高速客车模型气动特性实验研究

介绍了高速客运列车模型气动特性在低速风洞中测量结果.试验模型由头车、中间车、尾车模型组成,且头、尾车互换位置.试验风速为80~300km/h,风向角为0°.同时还进行受电弓接触压力测量.试验结果表明:不同头车和尾车组合,对高速客车的气动阻力有很大影响.整流罩和受电弓使列车空气阻力明显增加.     

导流装置对高速磁浮列车气动特性的影响

由于车轨悬浮间隙的存在,高速磁浮列车的悬浮架周围流场紊乱且气动力复杂,影响列车的悬浮和导向性能。基于计算流体力学建立了3车编组的高速磁浮列车气动数值仿真模型,研究了列车气动特性及车轨间隙和悬浮架周围的流场结构,分析了3种不同形式的导流装置（板式、短楔形、长楔形）对列车气动特性的影响规律。研究结果表明：在500 km/h的运行速度下,气流通过头车鼻尖底部悬浮间隙直接冲击在头车一位端悬浮架迎风侧,形成的压差阻力使头车气动阻力大幅增大;受悬浮架扰流影响,气流在车体底部形成了大面积的正压区,直接导致头车气动升力和气动力矩大幅提高且远高于中间车及尾车气动升力。根据研究结果,改变头车鼻尖底面结构,控制进入车轨磁浮间隙的气流流量和方向,改善了列车表面压力分布情况,协同降低了列车气动阻力、气动升力和点头力矩。与原型磁浮列车相比,3种导流装置均能实现减阻降升,其中气动特性优化效果最好的长楔形导流装置可实现减小整车气动阻力3.6%、头车气动升力40.6%和头车点头力矩80.3%,综合气动性能最好。     

高速列车气动阻力地板效应数值研究

针对CRH2型动车组外形,在2种1∶25缩比模型风洞试验基础上,展开基于数值模拟的明线情况高速列车不同地板试验条件阻力测量影响研究。通过与风洞试验结果对比,确定数值方法的可靠性;通过数值模拟风洞壁地板、固定地板、移动地板下高速列车流场分布与阻力变化情况表明,不同试验地板的地面效应对高速列车阻力测量结果影响很大,移动地板模拟效果最佳,固定地板与风洞壁地板阻力测量值小于移动地板情况,且差距随车身长度的增加而增加,很难模拟真实列车运行的流场;通过深入分析不同地板条件的影响机理,为高速列车不同地板条件风洞阻力测量结果提供参考意见。     

高速列车车顶–升力翼组合体气动特性

高速列车升力翼通过气动增升实现车体等效减重,为高速列车节能降耗提供了新思路。升力翼气动性能直接影响等效减重效果,研究车顶–升力翼组合体在不同工况下的气动特性对列车升力翼设计具有重要意义。采用计算流体力学方法和k–ε模型进行数值仿真研究,分析了车–翼连接杆对升力翼气动特性的影响,研究了升力翼飞高、来流速度、迎角等设计参数对升力翼气动特性的影响规律。研究结果表明：采用NACA0012翼型剖面的车–翼连接杆对升力翼升力和阻力的影响不超过3.7%;在车顶模型前缘引起的高速气流影响下,随着升力翼飞高增大,冲击升力翼的气流速度减小,升力有减小的趋势,在3倍弦长飞高范围内,不同飞高升力翼的升力差值最大不超过3%;当来流速度增大至90 m/s以上时,升力翼的升力系数和阻力系数分别稳定在1.62和0.61附近;在0°～22°迎角范围内,升力翼升力系数不断增大,迎角大于22°后,升力翼升力系数减小。     

高速列车气动外形风洞试验研究

高速列车的气动外形主要是头部的气动外形。在1.4m×1.4m和8m×6m风洞中获得的试验结果表明，头型的变化使前段模型阻力系数变化，后段头型变化产生的阻力系数变化规律更加明显。     

高速列车动车头形风洞试验研究

高速列车动车头部外形对高速列车气动性能有很大影响。为了探索这一问题，在8m×6m风洞中对高速动车头形六种不同方富的气动特性及其对有限编组列车气动性能的影响进行了试验研究，结果表明，车头形状以具有较大细长比．其表面无拐角且曲率变化较小的2次元形状的头型气动性能最好。     

高速列车受电弓气动力特性测量

介绍高速列车受电弓在北京空气动力研究所FD 09低速风洞进行空气动力特性的测量结果。试件为实物,分原型弓和改型弓。试验时速为80～300km。测量结果表明,改型弓阻力较原型弓平均低19%,同时表明,弓头阻力占受电弓总气动阻力的14%～21%。因此,受电弓和弓头结构外形设计必须考虑气动性能。利用不同高度和斜度档板(围裙)方案,可以有效降低受电弓气动阻力和气动噪音,但列车总阻力将可能增加。     

阻力伞附加质量与阻力系数修正方法

在阻力伞试验,特别是高速滑车试验过程中,由于阻力伞系统作非匀加速的非定常运动以及前置体尾流场的影响,现有的阻力伞试验数据计算方法已经难以准确计算其阻力系数。本文针对阻力伞试验过程中的这种非定常运动和尾流干扰特性,对阻力伞系统进行了动力学分析,并对阻力伞非定常运动过程中的附加质量和尾流场特性进行了理论研究,提出了阻力伞双质量模型,并建立了阻力伞阻力系数非定常修正和动压修正方法。在此基础上,针对某型十字形单伞和十字形双伞模型的试验结果进行了分析,确定了相应的非定常修正系数和动压修正系数,分别建立了十字形单伞和十字形双伞的阻力系数修正模型。修正模型验证结果与风洞试验和传统计算方法结果进行了对比,研究发现:对于单伞模型,本文计算方法可以使计算结果误差从原来的27%降低到9%以内;对于双伞模型,可以使计算结果误差从原来的30%降低到7%以内。基于附加质量理论分析,非定常和动压损失的阻力系数修正方法可以更准确地计算阻力伞阻力系数,从而为阻力伞试验数据分析提供了一套更准确的计算方法。     

分裂导线平均风荷载阻力系数干扰效应研究

分裂导线在不同风场条件下的阻力系数及干扰效应对导线风荷载的合理化设计十分重要。不同迎风角和雷诺数下分裂导线气动阻力系数特性及干扰屏蔽效应比较复杂。为了研究该干扰效应,设计长细比约为1∶30、长度约为1m 的导线节段模型试验,获得导线平均风荷载阻力系数随雷诺数、尾流干扰的变化规律;进行了不同风速和迎风方向下4、6和8分裂导线节段模型平均风荷载阻力系数试验,总结了多分裂导线阻力系数的屏蔽效应规律特性。试验结果表明,多分裂导线气动阻力系数干扰效应明显,且不同迎风方式对风荷载影响较大,风荷载明显低于现行规范规定值。分裂导线风荷载合理化设计和计算应该重视迎风角度和干扰效应的影响。     

汽车风洞支撑干扰扣除方法研究

借鉴航空风洞镜像法原理,提出一种针对汽车风洞支撑气动干扰扣除的方法.在汽车风洞中完成汽车模型和天平支撑连接或分离的两次风洞试验,得到了汽车模型的气动力和支撑对汽车模型的干扰力之和.为了扣除模型支撑对汽车模型气动力测量的影响,在进行风洞试验的同时,应用CFD软件进行工况完全一致的数值仿真,计算模型支撑对不同车型气动阻力的影响.最后,通过归纳的修正公式将数值仿真获得的影响数值转化为汽车风洞试验的影响数值,获得汽车风洞试验的最终阻力系数结果.结合风洞试验和数值仿真的研究结果表明两种方法互相验证,互相补充,可以解决汽车风洞试验时支撑干扰扣除的实际工程问题.     

用于研究列车空气动力学的数据可视化系统

列车气动试验数据可视化对列车空气动力学研究很重要。由于列车气动试验数据场是基于曲面域的散乱数据场,采用数据场网格划分和基于等参变换的区域映射插值相结合的插值方法。在此基础上改进了扫描线算法,克服了传统扫描线算法求解收敛性得不到保证的不足。为了适应试验数据可视化系统对系统扩展性的要求,采用面向对象的软件工程思想编制了试验数据可视化系统,并在实践中改善系统。     

超声速进气道激波串及脉动压力分布特征

超声速进气道正常工作时,超声速来流经过斜激波与正激波的减速增压作用转变成亚音速气流,在这个过程里,通常伴随着边界层分离以及激波等复杂的流动现象。当达到一定的条件时,在进气道内会形成激波串结构,并形成一定强度的脉动压力载荷。本文基于雷诺平均N-S方程法(RANS),模拟了某超声速进气道非定常复杂流动,通过数值模拟捕捉到了该超声速进气道内收缩段流场的激波串结构,获得了进气道下壁面脉动压力载荷沿此进气道纵向的分布规律,为超声速进气道的载荷与环境分析提供了技术支撑。     

高速列车进出隧道空气动力学特征模型实验分析

高速列车在进出隧道时,会产生一系列气动效应,以致于在隧道周围形成噪声污染,降低列车乘坐的舒适度。模型实验是研究和解决这些问题的有效方法。在建立高速列车模型实验相似准则的基础上,利用压缩空气式高速列车模型发射系统对高速列车进入隧道过程进行了模型实验,对测试结果进行了分析,得出压缩波产生、传播的一些规律,并将测试结果与现场实测数据进行比较,验证了模型实验结果的可用性和相似准则的正确性。     

200km/h动力分散型电动旅客列车组车体表面压力分布试验研究

阐述了对我国首列200km/h动力分散型电动旅客列车组(先锋号列车)车体表面压力分布测试情况,对测量结果进行了较为详细的分析,最后用流场计算软件CFX对先锋号列车周围流场进行了数值模拟计算,并将计算结果与测量结果进行了对比,两者有较好的一致性。该研究结果可为空调装置及电器设备冷却风道进排风口位置的选取提供科学依据。     

管内激波串振荡和壁面脉动压力特性

分析了管内激波串振荡引起的壁面压力脉动特性.采用直联风洞实验方式结合动态压力测量技术获得了矩形管道内不同激波串位置下的壁面压力分布数据,对所得压力脉动幅值、功率谱密度曲线等结果进行分析,探讨激波串流动非定常特点与引起压力脉动的机制.     

高速列车进入隧道产生的微气压波实验研究

高速列车在进出隧道时,会形成压缩波和微压波,引起车厢内压力变化并在隧道出口形成噪声,对乘客及环境造成影响.笔者利用高速列车模型实验系统,对列车进入隧道所形成的压缩波、微压波进行了测试分析,对不同长度喇叭型缓冲结构削减微压波效果进行了比较,得到了有关微压波产生、传播以及缓冲结构缓解微压波效果的规律.     

高速铁路挡风墙防风沙效果研究

正在建设的兰新第二双线是世界首条穿越大风区的高速铁路.线路穿越风区最大瞬时风速达64m/s,并伴随大量沙砾,严重威胁列车运行安全.如何在大风条件下防止列车倾覆、保护受电弓和接触网安全,避免沙砾侵道、击碎车窗玻璃成为兰新第二双线亟须解决的重要问题.本文通过数值计算、风洞试验和现场试验等方法,开展了挡风墙对列车的防风沙效果研究,研究结果表明:距轨面高2.5m以上的挡风墙对列车有较好的倾覆防护效果,防沙效果也较好,但对受电弓和接触网的接触安全防护效果较差,需要另外采取措施,确保受电弓和接触网的接触安全.