高速列车转向架空气阻力的数值模拟

为了研究转向架的空气阻力特性, 建立了列车空气动力学模型。基于三维定常可压缩N-S方程和k^-ε两方程湍流模型, 采用有限体积法对速度为400 km.h^-1的高速列车空气动力学性能进行了数值模拟, 分析了车底结构对转向架气动力的影响。研究结果表明: 转向架区域的流场结构非常复杂, 转向架前后都会有漩涡形成; 高速列车各转向架所受气动阻力差别很大, 无侧风条件下, 头车一位端转向架阻力是第4转向架阻力的4倍以上; 转向架气动阻力占列车总阻力的20%以上, 在侧风作用下占40%以上; 不同车体底部形状使转向架阻力最大相差30%以上; 适当改进列车底部结构, 有利于减少转向架的气动阻力, 进而减小列车运行气动阻力。     

侧风下高速列车车体与轮对的运行姿态

应用流体动力学理论, 建立了高速列车空气动力学模型, 计算了作用于高速列车车体上的气动力和气动力矩; 应用多体动力学理论, 建立了车辆系统动力学模型, 分析了在不同风向角、侧偏角与合成风速下高速列车头车车体和轮对的运行姿态。计算结果表明: 在不同侧风环境下, 头车车体始终向背风侧横摆和侧滚; 当风向角为90°时, 车体的横向位移和侧滚角最大; 当列车车速为350 km.h^-1, 侧风风速分别为13.8、32.6 m.s^-1时, 列车头车车体最大横向位移分别为74.2、171.7 mm, 最大侧滚角分别为3.1°和8.4°; 当列车车速为200 km.h^-1, 风速不小于32.6 m.s^-1, 且风向角为90°时, 列车头车一、二位轮对均向背风侧横移, 背风侧车轮易发生爬轨现象, 三、四位轮对均向迎风侧横移, 三位轮对迎风侧车轮易发生爬轨现象; 四位轮对的横移量和摇头角均小于前三位轮对, 相对安全。     

Influence of unsteady aerodynamics on driving dynamics of passenger cars

Recent approaches towards numerical investigations with computational fluid dynamics methods on unsteady aerodynamic loads of passenger cars identified major differences compared with steady-state aerodynamic excitations. Furthermore, innovative vehicle concepts such as electric-vehicles or hybrid drives further challenge the basic layout of passenger cars. Therefore, the relevance of unsteady aerodynamic loads on cross-wind stability of changing basic vehicle architectures should be analysed. In order to assure and improve handling and ride characteristics at high velocity of the actual range of vehicle layouts, the influence of unsteady excitations on the vehicle response was investigated. For this purpose, a simulation of the vehicle dynamics through multi-body simulation was used. The impact of certain unsteady aerodynamic load characteristics on the vehicle response was quantified and key factors were identified. Through a series of driving simulator tests, the identified differences in the vehicle response were evaluated regarding their significance on the subjective driver perception of cross-wind stability. Relevant criteria for the subjective driver assessment of the vehicle response were identified. As a consequence, a design method for the basic layout of passenger cars and chassis towards unsteady aerodynamic excitations was defined.     

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。     

80 km/h B型地铁列车隧道内运行空气动力学试验研究

为探明80 km/h B型地铁列车在隧道内运行时空气动力学效应,采用实车试验方法,在南宁某隧道直径为5.4 m的全地下线路开展空气动力学测试,分析列车在隧道内运行时,车内外气压波动情况以及车内耳压舒适度情况。研究结果表明：列车以80 km/h速度通过隧道内中间风井位置时,车内外压力波动剧烈,车外与车内测点峰峰值分别为1 452 Pa与923.4 Pa;列车在车内外压力波动剧烈时,车外各测点压力差异大,车内各测点压力差异小,车外各测点峰峰值的均方差值为车内各测点峰峰值的均方差值的9.6倍;列车在非风井区间运行时耳压舒适度良好,而在风井区间运行时有造成乘客耳压不舒适的风险。研究结果可为80 km/h速度等级地铁列车耳压舒适度的评估和改善提供参考。     

渐缩有障碍弯道内气体流动数值模拟

利用任意拉格朗日—欧拉 (ALE)方法 ,通过直接对N—S方程进行数值求解 ,对渐缩有障碍弯道内的气体流动进行数值模拟研究。通过对不同尺度障碍物的局部阻力因数进行数值模拟 ,所得计算结果与传统的经验基本吻合 ,为此类通道的气动设计提出新的解决方法与途径     

轿车外流场车轮转动时侧风效应的数值模拟研究

为了研究侧风条件下车辆行驶对交通安全的影响。以某轿车1∶5模型为算例,采用了移动地面模拟轿车相对地面的运动和旋转壁面模拟车轮转动的方法,进行了侧风角分别为0、5、10、15°和30°及车轮转动和静止情况下的数值模拟。输出了车身附近和转动车轮附近的流线、纵向对称面和左方前轮的压力曲线和部分车身表面摩擦力分布情况。对比分析了各侧风状态下的侧向力系数变化情况。研究结果表明:随着侧风角的增大侧向力迅速增大;转动车轮条件下的气动阻力较低,计算精度较高,基本与试验情况吻合。     

地效翼气动力特性的数值预报

本文采用CFD技术,对存在地面效应时二维机翼在粘性流场中的空气动力特性进行了研究.结果表明:与模型试验数据相比,基于RANS方程的CFD方法能够准确预报机翼的气动升力和力矩.同时,除相对飞高外,翼剖面的厚度和拱度对地效翼的气动力特性也有重要影响.进而,作者对应用CFD分析或辅助地效翼气动力风洞试验进行了探讨.认为采用固定地板模拟地面效应与采用活动地板的模型风洞试验结果之间有很大差别,而风洞的壁面效应相比较而言可以忽略.     

列车交会压力波与运行速度的关系

随着列车速度的提高,列车交会时产生的瞬态压力冲击对行车安全、旅客舒适性均产生严重影响。根据多次实车试验结果和理论分析,将列车交会分为列车静止交会、等速交会和不等速交会3种工况,研究了3种工况的列车交会压力波与运行速度之间的关系,得到一系列回归关系式。研究结果表明:静止列车上的压力波与交会列车运行速度的平方成正比;两列车等速交会时,列车上的压力波幅值与两交会列车的运行速度和相对速度的平方成正比;两列车不等速交会时,高速列车承受的压力波幅值小于与之交会的低速列车所承受的压力波幅值;两列车等速交会时的压力波大于一方列车静止时交会的压力波。