横风环境下明线运行列车气动特性分析

为研究在横风环境下列车的气动特性,以3辆编组列车作为研究对象,首先结合风洞试验验证Fluent软件数值模拟的可行性,其次对车速为300 km/h下五种横风速度工况进行数值模拟研究。分析结果表明：在车速一定时,随着横风速度的增大,头车受到的侧向力上升且其值最大;中间车侧向力和阻力均有所上升,升力先增大后减小;尾车的侧向力和阻力始终上升,升力先升后降;同时在列车背风侧则会有漩涡不断生成、脱离、融合。     

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。     

橫风作用下导流罩高度对受电弓气动特性影响

建立接触网-受电弓-导流罩-列车整体模型,基于分离涡模拟方法,研究了橫风作用时不同导流罩高度下受电弓非定常气动特性,分析了涡量、流线、气动荷载等的变化规律.结果表明:导流罩高度为100 mm时分离涡向橫风背风侧偏转显著,导流罩高度增加为400 mm时对受电弓下部杆件、车体连接处等作用增强;导流罩高度为200 mm时横风作用产生的绕流场偏转的效应明显得到改善,流场分布在纵向呈较好的对称性,其阻力系数的增幅远小于受电弓所受横向力的降幅,同时大幅降低了倾覆力矩和侧偏力矩,故在恶劣的风环境下采用200 mm高度的导流罩是可取的.研究结果对横风作用下导流罩高度对受电弓气动特性的影响研究具有重要意义.     

高速列车受电弓气动噪声频谱分析

受电弓是高速列车上主要的气动噪声源,而受电弓气动噪声又是宽频噪声,其气动噪声的声压级和频率可能达到多大的水平目前还没有定论。利用斯特劳哈尔数和圆柱绕流数值计算,依据受电弓杆件最小直径估算了其峰值计算频率。基于Lighthill声类比理论的混合方法,计算分析了某高速列车受电弓的表面偶极子声源大小及分布,并以此为基础,计算了受电弓的远场气动噪声。计算结果表明:支撑滑板、转轴是受电弓的主要气动噪声源;随列车运行速度的提高,受电弓远场气动噪声增大,最大声压级所对应的频率值增大;受电弓宽频噪声的高声压级频段持续到接近3000Hz,与车体的气动噪声相比,其高声压级持续的频段更宽。     

高速受电弓开闭口运行气动特性及对比研究

受电弓的气动性能严重影响其受流质量,是高速列车安全运行的关键要素之一。基于计算流体动力学理论,建立高速受电弓空气动力学模型,对比分析了高速受电弓在开口和闭口两种运行状态下的流场结构和气动力特性。数值模拟得到的受电弓气动阻力与风洞试验误差为4.07%,弓头气动升力的误差为7.95%。研究结果表明:在研究的速度等级范围内,高速受电弓开口运行气动阻力比闭口运行大2.24%～3.33%,弓头升力较闭口运行大5.45%～7.98%;不同开闭口运行状态对弓头滑板升力的影响较小。在同一开闭状态下,当高速受电弓运行速度大于等于400 km/h时,气体压缩效应对受电弓气动阻力的影响较大,且随速度的增加而增大,然而,气体压缩性对弓头气动升力的影响较小。     

低温对受电弓气动性能的影响

为研究低温对受电弓气动力和气动噪声的影响,基于三维可压缩黏性流体模型对速度200 km/h、300 km/h 和400 km/h,温度-50℃、-20℃和15℃条件下受电弓周围流场进行数值模拟,并应用Ffowcs-Williams/Hawkings(FW-H)方程计算受电弓远场气动噪声.在此基础上分析了受电弓气动力和气...     

基于不同井道模型的超高速电梯气动特性研究

针对超高速电梯气动特性研究问题,对比研究了电梯运行10 m/s时二维井道模型、三维井道模型及带层门地坎的三维井道模型。利用ANSYS有限元软件对各模型下的井道气动特性进行了分析,研究得到了各井道模型中不同截面上的气流分布情况,并进行了比较研究;建立了井道对称截面上各直线位置处气流的速度特性曲线,对井道前后侧速度大小进行了研究;建立了对称截面各直线上气流最大值,并进行了比较分析;在两种不同的三维井道模型中,针对层门地坎对轿厢的气动力影响大小进行了分析。研究结果表明,二维井道模型中整体井道流速大,最大流速相比增大近25%,且无法捕捉井道左右侧气流影响;三维井道模型中,层门地坎导致井道后侧流速增大,井道前侧流速减少,同时增加轿厢上下气动阻力93.2%及轿厢前后倾覆力566.7%。     

强降雨条件下高速列车气动特性分析

基于标准κ-ε双方程湍流模型和拉格朗日离散相模型,研究强降雨条件下列车前端计算区域长度的取值。在此基础上,分析不同车速、不同降雨强度下的高速列车气动特性,并与无雨条件下的计算结果进行比较。研究表明,列车前端计算区域长度应达到雨滴运动水平距离的1.5倍。降雨强度增加,列车周围雨滴浓度整体上增大。雨滴越靠近尾车,浓度越大。车速越大,雨滴飞溅程度越大,飞溅的距离越远。在强降雨条件下,列车的整车阻力、头车阻力、中车阻力均随降雨强度和车速的增加逐渐增大;尾车阻力随降雨强度增加而减小,随车速增加而增大。气动阻力变化的百分比随着降雨强度的增加而增大,随着车速的增加而减小。     

暴风雪条件下列车气动特性及倾覆稳定性分析

为研究高速列车在恶劣气候条件(暴风雪)下的气动特征及安全性等问题,将采用欧拉双流体模型进行数值模拟的方法应用到对CRH-2高速列车在暴风雪条件下的研究中。开展了对列车周围空气流场的分析,建立了流场与列车受力之间的关系,提出了有关列车稳定性的临界倾覆速度的计算方法;在强侧风及强侧风和强降雪耦合的两种情况下对列车的倾覆稳定性进行了评价。研究结果表明,两种情况下列车倾覆临界速度的趋势相似,而且在强侧风及强降雪情况下,列车的侧向力系数、侧滚力矩系数比较单纯的侧风天气条件显著增加;降雪工况下列车的临界速度比无降雪时减小20%~50%,即降雪条件下,列车更容易发生倾覆;计算结果可以为在暴风雪条件下列车的安全行驶提供参考。     

真空管道列车准一维气动特性

采用理论分析和准一维数值模拟方法,对管道列车宏观流动和气动特性进行研究。研究表明,列车匀速运动可以产生亚声速通流、壅塞和超声速通流三种典型模态。其中,壅塞模态一般伴随以列车前驱激波和后方二次激波为特征的复杂流动。依据二次激波相对列车的位置,壅塞模态可细分为二次激波驻定和二次激波脱离两个区间。列车所受气动阻力随所处流动模态表现出不同的特征。当运行速度小于亚声速壅塞极限或者超过超声速壅塞极限时,流动处于通流模态,阻力较小;当运行速度介于亚声速壅塞极限与二次激波驻定极限之间时,阻力随列车速度快速增长;当运行速度介于二次激波驻定极限与超声速壅塞极限之间时,气动阻力增长趋缓。气动阻力系数在二次激波驻定极限处达到峰值。管壁的摩擦与传热会极大地削弱壅塞模态下的前驱激波和二次激波,但对壅塞极限和气动阻力的变化趋势影响不大。列车的加速过程可对超声速运行阶段流动模态的选择产生很大影响。减小加速度倾向于延缓由壅塞模态向低阻通流模态的转变。数值结果显示模态转变由列车在加速过程中追赶上前驱激波而触发。     

高速列车转向架区气动噪声分离研究

提出了一种基于快速路径优化的自适应短时傅里叶变换时频分析方法,并将该方法用于行星齿轮箱的故障诊断。该时频分析方法通过使用快速路径优化获得瞬时频率变化规律,在短时傅里叶变换过程中自适应的改变时窗长度,从而获得更恰当的时频分辨率。针对行星齿轮箱运行状态不稳定的特点,通过使用笔者提出的时频分析方法可以有效地提取出行星齿轮箱的转速信息,利用参考转速对故障信号角度域重采样和阶次分析,从而实现变转速情况下的行星齿轮箱故障诊断。仿真分析表明,与传统短时傅里叶变换相比基于快速路径优化的自适应短时傅里叶变换得到的时频分布能量更加集中;试验分析证明了基于快速路径优化的自适应短时傅里叶变换方法在行星齿轮箱故障诊断中的有效性。     

高速列车转向架区气动噪声分离研究

高速列车转向架区的噪声包含气动噪声、轮轨噪声和设备（结构）噪声,为了将这几种噪声进行分离,将工况传递路径分析（operational transfer path analysis,简称OTPA）技术用于转向架区气动噪声分离。低速运行工况,转向架区的噪声主要是轮轨噪声和由电机、轴箱、齿轮箱等动力设备产生的结构噪声,气动噪声很小可以忽略不计,通过低速运行工况的传递路径分析可以得到轮轨声和结构声路径的传递函数;高速运行工况,转向架区目标点的噪声是3种噪声贡献叠加的结果,在假定轮轨噪声和结构噪声传递函数不随速度变化的前提下,用低速运行工况下的传递函数可以求得轮轨噪声和结构噪声的贡献量,与目标点总值比较,差异部分即为气动噪声的贡献量。分离结果表明,气动噪声占主导的速度转折点出现在200 km/h,350 km/h速度级下气动噪声的贡献量达到60%,轮轨噪声的贡献量约为30%,仍不可忽略。     

基于Fluent的高速列车气流噪声数值模拟

研究表明车辆气流噪声主要取决于车辆表面的脉动压力,因此研究车辆表面的脉动压力对控制车辆气流噪声具有十分重要的意义。以高速列车为研究对象,基于大涡模拟,结合Fluent声学模块,计算出高速列车表面的脉动压力;并通过快速傅里叶变换将高速列车表面脉动压力从时域转换到频域,从而得到高速列车脉动压力频谱图,通过分析频谱图,可以得到高速列车脉动压力的能量集中范围以及车身曲率对气流噪声的影响等一些重要特性,为降低车辆气流噪声提供参考。     

全自动无人驾驶列车受电弓控制电路设计

为了解决全自动列车无司机进行升降弓控制操作问题,基于城市轨道交通全自动无人驾驶地铁列车特点,提出了适用于网络系统正常、网络系统故障以及总风气压过低时通过辅助压缩机应急升弓3种不同工况下的气动受电弓全自动控制电路设计,并对受电弓自动控制自检流程进行了详细地论述.该电路从根本上实现了受电弓全自动升降弓控制,而且该控制方案采...     

行车速度对高速列车车轮振动声辐射特性的影响

列车车轮的振动是轮轨噪声声源的一个重要的组成部分.利用有限元与边界元相结合的方法,着重研究列车速度变化对车轮的振动-声辐射特性的影响,计算模型中考虑轮轨间的垂向相互作用,并考虑轮轨接触斑的滤波作用.根据车轮的实际尺寸建立车轮的三维实体有限元模型,采用分块Lanczos法求解车轮的固有频率振型,然后采用模态叠加法计算单个车轮结构在垂向不平顺激励下的动态响应,将车轮表面的速度处理成声学边界元模型的输入条件,计算车轮的滚动辐射噪声.数值计算中,研究车轮的不同部位(踏面、辐板和轮辋)在声辐射中所占的比重,以及不同的列车速度对车轮振动声辐射特性的影响.数值仿真计算为高速列车的轮轨降噪措施的制定提供一定的参考.     

受电弓下沉对其气动和声学行为的影响

为研究受电弓下沉对其气动行为和声学行为的影响,建立了考虑安装平台的高速受电弓计算模型,基于计算流体力学和声学类比理论,对受电弓的气动和声学行为展开数值模拟。受电弓下沉高度分别设为100、200、300、400和500 mm,通过风洞试验验证了数值计算方法的合理性。仿真结果表明：随着受电弓安装平台下沉高度的增大,绝缘子和底架迎风面正压减小,受电弓气动阻力减小;安装平台气动阻力先增大后减小,通过优化腔体过渡倾角可显著减小安装平台所产生的气动阻力;当安装平台下沉高度为300 mm、腔体倾角为30°时,受电弓开口、闭口运行时其气动阻力分别减小2.0%、1.8%,整车阻力分别减小1.4%和1.1%;受电弓气动噪声具有明显的主频特性,主要频率约为330 Hz,能量主要集中在400～2500 Hz范围内;安装平台下沉后,绝缘子和底架周围流体流速减小,绝缘子和底座的表面声功率显著降低;安装平台下沉300 mm时,受电弓远场气动噪声最大声压级减小2.02 dBA,平均声压级减小1.31 dBA;受电弓下沉可改善其气动和声学性能。