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日本列车空气动力学动模型试验方法进展
吴雪峰张健
中南大学轨道交通安全教育部重点实验室中南大学交通运输工程学院长沙
摘要日本作为高速铁路发展飞快的国家对列车空气动力学方面的研究一直处于前列。研究列车空气动力效应的方法多种多样动模
型试验以其方便、经济、不受环境影响等优点备受亲睐。本文对日本较新的三种列车空气动力学动模型装置进行了概括重点归纳了其
试验方法最后总结出它们的特点和应用方向。
关键词日本动模型试验方法特点应用
中图分类号文献标识码文章编号
随着列车速度的不断提高列车与地出去最高试验速度可达。进入隧道时不考虑地面效应影响下隧道
面、列车与隧道及周围环境的相互作用十试验方法壁面附近压缩波梯度明显比考虑地面效应
分剧烈列车空气动力学方面的问题日益在摩擦发射式动模型试验装置中隧道影响时大。试验结果对于研究隧道出口微
突出。日本作为一个高速铁路发展大国一和列车被模拟成个大小不同的圆柱形其横气压波具有重要指导意义。
直都非常重视列车空气动力效应问题。研截面积阻塞比等于实际列车和隧道横截面
究列车空气动力效应的方法有风洞试验积阻塞比。列车模型下部没有轨道圆柱形压缩空气发射式列车动模型试验装置
实车试验数值模拟和动模型试验而列车列车模型沿穿过其中心轴线的钢丝绳运行。试验装置总体布置
动模型试验以其方便、经济、不受环境影响在以前的试验装置中导向钢丝绳与试验装置包括三个部分发射系统测
等优点备受亲睐。过去的动模型试验装置隧道中心轴线重合只能模拟列车进出单试部分制动管道如图所示。
如浅水槽试验速度较低误差影响大研线隧道的情况而且没有考虑地面效应对发射系统由空气罐和加速管道组成
究内容单一已很难满足当前试验要求。本流场带来的影响。利用压缩空气产生的压力来对列车模型进
文将介绍日本三种较新的动模型试验装为了模拟列车进出双线隧道该装置行加速。从加速管道出来列车模型无动力
置它们在原有的基础上有了很大的改进。使列车的中心轴线偏离隧道中心轴线且滑行通过长的测试段最后进入制动管
考虑用镜像方法来模拟地面效应的影响道利用空气阻力使模型逐渐停止。
摩擦发射式动模型试验装置原理示意如图所示。现实中单线隧道和双试验方法
动模型试验流场相似理论线隧道的面积阻塞比是不等的而由于动列车进入隧道时车身周围的气流会
模拟列车通过隧道时隧道内气体流动模型试验的隧道模型大小是固定不变的与隧道结构发生相互作用产生隧道压力
状况最重要的两个参数是马赫数和雷诺在保证模型试验与实车试验阻塞比相同的波会对周围的环境造成重要影响。即使阻
数。为了有效地模拟实车在线路上运行的情况下必须改变列车模型的尺寸来满足塞比相同压力波幅值大小也取决于列车
实际情况使测试数据具有可比性和有用要求即使用不同的试验缩尺比。形状。摩擦发射式动模型装置将列车模型
性必须满足一定的相似条件。模型列车与根据∏定理可知考虑地面效应影响和隧道完全简化成轴对称的圆柱形属于
实际列车的运行速度一致时可保证马赫时隧道模型横截面积为不考虑地面效应时一维模拟。它无法模拟列车和隧道的形状
数相同而根据雷诺相似准则以及“自模的倍即考虑地面效应影响时的模型缩尺变化对于压力波的影响。
区”的性质不一定需要满