不同形式的风挡对高速列车气动阻力及升力的影响

为了探究不同形式的风挡对高速列车气动性能的影响,运用数值模拟的方法,采用三维、定常、可压缩雷诺时均方程和κ～ε两方程湍流模型,对配备了3种不同形式风挡（仅具内风挡、内风挡+半开放式外风挡、内风挡+全封闭式外风挡）的3辆编组的CRH380A型高速列车的气动性能从气动阻力和气动升力两个方面进行了研究。研究表明,采用不同形式风挡的高速列车的气动阻力系数：仅具内风挡工况>内风挡+半开放式外风挡工况>内风挡+全封闭式外风挡工况,可见采用内风挡+全封闭式外风挡有利于减小高速列车在运行过程中的气动阻力;当列车运行速度低于350 km/h时,采用不同形式风挡的高速列车的气动升力系数：内风挡+全封闭式外风挡工况>仅具内风挡工况>内风挡+半开放式外风挡工况;仅具内风挡时,头车和尾车升力系数的绝对值较大,增加外风挡后头尾车升力状况有所改善。     

轮对旋转对高速列车气动性能的影响

转向架作为高速列车气动阻力的一个重要来源,其周围流场结构较为复杂。基于三维定常可压缩N-S方程和κ-ε两方程湍流模型,建立了高速列车空气动力学模型,采用有限体积法对时速为350 km/h的高速列车转向架空气动力学性能进行了数值模拟。研究了转向架周边流场结构和转向架阻力分布特性,结果表明:由于轮对的旋转,转向架轮对附近会产生较多的涡流,流场结构变得更复杂;考虑轮对旋转后转向架总阻力会有所增加,且分布规律也会发生一定的变化。     

高速列车受电弓导流罩气动噪声特性分析

针对高速列车受电弓区域气动噪声问题,采用大涡模拟和FW-H声学模型重点对列车在250 km/h、350 km/h运行时受电弓导流罩气动噪声进行数值模拟,建立了车体+受电弓导流罩的计算模型,分析导流罩表面偶极子声源分布和气动噪声频谱特性。研究结果表明：350 km/h下导流罩表面气动噪声整体大于250 km/h;两种速度下导流罩表面偶极子声源分布规律在频域表现一致：在高频阶段声压级明显低于低频阶段,5 000 Hz下最大声压级仅为20 Hz下的40%;导流罩表面最大声压级都诱发于凹腔与后引导面的过渡处,20 Hz下分别可达136 dB、143 dB。此外,导流罩近场和远场气动噪声频谱曲线相似,均是一种宽频噪声,且能量主要集中在150～950 Hz,对后续更高速级列车受电弓导流罩降噪结构设计和隔声材料的选取有一定实际参考意义。     

高速列车车内流场数值分析及优化

应用FLUENT软件对某高速列车客室内的流场和温度分布进行了数值模拟,基于非稳态k-w湍流模型,分别对夏季、冬季送风情况下客室内的温度分布进行分析。研究结果表明,客室空调原送风孔对应的流场和温度分布不能满足客室舒适性要求。通过优化客室送风孔孔径,流场和温度分布的计算结果基本满足客室舒适性要求。根据以上的仿真计算结果对该高速列车的通风系统提出了合理的改进建议。     

换气风机对高速列车内部压力波动的影响分析

为分析换气风机对高速空调列车车外压力波的抑制作用,采用数值计算的方法,仿真分析了两种换气风机(定速风机与变频风机)在不同运行工况下对外界气体压力波动的抑制,得到了不同车速下车内压力变化情况,利用我国最近制订的《高速电动车组整车试验规范(报批稿)》对车内压力做了评价。计算结果表明:在各种压力波动工况下,变频风机抑制外界压力波动的效果均优于定速风机。     

复合材料在高速列车上的应用

介绍了复合材料在高速列车上的应用,随着列车速度的提高,对机车车辆的自重和关键零部件性能提出 了一些特殊的要求,因此,具有各种不同性能的复合材料迅速被用于制造高速列车的车体、转向架和制动系统等一些关键零部件。有些原来只用于航天、航空领域的一些高成本的复合材料也在高速列车上得到应用,并有不断发展的趋势。     

高速列车空气弹簧的常见问题及处理措施

轨道列车的运行速度是衡量其发展水平的一项重要指标,列车速度越高相关的运行品质要求越高。其中,由转向架悬挂方式、特性及参数所决定的转向架动力学性能对列车的运行安全性、舒适性等参数具有重要影响。由于具备自振频率低、可调节刚度阻尼、吸振降噪能力良好以及使用寿命长等优点,空气弹簧越来越多地应用于高速列车转向架。     

高速列车受电弓区车内噪声研究与控制

针对高速列车受电弓区噪声相对较高的问题,提出受电弓减振安装方案,并在模拟实车环境下验证了其降噪效果和可靠性。首先,在某高速列车上进行了线路运行条件下受电弓区振动和噪声测试,分析发现结构振动是该区域噪声传播的重要方式,设计了一种独特的锥形椭圆结构减振座,用于受电弓弹性安装;其次,搭建了模拟现车试验台,验证减振座的降噪效果;最后,进行了总计252万次的疲劳试验以验证减振座的可靠性。试验结果表明,该减振座能够有效减小受电弓振动对车体的激励,从而降低该区域的噪声,降噪效果约为4dB(A),其疲劳可靠性能够满足线路运行要求。     

轮对扁疤对高速列车转向架振动特性的影响

为准确预测高速列车轮对擦伤对车辆性能的影响,基于车轨耦合动力学和非赫兹接触理论,对新旧两种轮对扁疤的几何外形进行数值描述,建立了考虑轮对扁疤的高速列车动力学模型,分析了轮对扁疤激扰对车辆走行部的影响。结果表明,旧扁疤对走行部冲击要大于新扁疤,随着扁疤尺寸的增大,走行部各部件受到的冲击载荷与振动加速度逐渐增大;随着速度增大,轮轨间垂向冲击先增大、后减少;当扁疤长度为10mm,速度为100km/h 时,轮轨垂向力达到最大值;随着速度增加,走行部簧下部件与簧上部件的振动特性差异不断加大。以轮轨垂向力为判断标准时,轮对扁疤尺寸应限制在30mm以内。     

高速列车可变轨距转向架设计

针对传统跨境车辆因各国轨距不同需更换转向架或乘客货物换乘存在转运缓慢的现状,设计了一种高速列车可变轨距转向架,该转向架与相应的地面变轨装置配合,可做到高速列车在运行过程中完成轮距的转换,从而实现列车在不同轨距下运行。相比目前采用统一线路、转运或更换转向架等方法,可变轨距转向架具有成本低、变轨时间短、机动性高等优势,为解决车辆在不同轨距线路运行提供了新的方案。     

高速列车承载结构对车体模态频率的影响

运用Hypermesh软件建立了某型高速列车有限元模型，选定内侧地板、侧墙和车顶作为研究对象，分析了承载结构厚度尺寸的变化对车体一阶垂向弯曲、菱形和扭转变形固有频率的影响。结果表明，车顶厚度的变化对车体模态频率的影响最大，在车体设计时可通过修改车顶的参数来改进车体的模态特性。     

扰流板安装方向对高速列车的气动性能影响

采用结构网格对计算区域进行离散,采用DES湍流数值模拟方法,研究高速列车尾部横向、竖向或斜向地安装扰流板对车的气动性能影响,找出扰流板安装的合理方向。研究结果表明:安装横向或竖向扰流板后,尾部的气动阻力变大,升力减小,而安装斜向扰流板后,尾部的气动阻力与升力均减小。因此,列车尾部扰流板的合理方向为斜向安装。     

Influence of train length on the lateral vibration of a high-speed train equipped with articulated bogies

The influences of train length on vehicle dynamics and train stability were investigated using different vehicle models of various lengths. First, a reliable vehicle model was constructed to determine the cause of unstable lateral vibration. This model reflects the tendencies observed in the high-speed test line investigations. Analysis results show that the secondary lateral stiffness of the air spring is the most significant cause of lateral vibration in car bodies. Vibrations were stable in the analysis of short train formations, which had either 7 or 10 cars, even though lateral stiffness was high. However, long train formations that contained either 16 or 20 cars vibrated unstably. Mode analysis results suggested that an increase in wheel conicity can reduce the unstable, low-frequency vibration of long trains.     

高速列车座椅半主动悬架系统研究

综合考虑悬架、车体、座椅及人体对系统振动特性的影响,建立高速列车座椅半主动悬架系统的四自由度数学模型,并提出了基于加速度阻尼的半主动控制策略,运用MATLAB/Simulink软件对建立的数学模型进行仿真研究。仿真结果表明:相比被动悬架座椅,采用基于加速度阻尼的半主动控制策略,可以明显降低座椅和人体的最大加速度值。     

基于弹性构架的高速列车动力学分析

为了分析弹性构架的结构振动特性及其对车体、轮对等部件振动响应的影响,利用ANSYS建立了构架的弹性体,并采用多体动力学软件建立了高速车辆的刚柔混合动力学模型,通过仿真计算表明:弹性构架振动加速度幅值及其振动频率范围都高于刚性构架,在高速工况下,横向与垂向平稳性指标明显高于刚性构架时的动力学指标.由此建议在进行高速工况动力学分析时,构架考虑为弹性体更符合车辆的实际运行状态.     

高速磁浮列车用直线发电机研究

本文介绍了高速磁浮列车用直线发电机,分析了其发电原理,采用电磁场有限元法并引入“滑动表面”模型计算了其感应电动势的大小,为其设计和应用于高速磁浮列车提供了理论依据。     

高速列车横向悬挂系统振动结构研究

研究了高速列车横向悬挂系统的振动结构。为了抑制列车横向振动,提高平稳性,分析了列车横向悬挂系统振动结构的主要矛盾和相互关系。采用Simulink仿真软件建立了17个自由度的列车横向悬挂系统车体模型,以加速度功率谱密度函数为依据,建立了关系函数,对横移、侧滚、摇头振动和前、后端转向架横向合成振动指标相互关系进行了分析。结果表明,列车在高速情况下,在最令人敏感的低频段,摇头振动是引起列车横向振动的主要因素;随着速度的提高,主要影响因素从摇头振动向横移和侧滚振动发生着量的变化。     

Analysis of high-speed train flow structures under crosswind

The flow structures along the length of a High-Speed Train (HST) are experimentally investigated under simulated crosswind conditions. The experiment uses flow visualizations and velocity measurements in a wind tunnel on a HST model at various angles of yaw. Surface visualizations shows the development of a longitudinal vortex, originating at the nose which travels along the leeward side of the train. A hypothesis is presented and tested proposing flow structures may repeat when the Boundary layer (BL) on the roof of the HST reaches maximum development or is “pushed off”. A key motivation is to evaluate the validity of using shortened HST models in a wind tunnel to correctly represent full-length trains. Using this theory, a shortened train model appears unable to completely model full-scale HSTs at realistic yaw angles.     

高速列车轮轴过盈配合性能分析

根据我国新建高速铁路列车轮轴几何尺寸,建立了轮轴过盈配合三维有限元模型,计算了列车在高速运行情况下的轮轴连接性能.计算分析了不同速度下的轮轴接触压力,配合面处等效应力等,并比较了最大与最小过盈量下轮轴的配合性能.结果表明,车轮的旋转速度对轮轴的接触压力有较大影响,合理的过盈量设置既可以保证静止状态下轮轴材料不出现塑性变形,又能使列车高速行驶时有足够的接触压力传递有效转矩.     

高速列车轴箱轴承动力学分析

考虑实际运行工况,通过高速列车整车动力学仿真得到列车运行时轴箱轴承所受外载荷,建立某型高速列车轴箱所用双列圆锥滚子轴承三维动力学模型,对轴承进行动力学仿真,分析轴承滚子与其他元件的接触力、接触应力变化规律,分析保持架的运动稳定性。结果表明:滚子与内圈滚道接触状态最恶劣,两列滚子动力学性能具有显著差异,两列保持架质心运动趋于稳定,不会产生高频涡动现象,为高速列车轴箱轴承计算分析和应用提供依据。