横风下风阻制动板对高速列车气动性能影响的仿真分析

[目的]随着列车运行速度的提高,采用多种制动方式成为高速列车紧急安全制动的有力保障,风阻制动作为轮轨黏着制动的补充而广受关注。风阻制动板安装后,将影响列车的流线型,在横风条件下甚至会影响列车运行安全。为保证列车在大风环境下的行车安全和制动性能,需要对横风下不同制动板形式对列车气动性能的影响规律进行深入研究。[方法]采用三维、定常、不可压缩N-S方程和k-ε两方程湍流模型,开展有无横风和不同制动板高度对高速列车流场规律和气动力的影响研究。[结果及结论]仿真研究结果表明,横风下列车车身和制动板的气动阻力沿车身方向递增,横向力则递减,当制动板高度从0.5 m提高到1.0 m时,制动板阻力占总阻力的比例从54.89%提高到69.92%,最高达到56 kN;制动板横向力占整体横向力的比例小于1%,不同高度制动板对列车整体横向力的影响较小;制动板对来流有一定的滞止作用,距离较近的制动板存在流场相互干扰;制动板对于横向力的影响较小。通过制动板的前期设计,风阻制动足以成为列车制动的有效方案,且对列车的运行稳定性影响较小。

高速列车车身风阻制动板气动外形设计

针对高速列车车身风阻制动板的气动外形设计问题,设计3种几何外形(矩形、贝壳形和翅形)、2种装设角度(75°和90°)共6种组合方式的风阻制动板设计方案。采用基于SST k-ω湍流模型的RANS方法研究高速列车车身风阻制动板对整车气动增阻性能的影响。为简化风阻制动气动仿真计算,建立基于6种组合方式的风阻制动板-车顶模型,通过对比分析模型数值仿真结果,明确风阻制动板气动增阻机理、风阻制动板气动外形与布局角度对车顶模型的气动增阻效应的影响,初步确定风阻制动板装车设计方案,并对风阻制动板方案进行计算验证,通过比对装板前后列车风阻制动力气动特性和列车-风阻制动板周围流场结构,明确风阻制动板对列车整车增阻特性的影响,最终确定较优的风阻制动板设计方案的实际增阻效应。研究结果表明:当风阻制动板位于车顶、与水平面成75°夹角时,气动增阻性能总体较好;贝壳形风阻制动板增阻最为显著,风阻制动效果比矩形和翅形的好;将10个贝壳形制动板以75°倾角均匀安装于高速列车车顶时,两车编组高速列车气动增阻185%。

新干线小型分散式风阻制动装置的开发

介绍了采用风阻板的小型空气动力制动系统。阐述了风阻板的形状、布置及其开闭机构,并设计和制造了全尺寸空气动力制动装置样机。

高速列车空气动力制动方案研究

对速度在100km/h到400km/h区间,装有风阻制动板的高速列车进行了数值仿真计算。在面积相同的情况下,研究了不同形状的风阻制动板所产生的制动力值,并对空气动力制动产生的制动动力效果进行了分析。仿真结果表明,带有风阻制动板的列车在整车气动阻力上远大于原型车,且随速度的提高而制动阻力效果更加明显;在相同面积下,不同摆放形式的风阻制动板会产生不同的制动效果,综合比较下,2块分开放置的风阻制动板是最优方案。