基于遗传算法的磁悬浮列车升力翼的翼型及外形结构优化

翼型对于高速列车升力翼的气动性能影响明显,为进一步提高升力翼的增升性能,对磁悬浮列车升力翼的翼型和外形结构优化很有必要。选用翼型NACA BR 63-55-12作为高速列车升力翼的基础翼型,利用遗传算法与CFD相结合的方法对基础翼型进行优化,对基础翼型和优化后的翼型进行气动性能对比分析,在此基础上建立了升力翼的气动仿真模型,研究了翼尖小翼和支撑杆形状对气动性能的影响。结果表明:优化后翼型气动特性出现明显提升,其中升力系数提高23.2%,阻力系数降低0.67%,升阻比提高;升力翼翼尖加装小翼起到增强翼尖涡耗散作用,安装小翼的升力翼的升阻比平均增大约6.7%;升力翼的3种截面中椭圆形的支撑杆阻力最小,在3种截面形状中最大。

“御剑飞行”的磁悬浮列车

在中国传统文化中,许多仙人或神仙可以驾驭其飞剑而御空飞行,被视为一种神秘的能力。而现在的磁悬浮列车则是列车中御剑飞行的修仙者,只不过其御的是“磁”,而不是剑。如今的轮轨交通能够达到350 km/h的高速运行,但是这还不能满足人们对更高速轨道交通的强烈需求。磁悬浮列车是目前地面跑得最快的交通工具,为了实现更快更强,摆脱地面的束缚,磁悬浮列车走入科研人员的视野。磁悬浮列车因为并不像传统轮轨列车受到轮轨的限制,因此可以达到超过600 km/h的高速!宛如轨上腾云的蛟龙。

真空管道磁悬浮列车流固耦合特性研究

真空管道磁悬浮列车运动与管道内流场相互作用,导致列车流场环境具有高度的非稳定性,同时列车悬浮运行的特性将使列车与管道内流场间存在严重的流固耦合效应。针对这一问题,提出了真空管道磁悬浮列车流固耦合动力学理论,并建立了可以实现列车在线实时交互数据的流固耦合数值计算模型,分析真空管道磁悬浮列车的车辆流固耦合特性。研究发现,列车悬浮运行列车尾部流场较为复杂,存在多道斜激波和反射波,随着列车的运行相对较为稳定,而列车顶部和头部的波系相对更加简单,但会随着列车运行发生明显的变化。列车受到的气动载荷呈低频周期性变化,悬浮刚度的减小会导致列车受到的气动载荷幅值增加,频率下降。在30 kN悬浮刚度下,列车的位移和转动幅值可以达到270 mm和14 mrad,并且随着时间推移,列车受到的气动载荷呈现振荡幅值还有增大的态势,影响列车运行安全。上述研究可以为真空管道磁悬浮列车的研究提供理论指导和分析方法参考。

基于仿生鲨鱼鳍结构的高速磁悬浮列车气动减阻研究

随着列车运行速度不断提升,气动阻力急剧增大,引发高能耗,不利于轨道交通节能。本文基于仿生学思想,提出一种安装于磁浮列车尾部的仿生鲨鱼鳍减阻结构,并采用三维Realizable k-ε两方程湍流模型,对安装鲨鱼鳍结构前后的高速磁悬浮列车周围流场及尾流特性进行数值模拟,分析鲨鱼鳍结构参数对列车尾流及气动阻力的影响。研究结果表明:鱼鳍结构使列车尾流向车辆纵向对称中心汇聚,从而起到了减速、增压的效果;不同鱼鳍结构参数对列车头车和中间车的气动阻力影响很小,但对尾车的气动阻力影响明显,且主要影响尾车压差阻力;当在鱼鳍高度较小时改变鱼鳍前角,或在鱼鳍前角较小时改变鱼鳍高度,尾车气动阻力受到的影响更为显著,即尾车气动阻力随鱼鳍高度的增加和前角的增大均呈现平缓下降趋势。当仿生鱼鳍高度为300 mm、前角为60°时,气动减阻效果最佳,尾车减阻率达10.2%,整车减阻率达4.3%。研究成果可为更高速列车的气动减阻降耗提供技术参考。

超导磁悬浮列车磁液复合减振装置承载特性研究

为提升超导磁悬浮列车的运行品质,提出了一种超导磁液复合减振装置,研究了超导磁液复合减振装置的结构和工作原理,给出了性能计算方法及流程,分析了不同场作用时的承载特性。研究得出随超导体数量的增加承载力变大,且存在一个最优的超导体数量值,为了获得高承载力应该保证永磁盘宽度与超导体直径基本相等,永磁盘厚度增加到一定值后承载力增加幅值变小;液氮润滑膜压力在超导体中心处有最大值,随着转速的增加液氮润滑膜厚度增加、温升提高;磁场和流场共同作用后可以降低液氮润滑膜的压力及温度,随着转速的升高可以大幅提升超导磁液复合减振装置的承载力。

高速磁悬浮列车间隙传感器自诊断方法研究

在高速磁悬浮列车中,悬浮间隙传感器是高速磁悬浮列车的整个列车控制系统的关键部件,但因其结构复杂,使用量大,工作温度高且振动较大,易出现故障,因此,维护成本高且困难。为了解决该问题,提高维护效率,通过利用齿槽信号、加速度信号和间隙信号的相互关系,结合3种信号进行多维度信号判断,提供了一种悬浮间隙传感器的自诊断方法并设计了故障信息输出模式,以达到能准确定位故障信号、降低维护成本的目的。

高速磁悬浮列车的有关问题初探

介绍了目前世界上较为成熟的日本超导排斥式和德国常导吸引式高速磁悬浮列车的技术特性及其研究运用现状,分析和研究了高速磁悬浮列车作为地面城际及城市的近郊快速交通系统的设计、施工和运营维护等问题。

EMS型磁悬浮列车电磁系统动态电磁场的有限元分析及其悬浮与牵引力特性的研究

该文基于有限元数值计算的场路耦合的动态数学模型,分析了 EMS 型磁悬浮列车电磁系统动态电磁场分布及其相应工程参数。为避免由于电机定、转子相对运动而引起的气隙场域剖分网格的畸变问题,在气隙中引入了运动边界。实例计算验证了该文构造方法的正确性和工程实用性。

磁悬浮列车发展现状与展望

作为新型轨道交通技术的典型代表,磁悬浮交通具有无机械接触磨损、运行速度高、安全可靠、环境友好等优点,经过60年的发展,正逐渐走向成熟.本文首先对国内外磁悬浮列车的发展历史作了简要回顾;然后,从结构原理、核心技术和应用场景等方面对永磁悬浮、电磁悬浮、电动悬浮和超导钉扎悬浮4大类磁悬浮交通系统进行了详细介绍,对其悬浮特点、悬浮间隙、磁力计算、驱动技术与技术成熟度等进行了阐述,并指出发展时速600公里级高速磁浮列车亟须解决的试验平台搭建、电机控制策略、紧急制动、线路维护、无线传能、无线通信、气动噪声、磁浮道岔等8个关键问题;最后,对超高速真空管道磁悬浮交通系统的研究进展以及需要研究的课题进行了探讨与展望.

高速磁悬浮列车的战略进展与我国的发展战略

整个人类客运交通发展的历史是一个速度不断提高的历史。 2 0世纪特别令人瞩目的是出现了高速磁悬浮列车 ,它的发展使得人类地面客运的速度可望在 2 1世纪中前期达到 5 0 0km h的新水平。作为一种完全新型的交通运输高技术 ,高速磁悬浮列车的战略发展顺序大致要经历四个阶段 ,即 :(1)技术方案的基础性研究 ,证明方案的可行性与优越性 ;(2 )选定方案的工程技术研究发展 ,证实整个系统及全部装备可以安全、可靠、经济地实际运行 ;(3)建造足够长的实用运营线 ,实现有关装备 ,工程与运营的产业化 ;(4)大规模推广应用 ,逐步提高其在整个交通运输系统中的地位。经过近四十年的持续努力 ,德国的常导Transrapid系统和日本的超导MLX系统已成功地耗资数十亿美元完成了基础性研究和工程技术研究发展阶段 ,技术已大体成熟到可以建造实际运营线 ,并为建造实用线 ,实现产业化方向进行了多年努力 ,遇到了较大困难。美国、瑞士还进行着几个新型方案的基础性研究 ,如Magplane ,Inductrack ,Maglev 2 0 0 0 ,UrbanMaglev及Swissmetro。本文简要介绍了有关的进展情况 ,作为确定我国发展战略的重要参考。我国从八十年代后期起开始了磁悬浮列车关键技术的研究 ,九十年代中期以来又积极促进高速磁悬浮列车的发展 。

高速磁悬浮列车电磁场的模拟计算

采用有限元法研究了高速磁悬浮列车的悬浮和推进电磁场,重点研究了车辆在不同运行条件下悬浮力和推力的变化规律,并得出了经验公式。分析和计算结果表明,悬浮力和推力的大小与功角有关,并且由于定子齿槽和材料不连续的影响,悬浮力和推力都存在六倍频的波动。

高速磁悬浮列车纵向及垂向气动力数值分析

采用数值分析的方法研究高速磁悬浮列车在纵向风作用下所受气动力和力矩。利用三维粘性定常不可压缩Navier Stokes方程,k～ε两方程紊流模型,采用有限体积法计算高速磁悬浮列车在不同运行速度条件下20个工况点的气动阻力,升力和俯仰力矩;分析了车下空气隙尺寸对上述气动力的影响,并与轮轨型列车的气动力特征作了比较。计算结果表明,车下空气隙的大小对列车运行的空气阻力只有微小的影响,但对气动升力的影响较大;随着车速的提高,气动阻力、升力和俯仰力矩均有较大幅度提高,不同的计算模型其提高幅度是不一样的。

电动式磁悬浮列车金属板轨道结构的研究

该文提出了一种新型的电动式磁悬浮列车的金属轨道方案,由多层相互绝缘的金属片取代传统的单层整体金属板轨道,进行了理论分析和实验研究,证明分层结构在不影响悬浮力大小的情况下能有效削弱电磁阻力,对提高磁悬浮系统的浮阻力比是有效的。

常导高速磁悬浮列车电磁场的分析与测量

常导高速磁悬浮列车采用长定子直线同步电机驱动,依靠电磁场进行悬浮和推进。由于定子齿槽和材料不连续性的影响,其电磁场的分布情况很难通过解析的方式进行精确的描述。采用有限元方法对列车内的悬浮磁场和推进磁场进行了系统的研究,得到了气隙内的磁场分布,计算出了悬浮力和推进力,并发现了6倍频的波动。最后,采用霍尔传感器对气隙磁场进行了测量,验证了分析的正确性。

几种典型的高速磁悬浮列车方案比较

由于高速磁悬浮列车的诸多优点 ,世界许多国家都在积极进行研究 ,目前以德、日两国技术较为成熟 ,同时美国、瑞士等国也有几种磁悬浮列车方案正在研究发展中。因此 ,对这几个国家的典型方案进行研究分析对我国的磁悬浮列车技术发展有很大的借鉴作用。本文介绍了德国的Transrapid磁浮列车、日本MLU系列、美国的Magplane等高速磁悬浮列车方案 ,并从原理、车辆、道岔、造价等方面对这几种方案进行了比较 ,通过对各方案优缺点的综合分析 ,可以看出德国方案比较成熟。

高速磁悬浮列车测速与定位系统的设计

介绍了一种高速磁浮列车测速与定位试验系统,该系统包括长定子直线同步电机齿槽计数测速与相对定位系统和感应式编码绝对定位系统两部分。详细阐述了系统的工作原理、硬件构成以及信号处理技术。

基于光纤光栅传感的新型磁悬浮列车定位方法的研究

针对磁悬浮列车高速、悬浮运行和直线电机分段驱动等特性,在总结和分析现有磁悬浮列车数据采集方式的基础上,对光纤光栅的光学特性进行了研究和分析,提出采用光纤光栅传感理论来进行磁悬浮列车运行数据采集的方法,并进而提出可以用于磁悬浮列车数据采集的光纤光栅传感器结构,从理论上分析了这种结构的工作模式。实验结果表明,光纤光栅的应力特性能够满足磁悬浮列车定位的需要。

注入高次谐波电流的磁悬浮列车非接触供电方法

该文提出了磁悬浮列车低速运行时车载电源供电的新方法。通过在地面定子线圈中注入高次谐波电流和在列车的磁极上加绕一组直线发电机线圈,实现磁悬浮列车在低速运行时车载蓄电池的充足供电。建立了车载直线发电机输出电压模型,研究了车载发电机输出电压与地面定子线圈中注入的谐波电流幅值和频率的关系,并进行实验研究。理论分析和实验结果初步表明了注入高次谐波电流非接触供电方法的可行性。

磁悬浮列车测速定位技术

分析了国内、外磁悬浮列车中采用的测速定位技术的基本原理和特点.结合我国高速磁悬浮列车的研究现状,讨论了制订列车测速定位方案的基本原则,并提出了现阶段测速定位的实施方案及其需要解决的关键技术.最后,展望了列车测速定位技术的发展趋势.

磁悬浮列车行驶噪声的测试与分析

在世界上第一条商业化磁悬浮轨道交通运营线上,对磁悬浮列车行驶噪声进行较为深入的现场测试,并进行较为全面的分析研究.典型的测试结果表明,在距轨道中心线35m处,最大计权声级为96dB(A)与101dB(C).主要噪声来源为空气动力性噪声.它可分为3个部分:绕流声、附面层噪声与尾流噪声.噪声具有脉冲性与间歇性,对轨道两侧环境的噪声污染具有不可忽视的影响.