针对高速列车不断提速导致气动噪声急剧增加产生的环境噪声污染问题,通过建立复兴号高速列车受电弓气动噪声分析模型,利用RNG k-ε模型、大涡模拟及FW-H声类比法对复兴号受电弓进行气动噪声源特性、远场噪声传播规律、频域分布规律进行研究。数值模拟结果表明整车最大噪声源部位为受电弓的弓头;受电弓的远场气动噪声在其质心指向弓头方向最大,远场气动噪声与传播距离的对数线性相关;受电弓气动噪声的频域较宽,分布在25~6000 Hz范围内,主频在145~315 Hz之间。根据研究结果,对主要噪声源即受电弓弓头进行仿生降噪研究,考虑高速列车双向运行特性,在碳滑板和圆杆上施加前后对称椭球状凸起结构,当碳滑板凸起60 mm、圆杆凸起10.5 mm时,降噪效果最明显,在7.5 m远处整车总声压级降低了2.56 dBA。

随着高速列车运行速度的不断提高,受电弓气动噪声也愈加严重。针对这一问题,文中采用LES大涡模拟、边界层噪声源模型和FW-H声类比法,通过建立某型号受电弓局部1∶1气动噪声分析模型进行数值模拟。文中研究了受电弓各部位的气动噪声贡献量,还探究了针对较大噪声位置空腔采用射流降噪方法的降噪效果。结果表明,当网格总数为4323万个时,数值模拟精确度满足要求。受电弓空腔上游和空腔中部绝缘子是气动噪声的主要来源。在射流降噪前后,空腔内部气动噪声均为宽频带噪声,主要能量集中在0~4500 Hz。对250 kmh-1行驶速度下的空腔进行主动射流降噪,距列车25 m远处的垂向监测点声压级最小值为81.65 dB,比降噪前降低了2.64 dB。

受电弓作为高速列车主要噪声源之一,是一个包含许多部件的复杂结构。为研究受电弓气动噪声的主要噪声源以及远场气动噪声特性,基于计算流体力学开源软件OpenFOAM,采用大涡模拟结合K-FWH方程的联合方法,探究受电弓在250、300、350 km/h等不同速度下运行时的流场及气动噪声特性。通过模拟受电弓在不同速度以及不同开口状态下的运动,得到受电弓的频谱特性以及噪声源分布规律。结果表明,高速列车受电弓引发的远场气动噪声主要是低频和中频噪声,并且噪声频谱具有明显的主频。而远场噪声指向性方面,受电弓产生气动噪声具有偶极子特性,噪声主要向尾流斜上方传播。受电弓不同开口方向,所诱发的噪声声压级并不相同,闭口状态诱发的声压级更大。研究结果能为日后降低高速列车受电弓气动噪声的研究以及工程降噪问题提供理论参考。

随着绿色环保的现代轨道交通设计理念发展,受电弓减阻成为制约高速列车提速的关键问题之一。高速列车运行时,受电弓暴露于流线型车体之外,是列车气动阻力的主要来源之一,随着列车速度的提高,受电弓的减阻问题亟待解决。本文针对某型高速受电弓,基于计算流体动力学仿真技术,分析了整弓气动阻力分布,确定滑板与底座的压差阻力是气动阻力的主要来源,提出了滑板流线型减阻外壳与底座包裹流线型减阻外壳的优化方案,并与原模型对比验证了减阻效果。计算表明,减阻模型在350 km/h运行时,整弓气动阻力在开口、闭口时分别降低25.13%与24.19%。

建立受电弓-接触网-列车模型,通过雷诺时均方法研究了横风对受电弓各杆件气动特性的影响。通过改变横风风速、风向角,分析了受电弓的流线、表面压力和涡量等分布,探讨了受电弓各部件阻力系数、升力系数和侧向力系数,对比了各部件与受电弓总作用力系数的关系。研究表明对于受电弓的滑板、上臂杆及下臂杆部分,其阻力、侧向力系数均随风向角和横风风速的增大呈现出逐渐增大的趋势;滑板阻力系数最大,下臂杆阻力最小;上、下臂杆升力系数为负值,与受电弓相比作用力方向相反。在各杆件中滑板所受气动力占总气动力份额最大。受电弓上部构件受横风和风向角产生的影响显著,其结果对受电弓各杆件气动特性的研究及应用具有重要意义和价值。

铁道列车在运行过程中,存在气囊式受电弓不能根据当下列车运行状况进行弓网接触压力随动调整的问题,从而造成了弓网之间的接触压力过大或者过小,进而引起弓网耦合系统不稳定运行。本论文旨在研究不改变受电弓原有机械结构框架的基础上对受电弓气动控制系统进行基于模糊算法的控制机理改造,首先研究明确了现有受电弓的设计缺陷,而后在此缺陷上加入了基于模糊算法的控制系统,通过MATLAB的仿真建模,该控制系统能够完成对弓网接触压力的实时调整。

地铁列车在隧道中行驶时,受电弓对气流产生扰动并形成涡旋脱落,从而产生明显的气动噪声。对λ/D=2、ω/D=0.48的弓头展向波纹结构模型进行波峰、波谷、波峰波谷耦合穿孔优化设计,通过流体计算软件FLUENT进行流场的稳态和瞬态计算求解。采用标准k-ε模型计算稳态流场,在此基础上通过大涡模拟计算瞬态流场。基于气动噪声混合计算方法,将瞬态流场计算结果通过积分插值映射到声学网格上,并计算获取气动噪声声源及传播过程。仿真计算结果表明展向波纹穿孔结构模型较无穿孔模型有降低气动噪声的作用;展向波纹结构波峰波谷穿孔模型较单独的波峰、波谷穿孔模型的降噪性能较优;在远场R=1.18 m、2 m、5 m处,展向波纹波峰波谷穿孔模型的总声压级较波峰穿孔模型降低了0.51 dB、1.46 dB和1.43 dB,较波谷穿孔模型的总声压级降低了0.37 dB、1.21 dB和1.29 dB。

受电弓作为高速列车顶部重要的受流装置,在列车高速行驶时对气流产生扰动并形成涡旋脱落,产生显著的气动噪声,从而对周围环境产生影响。针对受电弓弓头的气动噪声问题,将展向波纹结构引入弓头杆件结构之中,基于波长λ和波纹幅度ω两个参数建立了八组受电弓弓头展向波纹结构模型,并通过流体计算软件FLUENT进行流场的稳态和瞬态计算求解。采用标准k-ε模型来计算稳态流场,在此基础上通过大涡模拟计算瞬态流场。基于气动噪声混合计算方法,将瞬态流场计算结果通过积分插值映射到声学网格上,并计算获取气动噪声声源及传播过程。仿真计算结果表明,λ/D=2、ω/D=0.48的展向波纹结构模型降噪性能最优,较直方杆模型的总声压级降低了9.15 dB;λ/D=2、ω/D=0.36的展向波纹结构模型的减阻性能最优,较直方杆模型的气动阻力值降低了2.29 N。

受电弓是关系动车组运行安全的重要设备.文中以CRH380AL型动车组为例,基于动车组四级检修规程并结合现车实际检修经验,对受电弓的四级检修工艺进行了研究.

中国高速铁路近几年快速发展,受电弓系统作为高铁的关键系统之一,其与接触网的接触力对列车运行安全及高铁线路运营十分重要。在受电弓运行到达一定里程数进行四级修出厂时,需对受电弓的静态接触力进行校验及可靠性评定,文中对此设计搭建了试验平台,对检修后的受电弓进行接触力检测,并进行了现场试验,记录全部的试验数据加以验证。