田紅旗

（1.中南大學軌道交通安全教育部重點實驗室，長沙410075；2.中南大學交通運輸工程學院，長沙410075）

中國高速軌道交通空氣動力學研究進展及發(fā)展思考

田紅旗

（1.中南大學軌道交通安全教育部重點實驗室，長沙410075；2.中南大學交通運輸工程學院，長沙410075）

總結了中國高速軌道交通空氣動力學研究進程的起步、積累、發(fā)展、深化、提升和引領等六個階段。論述了提出的以列車空氣動力學、列車/線橋隧空氣動力學、車/風/沙/雨/雪環(huán)境空氣動力學、弓網(wǎng)空氣動力學、人體空氣動力學為主要內容的高速軌道交通空氣動力學研究進展。包括發(fā)現(xiàn)探明了相關的形成機理、激化過程、響應特性、影響規(guī)律、減緩途徑、改善措施，提煉出了一套基礎理論，突破了系列關鍵技術，以及全面的工程應用。解決了空氣動力制約高速鐵路發(fā)展、惡劣風環(huán)境影響行車安全等關鍵科學技術問題。介紹了高速軌道交通空氣動力學專用實驗平臺群，包括動模型實驗系統(tǒng)、交變氣動壓力下人體舒適性/車體剛度/氣密性綜合實驗裝置、風/沙/雨/雪氣動實驗平臺群、視覺檢測系統(tǒng)、在線實車實驗系統(tǒng)、兼用風洞群、數(shù)值仿真平臺。最后討論了正在開展的研究和進一步發(fā)展的思考。

軌道交通空氣動力學；高速鐵路；實驗研究平臺群；研究進展；列車空氣動力學；列車/隧道耦合空氣動力學；列車/風環(huán)境耦合空氣動力學；弓網(wǎng)空氣動力學；人體空氣動力學

1　前言

高速軌道交通是一個龐大的多學科支撐的巨系統(tǒng)。包括了諸如高速軌道交通空氣動力學等關鍵基礎科學與技術。高速軌道交通空氣動力學是研究列車空氣動力特性，列車周圍空氣運動規(guī)律，空氣對列車和周圍環(huán)境（線橋隧風沙等）的動作用、相互影響等規(guī)律，及其改善措施的科學[1]。它是在解決高速軌道交通問題的工程需求推動下，形成和迅速發(fā)展起來的一門空氣動力學分支學科，是空氣動力學在高速軌道交通領域的應用和進一步發(fā)展。對于空氣動力學來說它是一門應用科學，而對于發(fā)展高速軌道交通來說它又是一門基礎科學。因此，高速軌道交通空氣動力學具有很強的邊緣性。屬工業(yè)空氣動力學范疇。

它不僅有類似航空航天飛行器的空氣動力特性：空氣阻力、空氣升力、空氣橫向力、表面分布空氣壓力等；還有其特殊的空氣動力特性：列車交會壓力波、列車-隧道耦合空氣動力特性、列車風影響下道旁人員與環(huán)境所受的空氣動力特性、大風環(huán)境下列車空氣動力特性、列車-橋梁（路堤）耦合空氣動力特性等。需要建立適用于高速軌道交通的空氣動力學研究方法和體系，開展專題研究。

2　中國高速軌道交通空氣動力學研究進程

中國高速軌道交通空氣動力學的研究大致經(jīng)歷了如下幾個階段。

1）20世紀80年代末期的起步階段。伴隨著國家發(fā)展高速鐵路的重大需求，與航空航天科研機構全面合作，著手列車空氣動力學方面的研究。

2）“八五”期間的積累階段。伴隨著中國廣深準高速鐵路開通，發(fā)展了列車空氣動力性能數(shù)值模擬和相關實驗技術。通過大量的風洞實驗、在途實車實驗、數(shù)值模擬及理論分析，開展了列車氣動阻力、氣動升力、表面分布壓力、列車交會壓力波、列車通風、人體在站臺和道旁安全退避距離等方面的研究。完成了提速鐵路、準高速鐵路空氣動力學行車安全評估。

3）“九五”期間的發(fā)展階段。伴隨著中國既有鐵路大面積提速，提出流線型列車氣動外形與車體結構一體化設計制造方法。研建了國際領先的“列車空氣動力學動模型實驗系統(tǒng)”，完善了列車氣動性能數(shù)值模擬技術，開發(fā)120～500 km/h速度的列車空氣動力學現(xiàn)場在線實車實驗技術，建立了相應的行車安全評估方法。解決了中國提速鐵路因空氣動力危及行車安全、降低旅客舒適度、影響環(huán)境等科學技術問題。

4）“十五”期間的深化階段。伴隨著中國既有鐵路全面提速，以及秦沈高速客運專線建成開通，構建了從理論分析、數(shù)值模擬到風洞實驗、動模型實驗、實車實驗等較為完善的列車空氣動力學研究體系。發(fā)現(xiàn)探明了相關形成及激化機理、特性及影響規(guī)律，提出了相應技術規(guī)范。研建了青藏鐵路大風監(jiān)測預警與行車指揮系統(tǒng)。完成了中國所有流線型列車外形結構設計，空氣動力學線間距確定、列車/隧道耦合空氣動力學性能優(yōu)化。完成了中國所有提速和高速軌道交通的空氣動力性能研究、改善措施實施、行車安全評估。

5）“十一五”期間的提升階段。伴隨著高速鐵路開行和CRH型動車組上線，構建中國軌道交通空氣動力學基礎研究、技術研發(fā)、工程應用體系。研建和提升了空氣動力學方面的實驗、計算平臺，建立了高速軌道交通空氣動力性能設計、實驗及評價標準。建立了列車空氣動力學基礎理論。完成中國300 km/h及其以上高速列車和高速隧道空氣動力學參數(shù)確定、氣動外形結構設計與優(yōu)化等。解決了空氣動力制約中國高速鐵路發(fā)展、惡劣風環(huán)境影響行車安全的科學技術問題。全面服務于高速軌道交通發(fā)展和國家自主創(chuàng)新戰(zhàn)略。

6）“十二五”以來的引領階段。伴隨著中國快速鐵路網(wǎng)的建成與運營，提出了以列車空氣動力學、列車/線橋隧空氣動力學、車/風/沙/雨/雪環(huán)境空氣動力學、弓網(wǎng)空氣動力學、人體空氣動力學為主要內容的高速軌道交通空氣動力學。形成了高速軌道交通空氣動力學專用實驗平臺群。建立了相應成套標準。構建了中國高速軌道交通空氣動力學方面的安全行車立體防護體系。

3　列車空氣動力學研究進展

以改善列車空氣動力性能為起點，最終落實到流線型列車氣動外形結構研制。從減小氣動阻力、降低交會壓力波、減緩氣動噪聲、優(yōu)化表面空氣分布壓力、控制空氣升力和空氣橫向力、提高人體舒適性的思路入手，探明形成機理、影響因素、改善措施。形成列車空氣動力學分析理論、關鍵技術、設計方法等體系。完成中國各型高速列車氣動外形結構性設計[2～4]。

3.1高速列車周圍流場湍流強度特性

列車周圍流場湍流強度是描述列車風風速隨時間和空間變化的程度。反映脈動風速的相對強度，是描述列車周圍流場湍流運動特性的最重要的特征量。湍流強度量級一般分為4級：a.高湍流度，一般湍流度大于0.20；b.較高湍流度，一般湍流度在0.05～0.20；c.中度湍流度，較低速度(雷諾數(shù))流動等，一般湍流度在0.01～0.05；d.低湍流度，一般湍流度小于0.01。大量研究表明，高速列車的頭部及車身側面流場湍流度最大在0.2以上。尾部側面最大湍流度達到0.5。且越靠近列車表面，湍流度越大。按照上述湍流強度量級的劃分，高速列車周圍流場屬于高湍流度的流動。

3.2高速列車周圍流場渦旋空間結構特性

當高速列車運動時，其周圍的空氣會產(chǎn)生許多瞬態(tài)的無規(guī)則的漩渦，這些漩渦在列車表面產(chǎn)生，發(fā)展并脫落，引起列車周圍流場瞬態(tài)的速度波動。這些漩渦星系所特有的分布結構被稱為列車周圍流場渦旋結構。大量研究表明，高速列車的頭部、尾部、底部、車輛連接部位周圍以及尾流區(qū)域的漩渦分布密集。列車車身規(guī)則等截面部位的漩渦非常少。因此，漩渦主要源于復雜突變以及曲率變化大的表面結構。列車的頭部、尾部、底部、車輛連接部位、以及尾流區(qū)域漩渦分布密集，是漩渦產(chǎn)生的主要位置。

3.3高速列車表面附面層演變特性

當列車運動時，由于空氣的黏性，在列車外表面將形成一流體層。沿列車壁面法向向外，流體層由流速為零迅速升高到與來流速度基本一致。該流體層稱之為列車外表面附面層。附面層厚度是指附面層內的速度達到主流速度某一百分數(shù)時距離壁面的法向距離，該百分數(shù)一般為99%。

大量研究表明，a.流線型列車頭部的附面層非常薄，接近于零；b.在流線型頭部與車身連接處，附面層出現(xiàn)分離，產(chǎn)生較大的速度梯度；c.從連接處向后沿列車長度方向，附面層厚度不斷迅速增加，至中后部以后再緩慢增加；d.在列車橫截面外廓線周圍，列車側中上部和頂部的附面層厚度基本相當。列車側下部的附面層厚度最大，約是列車側中上部附面層厚度的兩倍；e.對于列車底面，約在5/8列車頭車長度的位置，附面層厚度呈線性增加到車體下表面距離地面的厚度，之后沿列車長度方向一直保持這個厚度；f.在列車尾端，附面層變化為類似球狀。

3.4成套原創(chuàng)性理論關系式

成套原創(chuàng)性理論關系式[5～9]主要包括：a.列車交會壓力波與列車速度、線間距、車體寬度、附面層厚度的系列理論關系式；b.列車外形參數(shù)與列車空氣阻力、空氣升力、空氣橫向力、交會壓力波的成套理論關系式；c.列車表面附面層厚度理論關系式；d.列車中各車輛空氣阻力構成及估算公式。

3.5高速列車氣動外形的形性設計優(yōu)化

通過對高速列車氣動外形的形性研究，得到列車流線型頭部長度、縱向剖面形狀、俯視形狀、各主型線組成的耦合外形與列車交會壓力波、空氣阻力、空氣升力、空氣橫向力、列車表面壓力分布的關系，探明列車車體的底部外形、車體截面外廓形狀對列車空氣動力性能的影響規(guī)律[10～13]。

制定了列車氣動外形設計準則。包括：a.列車外形、頭部和尾部外形均為流線型，車體表面應盡可能光滑平整，無凸出外表面的窗玻璃壓條及門扶手等；b.車身斷面形狀應采用鼓形，或者采用折線形式的側墻以圓弧與車頂和車底罩相連；c.將列車底部除轉向架外用封閉外罩全部包裹起來；d.列車編組，車身斷面形狀應盡可能相同，不同斷面形狀車體混編時，應設置平滑過渡導流罩；e.列車車頭、受電弓、牽引緩沖裝置、車體底部、車輛連接處、把手、縫隙、凹槽等部位避免產(chǎn)生渦流；f.須滿足司機室凈空、瞭望條件。

創(chuàng)建了降低高速列車氣動力、交會壓力波、隧道交變壓力及氣壓爆破，提高氣壓變化下人體舒適性的高速列車外形結構協(xié)同設計、輕量化與輔助制造方法，完成39種已投入運營的流線型列車外形結構設計。

3.6高速列車氣動結構設計優(yōu)化

通過高速列車結構設計優(yōu)化，進一步改善高速列車空氣動力性能和解決相關空氣動力學問題。主要包括：a.轉向架區(qū)域防積雪氣動性能設計優(yōu)化；b.車輛間連接優(yōu)良氣動外形過渡；c.設備艙導流罩承受氣動載荷能力設計；d.改善動力設備冷卻流場分布的氣動結構設計；e.抗交變氣動載荷作用的車體、車窗玻璃結構設計；f.抗風沙（石）沖擊的車體結構設計；g.抗風沙塵空調機組氣動結構設計；h.高速列車通風系統(tǒng)結構優(yōu)化設計；i.受電弓及其導流罩氣動結構設計優(yōu)化；j.滿足氣密性要求的車體結構設計優(yōu)化等。

3.7高速列車界面流動控制氣動減阻

采用改進型延遲分離渦模型，得到列車周圍瞬態(tài)流場的精細結構：高速列車附面層厚度隨著列車長度的增加而增厚；附面層在頭車靠近流線型過渡部位出現(xiàn)分離，隨后附面層迅速增厚；附面層引起的摩擦阻力占總氣動阻力的一半左右。因此，通過附面層控制減阻具有很大的潛力，進而提出高速列車界面流動控制減阻方法：考慮吹-吸氣口位置距離氣流分離位置不同距離、吹-吸氣口形狀尺寸圓孔直徑及陣列參數(shù)、吹-吸氣速度等變量，提出頭、尾車流動分離區(qū)域吹-吸氣方法，實現(xiàn)附面層延緩分離，從而達到列車減阻的目的。

3.8高速列車氣動降噪

隨著列車運行速度的提高，氣動噪聲成為高速列車主要噪聲源，嚴重影響車內外環(huán)境。為了降低高速列車氣動噪聲，開發(fā)了高速列車邊線噪聲測試技術、噪聲源相控聲陣列測試技術、車內外噪聲源分離識別技術、振動噪聲及聲學故障診斷技術；建立了高速列車噪聲成分分解模型，探明了氣動噪聲傳遞、聲能與列車速度等相關規(guī)律，得到了高速列車車內外噪聲源圖譜；提出了陣列實驗聲學數(shù)據(jù)處理的反卷積算法，加速了聲源周圍幅值衰減，極大削弱了聲源之間的干涉誤差；提出了整體/局部外形的流體聲學優(yōu)化設計、設置聲屏障等高速列車降噪措施。

3.9高速列車通風結構設計優(yōu)化

合理設計優(yōu)化空調裝置進排風系統(tǒng)，電機電氣冷卻風道系統(tǒng)，設備艙通風換氣系統(tǒng)等各種設備風道是高速列車運行安全和乘員舒適的關鍵因素。研究得到了高速列車表面分布壓力規(guī)律：a.將各種設備風道風口設置在表面壓強較穩(wěn)定的區(qū)域，進風口布置在正壓強區(qū)，排風口布置在負壓強區(qū)；b.通過設計外形，改變和優(yōu)化高速列車表面壓力分布，滿足進排風口位置布置的需要；c.設計優(yōu)化了各種通風口結構和風道結構，提高了設備冷卻風和車內新風的送風均勻性；d.綜合列車整體氣密性、車廂內流場品質和人體舒適性的要求，提出了新/排風控制策略。

4　列車/隧道耦合空氣動力學研究進展

以乘客安全舒適、列車/隧道/弓網(wǎng)結構安全、隧道口環(huán)境降噪為目標，從抑制高速列車車廂內交變氣壓，降低隧道內瞬變氣動沖擊壓力、減小氣壓爆波、控制隧道內火災煙流擴散及引導乘客逃生的思路入手，提出人/車/隧/環(huán)境耦合空氣動力理論模型與控制方法，形成列車/隧道耦合空氣動力安全技術，完成中國高速鐵路重大工程中各類型的隧道斷面、各種緩沖結構、280余座典型隧道和CRH系列高速列車/隧道耦合空氣動力效應的分析、評估和優(yōu)化，實現(xiàn)了氣壓爆波減小50%、瞬變壓力降低10%～35%[14～17]。

4.1單列車穿越隧道時列車周圍流場特性

高速列車穿越隧道過程中，由于邊界突變，繞列車運動的氣流受到隧道壁面的制約形成壓縮波、膨脹波，這兩種波在隧道內以音速傳播。壓縮波和膨脹波的不斷產(chǎn)生和傳播、在隧道內壁/列車外壁/隧道進出口等之間不斷以音速反射、連續(xù)疊加和激發(fā)，形成復雜波系。從而導致隧道內空氣壓力發(fā)生劇烈變化。圖1為單車過隧道時列車周圍流場分布圖，從圖中可知，列車兩側流場不對稱，這樣列車會承受側向力和側滾力矩。4.2隧道內列車車廂內流場特性

圖1　單車過隧道時列車周圍流場Fig.1　Flow field around single train in tunnels

當列車通過隧道或在隧道內交會時，將產(chǎn)生較大的空氣壓力波動，此壓力波動傳入車廂內，乘員會感到不舒適，輕者壓迫耳膜，重者頭暈惡心，甚至造成耳膜破裂，與乘飛機情況類似，給旅客乘坐舒適性帶來嚴重影響。為了減少車內受車外壓力波動的影響，保證旅客的舒適度，就需要采取措施改善車內壓力變化。由此，提出了擬制車廂內壓力劇烈波動的瞬變壓力/車輛氣密性/車體剛度匹配技術。

4.3列車在隧道內交會瞬態(tài)流場特性

列車在隧道內交會，由于兩列車分別從隧道兩端進出隧道瞬間，都會產(chǎn)生壓縮波與膨脹波，再加上列車交會引發(fā)的空氣壓力沖擊波，各種波在隧道內傳播過程中相互疊加并在隧道口進行反射，形成的波系比單列車過隧道更為復雜。圖2為列車在隧道內交會瞬態(tài)流場。由此可見，兩相對運行動車組交會時，由于列車周圍空氣受到隧道壁面制約，空氣壓力沖擊波不像在明線交會時能及時擴散，故在隧道內交會產(chǎn)生的壓力變化幅值遠大于明線交會。

圖2　列車在隧道內交會瞬態(tài)流場Fig.2　Transient flow field of passing trains in tunnels

4.4高速列車/隧道空氣壓力波系理論

針對高速列車/隧道耦合空氣動力學理論研究的三大難題：空氣壓力復雜波系精確描述、強非線性脈沖波捕捉、車內外壓力映射，建立了高速列車/隧道空氣壓力波系理論分析方法。

1）綜合考慮車體剛度、車體氣密性，建立車廂內外交變氣壓傳遞數(shù)學模型（見式（1）），突破了傳統(tǒng)模型不能反映車體剛度對車內壓力影響的局限。

2）提出三維可壓非對稱滑移分區(qū)理論和自適應尺度模型。

4.5列車/隧道耦合氣動設計參數(shù)理論

建立隧道長度、隧道面積、相鄰隧道洞口間距、列車長度、列車橫斷面積等與隧道及列車表面壓力變化、隧道出口氣壓爆波的關系，歸納出最不利運行工況、最不利隧道長度和列車長度等。

1）發(fā)現(xiàn)當列車速度大于250 km/h，非線性脈沖波從隧道口向外傳播，能量不斷衰減并向高頻轉移，經(jīng)典的氣壓爆波與距離的反比關系不再成立，經(jīng)理論分析與實驗研究，提出了如下關系式：

2）單列車過隧道最不利隧道長度的計算公式：

3）列車在隧道內交會，最不利雙線隧道長度的計算公式：

4）隧道內交變壓力極值點位置與列車及隧道長度關系的計算公式：

式（2）～式（5）中，ΔP為隧道出口氣壓爆波；λ為隧道口輻射系數(shù)；d為距隧道出口的距離；為隧道出口壓力梯度；LTU為隧道長度；LTR為列車編組長度；Ma為馬赫數(shù)；Ld為隧道內交變壓力極值點位置距隧道入口距離。

4.6隧道氣壓爆波激化理論及減緩措施

當列車頭部進入隧道，產(chǎn)生的系列壓縮波在隧道內傳播時，隧道內氣壓、密度和溫度均會急劇上升，音速不斷增大，使得后面的壓縮波趕上前面的壓縮波，導致隧道內能量積聚，引起強非線性脈沖波激化，在隧道口產(chǎn)生爆波。因此，發(fā)現(xiàn)并提出隧道氣壓爆波新概念。

4.6.1隧道氣壓爆波激化理論

1）提出長大隧道氣壓爆波的動態(tài)重疊、多維分區(qū)匹配計算方法（見圖3），解決了隧道內非線性脈沖波激化的計算難題，實現(xiàn)了長大隧道和曲線隧道氣壓爆波的求解，使長大隧道氣壓爆波求解速度比傳統(tǒng)算法提高5倍。采用該方法的計算結果與實車實驗結果進行比較，兩者吻合較好，誤差在5%左右。

圖3　長大隧道氣壓爆波的動態(tài)重疊、多維匹配算法示意圖Fig.3　Dynamical overlay of blast wave and multidimensional matching algorithm

2）建立始壓縮波在長大隧道傳播激化修正模型（見圖4、公式（6）），考慮了壓力波非線性引起的能量頻率轉移和大氣吸收特性，實現(xiàn)隧道口氣壓爆波較精確描述。

式（6）中，b為隧道內大氣吸收系數(shù)，通過大量的實車實驗獲得；β為非線性系數(shù)；L為隧道長度。

4.6.2隧道氣壓爆波減緩措施

列車速度、頭部外形，隧道洞門及緩沖結構形式，豎井、斜井和橫通道的位置及形狀，隧道道床形式及隧道壁面粗糙度等對氣壓爆波均有影響，通過對影響氣壓爆波的因素進行分析，提出減緩氣壓爆波的緩沖結構設計準則：阻塞比隨緩沖結構長度的變化盡可能平緩。

各種類型洞門阻塞比隨緩沖結構長度的變化關系如下：a.端墻式洞門為垂直階躍突變；b.喇叭式洞門依然有突變；c.斜切式洞門有較大改善，但一階導數(shù)不連續(xù)。由此進一步提出減緩氣壓爆波的緩沖結構設計準則：阻塞比與緩沖結構長度變化曲線為一階導數(shù)連續(xù)。通過隧道/洞門/緩沖結構等細微結構的曲率變化控制初始壓力梯度，完成不同緩沖結構、洞門、隧道口地形環(huán)境等對氣壓爆波的影響規(guī)律研究，得到最優(yōu)的洞門、緩沖結構形式：帽檐斜切式與緩沖結構的組合形式。

圖4　帽檐斜切式與緩沖結構的組合形式Fig.4　Combination miter hat style with cushion structure

4.7列車/隧道火災逃生分析模型及應急處置技術

隧道火災是一種綜合燃燒、湍流流動和熱傳遞過程的災害性現(xiàn)象。其發(fā)生和發(fā)展規(guī)律具有隨機性和不確定性雙重特點。將隧道及車廂內外流場耦合進行考慮，采用動網(wǎng)格技術實現(xiàn)列車攜火源運行的數(shù)值模擬，分析隧道內煙氣流動規(guī)律，構建火災反應全過程分析模型、移動火源下煙氣擴散計算分析模型、隧道火災事故人員疏散模型，提出列車/隧道火災煙氣蔓延控制、火災危險臨界狀態(tài)預測與乘員疏散應急處置技術。

5　列車/風/沙/雨/雪環(huán)境空氣動力學研究進展

列車/風/沙/雨/雪環(huán)境空氣動力學是研究列車風與風/沙/雨/雪環(huán)境耦合作用下的列車空氣動力特性、風/沙/雨/雪環(huán)境下行車安全保障體系的應用科學。

在開展列車/風環(huán)境耦合空氣動力學研究基礎上，針對影響行車安全的5要素和影響效率的諸多因素，提出并解決了“定閾、提閾、預測、決策”關鍵科學問題。實現(xiàn)“風/沙/雨/雪環(huán)境下鐵路安全、高效運輸”的目標[18～20]。

5.1大風環(huán)境下列車空氣動力學理論關系式

提出橫風風速和列車運行速度之間的耦合關系用“風車速比”來表示，它具體表現(xiàn)為：a.列車速度不變，橫風風速改變；b.橫風風速不變，列車運行速度改變；c.風速、列車速度均發(fā)生變化。

通過對大風環(huán)境下列車空氣動力特性、風-車-路耦合空氣動力特性、列車交會空氣壓力波特性進行動模型實驗、數(shù)值計算、風洞實驗、在線實車實驗和理論分析，建立了大風環(huán)境下列車空氣動力學理論。得到了列車空氣阻力系數(shù)與風車速比理論關系式，風速/風向變化時列車空氣阻力理論關系式，列車空氣升力與小角度側偏角理論關系式，列車橫向力系數(shù)與小角度側偏角理論關系式，路堤高度與氣動力的系列理論關系式。

5.2風/沙/雨/雪環(huán)境下列車空氣動力學特性

5.2.1列車單向運行空氣動力學特性

大風環(huán)境下的列車空氣動力特性包括列車表面壓力分布、列車空氣阻力特性、車輛空氣升力特性、車輛空氣橫向力特性[21～26]。

1）列車表面壓力分布規(guī)律如下：a.列車頭部的鼻尖及導流板凹槽內不再為駐點，但仍為較大的正壓；b.列車頂面、底部基本為負壓，通常列車底部的負壓絕對值遠小于車頂部的負壓絕對值；c.列車側面的迎風面基本為正壓，背風面基本為負壓；d.車體側面的迎風面為較小的正壓，背風面為很大的負壓，迎風面和背風面的壓強疊加后使車體側面受到非常大的側壓差。

2）列車空氣阻力特性規(guī)律如下：列車的頭車空氣阻力系數(shù)與風車速比呈二次方關系，而中間車、尾車的空氣阻力系數(shù)與風車速比呈三次方關系。

3）列車空氣升力特性規(guī)律如下：列車的頭車、中間車和尾車空氣升力系數(shù)與小角度側偏角均呈二次方關系增加。降低大風環(huán)境下頭車和尾車的空氣升力，鼓壁側墻優(yōu)于直壁側墻。

4）列車橫向力特性規(guī)律如下：列車的頭車、中間車和尾車空氣橫向力系數(shù)與小角度側偏角均呈二次方關系增加。降低大風環(huán)境下頭車和尾車的空氣橫向力，鼓壁側墻遠優(yōu)于直壁側墻。

5.2.2列車交會空氣壓力波特性

兩交會列車運行速度不盡相同，且兩交會列車相向運動，列車風與環(huán)境風的耦合產(chǎn)生復雜的流場，無法用簡單的側偏角來說明列車速度與環(huán)境速度的耦合問題，因此，需將大風環(huán)境下列車交會問題分解討論。

1）環(huán)境風風速不變，大風風向與列車交會壓強波特性規(guī)律如下：大風環(huán)境下列車交會空氣壓強波幅值隨風向角（0°≤θ≤360°）增加呈拋物線形式改變，風向角在90°～180°或180°～270°，交會壓強波幅值最大，是無環(huán)境風的1.6倍左右；風向角為0°時，交會壓強波幅值最小，是無環(huán)境風的60%左右。

2）環(huán)境風風向不變，大風風速與列車交會壓強波特性規(guī)律如下：風向角為180°時，隨風速增大，列車交會空氣壓強波幅值迅速增大；風向角為0°時，隨風速增大，列車交會空氣壓強波幅值迅速減??；風向角為45°或315°時，隨風速增大，列車交會空氣壓強波幅值變化很?。伙L向角為135°或225°時，隨風速增大，列車交會空氣壓強波增長幅度最大。

5.2.3風-車-路耦合空氣動力特性

風-車-路耦合空氣動力特性規(guī)律為：a.車輛橫向力系數(shù)和傾覆力矩系數(shù)的絕對值隨小角度側偏角的增加而迅速增大；b.當側偏角達到一定值時，車輛橫向力系數(shù)和傾覆力矩系數(shù)的絕對值隨側偏角的增大而增加的趨勢變緩；c.在橋上運行使車輛橫向力和傾覆力矩增加，橋梁高度越高，車輛橫向力和傾覆力矩的絕對值越大；d.車輛橫向力系數(shù)和傾覆力矩系數(shù)的絕對值隨路堤高度的增加而呈二次方關系增加。

5.2.4風-沙（塵）-雨-雪-車耦合空氣動力特性

針對風吹沙（塵）、雨、雪等對列車運行安全構成的影響，確定了起沙、揚塵、揚雪臨界風速，探明了風沙塵流密度空間分布規(guī)律、沙（塵）粒粒徑與環(huán)境風速關系、風沙沙（塵）粒躍移速度與環(huán)境風速關系。發(fā)現(xiàn)了車窗玻璃、設備艙、轉向架空氣彈簧等部件抗風沙、風雨、風雪性能規(guī)律。

5.3鐵路沿線局地短時近地風場預測

提出了鐵路沿線非平穩(wěn)跳躍矢量風滾動遞推、模型重構的短時預測方法[27～31]，鐵路沿線多測風點近地風場點域空間映射技術。實現(xiàn)了鐵路沿線近地風場時間高精度預測、空間無盲區(qū)監(jiān)測、全線風速連續(xù)時空推演。時間預測精度比傳統(tǒng)時間序列法提高一倍以上。

5.4大風環(huán)境下列車運行安全閾值確定方法

以“大風環(huán)境下鐵路安全、高效運輸”為目標，針對影響列車運行安全的風致列車傾覆、車體升重比超限、網(wǎng)偏致弓網(wǎng)失效、風沙致車窗玻璃破損、局部突發(fā)瞬態(tài)風致列車劇晃等問題，影響運輸效率的線路停輪、列車停運問題，確定與“風力風向/車型/路況/接觸網(wǎng)/擋風墻/沿線地形地貌”對應的列車運行安全閾值[39～45]。

綜合安全閾值（車輛傾覆、車體氣動升重比超限、網(wǎng)偏致弓網(wǎng)失效、窗玻璃破損、瞬態(tài)風致列車晃動等）判定方法用下式表示：

式(7)中，D為列車運行參數(shù)；const.為列車運行安全閾值。

5.5大風環(huán)境下列車運行安全閾值增強方法

5.5.1高速列車外形設計優(yōu)化

采用流線型列車(流線型頭形、流線型車身、連接部位外風擋、車體底部除轉向架外全部包起等)能夠有效地改善大風環(huán)境下列車空氣動力性能，包括減小列車空氣阻力、控制車輛空氣動力升力、降低列車交會壓力波幅值。合理設計側壁形狀，可以改善車輛橫向氣動性能。目前，中國在設計大風區(qū)高速列車外形與結構時，均考慮了改善風環(huán)境下的車輛空氣動力性能。

5.5.2列車結構抗沖擊設計

大風揚起的沙石對列車車體、車窗玻璃、設備艙等構成強烈沖擊。研究得到了適用于列車車體、車窗玻璃、設備艙等可損傷累積致使破損的材料本構模型參數(shù)，提出了強化列車車體、車窗玻璃、設備艙等所能承受瞬態(tài)沖擊壓力、沙石沖擊及耦合載荷極限承載能力的方法，并進行了列車結構抗沖擊設計及其實驗驗證，有效提高了列車結構抗沖擊安全閾值。

5.5.3擋風墻設置

提出載荷平衡帶域的安全運行速度閾值增強方法。通過在大風區(qū)鐵路設置擋風墻來控制列車周圍流場渦結構，找出載荷平衡帶域，以實現(xiàn)列車安全運行速度閾值的增強。擋風墻設置應綜合考慮如下因素：a.擋風墻形狀；b.擋風墻高度；c.擋風墻與軌道間的距離；d.擋風墻對接觸網(wǎng)偏移量的影響；e.擋風墻對鐵路復線的1線和2線上的列車氣動性能的影響；f.擋風墻對不同車型氣動性能的影響；g.地形地貌、線路狀況的影響。

5.6大風環(huán)境下鐵路行車安全保障技術

探明風/車/路/網(wǎng)/墻/地形地貌耦合的列車周圍流場流動及車輛傾覆機理，建立風/車/路/網(wǎng)/墻/地形地貌耦合下車輛傾覆、車體升重比超限、網(wǎng)偏致弓網(wǎng)失效等多元要素下車輛氣動載荷與姿態(tài)響應耦合模型，提出了實時限速行車閾值確定方法，建立了多源異類信息融合、行車指揮安全態(tài)勢評判技術，建設了多元協(xié)同行車安全預警指揮系統(tǒng)。

5.6.1大風環(huán)境下列車安全運行速度限值

列車安全運行速度限值的確定需要考慮各種因素的影響，如風環(huán)境（風力、風向、列車周圍地貌環(huán)境）下的空氣動力性能，路況(橋梁、路堤、路塹、直線、曲線、擋風墻等)，列車外型，車輛載重，車輛動力性能，車窗承受氣動壓力能力，空調及通風系統(tǒng)抗風沙塵能力，風沙流對列車車窗玻璃和列車運行穩(wěn)定性的影響，接觸網(wǎng)偏移量，局部突發(fā)瞬態(tài)風致列車晃動程度等。大風環(huán)境下列車安全運行規(guī)范是針對線路區(qū)域或列車速度等級制定的，因此，各鐵路線的速度限值標準不同。對各種車輛可以提出通用安全運行速度限值，對某一個高路堤、高橋梁也可制定相應的列車安全運行速度限值。

5.6.2大風行車安全預警指揮系統(tǒng)

鐵路大風監(jiān)測預警與行車指揮系統(tǒng)要求：從實時大風監(jiān)測預警，到形成列車運行速度限制指令，并能實現(xiàn)及時與通過風區(qū)的列車進行信息交換，為列車安全通過風區(qū)以及大風環(huán)境下行車指揮調度提供有效決策。其關鍵技術主要有：a.鐵路沿線局地短時近地風場預測；b.列車（車型、編組、運行狀態(tài)）-大風（風力風向、測風站位置）-路況-地形地貌環(huán)境等多源信息融合與集成處理技術；c.長距離實時風速采集、傳輸、存儲技術；d.風區(qū)列車運行實時預警與指揮決策等。

5.7大風環(huán)境下安全行車評估指標體系

在國內外大風環(huán)境下安全行車評估指標的基礎上，新增提出了車體傾覆系數(shù)、車體橫向偏移量、車體橫向加速度、車體抬升量、車體升重比系數(shù)、車體側滾角、車體搖頭角、鐵路沿線風沙塵流密度與強度、接觸網(wǎng)導線橫向與垂向偏移量、接觸網(wǎng)承力索橫向與垂向偏量、接觸網(wǎng)回線橫向與垂向偏移量、定位點垂向與縱向振動加速度、定位器繞橫向與縱向軸傾角、接觸網(wǎng)支柱撓度、接觸網(wǎng)導線張力、接觸網(wǎng)承力索張力等22項安全行車評估指標。

6　高速鐵路弓網(wǎng)空氣動力學研究進展

列車明線運行、交會、穿越隧道、在隧道內交會及在風環(huán)境下運行時，會產(chǎn)生強烈的空氣動力作用，導致弓網(wǎng)偏移、接觸壓力發(fā)生劇烈變化，由此產(chǎn)生了弓網(wǎng)空氣動力學[38，39]。

研究進展主要有：a.探明了列車明線運行、交會條件下弓網(wǎng)空氣動力效應規(guī)律，并提出改善措施；b.建立高速列車穿越隧道時隧道-列車-受電弓-接觸網(wǎng)多尺度模型、觀測基準失穩(wěn)運動下的接觸網(wǎng)支柱振動、動態(tài)特征點絕對風偏量的檢測模型；c.研制可測量列車高速進出隧道時受電弓所受氣動升力的測力天平，實現(xiàn)列車穿越隧道時受電弓裝置整體所受氣動升力的測量；d.研制接觸網(wǎng)偏移量機器視覺檢測系統(tǒng)，實現(xiàn)接觸網(wǎng)偏移量在線實時檢測；e.發(fā)現(xiàn)高速列車穿越隧道時弓網(wǎng)氣動力變化特性規(guī)律，隧道長度、截面形狀、緩沖結構等參數(shù)對弓網(wǎng)氣動性能影響規(guī)律，列車速度、外形、編組長度、受電弓安裝位置、受電弓外形、參數(shù)對弓網(wǎng)氣動性能影響規(guī)律等；f.得到高速列車在隧道內交會時弓網(wǎng)氣動性能；g.探明風環(huán)境下接觸網(wǎng)偏移量變化規(guī)律；h.完成受電弓導流罩外形優(yōu)化。

7　高速鐵路人體空氣動力學研究進展

列車在地面高速運行時將帶動列車側面、底部及尾部的周圍空氣運動，形成列車風。處于列車風中的人體將受到氣動縱向力、側向力、升力及其相應的氣動力矩作用。通過大量的實車實驗、動模型實驗、數(shù)值計算、理論分析，建立了列車風風速、人體承受的作用力、人體距列車側壁距離、列車運行速度、列車外形、人體姿態(tài)等相互關系：a.列車風對人體作用力與側向距離的關系；b.列車風對人體作用力與列車運行速度的關系；c.不同車型列車風與人體作用力的關系；d.人體姿態(tài)與人體氣動力的關系；e.列車風風速與列車側向距離的關系；f.列車風風速與列車運行速度的關系。提出了人體安全退避距離評價參考標準，包括人體允許承受的氣動力和風速建議值、200 km/h等級線路在列車通過時的人體安全退避距離。

列車高速明線交會、穿越隧道及在隧道內交會時誘發(fā)的壓力波傳入車廂內，給乘員舒適性帶來影響。研建了可模擬車廂內空氣壓力波動過程的實驗裝置，并進行了大量的實車實驗和實驗室實驗，建立列車車廂內壓力波動與車型、列車速度、隧道結構參數(shù)之間的關系，提出了中國人體舒適性標準建議值。

風環(huán)境下道旁人員受到列車風和環(huán)境風的雙重作用，進行了大風環(huán)境下高速鐵路道旁（包括明線、隧道內、隧道口）人員安全避讓距離實車實驗，提出了大風環(huán)境下高速鐵路道旁人員安全避讓距離建議值。以提高道旁人員安全性和乘員人體舒適性為目標，建立了人/車/隧/環(huán)境耦合空氣動力安全協(xié)同控制體系，提出相應的方法與標準。

8　高速軌道交通空氣動力學專用實驗平臺群

8.1軌道交通空氣動力特性動模型實驗系統(tǒng)

從零做起，于1998年自主建成模型比例與實驗速度均處于國際領先水平、與風洞實驗互補的高速列車氣動特性動模型實驗系統(tǒng)（見圖5）。

圖5　高速列車氣動特性動模型實驗系統(tǒng)Fig.5　Moving vehicle model for aerodynamical force tests

解決了高速列車交會、穿越隧道、通過車站、連續(xù)地面效應等模型實驗難題。在中國高速列車研制、高速鐵路線/隧/站研建的空氣動力模型實驗中起到不可替代的作用。該系統(tǒng)的列車交會實驗速度達500 km/h交會500 km/h，模型比例分別為1∶8～1∶25等。

利用該系統(tǒng)開展的實驗研究主要有：a.高速列車空氣動力特性實驗。包括高速明線運行和穿越隧道時的列車空氣阻力、交會壓力波、列車表面空氣分布壓力、車輛空氣升力、車輛空氣橫向力等實驗；b.隧道、隧道群、豎井、橫通道及其附屬結構空氣動力效應及減緩措施實驗；c.隧道氣壓爆波特性及緩解實驗；d.高速列車通過車站空氣動力學實驗；e.高速列車通過風/聲屏障、擋風墻空氣動力效應實驗；f.列車與隧道火災煙流及其移動火源災害實驗。

根據(jù)大量動模型實驗結果，重復性實驗相對誤差不大于3%，與實車實驗結果相差不大于5%。

8.2交變氣動壓力下人體舒適性/車體剛度/氣密性綜合實驗裝置

針對列車高速穿越隧道時產(chǎn)生的交變氣動載荷導致車體瞬態(tài)氣動沖擊疲勞問題，于2008年研建了交變沖擊氣動壓力下的人體舒適性/車體剛度/氣密性綜合實驗裝置（見圖6）。主要創(chuàng)新有：a.通過多源陣列控制車體抽吸動作，以隧道瞬變壓力向車內傳遞數(shù)學模型為基礎，實現(xiàn)了10 000 Pa范圍內周期和非周期的壓力瞬變過程模擬；b.采用波形追蹤逼近控制技術，真實再現(xiàn)了車內外壓力演化過程，實現(xiàn)車體承受氣動載荷譜的準確模擬[40～42]。

圖6　交變氣動載荷實驗裝置Fig.6　Experimental platform for alternating aerodynamic tests

利用該裝置開展的實驗研究主要有：a.高速列車乘員人耳舒適性及安全性實驗；b.高速列車車體及其部件（包括車窗玻璃、車門、車輛端墻等）氣動載荷疲勞強度實驗；c.列車高速通過隧道時車內壓力波模擬實驗；d.高速列車車內流場品質評估實驗；e.高速列車車體（包括車門、車窗、通過臺、通風裝置等）氣密性實驗；f.交變氣動載荷作用下車體車窗與車體結構剛度匹配實驗。

8.3風/沙/雨/雪氣動實驗平臺群

針對惡劣氣候環(huán)境下高速列車運行安全問題，近幾年來研建了風速風向、風沙、風雨、風雪等模擬實驗裝置（見圖7、圖8），形成了風/沙/雨/雪氣動實驗平臺群。利用該平臺群開展的實驗研究主要有：a.起沙、揚雪、揚塵實驗；b.風沙塵流密度與風速關系實驗；c.風沙塵流密度空間分布實驗；d.沙粒、塵土粒徑與環(huán)境風速關系實驗；e.風沙沙粒躍移速度與環(huán)境風速關系實驗；f.高速列車車窗玻璃、設備艙、轉向架空氣彈簧等部件抗風沙、風雨性能及動態(tài)沖擊疲勞實驗；g.風沙、風雨及其交替作用下空調機組承受能力、環(huán)境適應性、改型實驗；h.高速鐵路防災系統(tǒng)用風速風向傳感器環(huán)境適應性與標定認證實驗；i.高寒動車組轉向架抗積雪實驗；g.風沙（含塵）/風雨交變環(huán)境下高速列車通風系統(tǒng)適應性實驗。

圖7　風雪、揚塵實驗裝置Fig.7　Experimental platform for creating snow/wind/ sand environment

圖8　風沙、風雨及風速傳感器檢定實驗裝置Fig.8　Experimental platform for measurement of wind/ sand，wind/rain and wind velocity

8.4高速鐵路視覺檢測系統(tǒng)

為滿足高速鐵路越來越多非接觸式檢測需求，機器視覺檢測技術被引入高速軌道空氣動力學研究領域，自主開發(fā)了高速列車空氣阻力，列車運行姿態(tài)，風沙、風雪等異物入侵，風致接觸網(wǎng)偏移量等機器視覺檢測系統(tǒng)。利用該系統(tǒng)開展的實驗研究主要有：a.高速列車氣動阻力非接觸式動模型實驗；b.高速列車在風環(huán)境、交會、過隧道及在隧道內交會條件下運行姿態(tài)實驗；c.風沙、風雪等異物上道、埋道事件識別檢測與預警；d.風環(huán)境下高速鐵路弓網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測與報警；e.接觸網(wǎng)、接觸網(wǎng)立柱、輔助導線、承力索偏移量檢測等。

8.5在線實車實驗系統(tǒng)

自20世紀90年代以來，開發(fā)了涵蓋高速列車穩(wěn)態(tài)運行、交會運行、穿越隧道、通過強風沙區(qū)四方面、26類實驗技術的在線實車空氣動力實驗系統(tǒng)，建立了中國120～500 km/h的高速列車/線橋隧/接觸網(wǎng)/環(huán)境空氣動力學實車綜合實驗體系。

利用該系統(tǒng)開展的實驗研究主要有：a.列車空氣動力學行車安全評估實驗，包括列車交會、列車過隧道、人員安全退避距離、大風環(huán)境下行車等安全評估實驗；b.列車表面壓力分布實驗，如空調裝置進排風口位置、司機室外形局部曲率變化較大處的壓力分布以及列車表面壓力分布規(guī)律實驗；c.列車/隧道耦合空氣動力學實驗，包括列車車廂內外、隧道內的瞬變壓力，隧道口氣壓爆波、隧道內列車風、隧道壁面加速度、隧道內附屬設施氣動力、隧道口弓網(wǎng)偏移量等；d.列車周圍環(huán)境實驗，包括各種類型擋風墻、橋梁、建筑物壓力分布與周圍流場測試及其對高速列車運行安全影響實驗，環(huán)境風風速測試，防風設施防風效果評估實驗等；e.列車運行過程中牽引電機冷卻風機風量實驗，電機、電器冷卻風腔百葉窗空氣流向及流速測量；f.高速列車車窗玻璃承受風載荷實驗；g.大風環(huán)境下列車動態(tài)偏移量實驗；h.大風環(huán)境下車輛傾覆穩(wěn)定性實驗；i.大風環(huán)境下列車運行安全性實驗。

8.6高速鐵路兼用風洞群

目前有一系列可用于高速軌道交通空氣動力學實驗的風洞群。為了滿足長大形狀的列車風洞實驗，研制了六分量測力專用天平。研究了測力、測壓等關鍵實驗技術。研制了解決地板附面層影響的多孔吸氣地板。實驗模型縮比分別為1∶6～1∶25等。其中1∶6實驗模型和1∶15的9車編組為國際上最大或最長的。開展的實驗研究主要有：a.列車頭部形狀實驗（頭部氣動性能、頭部各型線與氣動性能關系、頭形研究及定型比選）、部件組合優(yōu)化實驗（車體底部形狀、內外風檔、受電弓導流罩、導流板、車體截面等）、復雜編組列車研究實驗等；b.列車氣動阻力、升力、橫向力及相應的力矩、列車表面分布壓力、列車尾部流場、列車空調系統(tǒng)進排風性能實驗等；c.高速鐵路擋風墻、風/聲屏障、橋梁、防風明洞等表面及其周圍環(huán)境空氣動力性能實驗；d.大風環(huán)境下風-車-路(路堤、橋、擋風墻等)-網(wǎng)耦合空氣動力特性實驗。

8.7數(shù)值仿真平臺

針對列車與地面間、列車與列車間、列車與隧道間等具有相對運動的大尺度庫塔流動、邊界突變激發(fā)的復雜波系等流場計算難題，自主開發(fā)了系列數(shù)值計算軟件。主要有：a.列車交會、過隧道、在隧道內交會等具有相對運動的數(shù)值模擬計算軟件；b.列車氣動阻力、升力、橫向力、表面壓力和周圍環(huán)境流場三維數(shù)值計算軟件；c.列車尾流場結構三維分析軟件；d.交變氣動載荷作用下列車車體流固耦合數(shù)值計算軟件；e.風/車/路/網(wǎng)/墻/地形地貌耦合數(shù)值計算軟件；f.長大隧道、曲線隧道內瞬態(tài)氣動沖擊壓力及其出口氣壓爆波數(shù)值計算軟件。計算結果與實車實驗結果比相差10%以內。

9　正在開展的研究和進一步發(fā)展的思考

隨著社會的不斷進步、科學技術迅速發(fā)展、列車運行速度進一步提高、以及中國高鐵實施“走出去”戰(zhàn)略，人們對高速鐵路節(jié)能環(huán)保、運行安全、乘坐舒適性提出了更高的要求。因此，高速軌道交通空氣動力學研究領域面臨著新的挑戰(zhàn)，主要有：a.高速列車進一步節(jié)能減阻；b.列車/隧道耦合多激擾下氣彈效應減緩；c.極端環(huán)境下多相流動及相變對軌道交通空氣動力影響；d.乘員高舒適性需求下的列車氣動環(huán)境改善。

正在開展的研究和進一步發(fā)展方向主要有：a.高速軌道交通氣動性能優(yōu)化的流動控制技術；b.高速列車減阻降噪的仿生技術；c.面向輕量化設計的高速列車氣彈效應抑制技術；d.風沙雨雪冰極端氣候條件下行車安全技術；e.特殊地形地貌條件下流場流動機理及控制方法；f.交變壓力及噪聲下乘員損傷及預防；g.高速軌道交通流場精細化測試技術及設備；h.建設“橫風-動模型實驗裝置”，突破風洞實驗無法模擬多體相對運動和動模型實驗無法模擬橫風環(huán)境的技術瓶頸，真實模擬近地風場、高速列車、地面設施以及三者間相對運動，實現(xiàn)三者相對運動為一體的瞬態(tài)測量；i.建設軌道交通空氣動力學綜合實驗研究基地。

10　結語

伴隨著國家高速鐵路的大發(fā)展，中國高速軌道交通空氣動力學的研究歷經(jīng)了起步、積累、發(fā)展、深化、提升、引領6個階段。提出了以列車空氣動力學、列車/線橋隧空氣動力學、車/風/沙/雨/雪環(huán)境空氣動力學、弓網(wǎng)空氣動力學、人體空氣動力學為主要內容的高速軌道交通空氣動力學。創(chuàng)建了7大專用實驗研究平臺，形成了一套基礎理論，突破了系列關鍵技術，解決了空氣動力制約鐵路發(fā)展、惡劣風環(huán)境影響行車安全等關鍵科學技術問題。

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Development of research on aerodynamics of high-speed rails in China

Tian Hongqi
(1.Key Laboratory of Traffic Safety on Track of Ministry of Education，Central South University，Changsha 410075，China；2.School of Traffic&Transportation Engineering，Central South University，Changsha 410075，China)

The paper summarizes start，growth，accumulation，development，improvement，and leadership of the research on aerodynamics of high-speed rails in China，which focuses on train aerodynamics，vehicle-track-bridge-tunnel coupling aerodynamics，vehicle-wind-sand-rainsnow environmental aerodynamics，pantograph-catenary aerodynamic and body aerodynamics. It is devoted to finding the mechanism of formation，building fundamental theorem，creating technical breakthrough，proposing measures to tackle aero dynamical problems which pose a threat to development of high-speed railways and safety of operation，and realizing their engineering application.The paper introduces a series of experimental platforms for testing aerodynamics of high-speed rails and novel experiments we have accomplished，including moving vehicle model tests，human comfort/vehicle body stiffness/air tightness tests under alternating pressure，aero dynamical experiments in wind/sand/rain/snow coupling environment，vision inspection systems，experimental platform for full-scale vehicles，private/public wind tunnel and high-availability clusters for numerical simulation.Finally it discussed the ongoing research and our thoughts about further development.

rail aerodynamics；high-speed rails；experimental platforms；research development；train aerodynamics；train/tunnel coupling aerodynamics；train/wind coupling aerodynamics；pantograph-catenary aerodynamics；human aerodynamics

U270.11

A

1009-1742（2015）04-0030-12

2015-01-07

田紅旗，1959年出生，女，河南魯山縣人，教授，博士生導師，從事列車空氣動力學和列車撞擊動力學的科研與教學工作；E-mail：thq@csu.edu.cn