针对高速列车车身风阻制动板的气动外形设计问题,设计3种几何外形(矩形、贝壳形和翅形)、2种装设角度(75°和90°)共6种组合方式的风阻制动板设计方案。采用基于SST k-ω湍流模型的RANS方法研究高速列车车身风阻制动板对整车气动增阻性能的影响。为简化风阻制动气动仿真计算,建立基于6种组合方式的风阻制动板-车顶模型,通过对比分析模型数值仿真结果,明确风阻制动板气动增阻机理、风阻制动板气动外形与布局角度对车顶模型的气动增阻效应的影响,初步确定风阻制动板装车设计方案,并对风阻制动板方案进行计算验证,通过比对装板前后列车风阻制动力气动特性和列车-风阻制动板周围流场结构,明确风阻制动板对列车整车增阻特性的影响,最终确定较优的风阻制动板设计方案的实际增阻效应。研究结果表明当风阻制动板位于车顶、与水平面成75°夹角...

传统的列车头尾外形优化及车体平顺化气动减阻方式已趋于减阻极限,应用流动控制技术来降低列车表面摩擦阻力成为实现列车气动减阻的重要途径之一。采用改进的延迟分离涡模拟方法(IDDES)对高速列车头车车身向外喷射氦气的主动控制减阻技术进行研究,分析喷气速度、喷气部位以及喷气方式对列车气动阻力及周围流场结构的影响。研究结果表明等截面车身顶面喷气时,随着喷气速度提高,减阻效果减弱,当以0.1U(U为来流速度)喷气时,具有最佳气动减阻效果,整车气动减阻率为3.68%,对比各节车在不同喷气速度下摩擦阻力变化,当喷气速度较低时对各节车均有减阻效果,而喷气速度越高,对中间车和尾车的减阻效果越差,甚至产生增阻效果。头车流线型与等截面车身过渡位置和等截面车身顶面分别以0.1U喷气时均降低了列车整车阻力,流线型头部过渡位置顶面喷...

气动升力协同高速列车是一种通过添加串列升力翼提高列车气动升力,实现高速列车整体能耗和全寿命周期成本下降的创新型高速列车概念。由于升力翼使得列车的净重量下降,车轮与轨道之间的作用程度减弱进而降低了摩擦阻力和车轮的磨损。为减少串列翼之间的气动干扰,在铁路限界约束条件下,基于数值模拟方法,研究了不同壁面距离和攻角下的升力翼气动特性,提出了一种较优的升力翼气动布局,在此基础上开展翼型优化设计。研究结果表明后翼处在前翼的尾迹区时会存在显著的升力损失,且气动损失随着前翼攻角的增大而增大。通过翼型优化,可以有效改善后翼的气动特性,相比原始翼型,新翼型的升力系数提升了14.06%,升阻比提升了10.71%。

高速列车运行产生强交变气动载荷,会导致列车铆钉、螺栓等连接结构件疲劳失效,该文针对高速列车底板铆钉结构的气动疲劳问题,提出底板/铆钉/骨架梁耦合分区气动加载的应力有限元解算模型;采用双向同步导压的差压测量方法,获得了武汉-广州交路的底板结构气动载荷谱,采用雨流计数与累积损伤准则对铆钉结构进行疲劳损伤评估。结果显示,当高速列车运行里程达设计寿命1200万千米时,铆钉结构的疲劳损伤为0.83,其安全系数仅为1.2,应加强对铆钉结构件的检修维护,同时从规格选取、初始拉铆设计和骨架梁-铆钉布置优化出发,提升铆钉强度、降低初始应力、平滑集中应力,以提升铆钉结构的服役性能,确保行车安全。

为加深对隧道内气动效应和列车风特性的认识,采用RNGκ⁃ε湍流模型模拟高速列车偏心通过隧道全过程,应用滑移网格技术模拟列车高速运动,对列车通过时隧道内的气动效应及列车风进行研究。通过将数值计算结果与现场试验结果进行对比,验证了数值方法的准确性。研究表明隧道入口处气动压力变化规律与隧道内有很大差别;列车两侧对称测点的最大正压值及峰-峰压力变化幅值分别相差13.1%和7.3%,近隧道侧列车风纵向速度分量与合速度最大值分别为远隧道侧的2.1倍和1.9倍,列车偏心通过对列车周围气动压力影响不大,而对列车风影响非常显著;列车表面边界层对列车风纵向分量影响显著,对横向速度分量和垂向速度分量几乎无影响;隧道内列车后方产生交替出现的复杂尾涡结构,与明线时差别很大;隧道内列车风风速衰减较慢,持续时间更久。

本文建立了包括首车、中间车和尾车在内的高速列车三维计算流体动力学模型,分析了高速列车速度在350km/h时的气动阻力和气动噪声分布。分析了列车在不同大气压力与不同真空管阻塞比下的空气阻力分布特性;建立数值模拟模型,采用标准湍流k-ε计算外部稳态流场,然后采用大涡模拟方法计算高速列车的瞬态流场。进一步得到列车表面压力分布和频域脉动压力分布特征。结果表明,列车的空气阻力随着阻塞比和大气压力的增大而增大。列车表面脉动压力的分布规律满足首车最大,尾车次之,中间车最小,也就是说首车是高速列车的主要噪声源。

为研究高速列车受电弓流线型结构对受电弓气动特性的影响,基于计算流体力学理论,构建某型号高速列车4车编组模型.采用k-ω SST湍流模型进行数值模拟,分析得到流线型结构对受电弓的气动特性及流场的影响.计算结果表明流线型受电弓减小了滞止区面积和迎风面积,并减缓了受电弓尾部涡流,从而有效降低了受电弓受到的压差阻力,相较于现役的CX-PG型受电弓单弓气动阻力降低了11.5%,整车气动阻力降低了0.9%.流线型受电弓受到的升力较CX-PG型受电弓高出一个量级.受电弓局部结构对阻力有一定影响,采用一体流线型包裹的弓角结构和一体式绝缘子结构的流线型受电弓取得了更好的气动特性,相较于现役CX-PG型受电弓,单弓气动阻力降低了15.9%,整车气动阻力降低了1.8.

基于流场恶化理论和声学类比理论建立了一套声学优化设计方法,并应用于高速列车排障器的声学优化设计中。结果表明,头尾车流线体是最重要的声源,分别占总声能的23.7%和33.7%。与尾车流线型部位相比,头车流线型部位声源能量更偏向高频。车体A计权辐射噪声呈现宽频带噪声(主要在1~4 kHz范围内)和峰值特征(尤其在2 kHz)。在四种方案中,最大伸缩长度的排障器能缓和2 k Hz的强峰值效应,降低总声能,并表现出最佳的声辐射性能。通过风洞试验验证了数值计算模型的正确性。

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有明显影响。随着模型尺度的减小,高速列车的气动阻力系数逐渐增大,模型尺度从1∶1减小到1∶8时,阻力系数增加11.3%。模型尺度对列车黏性阻力系数和尾车分离的尾流高度影响较大,但不改变列车表面压力分布规律和车体表面边界层的发展规律。列车表面压力具有明显的非定常性,随着模型尺度的减小,脉动压力的振荡程度减弱。模型尺度的变化未改变高速列车在远场纵向和横向上的传播特性,随着模型尺度的减小,...

针对高速列车设备舱裙板在气动载荷作用下的结构强度问题,对设备舱裙板的静压力和气动疲劳性能进行试验和仿真分析研究.依据高速列车设备舱裙板气动性能技术条件和试验周期要求,提出气缸加载试验方法并设计覆盖裙板和格栅的一体式工装,试验结果表明设备舱裙板测点应力都小于材料屈服强度,并且裙板无永久变形和损伤.通过接触非线性仿真分析将试验工装改进为分离式工装,分离式工装减重77%,可降低工装成本和缩短试验周期.