为了研究轨道间隙对磁浮列车气动性能的影响,采用三维、定常、不可压缩雷诺时均方程和标准k-ε双方程湍流模型,模拟无风及横风条件下不同轨道间隙下2车编组磁悬浮列车气动性能。研究结果表明:通过风洞试验验证,列车表面压力的数值模拟结果与试验数据变化规律一致,幅值相差不超过10%;在无风条件下,随着轨道间隙增大,在列车头车流线型及整车非流线型部分,列车与轨道之间空气流速呈增大趋势,而在尾车流线型部分,列车与轨道之间速度略有减小趋势,列车鼻尖点附近车底压力突变幅增大,头车升力减小,尾车升力增大;当轨道间隙由8 mm增大到20 mm时,头车升力减小36.01%,尾车升力增大10.09%,当横风风速为20 m/s时,随着轨道间隙增大,在头尾车鼻尖点附近位置,车轨之间空气流速随轨道间隙增大而减小,在头车流线型其他位置及非流线型部分,车轨之间速度随轨道间

中国轨道交通历经几代技术创新与发展,取得了令世界瞩目的成就。轮轨系统的黏着限制了轨道交通的进一步高速化,磁浮技术在轨道交通上的应用应运而生。“十三五”期间,中国开始研制600 km/h高速磁浮交通系统。高速磁浮列车运行速度为600 km/h,马赫数达到0.49,列车空气动力学性能急剧恶化,加之运行环境(车–轨间隙、两侧节流)的变化,呈现出与高速轮轨列车不同的气动特征,空气动力学问题成为高速磁浮列车设计研发的关键问题之一。本文探讨了600 km/h高速磁浮列车气动设计面临的技术挑战,提出了高速磁浮列车气动设计解决方案,介绍了我国600 km/h高速磁浮列车气动设计方案,展望了高速磁浮列车空气动力学未来研究方向。

针对常温常导高速磁浮列车头型的几何特点,将其分为流线型和设备舱2个部分,采用改进的VMF参数化方法和曲面离散方法,分别进行参数化设计;对提取的12个设计参数,结合计算流体力学方法、支持向量机模型和多目标粒子群算法,以整车气动阻力系数和尾车气动升力系数为优化目标,以头车气动升力系数为约束条件,进行高速磁浮列车头型多目标气动优化设计,并进行设计参数的灵敏度分析;对优化外形进行工程化改进和风洞试验验证。结果表明参数化设计方法能够利用较少的设计参数描述高速磁浮列车头型;减少计算量且提高优化效率的支持向量机模型的预测精度满足设计要求;头型长度是影响高速磁浮列车气动性能的关键设计参数,水平剖面型线对头尾车气动升力的影响较为显著;较原始外形,采用根据工程设计要求改进的优化外形后,整车气动阻力系数减小19

真空管道磁浮交通的出现使得地面超高速轨道交通成为可能。真空管道磁浮研究受限于对大功率推进电机和真空环境的需求,难以取得相关试验数据。针对多态耦合轨道交通动模型试验平台永磁轨道和电机气动布局的前期设计,本文开展了相关数值模拟研究。基于动模型试验平台几何结构、电机平台和永磁轨道在管道内的实际布置形式,采用三维、可压缩的RANS方法和SST k–ω湍流模型,计算了超导磁浮列车在真空管道内超高速运行时的三维流场结构、激波反射和传播规律,对比分析了列车底部矩形槽道对列车气动载荷和管道内流场的影响,重点探究了列车底部压力和速度变化趋势、尾部激波强度和尾涡结构的差异。研究发现轨道和电机平台的台阶使得尾流区产生了更多的流动分离和激波反射,导致尾部压力波动;列车底部流动间隙增大,列车尾部激波强度下降,激

为了保证磁浮列车的悬浮稳定性,研究了悬浮系统的主动控制问题。首先,基于磁浮列车单电磁铁最小悬浮单元建立了对应的电流控制数学模型,并结合仿真说明了比例‒积分‒微分(PID)控制算法对非线性负载等时变干扰非常敏感的问题;然后,提出了一种采用分岔理论稳定性证明的滑模控制方法,并结合径向基函数(RBF)神经网络的参数自调整功能构建了具有振动抑制的悬浮控制模块,有效地抑制了电磁铁振动;最后,通过构造Simulink控制模型并搭建单电磁铁悬浮试验平台进行仿真和试验。结果表明:电磁铁振动对悬浮性能的影响尤为明显,所提出控制算法能够在复杂扰动存在的情况下对电磁铁振动进行有效抑制,并提高悬浮系统的动态性能。

磁浮列车受流器与第三轨之间的摩擦很大程度上影响磁浮列车的稳定运行,其中受流器靴板的结构及材质的耐磨程度是重要因素。介绍一种新结构的磁浮列车受流器,并对受流器靴板的材质和选型进行分析。通过试验模拟受流器靴板和第三轨之间的摩擦情况,对比不同材质靴板的性能。结果表明:链条式球磨铸铁受流器靴板具有更优良的耐磨耗性能。

结合160 km/h磁浮车辆液压制动系统的结构和使用特点,阐述了液压制动系统的基本组成和工作原理。针对其中的系统原理和管路设计,研究制动施加和缓解状态下油量的变化关系,分析闸片无磨耗与全磨耗状态下对制动响应时间的影响。AMESim仿真分析结果表明,该设计方法能够减少制动用油量和缩短制动响应时间。