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。

列车在高速运行时,如果受到强横风作用,空气动力学性能显著改变。为探讨高速列车车头形状对横风气动效应的影响,基于Navier-Stokes方程和标准k-ε两方程模型,采用有限体积法,计算了CRH2、CRH3、CRH380A和德国ICE型高速列车在不同列车运行速度、不同横风速度25种工况下的侧向力、侧翻力矩及其系数。计算结果表明CRH3型高速列车横风气动特性最优,CRH380A型高速列车其次,两者气动特性相差不大,要优于CRH2和ICE型高速列车,并且受电弓两侧加侧挡板会使安装的那节车厢的侧向力和侧翻力矩大幅增加,并会给后面车厢的横风气动效应带来不利影响。