高速列车空气阻力测量分析方法

为从高速列车阻力中分离出空气阻力和其他阻力,基于空气阻力与列车质量基本无关、其他阻力与列车质量成正比的假设,以及列车满载和空载状态下的惰行工况阻力测量数据,建立列车空气阻力、其他阻力、质量和速度的关联方程组,并对空气阻力项施加过零点且单调递增的约束,从而得到高速列车的空气阻力及其他阻力的计算公式;然后采用速度—加速度拟合和基于时间—速度曲线的列车阻力优化2种方法对CRH3型高速动车组的空气阻力进行分析。研究结果表明:利用空气阻力与列车质量基本无关、其他阻力与列车质量成正比的工程假设,可实现高速列车空气阻力与其他阻力的解耦及耦合分析;CRH3型动车组的空气阻力和其他阻力算式中均包含了与列车速度有关的二次项和一次项,但在空气阻力算式中与列车速度有关的一次项数值很小,可以忽略不计;对高速列车而言,采用列车总阻力的形式较采用列车单位基本阻力的形式更能准确地表达列车阻力的特性。     

列车空调室外综合温度场的确定与探讨

通过分析空气温度、太阳辐射、长波辐射、列车行驶速度等影响列车壁面综合温度的主要因素,建立铁路沿线通用综合温度场计算模型,给出了基于时变和域变的室外综合温度场。当列车静止时,列车外壁仅存在自然对流换热,因此受辐射影响剧烈,午间温度最高时可超过80℃;列车速度提高可以增强车壁的对流换热系数,进而减小辐射的影响,降低壁面综合温度。当列车以100 km.h-1运行时,车壁最高温度为45℃左右。因此,提高列车运行速度对列车节能是有利的。模型反映了列车运行时各壁面综合温度随列车时空变化而变化的规律,可方便地应用于列车空调的动态负荷计算、设计及运行控制。     

高速动车组降阻与减重应用研发

从减小列车运行阻力的目的出发,研究高速动车组气动设计以及轻量化设计的关键技术,通过对影响列车运行阻力的主要因素进行系统分析及优化,提出了高速动车组降噪减重的控制策略及具体措施。线路试验表明,相关措施有效降低了高速动车组的运行阻力,实现了速度提升、节能环保的目标,同时也提升了列车的动力学性能及综合舒适度。     

高速铁路环境振动特性研究

在对我国高速铁路环境振动实测的基础上,分析了我国高速铁路环境振动特性。实测分析结果表明：对于350km／h客运专线,高速动车组运行时铁路环境振动主频出现在40Hz左右;对于250km／h客运专线,高速动车组运行时铁路环境振动主频出现在25Hz左右;货物列车运行所产生的铁路环境振动,其主频大多出现在12．5Hz左右。地面环境振动传播规律为近场范围内距线路距离加倍,环境振动衰减2～3dB。列车引起的地面振动随车速的提高而增大,与日本新干线的桥梁及其周围地面的振动进行的测试结果基本一致。     

70年来我国铁路机车车辆制动技术的发展历程

回顾分析了新中国成立以来我国铁路机车车辆制动技术的发展变化,重点介绍了货运列车、提速旅客客车、重载货运列车、高速列车、复兴号动车组制动技术的自主研发情况及关键技术、性能参数,分析了制动技术在我国铁路发展过程中所起到的重要作用。最后介绍了我国铁路参与国际铁路机车车辆标准制订情况及对铁路走出去的影响。     

70年来我国铁路机车车辆制动技术的发展历程（续）

回顾分析了新中国创立以来我国铁路机车车辆制动技术的发展变化,重点介绍了货运列车、提速旅客客车、重载货运列车、高速列车、复兴号动车组制动技术的自主研发情况及关键技术、性能参数,分析了制动技术在我国铁路发展过程中所起到的重要作用。最后介绍了我国铁路参与国际铁路机车车辆标准制订情况及对铁路走出去的影响。     

CRH380BL高速动车组气动外形优化设计

降低列车运行阻力是实现高速列车速度能力提升、节能环保的有效手段。通过仿真分析和风洞试验等手段,研究了CRH3动车组气动外形与空气阻力的关系,并对车辆间连接结构、转向架区域、车顶设备导流区域等部位进行了优化,提出了CRH380BL动车组的最佳气动外形方案。     

基于一维流动模型的高速列车隧道交会空气阻力数值模拟研究

应用一维可压缩非定常不等熵流动模型和广义黎曼变量特征线法,考虑列车交会诱发的空气压力和流速变化,提出高速列车隧道交会空气阻力的计算方法。研究中国标准动车组CR400AF隧道交会列车空气阻力变化规律,分析列车交会位置、隧道长度、阻塞比、列车运行速度和列车长度对列车空气阻力的影响。结果表明:在研究隧道内列车空气阻力和列车周围气流流动时必须考虑压缩波和膨胀波的传播方向,交会位置对平均列车空气阻力的影响较小;在隧道中央等速交会时,列车空气阻力随隧道长度、阻塞比和车速增大而增大,且这3者的影响程度依次增大;平均列车空气阻力与车速的2次方近似成正比,与阻塞比的0.67～0.75次方成正比,与隧道长度的0.01次方成正比;时速300～400km等级16辆编组高速列车的平均列车空气阻力约为8辆编组的1.65～1.70倍。     

列车运行噪声等效速度的研究

调查了铁路列车运行速度的规律。在铁路沿线选择几个测点，实际测量了一千多个列车运行速度的数据，并根据铁路列车运行图计算统计了各测点的运行速度。将两项数据进行了分析研究，提出了用于铁路列车噪声预测的等效速度的概念。既为环境影响评价——噪声预测模式提供依据，又可供铁路环境噪声预测工作者或环境评价工作者作为参考。     

基于NURBS理论的列车曲面优化方法

在CATIA软件环境中应用NURBS理论完成对CRH1A型动车组三维曲面的建模,使用ICEM CFD软件生成网格,再使用FLUENT软件对其外部流场进行数值计算,分析CRH1A型动车组气动特性后,发现其驾驶室由于曲率过大等因素引起的阻力大、尾流紊乱程度大等问题,因此采用传统的建模方法重新设计列车流线型外形并进行相应的气动特性计算与分析。对照后得出两者的空气阻力头尾车受到的空气阻力所占比例最大,整列列车空气总阻力主要表现为空气压差阻力,重新设计后的列车空气阻力相比CRH1A减小了12.16%。最后比较分析了两种建模方法各自的优缺点,并且提出了根据模型曲面复杂程度选择建模方法的一般性原则。     

第六次铁路提速对沿线环境噪声的影响研究

研究目的：针对第六次铁路大提速前后铁路沿线环境噪声变化情况进行研究，以减少人们对沿线环境噪声污染程度增加的担忧。研究方法：对影响沿线铁路环境噪声的4个主要因素，即机车类型、列车运行速度、列车通过频率和轨道状态，进行理论分析，并对第六次铁路提速前后毗邻沪宁线和沪杭线的上海某住宅小区环境噪声进行实地监测，然后将理论和实地监测结果进行相互验证。研究结果：提速前后铁路沿线环境噪声变化不大。研究结论：实施铁路提速后，列车运行速度有了明显提高，而且又没有对环境造成不良影响，取得了较好的经济和社会效益。     

影响西南铁路提速关键技术研究

针对西南山区铁路线路曲折、沿线桥梁和隧道多的特点,对影响西南山区铁路提速的机车车辆动力学、隧道空气动力学及结构动力学和线路系统进行了研究,并对其关键技术进行了大量的实验。通过对遂渝线200km/h提速综合试验和速度200km/h动车组动力学性能鉴定试验表明,试验线路能够满足运行稳定性和平稳性等动力学性能要求,并提出了机车车辆外形是影响隧道内空气压力变化的主要因素,要根据隧道的具体结构形式,设定合理的列车运行速度,为制定山区铁路提速规范标准提供了研究依据。     

基于黄金比例遗传算法的动车组列车节能优化研究

为研究注重最小化能耗的动车组列车运行控制,针对列车单质点模型受力分析不准确问题,提出一种对附加阻力进行处理的多质点方法,进而以多质点模型为基础进行2次优化。为解决遗传算法寻优时容易陷入局部最优的问题,提出一种基于黄金比例遗传算法的优化方法,1次优化通过该算法为列车运行寻求一组满足约束条件的目标速度集合,获得列车节能运行速度曲线。考虑过电分相对列车运行的影响,进行2次优化,将运行区间划分为操纵固定段和操纵可优化段,并通过黄金比例遗传算法搜索出一组操纵可优化段内满意的工况转换点,结合1次优化得到列车最终运行曲线。以兰考南-开封北线路CRH3型动车组为仿真实例,列车运行能耗降低了10.83%,表明所提方法是可行的。     

回转质量系数对高速列车牵引电算的影响

高速铁路电动车组在列车编组方式、牵引及制动性能、列车运行控制模式等方面与普速铁路旅客列车有着较大区别。本文以高速动车组列车牵引计算特点分析为基础,从回转质量系数因素阐述了高速列车牵引计算指标参数的影响,并推导了基于回转质量系数的高速列车加速度、运行时分、加速距离及制动距离等指标国际单位制表达式,最后以CRH3型动车组及京津城际铁路线路纵断面为依据,进行模拟计算分析得出回转质量系数对牵引计算指标的影响规律。     

基于列车的机车车辆一体化研发及运维管理策略研究

分析机车车辆各自独立研发传统模式存在的不足。通过对列车车间的空气耦合、连挂耦合、电磁耦合等典型耦合关系分析及匹配关系整体优化，以工作机制创新和标准体系构建为支撑，提出基于列车的机车车辆一体化研发及运维管理策略。通过动车组一体化协同创新实践，实现列车运行安全性、运行品质、乘坐舒适度等品质的提升。针对重载组合列车纵向冲动大、司机操控精准性要求高等难题，采用基于列车的机车车辆一体化研发及运维管理方法，从提升制动性能、优化连挂性能和研究采用车载安全监测装置等方面提出解决问题的途径，并分析相应途径对提高列车运行稳定性和安全性的作用。     

基于全球定位系统测速的城市轨道交通列车运行阻力研究

为了测定城市轨道交通列车的运行阻力特性,利用GPS(全球定位系统)测速测距方法,对列车进行运行阻力试验,得出该列车的单位基本运行阻力公式及运行阻力大小。通过能耗计算,验证了利用GPS信号进行列车运行阻力特性测试方法的有效性。与近年国内其他同类型列车的单位基本运行阻力对比,该列车具有较好的运行特性。     

川藏铁路建设营地规划设计研究

拟建川藏铁路沿线地形复杂多变、不良地质发育、生态环境脆弱且高寒缺氧。为落实川藏铁路"以人为本、保护生态"的目标,针对营地规划面临与常规营地存在巨大差异的难题,以川藏特殊的地形、地理环境、生态环境及生活环境为研究方向,明确营地选址的基本原则,提出了不同地形条件、不良地质下选址的基本要求,并归纳建筑功能区布置组合形式。同时,对建筑布局原则及房屋结构类型进行探讨分析,系统提炼川藏铁路建设营地规划设计思路。     

200km/h动车组制动距离计算方法探讨

时速200km及以上动车组已在我国铁路提速繁忙干线和客运专线上陆续投入运营。运行监控装置是保证动车组运行安全的重要设备,而监控装置制动模式曲线是应用列车制动距离计算方法确定的,这使动车组运行监控装置实时准确地监控列车运行并为运用部门提供动车组制动距离计算资料。     

借助列车运行阻力在线测量测定牵引力和制动力

通过在线求得列车运行阻力而无需直接测量,就可测定列车中机车动车的牵引力和制动力.这是一种获得专利的测量方法.这种测量方法用于动车组时,尤其是动力分散的动车组时有许多优点,它也适用于创新的车辆,例如磁悬浮铁路的车辆.     

基于混合系统模型预测控制的列车自动驾驶策略

本文研究多优化目标和多约束条件下的动车组列车自动驾驶ATO控制问题。通过分段线性化列车运行阻力,引入列车运行状态整数变量,建立了动车组混合整数列车运行模型。提出基于混合系统模型预测控制HMPC的列车自动驾驶策略,并应用输入分块化技术和显式模型预测控制,降低算法的计算量,以提高硬件实现的可行性。前者通过固定一定时间段内的控制量,对输入序列进行分块化,降低控制器的自由度;后者通过离线设计和在线综合的方法减少算法的在线计算时间。最后利用Matlab仿真软件环境下的MPT 3.0扩展工具箱对所提控制策略进行数值仿真。结果表明:该控制器能在列车运行安全约束下,合理分配动车组各车厢的牵引力和制动力,保障列车准时及节能高效地运行,同时所提出的改进算法能有效降低计算量。