气动噪声是高速铁路噪声的主要组成部分,在列车更高速度下将发展为最主要噪声源。在分析了国内外高速列车气动噪声研究现状的基础上,以某型号动车组为研究对象,通过CFD与Lighthill理论混合求解方法,使用Curle宽带噪声源模型及FW-H声类比理论,计算了不同速度下高速列车气动噪声源强并分析其分布特性。研究结果表明,头车、受电弓及转向架区域是高速列车气动噪声源强最大区域;头车前转向架区域气动噪声大于其他位置;高速列车不同区域气动噪声发声机理差异较大,并与湍流涡旋结构密切相关。

针对单层、腔室型两种形式的开孔波纹板风障,采用滑移网格方法分别模拟横风条件下高速列车通过风障区域的过程,分析了在横风和列车风耦合作用下风障周围的绕流流场特性、风障面板气动荷载的时域特性及横风与列车风耦合脉动压力的频域特性。结果表明:在高速列车行经风障区域的过程中,无横风时头车产生的冲击作用要大于尾车的;存在横风作用时,列车头车产生的气动冲击作用与横风作用形成对冲,抵消了部分横风能量,而列车尾车则与横风作用相叠加,放大了横风对风障的气动作用;单层风障通过改变横风流向起到挡风减载作用,而腔室型风障同时可在腔室内部及尾流形成大量小漩涡来消耗横风能量,使用腔室风障能显著降低单个风障面板的气动荷载;该研究中,横风与列车风耦合作用于风障的脉动压力以及气动荷载的主频谱峰值集中在0.5~5 Hz内。

高速列车气动噪声主要由结构诱导涡旋及结构表面的流体压力梯度变化形成,针对这2种噪声产生机制,结合DES分离涡模拟方法及Lighthill声比拟理论,计算了受电弓变截面弓杆及仿生表面织构2种气动降噪方式的声学特性,计算结果表明通过本体结构及表面优化均可有效降低高速列车气动噪声;弓杆截面型式的改变会影响周边压力场的分布特性,进而改变结构自身表面声功率特性,实现降噪的效果;仿生表面织构通过在结构阵列面上形成二次涡群来降低结构表面气动噪声;倒角式横杆、椭圆形臂杆及菱形凹坑表面声学特性优于其他结构型式。

高速列车会车时的压力波会对线路两侧的风障产生气动冲击作用,有可能导致风障的结构失稳,给列车运行带来安全隐患。采用能真实模拟列车运动的嵌套网格方法以及保留开孔特性的腔室耗能型风障,以某CRH型车为研究对象,计算了不同列车车速和不同横风风速下单侧风障内列车交会对风障的冲击过程。研究结果表明高速列车行驶过程中,由于其高速运动对周边空气的排挤以及尾部气流的补充,在车身附近形成'正-负-负-正'4个压力波;会车过程中,两列车的压力波相互叠加耦合并作用在线路一侧的风障上;随着车速的增大,压力波极值增大,换向时间减小,变化率增大;随着风速的增大,横风作用与列车风作用相互耦合,放大了风障内侧的负压值;压力波正压峰值在车体长度范围之外,负压峰值在车体长度范围之内,头车正压波峰距头车鼻锥处距离最近;在横风作用下,列...