高速列车空气阻力试验研究

高速列车运行阻力中空气阻力占主要成分，列车运行时还会产生许多空气动力现象，根据空气动力学性能，设计列车的外型和整体结构，是建设高速铁路前必须解决的问题。本文对高速列车空气阻力进行了试验研究和分析。     

可变编组高速列车转向架气动阻力特征研究

基于空气动力学数值模拟方法,针对列车不同部位的转向架和转向架结构表面的气动阻力分布进行分析,对高速动车组列车整车气动效应进行数值仿真。研究结果表明:转向架流场区域在靠近来流端的上部会形成部分死水区,该区域流场与外部质量交换较小,转向架结构表面在来流方向上游会形成一个正压区,在下游方向的转向架结构表面会形成小范围的负压区。列车头车转向架气动阻力明显高于中间车和尾车,其中列车头车I位转向架受到的气动阻力最大,其次是头车II位端转向架,列车的中间车和尾车转向架阻力分布较为均匀,均为头车转向架阻力的60%左右。     

地铁列车内空气循环状态对客室压力及开关门过程影响的试验研究

为研究地铁列车内空气循环状态对客室压力变化及列车开关门过程的影响，搭建了车内外压力测试系统，开展了库内静态及线路动态压力测试，针对空气温度控制内外循环、恒温空气内外循环及开关门动作等过程的客室内压力变化特点进行了试验对比研究。研究结果表明：空气降温内循环过程车内压力变化显著，快速降温过程将导致在进站开门时形成开门阻力；车门关闭过程中，由于气阻效应和新风系统的作用，车内压力升高，形成关门阻力；列车气密性和隔热性能越好，客室内温度变化过程越接近绝热过程，温度变化导致的压力变化就越显著；调控空气循环过程，限制空气制冷循环强度，能够有效抑制由此引起的车内压力变化和降低关门气阻。文章为解决因列车内空气循环过程而导致的车门开闭异常及舒适性下降提供了试验依据，并提供了有效优化方案。     

薄膜渗透氢气法降低列车空气阻力的构想

空气阻力是高速列车阻力的主要组成部分，粘性流体力学的分析表明空气阻力的决定因素是速度分布场中的边界层部分，特别是低层部分，流动的动力粘度和密度是决定空气阻力的重要部分，而氢气的动力粘度仅为空气的1／2左右，而密度仅为空气的0．07，因而以氢气为车辆的边界层低层将显著降低空气阻力，而在车辆上安装渗透薄膜释放少量的氢气所需的能耗远小于氢气边界层低层减少列车阻力所节省的牵引功率，此方法约可降低列车牵引功率的43％－26％左右。     

高速列车同向并行运动的气动阻力数值仿真

文章采用流体力学数值计算软件FLUENT对我国某新型动车组的空气动力学性能进行了数值仿真.研究了不同速度下,两列高速列车明线同向并行运动时的气动阻力,并与单车明线的气动阻力进行了对比.结果表明,双车产生的气动阻力均大于单车时情况,随着速度的提高,气动阻力增幅加大.     

基于自适应模糊滑模的列车精确停车制动控制算法

针对高速列车自动驾驶系统精确进站停车问题,基于列车动力学模型和列车制动系统模型,设计1种自适应模糊滑模控制器,通过模糊切换以补偿列车运行过程中受到的基本阻力、线路附加阻力以及外部未知随机扰动等非线性扰动的影响。根据滑模控制理论,利用列车运行过程中的状态偏差,设计基于跟踪误差的等效控制器,以求解列车制动等效控制量;考虑外部扰动,基于优秀司机驾驶经验的模糊推理规则,设计切换控制器,以得到精确控制量。采用本文控制算法对列车制动过程进行仿真验证,并与传统的PID控制和基于指数趋近律的滑模控制进行对比。结果表明:在考虑附加阻力和外部扰动情况下,自适应模糊滑模控制器能够柔化非线性切换控制信号,削弱滑模控制固有的抖振现象,实现对参考轨迹的精确跟踪,并最终实现精确停车;即使在列车制动系统实际控制输出出现偏差时,设计的控制器仍能控制列车精确跟踪参考制动曲线。     

车辆前导流罩、裙板、底板对列车通过隧道时气动性能的影响规律研究

文章采用动模型试验与三维流场数值模拟方法,对某型城际动车组在无前导流罩、无裙板、无底板,有前导流罩、无裙板、无底板,有前导流罩、有裙板、有底板3种情况下,以250km/h通过净隧道时引起的阻力变化及瞬变压力变化问题进行了研究,得出了列车前导流罩、裙板以及底板对整车气动阻力及瞬变压力的影响规律。列车通过隧道时,前导流罩、裙板以及底板对其阻力有明显的影响。前导流罩对列车整体空气动力学性能影响很大,有前导流罩破坏了列车车头的整体流线型,严重影响了列车的气动性能。裙板及底板对列车阻力影响较大,对压力波影响相对较小。有前导流罩、有裙板、有底板列车的空气动力学性能明显优于无前导流罩、无裙板、无底板和有前导流罩、无裙板、无底板的列车的空气动力学性能。     

横风下列车平顺化对气动特性的影响

由于横风下运行的高速列车气动特性恶化,面临侧翻的风险,并且转向架和风挡对高速列车周围的流场及气动特性影响较大,会加剧横风下的不稳定性,采用改进的延迟分离涡模拟(IDDES)方法研究横风作用下转向架和风挡的平顺化设计对高速列车气动特性的影响。研究结果表明,在横风下平顺化列车模型由于结构简单,气动阻力更小,同时由于背风侧大尺度涡流引起的负表面压力,侧向力更大,而在原始模型中转向架减弱了大尺度涡流对高速列车背风面表面压力的影响。转向架在列车底部产生了大量的旋涡,是原始模型和平顺化模型中流场出现差异的主要原因,风挡结构比转向架简单,对流场的扰动效果弱,但风挡表面压力对气动阻力会产生较大影响。在频谱分析中,由于原始模型中转向架引起的扰动,高速列车气动力震荡的幅值更大。转向架产生的大量小尺度涡与大尺度涡相互作用并削弱了大尺度涡对高速列车的影响,从而导致原始模型中气动力的主频率消失。此外,转向架产生的小尺度涡加剧了流动的混乱程度,这些涡在横风作用下被推离车体,影响测点处列车风分布,在阵风分析中导致各次运行间差异较大。原始模型中列车风的峰值出现在车头部分的轨道高度处,会对轨道旁的设备和施工人员产生威胁...     

400 km/h动车组车体压力载荷列车参数影响特征研究

由于空气可压缩性和隧道壁面的限制,列车高速驶入隧道产生的压力波动以近似当地声速的速度在隧道内传播并发生反射,形成了隧道内复杂的压力环境,给列车带来如气动阻力增大、车内人员的耳感不适性等不利影响,甚至会造成侧窗玻璃破裂,车体结构疲劳破坏等.随着列车速度的不断提高,列车能耗、人员舒适性等问题要求的提高,高速列车进入隧道的空...     

地铁隧道活塞风的简化计算

地铁列车在隧道内运行时,会产生活塞风,这种空气流动主要沿隧道轴线方向,可视为一维不可压缩流动.通过对地铁单线无竖井隧道的空气动力学特性进行一维理论分析,初步得到了活塞风量和风压的简化计算方法.研究表明,隧道内活塞风速与列车速度成正比,活塞风压与列车速度的平方成正比,可将列车等效为风机,采用“等效风机”特性曲线方程和隧道阻力特性方程共同来确定活塞风量,并且可以将该方法应用到有竖井的单线隧道中.该简化计算方法的提出,为隧道内活塞效应的研究建立了理论基础.     

高速列车通过隧道时隧道内压力变化的试验研究

通过以空气为流体的高速列车模型试验,研究高速列车通过隧道时产生的压力变化.试验结果表明了隧道内产生的压力变化与列车速度、阻塞比之间的关系.     

车速对高速列车司机室空调冷凝风量影响研究

列车高速运行过程中,伴随列车行驶产生的列车风会对车体表面设备产生强烈的空气动力学扰动。空调系统普遍安装于车体表面,受列车风干扰严重,导致热交换效率降低、冷凝器温度升高、空调停机等一系列问题。采用大涡模拟(LES)方法,对不同车速下高速列车司机室空调冷凝风量及流场特性展开研究。研究结果表明:随着车速增加,空调冷凝风入口处压力下降,出口处压力上升,导致空调冷凝风量产生较大幅度下降。     

城轨列车隧道空气附加阻力快速计算公式的改进

随着城轨列车运行速度的增加,在隧道工况条件下的气动阻力逐渐成为主要的行车阻力。现有常用的隧道空气附加阻力计算条件参数单一,从而存在一定的计算误差,为城轨系统能耗分析及系统优化带来困难。本研究在隧道空气附加阻力影响因素研究的基础上,以数值模拟的方法,对城轨列车在隧道工况条件下的运行情况进行模拟,通过对大量模拟计算结果的拟合,提出了计算精度更高的城轨列车隧道空气附加阻力计算修正公式。     

高速列车的空气动力学问题

介绍了与高速列车有关的空气阻力、空气压力脉冲以及侧向风力所产生的倾覆力矩等3个空气动力学方面的问题。分析和讨论了列车交会时所产生的空气压力脉冲、影响压力脉冲强度的因素以及空气压力脉冲的测量方法,并介绍了计算静态和动态抗倾覆稳定性的检验公式和方法。     

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。     

高速铁路越江沉管隧道空气动力学效应及指标确定

高速列车通过隧道时会产生一系列特定的空气动力学效应，如压力波动、出口处微压波、洞内行车阻力增大等。如采用普通铁路隧道设计参数，这种效应将十分明显，甚至威协正常运营，这已被日本、欧洲等高速铁路发达国家的运营实践所证实。为此，必须采取技术措施解决这一问题。同时，沉管隧道不同于一般山岭隧道，加这通过高速列车，又对其有着特殊要求。因此，本文着重介绍高速铁路越江沉管隧道的空气动力学效应及其指标的确定。     

高速列车交会空气压力波的研究

对高速列车交会空气压力波的研究方法作了较为全面的分析与介绍，并对我国首次设计的高速列车外形进行了列车交会空气压力波风洞模拟试验，所得结果与德国研制ＩＣＥ时所作同类试验基本一致。     

列车空气动力性能与流线型头部外形

采用数值计算、动模型试验、风洞试验、实车试验和理论分析等方法,研究列车流线型头部长度、宽度、高度及耦合外形对列车交会压力波、空气阻力和升力的影响,得到一系列理论关系式。研究结果表明:①增加列车流线型头部长度,可以有效地改善列车空气动力性能,列车交会压力波随流线型头部长度增加而呈对数减小,头车阻力、升力绝对值均随流线型头部长度的增加呈线性减小,尾车阻力与流线型头部长度呈二次幂减小;②流线型头部纵向对称面最大控制型线从外凸到内凹,列车空气阻力、空气升力和交会压力波基本不变,减小鼻尖部位过渡曲线的曲率半径可以有效降低列车交会压力波;③流线型头部俯视最大控制型线为方形时产生的交会压力波最小,尖梭形的头车空气阻力和升力绝对值较小;④减小列车空气阻力和降低列车交会压力波,既矛盾又统一,列车气动头部外形设计需要综合考虑各种因素。     

列车气动阻力风洞试验研究

通过对缩比为1:8高速列车模型在8m×6m风洞进行的列车风洞试验,研究列车零部件其中包括空调导流罩,受电弓,受电弓导流罩,车门的形状位置发生变化时,对列车气动性能的影响,并对试验结果进行了分析,研究结果表明:受电弓的位置和布置形式会对整车阻力产生影响,当中间车门凹陷时,整车阻力增加,加有导流结构的门有效的改善了门凹陷引起的阻力增加,空调导流罩很好的顺形结构对阻力影响不大。     

客货共线铁路隧道内最大坡度设计浅析

研究目的:根据现有铁路设计规范对隧道内纵断面坡度设计的相关规定,指出现有设计中存在的问题,通过分析列车隧道附加阻力影响因素及分析机车性能、列车阻力、列车牵引质量与线路坡度的关系,提出客货共线电气化铁路隧道内纵断面坡度设计方法的建议.研究结论:<列车牵引计算规程> (TB 1407-82) 中解释的隧道空气附加阻力公式可在客货共线铁路中参考采用,但其简化公式已失去采用意义.仅按<铁路线路设计规范>(GB 50090-2006)中3.2.5第2条设计隧道内的最大坡度已不能完全适应目前铁路建设的要求,特别是在地形地质困难线路中,应统筹考虑机车性能、列车运行速度、隧道空气附加阻力等因素的影响,充分发挥移动设备的潜能;并采用计算机模拟的手段,将隧道空气附加阻力公式纳入计算过程及利用动能确定隧道内的最大坡度.