路堑环境下高速列车气动性能

摘要

高速运输已经成为现代铁路的发展方向。随着我国高速铁路的发展及列车车速的日益提高,列车与空气之间的相互作用加剧,出现了一系列亟待解决的危及行车安全的空气动力学问题。高速列车典型的运行线路环境有高路堤、高架桥、隧道和路堑等。针对路堑这一特殊线路环境下高速列车的运行安全性问题,本文结合空气动力学和车辆系统动力学,对高速列车基本气动力、侧风下的气动力和会车的安全性进行了研究。
　　 基于三维定常不可压缩Navier-Stokes方程以及标准k-ε两方程湍流模型,利用FLUENT建立高速列车空气动力学模型；基于车辆系统动力学理论,利用SIMPACK建立高速列车系统动力学模型；将高速列车的气动载荷作为外加载荷加载到高速列车系统动力学仿真模型中,计算气动作用下高速列车的动力学特性。
　　 本文首先研究了高速列车通过路堑的气动力和压力分布规律,并对平地和路堑两种不同路况下高速列车气动力进行了比较。其次建立了侧风环境下半路堑上运行的高速列车的气动力计算模型,研究了不同风向角、不同列车运行速度和不同风速下高速列车的气动力变化规律,并研究路堑的坡度对侧风作用下高速列车气动力的影响。
　　 最后,建立了路堑上高速列车会车的气动力计算模型,研究了会车过程的气动力变化规律,并与列车动力学结合,得到了列车脱轨系数、轮重减载率、轮轴横向力和轮轨垂向力等安全性指标。对平地和路堑两种路况下高速列车会车气动力和动力学性能进行了比较。本文的计算结果可以为高速列车线路的合理设计提供参考。