车厢间风挡形式对高速列车气动性能的影响

以3节车厢组成的CRH380型列车简化模型为基础,在速度分别为360、420、500 km/h的条件下,研究车厢间7种风挡形式对各车厢和车厢连接处气动性能的影响.对比分析结果表明:车厢间风挡形式对车厢的压差阻力和黏性阻力影响不大;上下风挡比侧风挡对车厢的升力影响更大;车厢间采用全风挡与采用典型风挡相比,前者车厢连接处的气动阻力约为后者的7％,而无风挡的车厢连接处的气动阻力约为其50％;若车厢间采用上下和两侧闭式风挡,则车厢连接处的压差阻力约为典型风挡的30％.综合考虑气动性能和工程易实现性,采用上下和两侧闭式风挡形式更适用于高速列车.     

高速列车U型橡胶外风挡结构模态有限元计算与试验分析

随着旅客列车运行速度的提升,安装在车厢连接处的U型橡胶外风挡结构在列车空气动力作用下产生变形振动,当气动载荷的激励频率接近外风挡结构固有频率时易引起共振现象。为分析U型橡胶外风挡结构固有动态特性,利用模态有限元计算和试验相结合的方法,比较有限元模态计算中2种材料本构模型的区别,并研究模态试验激励点与响应点位置对U型橡胶外风挡结构模态参数的影响。研究结果表明:有限元模态分析时,网格单元层数过少导致计算结果刚度偏大;采用Mooney-Rivlin本构模型计算橡胶材料模态参数相对于线弹性更为合适;有限元模态分析所得结构振型可为模态试验响应点位置的选择提供指导。研究成果可为高速列车U型橡胶外风挡结构设计提供参考。     

风挡缝宽对高速列车气动性能的影响

以3节车厢组成的EMU列车1∶8缩比简化外形为基础,在速度为65m/s条件下,对全封闭原始外风挡,平整外风挡缩比后间距缝隙分别为5、7、9mm,半包外风挡,以及5 mm缝隙前移27 mm工况下的6种外风挡形式对列车各车厢气动性能的影响进行了研究,并对列车各组成部分的气动力特性进行了统计和归类,给出不同外风挡缝宽条件下各部件对列车总气动力的贡献,详细分析风挡内部的压力和速度特性随缝宽的变化规律,为高速列车局部减阻优化设计提供了决策依据。     

车端风挡形式对高速列车气动噪声的影响研究

以国内某型高速列车的3车编组模型及不同形式外风挡为研究对象,采用大涡模拟和FW-H声学方程结合的计算方法,探究车端外风挡间隙和包覆面积对整车气动噪声的影响,得出增加外风挡包覆面积、采取对接密贴风挡有助于降低车端气动噪声,并通过风洞试验进行了验证。     

城际列车气动阻力组成分析及减阻研究

采用基于SSTκ-ω的DDES数值模拟计算方法,对城际列车的气动阻力进行研究。分析城际列车的阻力分布及组成,根据列车流场变化对列车表面进行平顺化,主要优化车下设备、风挡和空调等部位,分析各种措施减阻效果。通过对结果的分析对比,得出了其变化规律:列车气动阻力主要由压差阻力组成,占总阻力的70%~90%;列车转向架、车下设备、受电弓及风挡连接处流场变化比较剧烈,需通过外形优化进行减阻。优化模型减阻效果显著,以设备舱的形式封装车下设备,总气动阻力下降3.7%;封装车下设备的同时采用外风挡,列车总气动阻力下降12.7%;增加2种不同角度的空调导流装置,总气动阻力分别下降16.3%和18.9%。     

高速列车外风挡安装间距对风挡气动特性的影响

为探明空气动力作用下,高速列车外风挡与车体外表面安装间距对风挡气动特性的影响规律,采用三维、定常、不可压缩雷诺时均R-S方程和RNG k-ε双方程湍流模型数值算法,对0,10,20和30 mm不同安装间距的三车编组半包式外风挡高速动车组进行数值模拟,列车明线运行速度等级为350 km/h。研究结果表明:安装间距对于风挡受侧向力影响较大,尤其是橡胶弧顶与来流相对的外风挡所受侧向力与安装间距成二次函数关系,安装间距30 mm的外风挡受侧向力最大为785N;安装间距对外风挡所受阻力、升力的影响较小,橡胶弧顶相对的两块外风挡阻力方向相反,外风挡气动升力均为负升力且最大为62N;安装间距导致外风挡表面压力分布呈现规律性变化,将外风挡表面气动压力映射到有限元计算模型上,分析不同安装间距下气动载荷作用对外风挡结构变形与应力的影响。本文研究结果可对外风挡结构强度与优化设计,以及安装位置精度要求提供指导。     

车端间距对高速列车风挡气动噪声的影响

为研究车端间距对高速列车风挡气动噪声的影响,文章利用大涡模拟方法和Lighthill声学比拟理论建立高速列车风挡气动噪声数值计算模型,并设计四种不同车端间距下的风挡方案,计算相应的气动噪声。结果表明,风挡的气动噪声随着车端间距的增加而增大,在满足工程约束的条件下,可以通过减小车端间距来改善高速列车风挡的气动噪声。     

列车风挡对空气阻力影响的数值模拟研究

采用数值模拟方法研究了列车风挡对空气阻力的影响。研究表明,采用大风挡和全封闭风挡可明显降低列车运行空气阻力,为进一步完善列车气动外形提供了科学依据。     

高速列车减小空气阻力措施的风洞试验研究

本文采用高速列车模型开展减小空气阻力措施的风洞试验研究,对采用不同减小空气阻力措施的高速列车模型的空气阻力特性进行对比分析,得到不同减小空气阻力措施的减阻效果。研究结果表明:在侧偏角为0°状态(列车直行和无侧风状态)下,在车顶采用优化空调导流罩3减阻效果最好,全车减阻效果可达4.59%;车身侧面裙板包住转向架外露的部分越多越有利于减小空气阻力;全封闭外风挡与半封闭外风挡的减阻效果相当;在车底部转向架周围空腔安装底部导流板2的减阻效果最好,全车减阻效果可达3.7%。通过对高速列车减小空气阻力措施的风洞试验研究,为高速列车减小空气阻力和外形优化提供了参考依据。     

高速列车局部外形气动优化设计研究

随着高速列车运行速度的提高,列车外形对气动性能的影响越发显著。以中国标准动车组为原型建立1:8比例3车编组仿真模型,对3种转向架裙板减阻方案、5种排障器导流罩减阻方案、4种车厢连接处外风挡减阻方案进行风洞试验。在60m/s风速,0°侧偏角条件下,裙板最优方案能使整车减阻10.2%;排障器导流罩最优方案能使整车减阻2.1%,外风挡最优方案能使整车减阻1.8%。试验结果为进一步优化中国标准动车组气动外形提供了理论参照。     

高速列车车头的气动噪声数值分析

随着列车运行速度的提高,列车气动噪声变得越来越明显,降低气动噪声已成为控制高速列车噪声的关键之一。本文对高速列车车头气动噪声进行数值分析。首先,建立高速列车三维绕流流场的数学物理模型,分别利用标准k-ε湍流模型和大涡模拟计算高速列车的外部稳态和瞬态流场。然后,基于稳态流场,利用宽频带噪声源模型计算高速列车车身表面气动噪声源;基于瞬态流场,分析车身表面脉动压力的时域及频域特性;利用Lighthill声学比拟理论,计算高速列车远场气动噪声,分析远场气动噪声的时域及频域特性。本文对研究和控制高速列车气动噪声具有一定意义。     

高速列车尾车垂向偏置对列车气动性能影响

在长期的高速列车运营过程中,极易形成前后车辆的不同形式偏置,造成列车气动性能改变,甚至可能引发行车平稳性问题,极大影响乘坐舒适性和安全性。以高速列车尾车作为研究对象,探究尾车上下偏置时,高速列车尾部流场变化以及气动特性。基于SST k-ω双方程湍流模型,采用数值仿真方法研究了350 km/h高速列车尾车无偏置、尾车下降20 mm、尾车下降40 mm、尾车下降60 mm、尾车上升20 mm、尾车上升40 mm以及尾车上升60 mm 7种工况下列车的气动性能,分析高速列车气动阻力的变化规律,揭示了不同垂向位移下高速列车尾部流场特性以及列车表面压力分布情况。研究结果表明：高速列车尾部垂向位移对列车整体气动阻力影响较小,但对高速列车气动阻力分布以及流场特性造成一定影响。当尾车偏置位移达到60 mm时,列车车体气动阻力相对于无偏置工况分别降低了-1.11%和2.64%,转向架气动阻力相对无偏置情况下分别降低了11.35%和-17.43%。此外,尾车偏置对列车近尾流区域流场结构有一定影响,尾车鼻锥下方排障器周围漩涡结构由双漩涡结构向单漩涡结构转变;鼻尖处漩涡结构随着尾车高度下降而增大,随着尾车高度...     

某型高速列车车厢连接处脉动压力的预测与控制

某型高速列车以350 km/h运行时,靠近车厢连接处的乘务室在40 Hz频率下对应的声压级高达105 dB.为明确该噪声的产生根源并有针对性地进行控制,采用子域法建立了车厢连接处的气动仿真模型,使用改进延迟涡分离模型进行脉动压力预测.经分析车厢连接处上、下缺口测点压力功率谱密度发现,射流剪切层存在接近40 Hz的峰值频...     

采用声学比拟法计算高速列车气动噪声的研究

在高速列车研制和运行中,气动噪声控制是必须考虑的关键问题之一.介绍气动声学发展的概况,提出高速列车气动噪声数值计算的方法,通过在空间流场采用LES方法求解,在近壁区采用低雷诺数两方程湍流模型的DES方法,可以得到随时间变化的脉动压力场,采用莱特希尔气动声学比拟理论把声学信息从流场中提取出来.通过与文献提供的类后视镜凸起物的噪声结果比较,验证方法的有效性.运用该方法对某型高速列车开展气动噪卢计算,得到列车在运行中声压级,可以为进一步研究列车气动噪声提供技术支持.     

基于大涡模拟的高速列车横风运行安全性研究

结合高速列车空气动力学和多体系统动力学,研究横风对高速列车运行安全性的影响.首先采用大涡模拟计算方法,研究了不同横风风速下高速列车非定常气动载荷的时域及频域特性,列车周围流场结构及相应的非定常流场特性.然后建立高速列车多体系统动力学模型,将得到的气动力作为外加载荷作用于列车上,研究了不同横风风速下定常气动力和非定常气动力对直线上高速列车运行安全性的影响特性,计算结果表明,与定常气动力相比,作用于车身上的非定常气动力使列车的振动加剧.最后参照高速列车的安全运行标准,对高速列车的安全运行进行分析,为横风下高速列车的安全运行提供参考.     

高速列车受电弓减阻的风洞试验研究

我国对列车气动阻力的研究主要考虑列车的头型、断面形状和底部外形等方面,在受电弓减阻方面也主要是考虑受电弓的结构外形,然而对于受电弓残阻的风洞试验研究比较少.为了获得某高速列车的空气动力特性,并考察受电弓各种减阻措施的效果,在中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所的8 m×6 m风洞中进行了列车模型的风洞试验,在风洞试验中通过在受电弓前部安装各种导流罩和风挡来测试其对受电弓阻力的影响.试验结果表明:受电弓的存在会对列车的气动阻力有约3.2%的增加;在头车尾部安装反向导流罩能有效的降低受电弓的气动阻力;在受电弓前郝安装风挡,这种风挡在侧偏角为0°时对受电弓的减阻有一定效果.     

高速列车气动及声学行为的尺度效应研究

建立不同模型尺度的高速列车气动噪声数值计算模型,利用改进的延迟分离涡模拟方法(IDDES)和FW-H声学模型对高速列车近场流场和远场噪声进行数值模拟.通过风洞试验验证了本文数值计算方法的合理性.对比分析不同模型尺度下高速列车的气动力、流场结构、表面压力脉动以及远场噪声.结果表明:模型尺度对高速列车的气动行为和声学行为具...     

基于拓扑优化的高速列车外风挡结构动态柔度设计研究

针对高速列车运行速度较快而导致车端连接处的U形外风挡易遭受气动载荷冲击产生振动以及在气动载荷作用下产生大变形等问题,文章基于拓扑优化对外风挡结构动态柔度进行优化设计,在满足一定约束的前提下,在设计域内寻找指定实体材料的0-1分布,并对中间密度使用惩罚因子进行忽略,使得目标函数外风挡结构柔度最小化。并将动态柔度优化模型的求解策略做进一步研究,采用移动渐进法(MMA)对于优化问题数学模型进行求解分析。研究结果表明,优化后的外风挡断面面积减少,抵抗变形能力和一阶固有频率提高。     

高速动车组车端内风挡动力学特性试验研究

开展高速动车组内风挡动力学特性研究是改善车端连接系统动力学性能的重要内容。首先,介绍了高速动车组车端内风挡系统,并采用模态试验的方法获得内风挡固有振动特性。其次,基于350 km/h速度等级高速动车组进行实车线路试验,对内风挡与安装框架进行了振动测试,对比分析外风挡有无间隙条件下内风挡与车端连接系统之间的动态关系。研究表明,高速动车组内风挡结构的前8阶固有振动频率之间数值接近,使得内风挡振动的主频范围增大,易受列车运行过程中的宽频激扰引发弹性共振。当列车外风挡无间隙时,内风挡结构在风挡框架的宽频振动激励下其多阶固有频率被激励,产生接近固有频率的弹性共振;当列车外风挡之间存在间隙时,空腔内压力变化频率使得内风挡产生强迫振动。研究可为内风挡疲劳寿命以及内风挡结构动力学性能设计提供参考。     

高速列车气动阻力分布特性研究

针对由8辆车组成的CRH3型动车组的实际外形,生成约1.6亿个计算网格,采用大规模并行计算,模拟单列高速列车在明线轨道上以350km/h速度运行时的气流流场,并对列车各组成部分的气动阻力特性进行统计和归类,给出各部件气动阻力对列车总气动阻力的贡献,为高速列车局部减阻优化设计提供参考。