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。

为探究高速磁浮列车气动噪声特性,以TR08高速磁浮列车为研究对象,考虑空气的可压缩性,采用分离涡模拟(DES)计算列车周围瞬态流场,基于Lighthill声比拟理论,采用声学有限元方法进行气动噪声数值计算。通过对比在线实车试验数据与数值仿真计算结果,验证了数值计算模型的准确性。研究表明,高速磁浮列车气动噪声是一种宽频带噪声,噪声源主要分布在头车和尾车流线型肩部等气流分离及湍流剧烈的区域。当列车运行速度为600 kmh-1时,距离轨道中心线25m、轨面以上3.5m处列车通过时间内等效连续A声级达到107.5dB(A),噪声峰值位于中心频率为1600Hz的1/3倍频程频带内,为101.9dB(A)。

为减少高速磁浮列车运行时气动阻力,降低列车能耗,开展高速磁浮列车表面微结构气动减阻仿真研究。以国内某型高速磁浮列车为研究对象,建立头车+尾车两编组仿真模型,采用瞬态SST K-Omega IDDES湍流模型开展凹球状微结构对列车气动阻力影响仿真研究。仿真结果表明在列车尾车流线型顶部区域加设凹球状微结构可降低列车整车压差阻力达12.3%,降低列车整车气动阻力3.2%。此外随着凹球状微结构沿流线型表面布置长度增加,气动阻力逐渐降低,布置长度为0.6倍流线型长度时,减阻比例达到7.6%。采用凹球状微结构来改变湍流流动特性是降低列车气动阻力的有效途径。

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1...

频繁启停是高速地铁在隧道内运行的特点,文章采用动模型试验数据验证了基于重叠网格技术的数值计算方法的准确性,分析了4种不同的启停模式对高速地铁隧道空气动力学效应的影响,并与匀速通过隧道的工况进行了对比。结果发现启停模式对列车通过隧道的气动特性影响较大,启动加速的时间越短,车体压力波峰峰值和气动阻力越大,且列车启动位置距隧道口越近,车体表面压力波峰峰值和气动阻力就越大,但气动阻力的增加幅度较小;相比于匀速通过隧道,列车在隧道内启停过程加减速时间为5 s时,车体表面压力波峰峰值和气动阻力都明显增大;加速时间为5 s与15 s相比压力波峰峰值增加20%。列车在隧道中心停车时,隧道和车体表面仍然存在压力波动,且在停车30 s内压力波幅值基本不变,对于大阻塞比高速地铁列车,应该适当考虑站台停车时压力波对车内乘客安...

十几年来,以高速列车为代表的高速铁路装备在长期技术积累和自主研发的基础上,经过引进消化吸收再创新、自主提升创新、全面创新和持续创新,成功研制了多代先进的高速列车产品.通过不断的技术创新,突破了高速列车系列关键技术,形成了自主研发能力,不断提升高速列车的安全性、可靠性、经济性、环保性及智能化.我国高速列车的运行速度、综合舒适度、安全性、可靠性、节能环保等各项综合性能指标优良,部分指标达到国际领先水平.论文系统回顾了我国和谐号动车组、复兴号动车组、城际动车组、前沿动车组产品的发展成就及主要技术突破,分析了高速列车研发过程中面临的复杂环境适应性、大系统复杂耦合作用、安全可靠设计、智能化应用等关键技术挑战,系统概述了高速列车故障预测与健康管理技术、车体轻量化技术、被动安全防护技术...