面向高校车辆工程专业人才工程实践能力培养和虚拟仿真实验的重大需求,针对汽车专业液压传动课程教学中存在的理论抽象和实践教学手段不足等共性问题,通过SolidWorks完成液压元件的三维建模及装配,导入3Ds Max进行模型的优化和渲染,在Unity 3D中实现虚拟场景搭建,自主设计开发了一套汽车液压虚拟实验教学平台:液压元件剖视和拆装、液压试验台、液压回路以及液压助力转向装置的虚拟实验。教学实践应用表明,该虚拟实验平台具有良好的三维交互性、操作便捷性和场景真实性等优点,增强了学生工程实践能力,在汽车液压传动实验教学领域具有良好的应用价值。

受电弓是高速列车顶部最主要的气动噪声源,合理的导流罩设计是降低受电弓气动噪声的重要方法。通过声学风洞试验的方法,研究缩比模型导流罩对高速列车受电弓气动噪声的影响,采用远场麦克风及声阵列,给出了风速范围为200～250 km·h-1时的升弓、降弓状态下,受电弓和加装导流罩的远场气动噪声频谱、主要噪声源位置、强度和对应频带范围。研究表明,受电弓气动噪声为宽频带噪声,中频噪声源位于受电弓区域后部近车体位置,中高频、高频噪声源对应弓头和支座区域;升弓状态下,导流罩增大了弓头区域的气动噪声能量,在降弓状态下,导流罩减小了弓头和支座的噪声水平。

通过建立18个参数的参数化模型,并开发了基于遗传算法的全局优化方法,展开带内流的车身气动优化,获得了气动阻力系数为0.261的低阻优化外形.比较最优车身的仿真和试验结果发现,气动阻力系数仅相差4%,表面压力系数和不同截面速度分布趋势相同、量值相差较小,表明所采用数值仿真方法是正确、可行的.利用本征正交分解对车身尾部截面流场进行能量分解发现,前9阶模态占总能量的54.5%;能量占比最高的1阶模态呈现出尾部拖曳涡的形态,并且拖曳涡的涡核位置不随时间变化而变化.建立了带内流的全局优化方法,获得了经试验验证的带内流低阻车身,为相关产品开发提供借鉴方法和外形参考.

在海洋波导中,单个水平阵的被动时反定位性能随声源方位的改变而迅速下降。对于一个298基元、基元间隔为1m的单个水平阵而言,当声源入射方向偏离水平阵端射方向超过70o时,被动时反定位失效。针对单水平阵的这一不足,提出了一种由三个子阵组成的组合式水平阵,三个子阵之间夹角为60o,基元数分别为100、99、99,基元间隔为1m。不论声源方位如何,组合阵的有效孔径都不小于150m,在整个空间区域都能对目标实现有效的被动时反定位。

为提高功能型液压换向阀模型仿真的精度,提出基于液控换向阀的先导模型建模与标定方法,阐述先导模型的具体建模步骤.通过静态分析方法,得出影响先导模型的关键参数,并利用AMESim进行动态仿真分析.仿真结果与试验结果的对比显示,利用该方法建立的先导模型作为换向阀的控制输入具有很高的仿真精度.

转向架区域是高速列车最主要的气动噪声源。通过风洞试验的方法,测量了1∶20转向架区域的舱内气动噪声和压力,分析了动车转向架、拖车转向架舱内气动噪声和脉动压力的速度标度律,及其随雷诺数的变化规律。结果表明近场气动噪声标度律分析可以区分转向架舱内湍流脉动压力和声压,舱内湍流脉动压力能量随速度的3.2~3.9次方增加,声压级随速度的6~8次方增加,两者的分界线频率,转向架舱后壁高于舱顶部。气动噪声为具有多个峰值的宽频带噪声,频率不随雷诺数变化的峰值噪声由声共振导致,频率随雷诺数增加而增大的峰值噪声为气流冲击轮对下部导致。转向架区域的气动噪声的峰值频率与转向架舱、轮对尺寸有关,宽频带噪声受转向架形式影响。该研究结果可为理解转向架区域气动噪声源特性及降噪控制提供理论和数据支撑。

合理的风洞高速列车实验模型对其气动评估和研究十分重要。采用计算流体力学方法,以开口式风洞和高速列车头车为对象,研究风洞实验头车最短尾部模型和合理缩比模型的选取方法。结果表明无侧风时头车阻力系数随着尾部模型缩短而增加,尾部负压前移使得车厢连接处压力降低,头车+0.4L尾部模型的头车阻力与3车编组头车偏差为2.8%,可作为头车气动最短实验模型。头车最大缩比模型选取受风洞边界效应、雷诺数效应和地面效应共同影响,其中雷诺数效应使得摩擦阻力减小,地面效应使压差阻力增大,18、14缩比模型与11模型头车的压差阻力偏差为12.7%和7.2%,压差阻力分别占头车总阻力63.9%、67.2%和72.5%。结果表明,对于开口式风洞选取14的头车气动实验模型更为合理。

气动降噪控制对高速列车运行环保性和乘坐舒适性至关重要。以某时速400 km高速列车18缩比模型为研究对象,建立了基于转向架舱前缘、侧缘、后缘3种策略的6种气动降噪控制方案。通过大涡模拟得到非定常流场和气动噪声源项,采用FW-H方程和声扰动方程计算远场和近场噪声,得到不同控制方案对远场噪声、近场噪声的控制效果和影响频域范围。与风洞试验相比,远场30个测点中90%的测点总声压级偏差在3 dB(A)以内,频谱变化趋势相同,量级相差较小。在速度为400 kmh-1时,不同降噪控制方案使得远场测点的平均声压级最大减小1.4 dB(A),转向架舱湍流脉动功率级最大减小3.4 dB(A),转向架舱声功率级最大减小0.6 dB(A)。转向架舱前缘控制中直壁、排障器加厚,侧缘控制裙板高度增加、后缘控制倒圆角均可降低远场噪声水平,以及转向架舱顶板湍流脉动压力功率级。排障器...

高速列车的转向架区域是气动减阻研究的重点.通过样条曲线方法建立了高速列车底部结构的7参数化模型,采用计算流体力学及超拉丁立方抽样试验设计方法,研究了底部结构参数对高速列车气动阻力的影响规律.结果表明:底部结构参数对于三车总阻力、头、中、尾各节车气动阻力的影响分别为27%、37%、39%和22%,三车气动阻力对裙板高度、排障器厚度、舱前缘倒角最为敏感.但头、中、尾车影响规律不同于三车,有必要考虑对头、中、尾三车底部结构分别进行气动设计,以达到最优的减阻效果.底部结构参数主要影响列车底部平均流速改变底部结构所受气动阻力,进而影响高速列车气动阻力.

建立了某头型的1∶8缩比三车编组气动噪声仿真模型,采用大涡模拟获得车身湍流脉动压力,基于FW-H方程和声扰动方程分别获得远场噪声和近场噪声,从而建立一整套头型气动噪声预测方法.远场测点总声压级的仿真结果与风洞试验结果相差小于2.0dB(A),频谱变化趋势相同,量级相差较小,表明基于FW-H方程得到远场噪声的可行性.基于声扰动方程能够获得头型关键部位的总声压级,通过对比量级发现,转向架部位总声压级量级远大于其他部位,这与传声器阵列识别结果相吻合,从而验证了声扰动方程获得近场噪声结果.对比头型各部位湍流脉动总压力级和总声压级发现,转向架和排障器量级大于车窗、鼻锥和车体;与湍流脉动总压力级相比,总声压级分布更为均匀,量级更小.