文档名：受电弓仿生导流罩对高速列车横风气动特性影响研究
摘要：横风作用下高速列车气动横向力和倾覆力矩显著增加,气动性能显著恶化,列车脱轨、倾覆可能性增大,严重影响列车运行安全.受电弓作为高速列车核心的外突部件,直接受到横风的影响,因此改善受电弓区域的横风气动性能显得尤为重要.以鞘翅目生物形态为原型,构建受电弓仿生导流罩几何外形,并以8车编组高速列车为基准,建立4种不同的计算模型:原始模型(模型Ⅰ)、仅受电弓Ⅰ加装导流罩(模型Ⅱ)、仅受电弓Ⅱ加装导流罩(模型Ⅲ)、受电弓Ⅰ和Ⅱ均加装导流罩(模型Ⅳ).基于三维稳态SSTk-ω双方程湍流模型,分析不同方案下高速列车整车以及受电弓区域的横风气动性能.研究结果表明:安装受电弓导流罩后,气流更为平顺地越过受电弓区域,阻滞效应减小,下游车体顶部和受电弓Ⅱ(升弓)区域的气流速度有所增加,同时造成列车背风侧的流场结构改变.相比原始模型(模型Ⅰ),导流罩模型(模型Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ)均可减小列车气动横向力和倾覆力矩,其中模型Ⅱ和模型Ⅲ的横向力分别减少9.65%、4.18%,倾覆力矩分别减少11.47%、4.37%;受电弓Ⅰ与受电弓Ⅱ均被包裹的模型Ⅳ效果最为显著,8车编组列车横向力和倾覆力矩分别减少11.39、16.81%.研究成果可为横风环境下新一代高速列车受电弓区域优化设计提供参考.
Abstract：Thesideforceandtherollingmomentwillincreasesignificantlyundercrosswind,andtheaerodynamicperformanceofhigh-speedtrainswillchangesignificantly.Thepossibilityoftrainderailmentandoverturningwillincreasegreatly,whichwillhaveaseriousimpactonthesafetyoftrainoperations.Asacorecomponentofhigh-speedtrains,pantographsareseriouslyaffectedbycrosswinds.BasedonthebiologicalpatternofColeoptera,thegeometricshapeofthepantographbionicelytra(i.e.,deflector)wasconstructedinaneight-cargroupmode.Therefore,fourcalculationcaseswereobtained,i.e.,theoriginalmodel(modelⅠ),onlypantographⅠwithadeflector(modelⅡ),onlypantographⅡwithadeflector(modelⅢ),andbothpantographⅠandⅡwithdeflectors(modelⅣ).Basedonthethree-dimensionalsteadySSTk-ωtwo-equationturbulencemodel,theaerodynamicperformanceofthehigh-speedtrainandthepantographareaundercrosswindindifferentschemeswasdiscussed.Theresultsaredrawnasfollows.Theairflowsoverthepantographareainasmootherwaywithlessblockageeffectascomparedtothebasecasewithoutdeflectors,resultinginanincreaseintheairflowvelocityatthetopofthedownstreamtrainbodyandthepantographⅡ(risingpantograph)area,andtheflowfieldstructureoftheleewardsideofthetrainchanges.Comparedwiththeoriginalmodel(modelⅠ),thedeflectormodels(modelsⅡ,ⅢandⅣ)contributetothereductionofsideforceandtherollingmoment.ThesideforceofmodelⅡandmodelⅢarereducedby9.65%and4.18%respectively,andtherollingmomentisreducedby11.47%and4.37%respectively.TheeffectofmodelⅣ,inwhichbothpantographⅠandpantographⅡarewrapped,isthemostsignificant,andthesideforceandrollingmomentofthewholecarofthe8-carformationarereducedby11%and4.37%respectively.Thesideforceandrollingmomentofthe8-vehiclegrouparereducedby11.39and16.81%respectively.Theresearchresultscanprovideareferencefortheoptimaldesignofthepantographareafornew-generationhigh-speedtrainsundercrosswind.
作者：张洁 丁艳思 邓海 韩帅 高广军 Author：ZHANGJie DINGYansi DENGHai HANShuai GAOGuangjun
作者单位：中南大学重载快捷大功率电力机车全国重点实验室,湖南长沙410075;中南大学交通运输工程学院轨道交通安全教育部重点实验室,湖南长沙410075;轨道交通列车安全保障技术国家地方联合工程研究中心,湖南长沙410075中南大学交通运输工程学院轨道交通安全教育部重点实验室,湖南长沙410075;中车长春轨道客车股份有限公司总体研发部,吉林长春130062
刊名：铁道科学与工程学报
Journal：JournalofRailwayScienceandEngineering
年，卷(期)：2024, 21(3)
分类号：U27
关键词：高速受电弓 仿生导流罩 横风适应性 速度分布
Keywords：high-speedpantograph bionicdeflector crosswindadaptation velocitydistribution
机标分类号：U270.11TJ760.11O35
在线出版日期：2024年4月12日
基金项目：国家重点研发计划，湖南省自然科学基金资助项目，中国国家铁路集团有限公司科技研究开发计划，中南大学研究生自主探索创新项目受电弓仿生导流罩对高速列车横风气动特性影响研究[
期刊论文] 铁道科学与工程学报--2024, 21(3)张洁 丁艳思 邓海 韩帅 高广军横风作用下高速列车气动横向力和倾覆力矩显著增加,气动性能显著恶化,列车脱轨、倾覆可能性增大,严重影响列车运行安全.受电弓作为高速列车核心的外突部件,直接受到横风的影响,因此改善受电弓区域的横风气动性能显得尤为...参考文献和引证文献
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