“高速磁浮列車空氣動力學(xué)”?？喗?/h1>
2023-03-21 01:41:02丁叁叁倪章松高廣軍鄧自剛陳大偉
實(shí)驗(yàn)流體力學(xué) 2023年1期
丁叁叁，倪章松，高廣軍，鄧自剛，陳大偉
1.中車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司，青島 266111
2.成都流體動力創(chuàng)新中心，成都 610072
3.中南大學(xué)交通運(yùn)輸工程學(xué)院 軌道交通安全教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長沙 410075
4.西南交通大學(xué) 牽引動力國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 610031
5.西南交通大學(xué) 超高速真空管道磁浮交通研究中心，成都 610031
中國軌道交通發(fā)展歷經(jīng)幾代技術(shù)創(chuàng)新與革命，取得了令世界矚目的成就。然而，輪軌系統(tǒng)也極大限制了軌道交通進(jìn)一步高速化，磁浮技術(shù)在軌道交通上的運(yùn)用便應(yīng)運(yùn)而生?！笆濉逼陂g，國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“先進(jìn)軌道交通”重點(diǎn)專項(xiàng)中設(shè)立了“高速磁浮交通系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)”研究課題，研發(fā)600km/h高速磁浮交通系統(tǒng)，歷經(jīng)5年刻苦攻關(guān)、自主創(chuàng)新，解決了高速磁浮的諸多技術(shù)難題，掌握了高速磁浮設(shè)計(jì)、制造及評估方法，建立了開放的研發(fā)、制造與試驗(yàn)平臺，形成了可持續(xù)研發(fā)能力。2021年7月20日，我國自主研制的600km/h高速磁浮交通系統(tǒng)成套裝備正式面世，標(biāo)志著高速磁浮向工程化應(yīng)用領(lǐng)域邁出了關(guān)鍵一步。
列車速度600km/h條件下，馬赫數(shù)達(dá)到0.49，空氣的壓縮效應(yīng)已不可忽略，加之車–軌–環(huán)境相互作用關(guān)系的變化，高速磁浮列車氣動設(shè)計(jì)面臨巨大挑戰(zhàn)，呈現(xiàn)出與高速輪軌列車不同的流固耦合特征。在600 km/h的強(qiáng)流固耦合狀態(tài)下，氣流滲入到車體–車體、車體–懸浮架、懸浮架–軌道、車–線和其他設(shè)施中，多維力、力矩及沖擊對大系統(tǒng)的強(qiáng)度、剛度、能耗、動力學(xué)性能、振動與噪聲耦合、車隧耦合氣動效應(yīng)等產(chǎn)生重要影響，氣動設(shè)計(jì)邊界的確定變得至關(guān)重要。高速磁浮列車抱軌運(yùn)行，車–軌間隙很小，車下氣流在列車與軌道梁的強(qiáng)耦合作用下，呈現(xiàn)出非常復(fù)雜的湍流特征及變化規(guī)律，地面效應(yīng)相當(dāng)惡劣，氣動載荷的脈動控制影響列車懸浮及振動舒適度，車體表面的強(qiáng)剪切流動使列車艙室通風(fēng)散熱性能劣化?？傮w而言，速度的提升和運(yùn)行關(guān)系的變化對高速磁浮列車空氣動力學(xué)研究提出了新的挑戰(zhàn)，也對高速磁浮列車的節(jié)能降噪和安全舒適性提出了更高的要求，吸引國內(nèi)各優(yōu)勢單位學(xué)者開展了一系列的深入研究。
為集中展示高速磁浮列車空氣動力學(xué)領(lǐng)域的最新研究進(jìn)展，促進(jìn)學(xué)術(shù)交流，在樂嘉陵院士的指導(dǎo)下，《實(shí)驗(yàn)流體力學(xué)》策劃出版了“高速磁浮列車空氣動力學(xué)”?？?，得到了領(lǐng)域內(nèi)諸多專家的積極響應(yīng)，在此表示誠摯感謝。此次?？寮?nèi)容豐富，覆蓋了高速磁浮列車空氣動力學(xué)理論、設(shè)計(jì)、仿真、試驗(yàn)各環(huán)節(jié)，展示了低真空管道超高速磁浮列車磁懸浮制式分析及空氣動力學(xué)問題的最新探索。希望本專刊對推動高速磁浮列車空氣動力學(xué)技術(shù)發(fā)展起到積極的促進(jìn)作用，并能在高速磁浮列車空氣動力學(xué)技術(shù)交流中起到拋磚引玉的作用，為“磁浮飛行風(fēng)洞”等重大科技基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)提供理論指導(dǎo)和技術(shù)支持。
“高速磁浮列車空氣動力學(xué)”?？M稿專家
丁叁叁（1967—），男，湖北荊門人，博士，教授級高級工程師，享受國務(wù)院政府特殊津貼專家。中車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司副總工程師，國家工程技術(shù)研究中心主任兼國家工程實(shí)驗(yàn)室常務(wù)副主任；中南大學(xué)、北京交通大學(xué)、西南交通大學(xué)、蘭州交通大學(xué)兼職教授；中國鐵道學(xué)會標(biāo)準(zhǔn)化委員會副秘書長。長期負(fù)責(zé)高速動車組、高速磁浮交通系統(tǒng)、城際動車組、城軌及客車車輛的設(shè)計(jì)研發(fā)工作。主持承擔(dān)了600km/h高速磁浮交通系統(tǒng)研制等10 余項(xiàng)重大科研項(xiàng)目，在高速磁浮交通系統(tǒng)、列車空氣動力學(xué)、振動噪聲、車體鋁合金與復(fù)合材料、車體強(qiáng)度、列車碰撞被動安全研究等方面取得了突出成績。獲授權(quán)、受理專利近百項(xiàng)，其中授權(quán)發(fā)明專利20 余項(xiàng)；發(fā)表論文40 余篇；獲首屆全國創(chuàng)新爭先獎牌、中國專利金獎、中國交通運(yùn)輸協(xié)會科技進(jìn)步特等獎、山東省科技進(jìn)步一等獎、中華全國鐵路總工會火車頭獎?wù)?、詹天佑成就獎、茅以升科學(xué)技術(shù)獎、最美鐵道科技工作者、山東省泰山產(chǎn)業(yè)領(lǐng)軍人才等多項(xiàng)榮譽(yù)。
倪章松（1973—），男，安徽太湖人，成都流體動力創(chuàng)新中心主任，正高級工程師，研究生導(dǎo)師。中國航空學(xué)會第十屆理事會理事，中國空氣動力學(xué)會第八屆理事會理事，中國空氣動力學(xué)會風(fēng)能空氣動力學(xué)專業(yè)委員會副主任委員；《實(shí)驗(yàn)流體力學(xué)》期刊第五屆編委會委員。長期從事低速風(fēng)洞試驗(yàn)技術(shù)及結(jié)冰與防除冰技術(shù)研究工作，主持或主研國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家重大基礎(chǔ)研究項(xiàng)目、省級重大科技專項(xiàng)、省級重大科技基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、部委級條件建設(shè)項(xiàng)目、氣動專用設(shè)備建設(shè)、氣動預(yù)先研究、民用飛機(jī)專項(xiàng)科研等10 余項(xiàng)科研項(xiàng)目。獲得國家部委級科技進(jìn)步特等獎1 項(xiàng)、二等獎2 項(xiàng)、三等獎3 項(xiàng)，教學(xué)成果二等獎1 項(xiàng)。發(fā)表學(xué)術(shù)論文30 余篇，獲授權(quán)發(fā)明專利20 余項(xiàng)。
高廣軍（1973—），男，河南安陽人，中南大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師。中南大學(xué)交通運(yùn)輸工程學(xué)院院長，重載快捷大功率電力機(jī)車全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任，軌道交通列車安全保障技術(shù)國地聯(lián)合工程研究中心主任；入選中組部及科技部等國家級高層級人才計(jì)劃；湖南省“芙蓉學(xué)者”特聘教授；兼任國家鐵路局專家委員會委員、國際期刊TransportationSafetyandEnvironment 副主編。主要研究方向?yàn)榱熊嚩囿w耦合撞擊安全保護(hù)技術(shù)，軌道交通空氣動力與行車安全。主持科技部重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目1 項(xiàng)，國家高鐵聯(lián)合基金項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金和科技部重大專項(xiàng)任務(wù)6 項(xiàng)；發(fā)表高水平論文100 余篇；獲國際授權(quán)發(fā)明專利10 項(xiàng)；獲得國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎（創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)）1 項(xiàng)，國家技術(shù)發(fā)明二等獎1 項(xiàng)、國家科技進(jìn)步二等獎1 項(xiàng)、中國專利金獎2 項(xiàng)。
鄧自剛（1982—），男，四川瀘州人，研究員、博士生導(dǎo)師，西南交通大學(xué)超高速真空管道磁浮交通研究中心副主任。愛思唯爾“中國高被引學(xué)者”，國際磁懸浮大會執(zhí)委會委員，四川省青年科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)帶頭人。主要從事高溫超導(dǎo)磁懸浮與真空管道磁浮交通研究，研制成功世界首個(gè)真空管道高溫超導(dǎo)磁懸浮車試驗(yàn)系統(tǒng)，率先驗(yàn)證了真空管道磁浮交通的可行性；搭建了國際上磁軌截面最小、懸浮效率最高的釘扎磁浮系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了2 t/m 的線載重密度突破，支撐了世界首臺高溫超導(dǎo)高速磁浮工程化樣車及試驗(yàn)線啟用。承擔(dān)國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金、國家優(yōu)秀青年科學(xué)基金、國防科技創(chuàng)新特區(qū)、四川省科技廳（杰青、創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)）等科研項(xiàng)目10 余項(xiàng)；發(fā)表學(xué)術(shù)論文200 余篇，獲授權(quán)發(fā)明專利50 余項(xiàng)；獲得騰訊基金會首屆科學(xué)探索獎、詹天佑鐵道科技獎、茅以升鐵道科技獎、交通運(yùn)輸協(xié)會科技創(chuàng)新青年獎、成都市最美科技工作者等榮譽(yù)和獎項(xiàng)；入選四川省天府萬人計(jì)劃，帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)獲得“四川青年五四獎?wù)录w”“鐵路青年五四獎?wù)录w”等稱號。
陳大偉（1982—），男，山東濟(jì)南人，博士，教授級高級工程師。中車集團(tuán)首席技術(shù)專家，中南大學(xué)研究生兼職導(dǎo)師，中國空氣動力學(xué)會風(fēng)工程和工業(yè)空氣動力學(xué)專業(yè)委員會委員，中車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司國家工程中心研究部主任。長期從事軌道交通車輛空氣動力學(xué)研究，負(fù)責(zé)和參與了600km/h高速磁浮列車、復(fù)興號CR400AF 動車組、和諧號CRH380A 動車組等系列高速列車的空氣動力學(xué)設(shè)計(jì)、仿真與試驗(yàn)評估工作。主持和參與國家級、省部級課題8 項(xiàng)，發(fā)布鐵路行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)2 項(xiàng)，獲授權(quán)專利31 項(xiàng)、軟件著作權(quán)7 項(xiàng)；發(fā)表論文30 余篇；獲中國交通運(yùn)輸協(xié)會科技進(jìn)步特等獎、山東省科技進(jìn)步獎一等獎、四川省科技進(jìn)步獎一等獎、中國中車科技獎特等獎、詹天佑鐵道科學(xué)技術(shù)專項(xiàng)獎、交通運(yùn)輸協(xié)會科技創(chuàng)新青年獎等榮譽(yù)。
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中國軌道交通發(fā)展歷經(jīng)幾代技術(shù)創(chuàng)新與革命，取得了令世界矚目的成就。然而，輪軌系統(tǒng)也極大限制了軌道交通進(jìn)一步高速化，磁浮技術(shù)在軌道交通上的運(yùn)用便應(yīng)運(yùn)而生?！笆濉逼陂g，國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“先進(jìn)軌道交通”重點(diǎn)專項(xiàng)中設(shè)立了“高速磁浮交通系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)”研究課題，研發(fā)600km/h高速磁浮交通系統(tǒng)，歷經(jīng)5年刻苦攻關(guān)、自主創(chuàng)新，解決了高速磁浮的諸多技術(shù)難題，掌握了高速磁浮設(shè)計(jì)、制造及評估方法，建立了開放的研發(fā)、制造與試驗(yàn)平臺，形成了可持續(xù)研發(fā)能力。2021年7月20日，我國自主研制的600km/h高速磁浮交通系統(tǒng)成套裝備正式面世，標(biāo)志著高速磁浮向工程化應(yīng)用領(lǐng)域邁出了關(guān)鍵一步。
列車速度600km/h條件下，馬赫數(shù)達(dá)到0.49，空氣的壓縮效應(yīng)已不可忽略，加之車–軌–環(huán)境相互作用關(guān)系的變化，高速磁浮列車氣動設(shè)計(jì)面臨巨大挑戰(zhàn)，呈現(xiàn)出與高速輪軌列車不同的流固耦合特征。在600 km/h的強(qiáng)流固耦合狀態(tài)下，氣流滲入到車體–車體、車體–懸浮架、懸浮架–軌道、車–線和其他設(shè)施中，多維力、力矩及沖擊對大系統(tǒng)的強(qiáng)度、剛度、能耗、動力學(xué)性能、振動與噪聲耦合、車隧耦合氣動效應(yīng)等產(chǎn)生重要影響，氣動設(shè)計(jì)邊界的確定變得至關(guān)重要。高速磁浮列車抱軌運(yùn)行，車–軌間隙很小，車下氣流在列車與軌道梁的強(qiáng)耦合作用下，呈現(xiàn)出非常復(fù)雜的湍流特征及變化規(guī)律，地面效應(yīng)相當(dāng)惡劣，氣動載荷的脈動控制影響列車懸浮及振動舒適度，車體表面的強(qiáng)剪切流動使列車艙室通風(fēng)散熱性能劣化?？傮w而言，速度的提升和運(yùn)行關(guān)系的變化對高速磁浮列車空氣動力學(xué)研究提出了新的挑戰(zhàn)，也對高速磁浮列車的節(jié)能降噪和安全舒適性提出了更高的要求，吸引國內(nèi)各優(yōu)勢單位學(xué)者開展了一系列的深入研究。
為集中展示高速磁浮列車空氣動力學(xué)領(lǐng)域的最新研究進(jìn)展，促進(jìn)學(xué)術(shù)交流，在樂嘉陵院士的指導(dǎo)下，《實(shí)驗(yàn)流體力學(xué)》策劃出版了“高速磁浮列車空氣動力學(xué)”?？?，得到了領(lǐng)域內(nèi)諸多專家的積極響應(yīng)，在此表示誠摯感謝。此次?？寮?nèi)容豐富，覆蓋了高速磁浮列車空氣動力學(xué)理論、設(shè)計(jì)、仿真、試驗(yàn)各環(huán)節(jié)，展示了低真空管道超高速磁浮列車磁懸浮制式分析及空氣動力學(xué)問題的最新探索。希望本專刊對推動高速磁浮列車空氣動力學(xué)技術(shù)發(fā)展起到積極的促進(jìn)作用，并能在高速磁浮列車空氣動力學(xué)技術(shù)交流中起到拋磚引玉的作用，為“磁浮飛行風(fēng)洞”等重大科技基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)提供理論指導(dǎo)和技術(shù)支持。
“高速磁浮列車空氣動力學(xué)”?？M稿專家
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倪章松（1973—），男，安徽太湖人，成都流體動力創(chuàng)新中心主任，正高級工程師，研究生導(dǎo)師。中國航空學(xué)會第十屆理事會理事，中國空氣動力學(xué)會第八屆理事會理事，中國空氣動力學(xué)會風(fēng)能空氣動力學(xué)專業(yè)委員會副主任委員；《實(shí)驗(yàn)流體力學(xué)》期刊第五屆編委會委員。長期從事低速風(fēng)洞試驗(yàn)技術(shù)及結(jié)冰與防除冰技術(shù)研究工作，主持或主研國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家重大基礎(chǔ)研究項(xiàng)目、省級重大科技專項(xiàng)、省級重大科技基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、部委級條件建設(shè)項(xiàng)目、氣動專用設(shè)備建設(shè)、氣動預(yù)先研究、民用飛機(jī)專項(xiàng)科研等10 余項(xiàng)科研項(xiàng)目。獲得國家部委級科技進(jìn)步特等獎1 項(xiàng)、二等獎2 項(xiàng)、三等獎3 項(xiàng)，教學(xué)成果二等獎1 項(xiàng)。發(fā)表學(xué)術(shù)論文30 余篇，獲授權(quán)發(fā)明專利20 余項(xiàng)。
高廣軍（1973—），男，河南安陽人，中南大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師。中南大學(xué)交通運(yùn)輸工程學(xué)院院長，重載快捷大功率電力機(jī)車全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任，軌道交通列車安全保障技術(shù)國地聯(lián)合工程研究中心主任；入選中組部及科技部等國家級高層級人才計(jì)劃；湖南省“芙蓉學(xué)者”特聘教授；兼任國家鐵路局專家委員會委員、國際期刊TransportationSafetyandEnvironment 副主編。主要研究方向?yàn)榱熊嚩囿w耦合撞擊安全保護(hù)技術(shù)，軌道交通空氣動力與行車安全。主持科技部重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目1 項(xiàng)，國家高鐵聯(lián)合基金項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金和科技部重大專項(xiàng)任務(wù)6 項(xiàng)；發(fā)表高水平論文100 余篇；獲國際授權(quán)發(fā)明專利10 項(xiàng)；獲得國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎（創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)）1 項(xiàng)，國家技術(shù)發(fā)明二等獎1 項(xiàng)、國家科技進(jìn)步二等獎1 項(xiàng)、中國專利金獎2 項(xiàng)。
鄧自剛（1982—），男，四川瀘州人，研究員、博士生導(dǎo)師，西南交通大學(xué)超高速真空管道磁浮交通研究中心副主任。愛思唯爾“中國高被引學(xué)者”，國際磁懸浮大會執(zhí)委會委員，四川省青年科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)帶頭人。主要從事高溫超導(dǎo)磁懸浮與真空管道磁浮交通研究，研制成功世界首個(gè)真空管道高溫超導(dǎo)磁懸浮車試驗(yàn)系統(tǒng)，率先驗(yàn)證了真空管道磁浮交通的可行性；搭建了國際上磁軌截面最小、懸浮效率最高的釘扎磁浮系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了2 t/m 的線載重密度突破，支撐了世界首臺高溫超導(dǎo)高速磁浮工程化樣車及試驗(yàn)線啟用。承擔(dān)國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金、國家優(yōu)秀青年科學(xué)基金、國防科技創(chuàng)新特區(qū)、四川省科技廳（杰青、創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)）等科研項(xiàng)目10 余項(xiàng)；發(fā)表學(xué)術(shù)論文200 余篇，獲授權(quán)發(fā)明專利50 余項(xiàng)；獲得騰訊基金會首屆科學(xué)探索獎、詹天佑鐵道科技獎、茅以升鐵道科技獎、交通運(yùn)輸協(xié)會科技創(chuàng)新青年獎、成都市最美科技工作者等榮譽(yù)和獎項(xiàng)；入選四川省天府萬人計(jì)劃，帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)獲得“四川青年五四獎?wù)录w”“鐵路青年五四獎?wù)录w”等稱號。
陳大偉（1982—），男，山東濟(jì)南人，博士，教授級高級工程師。中車集團(tuán)首席技術(shù)專家，中南大學(xué)研究生兼職導(dǎo)師，中國空氣動力學(xué)會風(fēng)工程和工業(yè)空氣動力學(xué)專業(yè)委員會委員，中車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司國家工程中心研究部主任。長期從事軌道交通車輛空氣動力學(xué)研究，負(fù)責(zé)和參與了600km/h高速磁浮列車、復(fù)興號CR400AF 動車組、和諧號CRH380A 動車組等系列高速列車的空氣動力學(xué)設(shè)計(jì)、仿真與試驗(yàn)評估工作。主持和參與國家級、省部級課題8 項(xiàng)，發(fā)布鐵路行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)2 項(xiàng)，獲授權(quán)專利31 項(xiàng)、軟件著作權(quán)7 項(xiàng)；發(fā)表論文30 余篇；獲中國交通運(yùn)輸協(xié)會科技進(jìn)步特等獎、山東省科技進(jìn)步獎一等獎、四川省科技進(jìn)步獎一等獎、中國中車科技獎特等獎、詹天佑鐵道科學(xué)技術(shù)專項(xiàng)獎、交通運(yùn)輸協(xié)會科技創(chuàng)新青年獎等榮譽(yù)。
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