不同路況側(cè)風(fēng)對(duì)高速列車運(yùn)行安全性影響研究

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1、第14卷第3期2014年1月科學(xué)技術(shù)與工程Vo1．14No．3Jan．20141671—1815(2014)03—0103—05ScienceTechnologyandEngineering⑥2014Sci．Tech．Engrg．交通運(yùn)輸不同路況側(cè)風(fēng)對(duì)高速列車運(yùn)行安全性影響研究劉偉金新燦賈曄松(北京交通大學(xué)軌道車輛結(jié)構(gòu)可靠性與運(yùn)用檢測(cè)技術(shù)教育部工程研究中心，北京100044)摘要建立了高架線和路堤兩種不同路況下側(cè)風(fēng)作用于列車的空氣動(dòng)力學(xué)模型，并進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，得到了不同側(cè)風(fēng)速和不同運(yùn)行速度下列車周圍壓強(qiáng)分布及列車的氣動(dòng)載荷特性；同時(shí)利用SIMPACK建立高速列車動(dòng)力

2、學(xué)模型，將分析得到的氣動(dòng)載荷施加到動(dòng)力學(xué)模型上，計(jì)算列車運(yùn)行的動(dòng)力學(xué)特性，研究側(cè)風(fēng)對(duì)列車運(yùn)行安全性的影響；參照高速列車運(yùn)行安全性相關(guān)限定指標(biāo)，計(jì)算了高速動(dòng)車組側(cè)風(fēng)環(huán)境下的安全行車速度。關(guān)鍵詞高速列車空氣動(dòng)力學(xué)側(cè)風(fēng)運(yùn)行安全性中圖法分類號(hào)U270．11；文獻(xiàn)標(biāo)志碼A隨著列車運(yùn)行速度的提高，列車的運(yùn)行環(huán)境也動(dòng)載荷性能的影響，對(duì)確定車輛氣動(dòng)性能和運(yùn)行安越來越惡劣，列車受空氣動(dòng)力學(xué)的影響越來越突出，全性具有重要的意義。尤其是橫風(fēng)效應(yīng)，直接關(guān)系運(yùn)行安全，輕者影響列車1空氣動(dòng)力學(xué)模型及分析乘坐的舒適性，造成列車橫向失穩(wěn)，嚴(yán)重將導(dǎo)致列車的傾覆或者脫軌的事故。我國(guó)蘭新線30年間因大

3、1．1數(shù)學(xué)模型風(fēng)造成事故l3起，翻車79輛，2007年2月在新疆發(fā)研究不同路況對(duì)列車空氣動(dòng)力學(xué)性能的影響。生的大風(fēng)吹翻列車事故造成4人死亡，30多人重風(fēng)速采用恒定均勻風(fēng)，列車周圍的流場(chǎng)分析時(shí)，將其傷，并導(dǎo)致南疆線中斷行車。認(rèn)為是定常流動(dòng)；列車最高運(yùn)行速度取為350km／針對(duì)車輛的氣動(dòng)載荷，國(guó)內(nèi)外學(xué)者主要從實(shí)車h，其馬赫數(shù)小于0．35，認(rèn)為流動(dòng)是不可壓縮的；湍試驗(yàn)、列車模型試驗(yàn)和數(shù)值模擬計(jì)算三個(gè)方面展開流模型采用一兩方程模型_3；湍流流場(chǎng)內(nèi)流體性研究¨j。在鐵道部組織下我國(guó)先后完成了京秦線質(zhì)為黏性、不可壓縮、定常、絕熱。提速200km／h列車交會(huì)綜合試驗(yàn)；膠濟(jì)鐵路即

4、墨至連續(xù)性方程高密動(dòng)車組交會(huì)的實(shí)車試驗(yàn)。列車的模型試驗(yàn)主要div(U)=0(1)包括風(fēng)洞試驗(yàn)和水洞(槽)試驗(yàn)兩種，中南大學(xué)通過動(dòng)量方程風(fēng)洞試驗(yàn)分析了270km／h高速列車外形對(duì)空氣阻力、升力和橫向力的影響；梁習(xí)鋒等利用風(fēng)洞試曲(puiU)一毒+毒[(+(+詈)]驗(yàn)研究大風(fēng)環(huán)境下列車空氣阻力特性，得到列車速(2)度，風(fēng)向，風(fēng)速與列車空氣阻力之間的關(guān)系式。湍動(dòng)能方程上述研究中，沒有區(qū)分路況對(duì)列車動(dòng)力學(xué)性能的影響，而實(shí)際上，我國(guó)新修建的高速鐵路中，高架div(pkU)=div+)grad小G—P)線雖占到80％以上的比重，但是線路受到地形的影湍動(dòng)能耗散率方程：響還會(huì)存在

5、不同的形式，如路堤、路塹、半路堤路塹div()=div+)grad小等，線路所處地形不同，導(dǎo)致路基的形狀各異。在大風(fēng)作用時(shí)，在線路上運(yùn)行的列車周圍流場(chǎng)會(huì)因運(yùn)行CltztG}一C2p(4)環(huán)境的差異而不同。因此，研究不同路況對(duì)列車氣式4，中，=p譬；Gk=吉(+)；“c=2o13年8月22日收到，9月13日修改國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(973計(jì)劃)(2011CB711102)和國(guó)家高技術(shù)研究1，2)為速度分量；c、c、c、、為常數(shù)；U為速度發(fā)展計(jì)劃(2012AA112000)資助矢量；P為壓強(qiáng)；P為流體密度，為動(dòng)力黏性系數(shù)；第一作者簡(jiǎn)介：劉偉(1989一)，男，漢族

6、，河北邢臺(tái)人，碩士研究為湍流黏性系數(shù)；為湍動(dòng)能；為湍動(dòng)能耗生。E-mail：l】121457@bjtu．edu．cn。散率。3期劉偉，等：不同路況側(cè)風(fēng)對(duì)高速列車運(yùn)行安全性影響研究105TrackExcitation：Jingjin_K90氣流流經(jīng)路堤邊坡后繼續(xù)沿邊坡斜度方向流動(dòng)，使Trackverfical09NonlinStochformFile得氣流到達(dá)車體迎風(fēng)側(cè)的中部位置，造成更強(qiáng)的氣5=6．0l0O165D+02u(s)=8．857753ID一04動(dòng)載荷，使車輛的運(yùn)行環(huán)境更為惡劣。101．3．2不同路況對(duì)氣動(dòng)載荷的影響三0橫風(fēng)作用于車體時(shí)列車兩側(cè)壓強(qiáng)發(fā)生變

7、化，會(huì)一001000200030004000對(duì)列車產(chǎn)生氣動(dòng)載荷，將各節(jié)車受到的氣動(dòng)載荷等?！癵th[Ssf5．-071J0016u740o；B強(qiáng)1效到車體質(zhì)心位置，并且將氣動(dòng)載荷數(shù)值進(jìn)行轉(zhuǎn)化，§o保持與系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型相同的坐標(biāo)系。由于主要研一0究氣動(dòng)載荷對(duì)列車運(yùn)行安全性的影響，因而不涉及一1S=60100165D+02列車所受阻力，故氣動(dòng)載荷只考慮側(cè)力、升力、傾覆uss(5)=l5082205D-034力矩、側(cè)偏力矩和俯仰力矩對(duì)車輛的影響。表1列2出了車速為300km／h時(shí)，不同側(cè)風(fēng)風(fēng)速下頭車、中0運(yùn)一2間車和尾車受到不同方向的氣動(dòng)載荷。由此可以看出，列車所受到的

8、氣動(dòng)載荷隨