鄭 濤
(吉林鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院,吉林 吉林 132200)
首先要建立簡(jiǎn)化高速列車模型,實(shí)際的高速列車有8輛或16輛編組,為了方便計(jì)算,對(duì)計(jì)算結(jié)果影響不大的部分予以忽略,簡(jiǎn)化為3輛列車模型,分別為頭車、中間車和尾車[1]。高速列車外形復(fù)雜,有受電弓、避雷器等,這些電器對(duì)計(jì)算結(jié)果也影響不大,為方便計(jì)算,最后簡(jiǎn)化為流線型。行駛中的高速列車周圍的氣動(dòng)力會(huì)產(chǎn)生變化,但流場(chǎng)變化是有限的,距離列車越遠(yuǎn),流場(chǎng)變化越不明顯,趨于穩(wěn)定。根據(jù)以往學(xué)者的研究成果[2-3],本文選取計(jì)算區(qū)域長(zhǎng)350m,寬200m,高45m。計(jì)算區(qū)域和模型示意圖如圖1所示。
圖1 高速列車模型
圖2 高速列車受力分析
高速列車在線路上運(yùn)行,要受到力的作用,沿著列車運(yùn)行方向X軸受到的力叫做縱向力,列車受到主要的縱向力為空氣阻力,通常為了降低空氣阻力,高速列車的外形設(shè)計(jì)成流線型,沿著列車橫向Z軸所受的力為橫向力,沿著Y軸所受的力為升力,由高速列車表面部分壓力決定,大于周圍氣體的壓力為正,小于周圍氣體壓力則為負(fù)。本文研究風(fēng)速對(duì)高速列車氣動(dòng)力的影響,阻力屬于列車縱向動(dòng)力學(xué)研究?jī)?nèi)容,本文不討論,具體如圖2所示。由圖3可得,列車的橫向力隨風(fēng)速變化而變化,當(dāng)高速列車在勁風(fēng)10m/s時(shí)的環(huán)境下運(yùn)行時(shí),頭車所受的橫向力最大,最大值為100kN,尾車所受的橫向力為負(fù)值-50kN。由圖4可得,列車的升力隨風(fēng)速變化而變化,當(dāng)高速列車在勁風(fēng)10m/s時(shí)的環(huán)境下運(yùn)行時(shí),中間車所受的升力最大,最大值為65kN,頭車的升力最小,為20kN。隨著風(fēng)速變大,列車的升力也在變大,當(dāng)高速列車在狂風(fēng)25m/s的環(huán)境下運(yùn)行時(shí),列車所受的升力最大為215kN。
圖3 橫向力隨風(fēng)速變化圖
圖4 升力隨風(fēng)速變化圖
綜上所述,環(huán)境風(fēng)速對(duì)高速列車的氣動(dòng)力影響較大,風(fēng)速越高,列車的氣動(dòng)力越大,運(yùn)行安全性越低,所以在研發(fā)設(shè)計(jì)高速高速鐵路時(shí),要充分考慮環(huán)境因素,特別是新疆等環(huán)境惡劣的大風(fēng)地區(qū),不能只一味的追求速度而忽略人民的生命財(cái)產(chǎn)安全。