计及接触网空气动力的高速弓网动态受流特性研究

环境风作用在接触网上的空气动力主要表现为2种形式,一种是线索在平均风下表现出的空气阻尼特性;另一种是在脉动风作用下的外界激励。本文研究这2种空气动力表现形式对弓网受流的影响,分别推导了作用在接触网上的空气阻尼和脉动风气动载荷,并基于模态叠加法在弓网动力学方程中添加空气动力项进行修正。首先通过CFD（Computational Fluid Dynamics）绕流仿真计算了接触线和承力索的气动力系数,通过仿真求解表明：作用在接触线上的空气阻尼很小,且大多为正阻尼,在不导致刮弓事故的情况下不会对弓网受流产生较大危害。然后,基于AR模型和接触网结构特性通过反演Davenport顺向风速谱和Panosfsky垂向风速谱,建立了具有时间和空间相关的接触网脉动风场,通过求解分析了脉动风风速、攻角对弓网间接触压力的影响。结果表明：强脉动风场对弓网受流影响十分显著,脉动风激励主要影响接触压力的高频区域,在研究过程中不宜对接触压力进行滤波处理,风速的增加会导致接触压力谱幅值的整体增大;风速一定时,风攻角是影响受流的重要因素,流风越偏于水平方向,越有利于弓网受流,在本文所采用的京津城际铁路算例中,0～20°是对受流最有利的理想风攻角。本文从理论推导角度修正了计及接触网空气动力的弓网动力学方程,可为进一步研究接触网风振提供借鉴。仿真结论可为接触网防风设计提供参考。