横风速度对单线高架桥上高速列车气动特性影响

为了节省宝贵的土地资源,高架桥结构在现代高速铁路建设中被大量采用,在高架桥上行驶的高速列车随着合成风向角的变化,其气动特性呈规律性变化,以此采用计算流体力学方法来研究横风速度变化对高速列车气动特性的影响.通过合理划分网格、选取合适的湍流模型、设置正确的边界条件来提高数值计算精度,模拟结果表明：随着横风速度的增加,头、尾车阻力明显增加,头车上的侧翻力矩也明显增加;没有横向风时由于单线高架桥的对称结构,高速列车基本不受侧向力作用.     

横风下高速列车会车压力波对风障的气动冲击

高速列车会车时的压力波会对线路两侧的风障产生气动冲击作用,有可能导致风障的结构失稳,给列车运行带来安全隐患。采用能真实模拟列车运动的嵌套网格方法以及保留开孔特性的腔室耗能型风障,以某CRH型车为研究对象,计算了不同列车车速和不同横风风速下单侧风障内列车交会对风障的冲击过程。研究结果表明:高速列车行驶过程中,由于其高速运动对周边空气的排挤以及尾部气流的补充,在车身附近形成"正-负-负-正"4个压力波;会车过程中,两列车的压力波相互叠加耦合并作用在线路一侧的风障上;随着车速的增大,压力波极值增大,换向时间减小,变化率增大;随着风速的增大,横风作用与列车风作用相互耦合,放大了风障内侧的负压值;压力波正压峰值在车体长度范围之外,负压峰值在车体长度范围之内,头车正压波峰距头车鼻锥处距离最近;在横风作用下,列车风压力峰值会向后移动。     

高速列车过双线隧道气动效应及列车风特性

为加深对隧道内气动效应和列车风特性的认识,采用RNGκ-ε湍流模型模拟高速列车偏心通过隧道全过程,应用滑移网格技术模拟列车高速运动,对列车通过时隧道内的气动效应及列车风进行研究.通过将数值计算结果与现场试验结果进行对比,验证了数值方法的准确性.研究表明:隧道入口处气动压力变化规律与隧道内有很大差别;列车两侧对称测点的最...     

环境温度对高速列车齿轮箱温度场的影响

针对中国高铁发展现状以及所面对的运行环境,利用某型号高速列车传动齿轮箱为研究对象,采用半经验公式分析不同环境温度下齿轮箱对流换热系数的变化,建立箱体传热数学模型.利用Fluent对齿轮箱在不同环境温度下进行温度场仿真模拟,得出环境温度变化对齿轮箱温度场的影响趋势.     

车体下心滚摆对高速列车气动性能的影响（英文）

越来越多的“晃车”现象凸显了明确车体姿态变化与列车气动性能之间的关系对于确保高速列车运行安全至关重要。但是,目前关于这个问题的相关信息较少。因此,本研究通过改进延迟分离涡数值模拟方法(IDDES)研究了车体下心滚摆对高速列车空气动力学性能的影响。结果表明,车体侧滚对转向架的气动性能有显著影响,车体侧滚会使转向架的侧向力和摇头力矩明显增大,进而加剧高速列车的运行不稳定性。此外,车体侧滚引起的转向架两侧纵向压力分布不均是导致转向架摇头力矩增大的主要原因。同时,尾涡也受到车体侧滚的影响发生了垂向的抖动。     

侧风作用下路堤上CRH6型列车的气动性能

采用CFD研究路堤上CRH6型列车在侧风作用下的气动特性,分析风速、风向角及列车在路堤上的位置对列车气动力的影响。计算结果表明:头车阻力随着风速的增加呈线性减小,其他气动力随风速的增加而线性增大;风向角对气动力的影响较大,最大气动力出现在风向角60°～120°之间;列车在路堤上的位置,对侧力和倾覆力矩影响较大,对阻力的影响较小。     

高速列车转向架区域气动噪声源识别与分析

高速列车转向架区域为其主要气动噪声源之一,迄今为止较难描述高速列车气动噪声源特征,鲜有有效的声源识别方法。利用高速列车转向架区域以偶极子声源为主的声源特征,将气动声源等效为无数个球形声源的集合,基于声辐射与声源,声源与流场物理量之间的关系,结合流体数值仿真,建立高速列车偶极子声源识别方法,并聚焦头车转向架区域进行声源识别。同时,以涡声理论为基础,建立偶极子声源强度和流场多物理量的关系,分析流场产生声源的本质。研究表明,偶极子声源集中的位置多为迎风侧气流与壁面发生激烈作用的位置,气流与壁面发生撞击与分离是产生偶极子声源的主要原因,且在该区域涡量的变化对偶极声源强度影响最大,在不同区域,不同方向的涡量分量在起主导作用。     

高速列车承载结构模态频率提高策略研究

运用有限元软件建立高速列车CRH3承载结构有限元模型,分析了当承载结构发生改变时使车体模态频率达到最大值的车体侧墙高度、车窗位置和边梁厚度.结果表明,在原承载结构基础上动车侧墙高度降低50mm、车窗距地板的高度降低50mm、边梁厚度不变时车体模态频率最大;在原承载结构基础上拖车侧墙高度和车窗距地板的高度保持不变,边梁厚度变为3mm时车体模态频率最大.     

高速列车对复杂隧道内空气压力的影响

复杂隧道内空气压力特性是隧道设计的重要参数,必须进行深入研究。为提高试验中信号强度和改善测量精度,采用水流代替气流作为流体介质进行复杂隧道模型实验,并研究竖井及中隔墙对空气压力特性的影响。得出了高速列车不同运行速度时复杂隧道内不同位置处的空气压力变化规律,即竖井可明显地降低隧道内的空气压力峰值和梯度,而中隔墙将恶化隧道内的空气压力环境。因此,在可能的情况下,对于复杂体型的长隧道,应尽量布设竖井而避免中隔墙。     

Formation mechanism of aerodynamic drag of high-speed train and some reduction measures

Aerodynamic drag is proportional to the square of speed. With the increase of the speed of train, aerodynamic drag plays an important role for high-speed train. Thus, the reduction of aerodynamic drag and energy consumption of high-speed train is one of the essential issues for the development of the desirable train system. Aerodynamic drag on the traveling train is divided into pressure drag and friction one. Pressure drag of train is the force caused by the pressure distribution on the train along the reverse running direction. Friction drag of train is the sum of shear stress, which is the reverse direction of train running direction. In order to reduce the aerodynamic drag, adopting streamline shape of train is the most effective measure. The velocity of the train is related to its length and shape. The outer wind shields can reduce train’s air drag by about 15%. At the same time, the train with bottom cover can reduce the air drag by about 50%, compared with the train without bottom plate or skirt structure. Foundation item: Project(2001AA505000) supported by the National High-Tech Research and Development of China     

Numerical investigation on the aerodynamic characteristics of high-speed train under turbulent crosswind

Railway Engineering Science - Increasing velocity combined with decreasing mass of modern high-speed trains poses a question about the influence of strong crosswinds on its aerodynamics. Strong...     

高速无人驾驶车辆轨迹跟踪和稳定性控制

针对高速无人驾驶车辆运动控制过程中轨迹跟踪精度和稳定性难以同时保障的问题,提出综合前馈-反馈及自抗扰控制(ADRC)补偿相结合的横向控制算法. 通过车速和道路曲率信息计算前馈稳态前轮转向角,将质心侧偏角引入航向偏差,以车辆航向角偏差和侧向偏差作为参考量进行反馈控制,通过前馈-反馈控制提升瞬态轨迹跟踪性能. 设计自抗扰控制器,通过扩张状态观测器对未建模动态和内外界干扰进行估计,通过将后轮侧偏角控制在参考值附近来补偿前轮转角,提升无人驾驶车辆的转向稳定性和控制器的鲁棒性. 不同工况下的仿真结果表明,利用该方法可以保证高速无人驾驶车辆稳定地跟踪期望路径行驶,轨迹跟踪偏差较小,对车辆参数变化和外界干扰具有较强的鲁棒性.     

行驶环境对高速列车侧风运行气动特性影响

在环境侧风下,不同路况高速列车的空气动力特性会影响列车的安全舒适运行.通过数值模拟方法,探讨行驶环境对高速列车侧风运行气动特性的影响.计算结果表明:3种路况下头车、中间车和尾车的气动六分力系数均不相同,特别是路堤路况下的各节车的侧向力系数均明显大于平地和高架桥路况.而在平地和高架桥路况下,尾车受到的侧向力远比头车和中间车的小,且方向为逆侧风方向.这种差异性,主要是由于不同路况下列车的绕流流场发生了显著变化所致;因此,在研究高速列车空气动力特性时,要综合考虑不同路况下的差异性,才能够全面评估高速列车气动特性.     

路堤-桥梁过渡段车辆气动力风洞试验研究

为了探究路堤-桥梁过渡段处车辆的气动力,建立1：50的大比例尺路堤-桥梁过渡段和车辆试验模型,在桥梁和路堤段分别布置两种风屏障,并在车辆模型表面布置多个测压点,以研究不同防风措施下处于不同风向角的路桥过渡段车辆气动力。试验结果表明：与无防风措施相比,布置桥梁风屏障后最不利风向角会从-15°变为0°,此风向下过渡段处车辆的三分力最大;再进一步布置路堤风屏障后最不利风向角不变,但大幅度减小了0°风向角下车辆的侧力系数和力矩系数;布置路堤风屏障能有效减小车辆所受三分力;不同风向角下改变陆地风屏障参数产生的影响不同,针对路堤-桥梁过渡段布置防风措施时,应充分考虑其来流方向,以达到最优效果。     

地震-高铁荷载共同作用下分层地基震动规律

为研究地震期间高速列车运行引起的地基震动规律,基于等效荷载法推导了频域内地震荷载输入公式,采用等效线性化方法考虑地基土非线性特性,结合高铁荷载下地基振动2.5维有限元计算方法,建立了地震-高铁荷载共同作用下非线性分层地基2.5维有限元模型,计算分析了车速及地基软硬对两动荷载共同作用下分层地基震动影响。结果表明：地震-高铁荷载引起的轨道中心处地面震动位移随车速的增大而增大;车速相同时轨道中心处地面震动位移随地基土刚度的增大而减小。地震和高铁荷载共同作用时地基震动会产生低频放大效应,车速越高、地基越软时地基低频震动放大效应越明显;两动载共同作用引起的地基中高频震动主要受列车荷载影响。近轨道中心处,地面震动主要受地震和高铁荷载共同作用影响;距轨道中心较远处,地面震动主要受地震荷载影响,高铁荷载的影响较小。     

基于多视图分类集成的高铁工况识别

针对传统方法识别高铁工况存在特征提取不完备和识别性能不精确的问题,提出一种多视图分类集成的高铁工况识别方法(MVCE)。该方法结合多视图特征提取和分类集成技术,从信号本身特性、频域和时频域三个角度提取小波能量、频谱系数、聚合经验模态分解模糊熵,并使用Fisher比率对其频域特征进行特征选择,从而构建高铁振动信号三个视图的特征。使用最小二乘支持向量机和K最近邻分类器分别对每个视图的特征进行初步识别。最后采用分类熵投票策略对多个分类器输出结果进行集成。试验结果表明:该方法对仿真数据和实验室数据的平均识别率分别达到89.18%和90.87%。同时对比结果说明了该方法提取特征的完备性和具有多样性集成模型的有效性。