高速列车非定常气动载荷特性及其对动力学的影响

【作者】 李田； 李一凡； 张继业；

【机构】 西南交通大学轨道交通运载系统全国重点实验室；

【摘要】 随着我国高速铁路运营速度的不断提高,复杂的运行环境加剧了高速列车空气动力学和车辆系统动力学问题。不同速度等级下的列车气动特性差异显著,非定常气动载荷幅值及频率的变化导致了更加突出的车辆蛇行运动稳定性和运行平稳性问题。为研究不同速度等级下高速列车非定常气动载荷对高速列车的动力学性能的影响,首先,基于计算流体力学和多体系统动力学分别建立了列车空气动力学模型和8车编组高速列车动力学模型,结合风洞和线路试验结果验证了计算模型的准确性;其次,利用CFD方法数值模拟了不同速度等级列车明线运行时的非定常气动载荷特性,分析了非定常气动载荷的频谱特征;最后,将非定常气动载荷加载至列车并计算了列车动力学性能。研究结果表明:随着速度等级的提高,非定常气动载荷幅值逐渐增大;在同一速度等级下,尾车气动侧力幅值最大,其次为中间车,头车的侧力幅值最小。在气动载荷作用下,头车转向架的蛇行失稳临界速度下降而尾车转向架的蛇行失稳临界速度增加,尾车车体的横向位移幅值及振动加速度均大于其它车辆,且其平稳性、舒适性指标都相对较差。因此,进一步开展列车气动外形优化设计和悬挂系统参数优化研究是提高CR450尾车运动稳定性、改善尾车运行平稳性的有效措施。更多还原