不同路况侧风对高速列车运行安全性影响研究

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1、第14卷第3期2014年1月科学技术与工程Vo1．14No．3Jan．20141671—1815(2014)03—0103—05ScienceTechnologyandEngineering⑥2014Sci．Tech．Engrg．交通运输不同路况侧风对高速列车运行安全性影响研究刘伟金新灿贾晔松(北京交通大学轨道车辆结构可靠性与运用检测技术教育部工程研究中心，北京100044)摘要建立了高架线和路堤两种不同路况下侧风作用于列车的空气动力学模型，并进行数值计算，得到了不同侧风速和不同运行速度下列车周围压强分布及列车的气动载荷特性；同时利用SIMPACK建立高速列车动力

2、学模型，将分析得到的气动载荷施加到动力学模型上，计算列车运行的动力学特性，研究侧风对列车运行安全性的影响；参照高速列车运行安全性相关限定指标，计算了高速动车组侧风环境下的安全行车速度。关键词高速列车空气动力学侧风运行安全性中图法分类号U270．11；文献标志码A随着列车运行速度的提高，列车的运行环境也动载荷性能的影响，对确定车辆气动性能和运行安越来越恶劣，列车受空气动力学的影响越来越突出，全性具有重要的意义。尤其是横风效应，直接关系运行安全，轻者影响列车1空气动力学模型及分析乘坐的舒适性，造成列车横向失稳，严重将导致列车的倾覆或者脱轨的事故。我国兰新线30年间因大

3、1．1数学模型风造成事故l3起，翻车79辆，2007年2月在新疆发研究不同路况对列车空气动力学性能的影响。生的大风吹翻列车事故造成4人死亡，30多人重风速采用恒定均匀风，列车周围的流场分析时，将其伤，并导致南疆线中断行车。认为是定常流动；列车最高运行速度取为350km／针对车辆的气动载荷，国内外学者主要从实车h，其马赫数小于0．35，认为流动是不可压缩的；湍试验、列车模型试验和数值模拟计算三个方面展开流模型采用一两方程模型_3；湍流流场内流体性研究¨j。在铁道部组织下我国先后完成了京秦线质为黏性、不可压缩、定常、绝热。提速200km／h列车交会综合试验；胶济铁路即

4、墨至连续性方程高密动车组交会的实车试验。列车的模型试验主要div(U)=0(1)包括风洞试验和水洞(槽)试验两种，中南大学通过动量方程风洞试验分析了270km／h高速列车外形对空气阻力、升力和横向力的影响；梁习锋等利用风洞试曲(puiU)一毒+毒[(+(+詈)]验研究大风环境下列车空气阻力特性，得到列车速(2)度，风向，风速与列车空气阻力之间的关系式。湍动能方程上述研究中，没有区分路况对列车动力学性能的影响，而实际上，我国新修建的高速铁路中，高架div(pkU)=div+)grad小G—P)线虽占到80％以上的比重，但是线路受到地形的影湍动能耗散率方程：响还会存在

5、不同的形式，如路堤、路堑、半路堤路堑div()=div+)grad小等，线路所处地形不同，导致路基的形状各异。在大风作用时，在线路上运行的列车周围流场会因运行CltztG}一C2p(4)环境的差异而不同。因此，研究不同路况对列车气式4，中，=p譬；Gk=吉(+)；“c=2o13年8月22日收到，9月13日修改国家重点基础研究发展计划(973计划)(2011CB711102)和国家高技术研究1，2)为速度分量；c、c、c、、为常数；U为速度发展计划(2012AA112000)资助矢量；P为压强；P为流体密度，为动力黏性系数；第一作者简介：刘伟(1989一)，男，汉族

6、，河北邢台人，硕士研究为湍流黏性系数；为湍动能；为湍动能耗生。E-mail：l】121457@bjtu．edu．cn。散率。3期刘伟，等：不同路况侧风对高速列车运行安全性影响研究105TrackExcitation：Jingjin_K90气流流经路堤边坡后继续沿边坡斜度方向流动，使Trackverfical09NonlinStochformFile得气流到达车体迎风侧的中部位置，造成更强的气5=6．0l0O165D+02u(s)=8．857753ID一04动载荷，使车辆的运行环境更为恶劣。101．3．2不同路况对气动载荷的影响三0横风作用于车体时列车两侧压强发生变

7、化，会一001000200030004000对列车产生气动载荷，将各节车受到的气动载荷等。“gth[Ssf5．-071J0016u740o；B强1效到车体质心位置，并且将气动载荷数值进行转化，§o保持与系统动力学模型相同的坐标系。由于主要研一0究气动载荷对列车运行安全性的影响，因而不涉及一1S=60100165D+02列车所受阻力，故气动载荷只考虑侧力、升力、倾覆uss(5)=l5082205D-034力矩、侧偏力矩和俯仰力矩对车辆的影响。表1列2出了车速为300km／h时，不同侧风风速下头车、中0运一2间车和尾车受到不同方向的气动载荷。由此可以看出，列车所受到的

8、气动载荷随