高速列车风挡区域气动性能研究

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风挡区域位于车厢之间的连接部位,空气在风挡区域的流动非常复杂。动车组在运营过程中出现外风挡撕裂、内风挡异常振动以及乘务员室噪声低沉等现象,严重影响列车运行的安全性和客室舒适性。因此,对列车风挡区域进行空气动力学研究是非常有必要的。本文利用实车试验和数值仿真相结合,对风挡区域的空气动力学性能进行研究。数值仿真计算中,以列车空气动力学理论为基础,建立了6种外风挡方案列车流场计算模型,分别计算了6种方案在来流速度分别为160km/h、200km/h、250km/h、300km/h、350km/h下的流场特性(共30种工况)。实车试验中,对外风挡表面、风挡空腔进行了空气压力测试,对内风挡、乘务员室进行了振动噪声测试。对比分析了6种外风挡方案风挡区域的流场特性、外风挡气动性能、端墙气动性能以及对列车阻力的影响,得出如下主要结论:风挡区域流场极其复杂,形成尺度丰富的涡系,布置外风挡可有效减弱风挡区域的流场脉动强度;背风端墙气动载荷与列车运行方向一致,迎风端墙气动载荷与列车运行方向相反,整体表现阻力,迎风端墙表面压力脉动大于背风端;外风挡平滑表面和车体表面均处于负压状态,圆弧表面出现局部最大负压和最大正压,压力波动显著;侧部风挡主要受纵向和横向气动载荷,顶部和底部风挡主要受纵向和垂向气动载荷;外风挡主要影响列车的压差阻力,外风挡覆盖范围越大减阻效果越好。对比分析了压力脉动频谱和内风挡振动噪声频谱,结果表明,风挡空腔的空气脉动压力作用在内分挡上,造成内风挡振动加剧,并向客室辐射噪声。乘务员室振动噪声与车下结构及车体壁面无关。
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