高速鐵路空氣動力學(xué)成套技術(shù)
高速列車所受空氣阻力占總阻力的85%以上,且軌道交通特有的列車高速交會、高速穿越隧道等誘發(fā)空氣動力,將嚴(yán)重危及行車安全。中南大學(xué)高速列車研究中心,在國內(nèi)率先開展列車空氣動力學(xué)研究,以“減阻降耗、安全舒適”為目標(biāo),形成了“基礎(chǔ)研究-平臺研建-技術(shù)研發(fā)-工程應(yīng)用”高速鐵路空氣動力學(xué)自主創(chuàng)新研發(fā)體系。創(chuàng)建高速列車氣動外形結(jié)構(gòu)設(shè)計理論與方法、建立人/車/隧耦合空氣動力安全理論與技術(shù)、大風(fēng)環(huán)境下鐵路行車安全技術(shù)、建立實(shí)車空氣動力學(xué)試驗(yàn)系統(tǒng)和評估方法,并制定了列車空氣動力學(xué)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。
1.高速列車氣動外形設(shè)計制造
創(chuàng)建了一套從列車空氣動力學(xué)研究到結(jié)構(gòu)工程化設(shè)計的列車車體研制方法,提出減小列車空氣阻力、降低交會壓力波、優(yōu)化流場品質(zhì)的外形結(jié)構(gòu)設(shè)計方法。目前,完成已投入運(yùn)營的流線型列車外形設(shè)計共33種。
2.動模型試驗(yàn)裝置
動模型試驗(yàn)系統(tǒng)由試驗(yàn)臺、動力系統(tǒng)、加速系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、測試系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、試驗(yàn)?zāi)P徒M成。主要參數(shù):模型列車速度:200-500km/h;模型比例:1:8-1:20,單線運(yùn)行或雙線交會。在該試驗(yàn)裝置上已完成了我國各型列車、隧道、線路的氣動設(shè)計、模型試驗(yàn)研究。動模型試驗(yàn)通過改變其周圍流場,完成空氣動力試驗(yàn);可解決高速列車交會、穿越隧道、連續(xù)地面效應(yīng)等模型實(shí)驗(yàn)難題,與風(fēng)洞試驗(yàn)互為補(bǔ)充。
3.橫風(fēng)-動模型實(shí)驗(yàn)裝置
作為國際首創(chuàng)的“橫風(fēng)-動模型實(shí)驗(yàn)裝置”,突破了國內(nèi)外現(xiàn)有風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)和動模型實(shí)驗(yàn)的技術(shù)瓶頸,實(shí)現(xiàn)“近地風(fēng)場-運(yùn)動物體-地面設(shè)施”相對運(yùn)動為一體的瞬態(tài)測量,成為近地空氣動力學(xué)研究領(lǐng)域不可替代的實(shí)驗(yàn)裝置。可用于研究高速列車、地效飛行器、飛機(jī)起降、艦載機(jī)著艦、巡航導(dǎo)彈超低空飛行等近地運(yùn)動物體的動態(tài)失穩(wěn)機(jī)理、周圍流動控制機(jī)制。
4.風(fēng)/沙/雨/雪環(huán)境專用試驗(yàn)平臺
風(fēng)/沙/雨/雪環(huán)境專用試驗(yàn)平臺有三個試驗(yàn)段:低速試驗(yàn)段、高速試驗(yàn)段、強(qiáng)風(fēng)考核試驗(yàn)段。高、低速試驗(yàn)段串聯(lián)布置,強(qiáng)風(fēng)考核試驗(yàn)段與高速試驗(yàn)段可互換。該風(fēng)洞具有兩種運(yùn)行模式:回流運(yùn)行模式,適用于較低風(fēng)速和常規(guī)實(shí)驗(yàn)標(biāo)定;直流下吹模式,適用于特種試驗(yàn)(降雨和風(fēng)沙模擬)和強(qiáng)風(fēng)考核試驗(yàn)。該平臺可用于風(fēng)環(huán)境下列車及部件氣動性能實(shí)驗(yàn),風(fēng)速、風(fēng)向傳感器檢定實(shí)驗(yàn),風(fēng)、沙、雨等惡劣環(huán)境模擬實(shí)驗(yàn)。
5.車體交變氣動載荷試驗(yàn)裝置
該裝置主要用于分析列車高速穿越隧道時,所產(chǎn)生的交變氣動載荷導(dǎo)致車體氣動疲勞、乘員舒適度問題。主要參數(shù):壓力變化范圍:±20kPa;壓力變化周期:3-60s。主要功能:(1)通過多源陣列控制車體抽吸動作,可模擬±20KPa范圍內(nèi)周期和非周期的壓力瞬變過程,對車體施加交變氣動載荷,評價車體在交變氣動載荷下的疲勞壽命;(2)采用波形追蹤逼近控制技術(shù),真實(shí)再現(xiàn)車內(nèi)外壓力演化過程,實(shí)現(xiàn)車體承受氣動載荷譜的準(zhǔn)確模擬,研究車內(nèi)壓力變化率對人耳舒適度的影響。
中南大學(xué)
2022-12-20