基于空气动力学的高速列车造型设计研究进展

高速列车作为一种高速、高载的现代轨道交通工具,其造型设计成为工业设计领域的重要研究方向。为避免造型设计中美观性与实用性相分离,对高速列车的造型与空气动力性能的关系进行了研究。通过对相关文献的搜集整理与对比分析,梳理了近年来高速列车空气动力学与造型设计领域的研究成果,分析了影响列车气动性能的造型设计因素,总结了基于空气动力学的高速列车造型设计准则,为该领域的设计研究提供参考。

全隧道高速市域动车组气动外形优化研究

受限于城市空间,市域动车组往往存在较长的高阻塞比隧道运行区间。随着城市轨道交通运营速度等级的提高,匹配较高速度等级与隧道运行高阻塞比的外形优化减阻技术亟待展开。采用三维稳态、可压缩雷诺时均N-S方程和SST k-w双方程湍流模型,研究不同头型市域动车组列车在无限长高阻塞比隧道内以200 km/h运行时的气动阻力分布情况,并提出合理的优化头型选型方案。所选数值方法通过风洞试验验证了其准确性。研究结果表明:对于在高阻塞比隧道中运行的市域列车,尾车表面负压较大,列车阻力分布整体呈现尾大头小,各节车厢阻力系数分布为:尾车>头车>中间车1>中间车2,分别占比约50%,26%,14%和10%。采用的头型方案中,方案3的气动阻力性能最优,相对于原方案其气动阻力降低7%。列车头型的变化对顶部气流影响较小,而底部排障器的导流设计对底部转向架区域的气流影响较大。最后,结合不同头型列车的外形特征与阻力分布情况,总结得出了高阻塞比隧道内运行时低阻头型造型的基本特点与建议:适当提高鼻尖高度,并将排障器、头部两侧设计成向上导流、增加其流线型长度。