高速列車氣動效應(yīng)研究

楊國偉++趙桂林+郭迪龍++蔣崇文++梅元貴

摘 要：基于由3節(jié)車組成的CRH3和CRH-380型高速列車模型，在不同速度條件下，研究車輪旋轉(zhuǎn)對高速列車及各部分氣動阻力和升力的影響，以及車廂間風(fēng)擋形式對各車廂和車廂連接處氣動性能的影響。結(jié)果表明，車輪旋轉(zhuǎn)的誘導(dǎo)效應(yīng)對高速列車模型的全車及各部分氣動阻力影響較小，對尾車、各轉(zhuǎn)向架氣動升力的影響較大。車廂間風(fēng)擋形式對車廂的壓差阻力和粘性阻力影響不大。相比于側(cè)風(fēng)擋，上下風(fēng)擋對升力影響更大。建立適用于高速列車的二維模型的雨載荷計(jì)算方法。在降雨和無雨條件下，模型所受橫向力、升力和翻滾力矩均隨橫風(fēng)風(fēng)速的增大而增大。相比于無雨條件，降雨時模型所受的總橫向力和翻滾力矩明顯增大，且隨降雨強(qiáng)度的增大相應(yīng)增大。升力在降雨和無雨時變化不大，且隨降雨強(qiáng)度的增大總升力略有下降。采用非定常數(shù)值模擬方法系統(tǒng)研究了復(fù)雜外形高速列車的底部流動特性，并針對列車轉(zhuǎn)向架中的旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)對于底部流動特性的影響進(jìn)行了對比分析。列車底部結(jié)構(gòu)的氣動阻力是整車氣動阻力的重要組成，列車底部結(jié)構(gòu)的氣動載荷對于整車的氣動載荷具有重要影響。輪對的旋轉(zhuǎn)效應(yīng)會對列車氣動載荷的非定常特性產(chǎn)生很大影響?；谔娲M技術(shù)和多目標(biāo)遺傳算法進(jìn)行了高速列車頭型多目標(biāo)有約束氣動外形優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究，首先采用增量疊加參數(shù)化方法對高速列車頭型進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)，然后以列車氣動阻力和尾車氣動升力為優(yōu)化目標(biāo)，得到了Pareto最優(yōu)解集?；趬毫Σǖ男纬蓹C(jī)理和初始壓縮波的經(jīng)驗(yàn)公式，建立了壓力波的“波疊加”的解析分析方法。研究表明一維流動模型和波疊加法能夠快速得出多參數(shù)下的壓力波的平均特性和最不利隧道長度等。三維流動模型能夠得到細(xì)致的壓力波形成機(jī)理和列車外部壓力的三維特征。波疊加法可作為校驗(yàn)數(shù)值方法的一種理論方法和快速進(jìn)行大量不同列車與隧道參數(shù)的比較性研究工具。endprint