基于CFD的气动悬浮列车造型设计

摘要

不可再生能源消耗过度以及非清洁能源在开采过程中和在使用中所产生的环境污染问题，是当今世界各国所面临亟待解决的问题。科技发达的国家开始着手于研究载客量大，驱动能源环保清洁，时速快的高速运载交通工具。目前，日本东北大学提出了节能环保的新型高速运载交通工具气动悬浮列车项目计划，并陆续展开与之相关的研究与设计。　　本文以气动悬浮列车的造型设计为研究对象。把工业设计与空气动力学两门学科紧密结合，在符合空气动力特性、优化整车结构造型的基础上，融入美学与文化特性进行创新造型设计。在设计前期通过调查研究，总结目前现有的高速运载轨道交通工具造型设计特点，并将其作为本课题设计时的参考，提出气动悬浮列车在设计时应该注意的基本造型结构，用手绘草图的形式进行最初的造型方案设计与方案选择，再进行三维建模用于CFD模拟验证，总结CFD模拟验证结果并进行造型修改，完成最终造型设计，最后制作出实物模型用于观察与验证。其主要的研究内容如下：　　（1）对目前的高速运载轨道交通工具进行调研分析后，确立了整车车头、车翼、车身关键部位的造型设计形式。在三维建模以前，采用手绘草图形式快速表现气动悬浮列车初步的形态关系与结构关系，然后利用三维软件在电脑中进行整车的三维模型设计，并渲染出其材质、色彩、光效等外观视觉效果图和与之匹配的环境效果图。　　（2）基于前文研究所确定的设计要求进行初步方案设计，并对初步方案进行CFD仿真模拟及空气动力特性分析。总结初步方案中的不足与缺点，提出优化造型设计方案，对优化方案再次进行CFD仿真模拟，将模拟结果与初步方案进行空气动力特性对比分析，确定优化后的造型设计方案，并对该方案进行了美学与文化特性的解析。　　（3）根据本课题中所设计的气动悬浮列车电脑三维模型，制作其实体加工模型，以便能更直观的进行形体观察，实现从虚拟模型到实体模型的过程，为未来进一步的造型研究提供重要的实物参考及风洞试验物理模型。　　本研究结合工业设计与空气动力学进行气动悬浮列车造型设计，旨在整车造型上既能满足空气动力特性也能从美学与文化的角度推陈出新，设计出更符合现代审美的创新型高速交通运载车辆，也为将来的创新型交通工具造型设计提供一定的参考意义。

目录

声明

1 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 气动悬浮列车研究与发展现状

1.3 中国发展气动悬浮列车探析

1.4 本文主要研究内容

2 与气动悬浮列车相关交通工具造型设计分析

2.1 当今高速列车发展与造型设计分析

2.2 地效飞行器发展与造型设计分析

2.3 本章小节

3 本课题中气动悬浮列车造型设计基本要求

3.1 车头造型设计基本要求

3.2 车翼造型设计基本要求

3.3 车身造型设计

3.4 本章小节

4 气动悬浮列车在造型设计中应具备的美学及文化特征

4.1 外形结构之美

4.2 色彩层次之美

4.3 质感与情感之美

4.4 文化传统对轨道交通工具造型设计的影响

4.5 本章小节

5 气动悬浮列车方案造型设计

5.1 设计构思与设计程序

5.2 气动悬浮列车优化方案造型设计

5.3 最终方案剖析

5.4 本章小结

6 全文总结与展望

6.1 全文总结

6.2 展望

致谢

参考文献

个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果