强侧风对高速列车外流场瞬态气动特性及行车安全性影响研究

目前，高速铁路在我国进入了大规模建设时期，随着运行速度的不断提高，列车在强侧风作用下的安全性问题变得非常严重。强侧风作用下列车绕流流场发生明显变化，导致气动力显著改变，列车脱轨、翻车的可能性大大增加。国内外对强侧风作用下高速列车行车安全性研究尚处于探索阶段。.本项目将高速列车空气动力学与车辆系统动力学相结合，研究高速列车在强侧风作用下的行车安全性。首先，基于随机风场理论，研究随机脉动风场特性，采用三角级数法仿真模拟脉动风速谱时程曲线；随后，基于计算流体动力学理论，研究强侧风下列车外流场三维绕流特性，分析车速、风速、会车、线路等因素对列车瞬态气动特性影响；然后，基于车辆系统动力学理论，构建脉动风-列车-线路耦合动力仿真模型，研究脉动风荷载作用下高速列车的行车安全性；最后，将数值模拟结果与实测结果对比进行验证。通过本项目的研究，为高速列车结构参数优化设计及行车安全提供理论依据。

随着列车运行速度的不断提高，列车的空气动力学问题越来越突出，尤其是高速列车在强侧风作用下的安全性问题非常严重。目前，正值我国高速铁路、客运专线大规模建设时期，其中相当大一部分线路分布在大风频繁的沿海地区，如京沪高铁沿线许多地区均可能发生风速大于30m/s的强风，对高速铁路的运行安全形成威胁。因此，对强侧风作用下动车组运行安全性进行系统研究，找出在强风作用时影响列车运行安全性及舒适性的机理，提出具体防范措施，对于预防大风事故的发生，确保铁路运输的正常进行具有重要的现实意义。本文从侧风-线路-动车组耦合情况下的动车组行车安全性出发，将列车空气动力学与车辆系统动力学相结合，对强侧风作用下高速动车组的行车安全性、舒适性及合理有效的防风设施展开研究。.首先，研究京沪高速铁路（京徐段）重点防风段落，通过对铁路沿线气象站近38年气象资料的分析研究，并结合线路实际情况，确定京沪高速铁路（京徐段）的重点风屏障设置段落；随后，研究风屏障对风场的绕流作用，初步评价风屏障对不同风速及路面不同位置的防风效果；然后，构建列车-线路-风场空气动力学模型，研究动车组在不同风速作用下，不同运行速度时的气动特性，并且基于高速列车空气动力学模型，优化风屏障结构形式，确定风屏障的最优高度，研究动车组在风屏障作用下的空气动力特性；然后，应用三角级数法模拟脉动风速时程，基于车辆动力学模型，构建脉动风载作用下动车组行车安全性仿真模型，研究脉动风场作用下，动车组的行车安全性、舒适性以及风屏障对动车组行车安全性、舒适性的影响。最后，研究了高速列车对风屏障的脉动冲击作用。.通过本文的研究，提出了采用列车空气动力学与车辆动力学相结合的方法，构建侧风-线路-动车组仿真平台，研究动车组的行车安全性与舒适性。我国的防风设施还仅仅应用在普速铁路上，高速铁路防风设施的应用还是空白。通过风屏障的设置，可以有效的减少限速运行的频次，保证高速动车组的安全运营并最大限度的提高运营效率。