为研究高铁车体在复杂风场条件下的侧风效应问题,以计算流体动力学(CFD)的数值计算为研究手段,研究车体气动力特性及参数敏感性,系统考察车体气动力随风攻角变化的规律,据此分析列车行驶时的力学性能。通过对比不同高宽比和长宽比车头形状的空气动力学特性,得到合理的车头形状为铁路机车安全运行提供理论和技术支持。根据模拟分析结果表明:车头形状设计为高2.6 m、顶部长0.46 m、底部长3.0 m时,空气动力学特性(气动升力系数、侧向升力系数、倾覆力矩系数)同时取得较为理想的结果,更容易满足列车安全性能要求。

通过分离涡模拟(DES)数值计算方法,对强侧风中不同行驶工况下某新型城际动车组的非定常气动特性进行研究,计算得到各工况下该型城际动车组所受非定常气动力的时域特性、频域特性,以及列车周围的非定常流场结构。研究结果表明:在强侧风作用下,列车所受气动力存在明显的非定常性,随着路堤高度的增加,非定常性更加显著;非定常气动载荷的主要频率出现在0～50 Hz,峰值频率主要出现在0～8 Hz,应考虑气动载荷频率与车身固有频率接近而可能造成的共振问题;随着路堤高度的增加,转向架和风挡区域流场扰动更加剧烈。

近年来,磁浮列车在轨道交通系统中发挥着越来越重要的作用,开展强侧风环境下中速磁浮列车在高架桥上运行时的空气动力学性能研究具有特殊意义。通过数值模拟的方法,对中速磁浮列车在不同风速作用下以不同速度通过高架桥时的空气动力学性能展开研究。研究结果显示磁浮列车整车受到的侧向力、升力、侧滚力矩、偏航力矩随环境风速的增加而增加,随车速的增加而减小。而相同工况下,头车受到侧向力和侧滚力矩最大,最有可能发生车轨接触故障;尾车和头车受到的偏航力矩较大,容易引起车辆的左右晃动。