最大值的变化规律。按照中国、德国、ERRI、UIC不同标准舒适度标准要求计算列车所需达到的时间常数气密阈值,比较4种标准下时间常数气密阈值随隧道长度增加的变化规律。     

和谐号CRH380动车组列车车内压力测试与分析

开发了一种车载无线压力测试系统,对和谐号CRH380动车组的车内空气压力进行长期跟踪,系统地分析了该动车组在明线、隧道、会车等不同运营线路状态下的空气压力变化情况.结果 表明,动车组列车通过明线时,车内各测点压力波动特征值变化趋势基本一致,且车内压力波动与运营里程、镟修周期关系不大;动车组列车以相同运行速度通过不同长度...     

高速列车隧道内等速交会对车辆动力学性能的影响

基于风压载荷空气动力学控制方程,利用计算流体力学软件FLUENT,分析高速列车在不同线间距隧道内,以不同速度级等速交会时的车体表面风压和受到的气动力;将隧道内交会时受到的气动力以时程荷载的形式施加到车辆动力学模型中,分析其对各项车辆动力学性能的影响规律,并进行安全性和平稳性指标分析。结果表明:列车在隧道内等速交会时,头车所受的气动阻力、升力、横向力最大;高速列车表面所受的风压极值与速度的2.2~2.3次方成正比,所受的气动阻力、升力、横向力与速度的1.8~2.4次方成正比;隧道内高速交会对车辆安全性指标影响不大,仅在交会瞬间产生较大的车体横向振动,当运行速度达到400km·h^-1时各项安全性、舒适性指标均满足限值要求。     

地铁中间风井前变速运行对乘客舒适性影响

地铁高速通过隧道中间风井,列车车体内外都会产生较强的压力波动,严重时会影响司乘人员舒适性.采用数值计算方法对地铁列车变速通过中间风井的气动效应进行数值模拟,研究不同参数对车体表面压力分布规律,并以车内压力变化率和3 s内压力变化评价标准评估车内乘客舒适性.研究结果表明:距离中间风井100 m处变速车体表面测点压力峰峰值...     

超高速动车组新头型方案设计与验证

为降低超高速动车组的气动阻力,综合国内外高速动车组头型设计要素,设计了速度500 km/h超高速动车组头型。基于美工效果、人机工程、限界、曲线通过、气动力、气动噪声等多项指标,完成了超高速动车组头型气动性能综合评估、头型优选和试验验证。研究数据可为更高速度级动车组设计和气动性能数据库的扩展提供技术储备。     

线间距和阻塞比对动车组空气动力学性能影响的分析

以现场试验为主,并辅以仿真计算,针对明线交会、隧道通过、隧道交会等典型工况,研究线间距和隧道截面积对动车组空气动力学及动力学性能的影响。研究表明:明线交会时,线间距从4.4m变化到5.0m对会车压力波有一定影响,但均交会压力波远小于车体容许气动载荷;隧道通过和隧道交会时,线间距对会车压力波影响较小,影响隧道空气动力学性能的主要因素为隧道截面积或阻塞比。线间距改变对动车组动力学性能影响主要体现在车体横向加速度,轮轨力和脱轨系数等指标未见显著变化。     

90 km/h以上速度级地铁车辆隧道空气动力学探讨

参考国内外动车组和高速铁路的一些相关规定,探讨了90 km/h以上速度级地铁车辆通过隧道时的气动评价标准和评价指标,阐述了车内压力波波动产生的原理,并给出了增加车辆气密性、增加隧道断面、限速运行和改善线路等可以提高乘坐舒适度的建议。     

高速列车速度与技术

列车速度提升对应着一系列关键技术问题。结合中国高速铁路的大量理论研究与工程实践,针对速度提升后系统强耦合作用与高速轮轨关系、耦合振动与车体模态设计、高速列车头型气动设计、高速列车地面效应等技术问题进行阐述,应用系统动力学的研究思路与方法,提出相关解决方案,并对高速列车持续运行的系统可靠性问题进行探讨。     

高速列车通过隧道时气动阻力特性的CFD仿真分析

基于可压缩流体的纳维—斯托克斯方程和RNG k-ε模型,以由头车、中间车和尾车3辆车编组的某高速列车1∶8风洞试验模型为研究对象,采用计算流体动力学软件(CFD),建立包括车体和走行部的三维非结构化列车表面离散网格模型和列车与隧道、列车与明线空间的组合计算网格模型,研究高速列车通过隧道时气动阻力的时变特性和规律.结果表明:高速列车在车尾刚进入隧道人口时其气动阻力达到最大值,为同样工况下明线运行时的2.5倍;高速列车完全进入隧道后,其气动阻力在一段时间内处于相对平稳期,为明线运行时的1.8倍;之后在隧道压力波的作用下,高速列车的气动阻力会发生准周期变化,变化幅度接近明线运行时的60％;在隧道长度大于高速列车长度的前提下,高速列车通过不同长度隧道时,其进入隧道时的气动阻力最大值均比较接近,而且在隧道内运行时的气动阻力变化特征和幅值也基本相同.