为研究高速列车受电弓流线型结构对受电弓气动特性的影响,基于计算流体力学理论,构建某型号高速列车4车编组模型.采用k-ω SST湍流模型进行数值模拟,分析得到流线型结构对受电弓的气动特性及流场的影响.计算结果表明流线型受电弓减小了滞止区面积和迎风面积,并减缓了受电弓尾部涡流,从而有效降低了受电弓受到的压差阻力,相较于现役的CX-PG型受电弓单弓气动阻力降低了11.5%,整车气动阻力降低了0.9%.流线型受电弓受到的升力较CX-PG型受电弓高出一个量级.受电弓局部结构对阻力有一定影响,采用一体流线型包裹的弓角结构和一体式绝缘子结构的流线型受电弓取得了更好的气动特性,相较于现役CX-PG型受电弓,单弓气动阻力降低了15.9%,整车气动阻力降低了1.8.

针对高速列车设备舱裙板在气动载荷作用下的结构强度问题,对设备舱裙板的静压力和气动疲劳性能进行试验和仿真分析研究.依据高速列车设备舱裙板气动性能技术条件和试验周期要求,提出气缸加载试验方法并设计覆盖裙板和格栅的一体式工装,试验结果表明设备舱裙板测点应力都小于材料屈服强度,并且裙板无永久变形和损伤.通过接触非线性仿真分析将试验工装改进为分离式工装,分离式工装减重77%,可降低工装成本和缩短试验周期.

合理有效的气动减阻技术是我国研发运营速度400+km/h高速列车的过程需展开深入研究的重点内容。首先阐述了高速列车气动阻力的基本分布特征,并针对国外下一代更高速列车的气动减阻技术进行了调研,尤其分析了欧洲、日本和韩国的下一代更高速列车气动减阻技术的特征,总结了国外下一代高速列车气动减阻的关键技术与方法。然后根据列车气动减阻技术实施部位的差异,从列车头型优化以及转向架、受电弓和风挡等局部结构优化两个方面对我国目前高速列车气动减阻技术研究现状进行了分析和梳理,同时归纳了新型气动减阻技术的研究现状。最后在综合国外下一代更高速列车气动减阻技术与我国气动减阻技术研究的基础上,对我国更高速(400+km/h)列车气动减阻技术中可行性较高且效果明显的发展方向进行了展望与建议,为我国更高速列车气动减阻技术的...

高速磁浮列车通过隧道时会对车辆、隧道和环境等产生恶劣的空气动力学效应。通过数值模拟研究横通道断面大小、横通道位置和长度对600 km/h高速磁浮列车的车隧耦合气动效应的影响,并通过动模型试验验证了数值模拟方法的可靠性。研究结果表明当圆拱形横通道宽度由3.8 m减至2.9 m时,列车表面测点压力波幅值增加8.8%,隧道测点压力波幅值几乎无变化,距离隧道出口20 m远处微气压波峰值增加5.4%;横通道位于隧道中间时,列车表面测点压力波幅值最小,横通道位置对隧道壁面压力波幅值无影响,对微气压波影响也较小;当横通道长度由30 m增至50 m时,列车表面测点压力波幅值增加11.8%,横通道长度对隧道壁面压力波幅值和微气压波影响不大。

为制定时速250 km速度等级动车组设备舱裙板气动载荷谱,通过对实际运行中的时速250 km等级动车组设备舱裙板气动载荷开展线路测试研究,并将全线所有列车通过隧道、列车明线交会工况集中起来统计分析,得出了设备舱裙板各测点内外压差的最大值、最小值和峰峰值的统计分布规律.经分析,列车隧道通过、隧道交会、明线交会时,设备舱裙板各点绝对压力的有不同特征;设备舱裙板气动载荷压差峰峰值最大不超过1500 Pa,该值可作为时速250 km速度等级列车设备舱裙板静强度载荷设计输入参考值;压差峰峰值主要集中在1000 Pa左右,该值可以作为时速250 km等级动车组设备舱裙板气动载荷疲劳设计输入参考值.

以某型号高速列车为基础,针对3种不同设计形式的外风挡结构,包括有缝隙外风挡、无缝隙外风挡和底部拆除外风挡,对列车明线运行时外风挡周围流场分布和外风挡所受的气动载荷的仿真分析研究.计算结果表明:外风挡附近的压力急剧变化,随列车运行速度增加,外风挡受到气动载荷增加.对于有缝外风挡和底部拆除外风挡方案,外风挡受到拉伸拱形胶囊向胶囊外部的拉力,而对于无缝隙外风挡,外风挡受到挤压拱形胶囊向胶囊内部的压力.无缝隙外风挡与有缝隙外风挡方案相比,外风挡受到压差减小;底部拆除外风挡方案与有缝隙外风挡相比,使外风挡胶囊受到压差也明显减小.通过空气动力学线路试验证实仿真分析计算得到外风挡压差与试验结果相差不大,因此仿真分析结果可以用来指导外风挡设计.

利用风洞试验、CFD方法,开展了风洞试验地面效应对列车流场结构及气动力影响研究.研究发现在头车部分,与静止地面边界条件相比,移动地面边界条件下列车鼻尖点以及轨道两侧的涡旋结构较少.头车流线型部分,静止地面条件下列车周围以及列车与轨道之间的涡量强度较移动地面条件下大,随着涡旋结构向后发展过程中不断衰减,在尾车流线型部分静止地面下列车周围的涡量强度小于移动地面条件.相对于静止地面边界条件,移动地面边界条件下头车阻力系数增大了1.31%,中车阻力系数增大了5.21%,尾车阻力系数增大了5.90%.相对于静止地面边界条件,移动地面边界条件下头车升力系数增大了27.85%,中车升力系数减小了13.80%,尾车升力系数减小了31.11%.