洪琪琛，楊明智，劉冬雪

?

車底設(shè)備對城際列車氣動特性影響研究

洪琪琛，楊明智，劉冬雪

(中南大學(xué) 交通運輸工程學(xué)院，軌道交通安全教育部重點實驗室，湖南 長沙 410075)

采用數(shù)值模擬方法，在明線及橫風(fēng)環(huán)境運行條件下，對城際列車安裝裙板或設(shè)備艙后車底設(shè)備的氣動性能進行分析。研究結(jié)果表明：明線條件下，安裝裙板后整車阻力下降7.48%，而采用設(shè)備艙結(jié)構(gòu)整車阻力下降10.51%；橫風(fēng)條件下，安裝裙板后減少了車底設(shè)備的氣動阻力，但各節(jié)車側(cè)向力增加2%~8%；采用設(shè)備艙結(jié)構(gòu)各車阻力下降39.22%，23.52%，30.02%和43.70%，頭車側(cè)向力急劇變化，增加了61.76%，列車行駛安全性下降。本文為城際列車的外形優(yōu)化提供參考依據(jù)。

城際列車；數(shù)值計算；氣動特性；車底結(jié)構(gòu)

城際列車指2座相距不遠的重要城市之間開行的多班次趨向公交化的中小編組短途旅客列車，是連結(jié)城市間的鐵路運輸系統(tǒng)，其運輸距離較長，通常超過200 km，運行速度在100~200 km/h之間[1?2]。津京冀地區(qū)城際列車開通以來，由于其大運量、高密度和公交化等特色，大大縮短了連接城市的時空距離，對于加強津京冀地區(qū)經(jīng)濟一體化，促進環(huán)渤海地區(qū)經(jīng)濟交流和人員往來發(fā)揮重要作用。近幾年，隨著京哈、京廣、京滬、隴海、哈大和東南沿海等一大批客運專線的全線貫通，城際列車的發(fā)展空前繁榮[3?5]。然而，目前國內(nèi)對城際列車氣動性能方面的研究處于空白期[6]，隨著其運行速度的提升，安全問題和能耗問題日益加深，亟需研究城際列車的氣動特性。我國列車長期低速行駛，既有列車均為鈍型列車，車輛車體底部一般為無底罩無裙板結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致傳統(tǒng)列車運行速度為120 km/h時空氣阻力占到總阻力的40%。在列車低速運行過程中被忽略的例如氣動阻力等問題隨著列車運行速度不斷提升，再次引起了人們的關(guān)注[7?9]。對于高速列車，主要通過將頭車流線型化和表面順化等方式進行減阻，其中表面光順化的主要措施是將車頂及車底的設(shè)備完全裝入設(shè)備以減少列車在運行時受到的壓差阻力，國內(nèi)外學(xué)者針對列車底部結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究進行了大量探索。熊駿等[10]采用數(shù)值計算方法分析地鐵車輛在明線行駛時車輛裙板結(jié)構(gòu)對整車氣動性能的影響，研究表明安裝裙板可以有效降低地鐵車輛轉(zhuǎn)向架區(qū)域的氣動阻力，尤其對來流方向第1臺轉(zhuǎn)向架的影響最為顯著，但同時也會導(dǎo)致列車車身阻力的增加。楊志剛等[11]用計算流體力學(xué)方法分析，發(fā)現(xiàn)高速列車安裝裙板后氣動阻力因數(shù)降低0.059，占總阻力因數(shù)的12.7%。黃志祥等[12]發(fā)現(xiàn)在車身側(cè)面裙板包住轉(zhuǎn)向架外露的部分越多越利于減少空氣阻力，這是由于裙板包住轉(zhuǎn)向架使得轉(zhuǎn)向架側(cè)面雜亂的氣流變得平順，從而空氣阻力明顯減少。城際列車的運行速度一般介于地鐵列車和高速列車之間，關(guān)于車下結(jié)構(gòu)對列車的氣動性能影響研究較少，本文對城際列車自身阻力分布特性進行分析，精確評估裙板及設(shè)備艙對城際列車運行時氣動性能的影響，對城際列車的外形優(yōu)化提出意見。

1 數(shù)學(xué)模型

城際列車在明線和大風(fēng)環(huán)境下運行時，車體周圍流場均遵循物理守恒定律，屬于定常問題，在本文中通過質(zhì)量守恒方程、動量守恒方程和能量守恒方程來體現(xiàn)；本文研究的列車運行速度為160 km/h，馬赫數(shù)小于0.3，因此，引起的空氣流動是不可壓縮的湍流流動，針對不可壓縮的基本控制方程進行求解；流場計算軟件FLUENT提供多種湍流模型，在本次模擬計算過程中，選取在工程上應(yīng)用范圍較廣的-方程進行數(shù)值求解；整個流場采用三維、不可壓、定常的 Navier-Stokes方程和-兩方程湍流模型進行數(shù)值模擬，方程如下[13]。

連續(xù)性方程：

方向動量方程：

方向動量方程：

方向動量方程：

湍流動能方程：

湍流動能耗散率方程：

上述方程均忽略了空氣的質(zhì)量力。式中：為速度矢量；，，為各坐標(biāo)方向的速度分量；為空氣密度；eff和eff分別為有效黏性系數(shù)和有效壓力，其值與湍流動能和湍流動能耗散有關(guān)。上述6個方程含有6個未知量：，，，和-方程組封閉，可以進行數(shù)值求解。

采用商業(yè)CFD軟件Fluent進行計算，速度-壓力耦合計算采用SIMPLEC算法，離散格式中，壓力項采用二階迎風(fēng)格式離散，動量、湍流動能和湍流耗散率采用QUICK格式離散。

2 計算模型及區(qū)域

2.1 計算模型

本文主要研究車下設(shè)備對城際列車氣動效應(yīng)的影響。我國城際列車一般采用6車編組，為了簡化計算過程，節(jié)約計算時間，本文計算模型采用4車編組，車下設(shè)備對稱分布，根據(jù)CEN Standard[14]中對模型簡化的要求，對模型進行必要且合理的簡化。列車模型長94.3 m，寬3 m，高3.7 m，橫截面積為9.56 m2。為研究裙板對列車流場的影響，在原列車模型的基礎(chǔ)上，保留轉(zhuǎn)向架和風(fēng)擋等細部結(jié)構(gòu)，并在列車上增加裙板，由于端裙板結(jié)構(gòu)凹槽內(nèi)的渦流容易將道碴卷起擊破底部裙板，所以本次裙板采用中裙板結(jié)構(gòu)，即安裝在兩轉(zhuǎn)向架之間，按照相同的網(wǎng)格尺度離散。列車增加設(shè)備艙處理方式與列車增加裙板處理方式類似。計算列車模型如圖1所示。

(a) 列車原始模型；列車底部全裸露；(b) 安裝裙板后列車模型；(c) 安裝設(shè)備艙后列車模型；(d) 頭車底部模型側(cè)視圖；(e) 頭車底部模型俯視圖

2.2 計算網(wǎng)格

列車流線型頭部、轉(zhuǎn)向架以及車下設(shè)備表面網(wǎng)格尺度為0.03 m，車身及風(fēng)擋處網(wǎng)格尺寸為0.08 m，距離列車較近的區(qū)域網(wǎng)格比較密，距離越遠網(wǎng)格越稀疏。為準(zhǔn)確模擬車輛周圍流場和附面層效應(yīng)，對車身表面附近的單元進行加密處理，車體、轉(zhuǎn)向架、車下設(shè)備的附面層均為35層。第1層網(wǎng)格厚度設(shè)置為1 mm，足以達到湍流模型的計算要求。轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，難以生成結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，因此轉(zhuǎn)向架區(qū)域采用非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格離散，其他區(qū)域用結(jié)構(gòu)網(wǎng)格離散。離散后網(wǎng)格數(shù)達到5 000萬以上。列車在橫風(fēng)環(huán)境下運行時，列車背風(fēng)側(cè)的加密區(qū)大于迎風(fēng)側(cè)。表面網(wǎng)格尺寸和明線運行時基本一致。因列車橫風(fēng)計算域大于明線運行計算域，計算網(wǎng)格總數(shù)增加到5 500萬以上。上述具體網(wǎng)格圖見圖2。

2.3 計算區(qū)域及邊界條件

根據(jù)歐洲標(biāo)準(zhǔn)，列車明線運行時，計算區(qū)域的大小應(yīng)保證流場充分發(fā)展。流場上游應(yīng)不小于8倍特征高度或1倍特征長度，流場下游應(yīng)不小于16倍特征高度或2倍特征長度[15]。這里的特征高度指列車頂面距地面的距離。特征高度取列車車頂?shù)降孛娴木嚯x，約為=3.7 m，取為4 m，特征長度取車長，約為=94.3 m，取為100 m。為確保流場充分發(fā)展，本文所采用的計算區(qū)域均適當(dāng)大于歐洲標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定距離。列車明線運行計算區(qū)域大小為550 m×80 m×40 m。列車車輪底面到流場地面為0.2 m。車頭鼻尖點到流域入口距離為150 m，車尾鼻尖點到流域出口距離為300 m。列車在橫風(fēng)下運行時，除需要考慮到列車運行時，列車尾渦充分發(fā)展外，還需要考慮流域向車背風(fēng)一側(cè)漩渦的發(fā)展情況[16]。因此，列車橫風(fēng)運行時的計算區(qū)域背風(fēng)側(cè)寬度按照標(biāo)準(zhǔn)大于20。列車在明線環(huán)境和橫風(fēng)環(huán)境下運行時計算區(qū)域示意圖及邊界條件如圖3所示。

(a) 頭車表面；(b) 轉(zhuǎn)向架表面；(c) 頭車附面層；(d) 車下圓形設(shè)備附面層

(a) 明線環(huán)境下計算域；(b) 橫風(fēng)環(huán)境下計算域

3 計算結(jié)果及分析

3.1 數(shù)值方法驗證

風(fēng)洞模型實驗具有實驗理論和實驗手段成熟，測量精密，氣流參數(shù)如速度、壓力等易于控制，并且基本上不受天氣變化的影響等眾多特點。因此，被廣泛用于列車的繞流流場特性研究，實驗所得結(jié)果與實際情況相似度較高，采用風(fēng)洞實驗數(shù)值計算結(jié)果進行驗證是一種切實可行的方法。

本次風(fēng)洞實驗在中國空氣動力研究與發(fā)展中心8 m×6 m風(fēng)洞進行。為使空氣繞模型流動和繞實物流動符合一定的相似準(zhǔn)則，前提是必須保證縮比模型與實物幾何相似，本次列車風(fēng)洞模型縮比為1:8，見圖4。

為排除列車運行速度對表面壓力的影響，引入無量綱參數(shù)壓力系數(shù)C，其定義如下。

壓力系數(shù)：

其中：為列車表面壓力；0為遠方均勻來流的靜壓；為來流密度；為來流速度。

為排除列車運行速度對氣動性能的影響，引入無量綱系數(shù)C，C，C和m，表達式分別如下。

阻力系數(shù)：

側(cè)向力系數(shù)：

升力系數(shù)：

傾覆力矩系數(shù)：

其中：F，F，F和M分別為列車運行時的氣動阻力、氣動側(cè)向力、氣動升力和傾覆力矩；為遠方均勻來流的密度，取為1.225 kg/m3；為來流速度，橫風(fēng)環(huán)境下運行時為列車運行速度和橫風(fēng)速度的合成速度，m/s；為列車的橫截面參考面積，取9.56 m2，l取3 m。

圖4 風(fēng)洞試驗?zāi)Ｐ?/p>

通過風(fēng)洞模型實驗可以得到CRH2高速動車組以300 km/h速度明線運行時，高速列車阻力系數(shù)如表1所示。

表1 風(fēng)洞模型試驗與數(shù)值計算阻力系數(shù)對比

從表1可以看出，風(fēng)洞模型試驗結(jié)果與數(shù)值計算結(jié)果的對比分析表明，最大誤差均不超過7%，列車阻力系數(shù)吻合較好，數(shù)值計算方法能較準(zhǔn)確地反映列車氣動阻力波動規(guī)律，計算精度滿足工程應(yīng)用要求。

3.2 壓力分布

裙板主要通過阻擋進入車底區(qū)域的氣流對列車底部流場產(chǎn)生影響。圖5為明線環(huán)境下無裙板和有裙板時列車底部設(shè)備表面壓力云圖。從圖中可以看出，裙板結(jié)構(gòu)有效地阻止了側(cè)面來流，車下設(shè)備前方來流速度較低，主要為底部來流，設(shè)備區(qū)域附近正壓區(qū)下移且基本呈左右對稱分布，負壓絕對值減小。在車底設(shè)備兩側(cè)安裝裙板可以很好地阻擋列車兩側(cè)的氣流進入設(shè)備區(qū)域，設(shè)備前方正壓區(qū)減弱，兩側(cè)和后方負壓區(qū)減弱，最前端設(shè)備減弱效果最為明顯。

如圖6所示，為明線環(huán)境下設(shè)備艙對列車表面壓力系數(shù)的影響。圖6(a)為沿列車方向?qū)ΨQ截面，取列車上部頭車鼻尖點至尾車鼻尖點的壓力值。從圖中可知，有無設(shè)備艙時列車沿對稱軸方向壓力系數(shù)變化趨勢一致，最大值均出現(xiàn)在鼻尖點，設(shè)備艙對列車頂部壓力的影響可以忽略不計。圖6(b)為=0 m時車底表面壓力系數(shù)，從圖中可以看出，安裝設(shè)備艙有效地減緩了底部的壓力波動，轉(zhuǎn)向架區(qū)域尤為明顯。圖6(c)為在=?22 m處列車表面壓力變化情況。從圖6(c)中可以看出2種模型均處于負壓區(qū)，設(shè)備艙改善了原模型表面壓力左右不對稱的問題，避免出現(xiàn)列車運行過程中左右受力不均的現(xiàn)象。有設(shè)備艙時車身壓力絕對值小于無設(shè)備艙時情況，且距離地面越近有設(shè)備艙時壓力絕對值比無設(shè)備艙時大的越多。圖6(d)為=1 m，為負方向時，頭車鼻尖點至尾車鼻尖點的壓力變化。無設(shè)備艙比有設(shè)備艙時車身壓力波動更劇烈。有設(shè)備艙模型最大負壓小于無設(shè)備艙模型。

(a) 無裙板頭車車底設(shè)備(側(cè)視圖)；(b) 有裙板頭車車底設(shè)備(側(cè)視圖)；(c) 無裙板頭車車底設(shè)備(俯視圖)；(d) 有裙板頭車車底設(shè)備(俯視圖)

(a) Y=0 m時車頂表面壓力系數(shù)；(b) Y=0 m時車底表面壓力系數(shù)；(c) X=?22 m時車身表面壓力系數(shù)；(d) Z=1 m時車身表面壓力系數(shù)

3.3 氣動力結(jié)果分析

表2為列車加裝裙板或者設(shè)備艙后在明線環(huán)境下運行時各氣動力系數(shù)結(jié)果。對比數(shù)據(jù)可知，裙板的存在對頭車、尾車阻力影響較大，頭車阻力減少5.84%，尾車阻力減少9.40%，這是由于在列車底部兩側(cè)安裝裙板后，裙板結(jié)構(gòu)可以很好地阻擋車體兩側(cè)進入地下設(shè)備的氣流，從而大大減少底下設(shè)備迎風(fēng)側(cè)和背風(fēng)側(cè)的壓力差，壓差阻力大大減少。有裙板比無裙板時整車阻力下降了7.48%。列車阻力仍滿足尾車＞頭車＞中車的關(guān)系。通過對升力數(shù)據(jù)進行分析可知，裙板的存在對尾車升力的影響幾乎為0，頭車和中間車2升力減小，頭車減少了21.36%，中間車2減少了34.85%，中間車1升力有所上升，上升了20.28%。

對比列車各部位阻力系數(shù)可以看到，設(shè)備艙的存在對列車阻力影響較大，頭車阻力減少6.63%，第1節(jié)中間車減少了12.10%，第2節(jié)中間車和尾車分別減少了1.67%和14.96%。有設(shè)備艙模型比無設(shè)備艙模型整車阻力下降了10.5%。通過對數(shù)據(jù)進行分析對比可以看到，有設(shè)備艙時頭車升力減小，頭車減少了64%，中間車1減少了165.73%，中間車2升力絕對值為原始模型的2.46倍，尾車升力上升了2.23%。

列車阻力大小很大程度上取決于頭車和尾車部位的壓力差，底部結(jié)構(gòu)的設(shè)備改變了列車周圍的流場結(jié)構(gòu)。由圖7可知，安裝裙板對頭車第1個轉(zhuǎn)向架和尾車轉(zhuǎn)向架影響不大，主要影響頭車第2個轉(zhuǎn)向架和中間車的轉(zhuǎn)向架，對于無裙板的原始模型，高速氣流會直接作用在轉(zhuǎn)向架區(qū)域，使得轉(zhuǎn)向架前后兩端的速度差很大，并伴隨明顯的旋渦，造成較大能量耗散，裙板的安裝可以減少列車兩側(cè)周圍來流，使得通過該區(qū)域的氣流穩(wěn)定，且未見較大的渦流形成，從而減小轉(zhuǎn)向架區(qū)域的阻力。對比原始模型和安裝設(shè)備艙模型各轉(zhuǎn)向架的阻力系數(shù)可知，安裝設(shè)備艙會大大增加頭車轉(zhuǎn)向架阻力，這是由于位于轉(zhuǎn)向架后方設(shè)備艙的端板具有阻擋作用，部分氣流回流，形成較多細小的渦旋，使得該區(qū)域流場結(jié)構(gòu)較為混亂，從而使頭車轉(zhuǎn)向架壓差阻力增大。氣流順著車底板向后流動，來流變得較為平緩，轉(zhuǎn)向架區(qū)域渦旋減少，因而中間車轉(zhuǎn)向架和尾車第1個轉(zhuǎn)向架壓差阻力減小。

表2 列車氣動力系數(shù)

圖7 各個轉(zhuǎn)向架阻力系數(shù)

當(dāng)城際列車在橫風(fēng)環(huán)境下運行時，列車整體的氣動性能會急劇下降，列車自身將會受到較大的橫向氣動力作用，使得列車運行平穩(wěn)性下降，嚴重時甚至?xí)斐闪熊嚸撥墐A覆，直接影響旅客的生命和財產(chǎn)安全。由于我國城際列車行駛線路上存在較多橫風(fēng)區(qū)，所以須對橫風(fēng)環(huán)境下城際列車的氣動性能作進一步分析。圖8為橫風(fēng)環(huán)境下各模型城際列車的側(cè)向力系數(shù)和傾覆力矩系數(shù)對比結(jié)果。由圖8可知，安裝裙板后，頭車側(cè)向力和傾覆力矩絕對值分別增加了2.81%和6.90%。第1節(jié)中間車側(cè)向力增加8.26%，傾覆力矩增加3.08%。第2節(jié)中間車側(cè)向力增加6.18%，傾覆力矩增加1.54%。尾車傾覆力矩減少了3.17%，側(cè)向力增加5.53%。分析氣動力可知裙板增加了列車側(cè)向的迎風(fēng)面積，惡化了列車的橫風(fēng)穩(wěn)定性。通過比較有無設(shè)備艙時列車各部位氣動力無量綱化的結(jié)果可知：有設(shè)備艙模型比無設(shè)備艙時各節(jié)車側(cè)向力和傾覆力矩均大，中間車側(cè)向力和傾覆力矩均增大。頭車和尾車側(cè)向力和傾覆力矩分別增加了61.76%，54.64%，3.32%和6.54%。由此可見，設(shè)備艙的存在惡化了列車橫風(fēng)氣動特性，使列車的安全性下降。

圖8 橫風(fēng)環(huán)境下氣動力系數(shù)

4 結(jié)論

1) 安裝裙板可以有效抑制城際列車底部渦流的形成，大大改善列車底部的流場結(jié)構(gòu)，使其流場趨于平滑過渡狀態(tài)，減少了列車頭部和運行周圍兩側(cè)的氣流對列車底部轉(zhuǎn)向架區(qū)域流場的影響。

2) 安裝半包式裙板對頭車、尾車阻力影響較大，大大減少了列車運行阻力，有裙板比無裙板時整車阻力下降了7.48%。但是橫風(fēng)穩(wěn)定性降低，側(cè)向力和傾覆力矩顯著增大。

3) 安裝設(shè)備艙可以減小列車運行時氣動阻力，有設(shè)備艙模型比無設(shè)備艙模型整車阻力下降了10.5%。列車阻力仍滿足尾車＞頭車＞中車的關(guān)系。橫風(fēng)穩(wěn)定性急劇惡化，對頭車的影響最大，頭車側(cè)向力和傾覆力矩增幅為61.76%和54.64%。

4) 安裝裙板對頭車第1個轉(zhuǎn)向架和尾車轉(zhuǎn)向架影響不大，主要影響頭車第2個轉(zhuǎn)向架和中間車的轉(zhuǎn)向架；安裝設(shè)備艙會大大增加頭車轉(zhuǎn)向架阻力，這是由于位于轉(zhuǎn)向架后方設(shè)備艙的端板具有阻擋作用，部分氣流回流，形成較多細小的渦旋，使得該區(qū)域流場結(jié)構(gòu)較為混亂，從而使頭車轉(zhuǎn)向架壓差阻力增大。

[1] 徐行方, 忻鐵朕, 項寶余. 城際列車的概念及其開行條件[J]. 同濟大學(xué)學(xué)報, 2003, 31(4): 432?436. XU Xingfang, XIN Tiezhen, XIANG Baoyu. Conception of inter city train and ITS operating conditions[J]. Journal of Tongji University, 2003, 31(4): 432?436.

[2] 趙翠霞, 張于心, 孫毅, 等. 城際鐵路發(fā)展模式研究[J].北方交通大學(xué)學(xué)報, 2004, 28(2): 91?95. ZHAO Cuixia, ZHANG Yuxin, SUN Yi, et al. Study of development pattern for intercity railroad[J]. Journal of Northern Jiaotong University, 2004, 28(2): 91?95.

[3] 徐行方, 張國寶. 高速鐵路[M]. 成都: 西南交通大學(xué)出版社, 1995. XU Xingfang, ZHANG Guobao. High speed railway[M]. Chengdu: Southwest Jiaotong University Press, 1995.

[4] 張辰. 高速鐵路的發(fā)展概況及發(fā)展趨勢[J]. 中國高新技術(shù)企業(yè), 2010, 66(19): 189?192. ZHANG Chen. Development of high-speed railway and its development trend[J]. China High Tech Enterprises, 2010, 66(19): 189?192.

[5] 廖勇. 公交化城際列車開行間隔優(yōu)化[J]. 鐵道學(xué)報, 2010, 32(1): 8?12. LIAO Yong. The headway optimization of intercity trains of mass transit type[J]. Journal of the China Railway Society, 2010, 32(1): 8?12.

[6] 李文華, 尚克明, 楊明智. 城際列車氣動性能分析與評估[J].鐵道科學(xué)與工程學(xué)報, 2016, 13(7): 1408?1413. LI Wenhua, SHANG Keming, YANG Mingzhi. Analysis and evaluation on characteristics of intercity trains[J]. Journal of Railway Science and Engineering, 2016, 13(7): 1408?1413.

[7] Schetz J A. Aerodynamics of high-speed trains[J]. Annual Review Fluid Mechanics, 2001, 33: 371?414.

[8] Raghunathan S, Kim H D, Setoguchi T. Aerodynamics of high-speed railway trains[J]. Progress in Aerospace Science, 2002, 38: 469?514.

[9] 田紅旗. 列車空氣動力學(xué)[M].北京: 中國鐵道出版社, 2007: 4?5. TIAN Hongqi. Train aerodynamics[M]. Beijing: China Railway Press, 2007: 4?5.

[10] 熊駿, 朱冬進, 徐世南, 等. 裙板結(jié)構(gòu)對地鐵列車氣動性能的影響[J]. 鐵道車輛,2015, 53(3): 16?20. XIONG Jun, ZHU Dongjin, XU Shinan, et al. Effect of the apron structure on aerodynamic performance of metro vehicles[J]. Rolling Stock, 2015, 53(3): 16?20.

[11] 楊志剛, 高喆, 陳羽. 裙板安裝對高速列車氣動性能影響的數(shù)值分析[J]. 計算機輔助工程, 2010, 19(3): 16?21. YANG Zhigang, GAO Zhe, CHEN Yu. Numerical analysis on influence on aerodynamic performance of high-speed train caused by installation of skirt plates[J]. Computer Aided Engineering, 2010, 19(3): 16?21.

[12] 黃志祥, 陳立, 蔣科林. 高速列車減少空氣阻力措施的風(fēng)洞試驗研究[J].鐵道學(xué)報, 2012, 34(4): 16?21. HUANG Zhixiang, CHEN Li, JIANG Kelin. Wind tunnel test of air-drag reduction schemes of high-speed trains[J]. Journal of the China Railway Society, 2012, 34(4): 16? 21.

[13] 武青海, 周虹偉, 朱勇更. 高速列車湍流流場數(shù)值仿真計算探討[J]. 鐵道學(xué)報, 2002, 24(3): 99?106. WU Qinghai, ZHOU Hongwei, ZHU Yonggeng. Research on numerical simulation calculation for high speed train in turbulence field[J]. Journal of China Railway Society, 2002, 24(3): 99?106.

[14] CEN European Standard, 2010. Railway applications aerodynamics. Part 6: Requirements and test procedures for cross wind assessments[S]. CEN EN 140676.

[15] GE/RT2542, Recommendations for determination of aerodynamic rolling moment coefficient. railway group standard[S].

[16] 李志偉, 梁習(xí)鋒, 張健. 豎井對隧道內(nèi)瞬變壓力的影響[J]. 中南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版), 2011, 42(8): 2514? 2519. LI Zhiwei, LIANG Xifeng, ZHANG Jian. Influence of shaft on alleviating transient pressure in tunnel[J]. Journal of Central South University (Science and Technology), 2011, 42(8): 2514?2519.

Influence of the bottom structure on the aerodynamic performance of intercity train

HONG Qichen, YANG Mingzhi, LIU Dongxue

(Key Laboratory of Traffic Safety on Track, Ministry of Education, School of Traffic & Transportation Engineering, Central South University, Changsha 410075, China)

Based on the numerical simulation method, the aerodynamic performance of the intercity trains which equipped with skirt plate or equipment cabin was analyzed in detail under the condition of the open air and the crosswind environment. The results indicate that the aerodynamic drag was reduced by 7.48% in the open air when the skirt plates are installed at the bottom of the train, while the aerodynamic drag was reduced by 10.51% when the train equipped with equipment cabin. Under the crosswind condition, the aerodynamic drag can be decreased effectively by installing skirt plates, but the lateral force of each car increased by 2% to 8%; The aerodynamic drag of each car by installing equipment cabin decreased by 39.22%, 23.52%, 30.02% and 43.70% respectively, the lateral force of the head car changed sharply, which is increased by 61.76% and the driving safety is reduced. This paper provides a reference for the optimization of the optimization of intercity trains.

intercity train; numerical calculation; aerodynamic performance; bottom structure

10.19713/j.cnki.43?1423/u.2018.11.027

U271

A

1672 ? 7029(2018)11 ? 2947 ? 09

2017?09?07

國家自然科學(xué)基金資助項目(U11372360)；國家科技支撐計劃資助項目(2015BAG12B01)；國家重點研發(fā)計劃項目(2016YFB1200602)

楊明智(1972?)，男，湖南望城人，副教授，從事空氣動力學(xué)研究；E?mail：yqyymz@126.com

(編輯 陽麗霞)