列车空气动力学

1、空气动力学中所研究的运动流体范围用马赫数表示，一般分为5个区段：1）低速流Ma<0.3（V=102m/s—367km/h）2）亚音速流0.3<=Ma<0.8（V=272m/s—979km/h）3）跨音速流0.8<=Ma<1.4(V=476m/s—1714km/h) 4)超音速流1.4<=Ma<5(V=1700m/s—6120km/h) 5)高超音速流Ma>=5

2、主要研究内容：1）不同运行环境下高速绕过列车流动的空气作用于列车上的空气动力、力矩及其产生的机理；2）不同运行环境下高速列车引发的空气动力问题对周围环境影响的规律；3）降低列车空气动力效应的措施。

3、研究方法：理论分析、流场数值模拟计算和列车空气动力学试验

4、试验方法：实车试验、模拟试验（风洞试验、动模型模拟试验）

5、壁面湍流模型：对于有固体壁面的充分发展的湍流流动，沿壁面法线的不同距离上，可将流动划分为壁面区和核心区（完全湍流区）。对壁面区可分为3个子层：粘性底层、过渡层、对数律层。

粘性底层：紧贴固体壁面的极层，层流流动，粘性力起主要作用，湍流切应力可以忽略，平行于壁面的速度分量沿壁面法线方向线性分布。

过渡层：粘性力与湍流切应力的作用相当，流动状态比较复杂，很难用公式来描述。其厚度极小，工程计算中通常归入对数律层。

对数律层：粘性力的影响不明显，湍流切应力占主要地位，流动处于充分发展的湍流状态，流速分布接近对数律。

6、网格分类：结构网格、非结构网格、混合网格

7、车辆风洞试验分为测力试验和测压试验。

测力试验内容：测力试验主要有变风速试验和变侧滑角试验两大类，变风速试验是在模型侧滑角不变的情况下，在不同风速下分别测定各节车的气动力。变侧滑角试验是在风速一定的情况下，通过转盘旋转改变多年联挂列车模型的侧滑力，在不同的侧滑角下分别测定各节车气动力，主要用于研究横风对列车气动性能的影响。通常列车模型由三节或三节以上的车辆编成，采用多天平侧力，即每节车通过一内置式应变天平和支杆固定在试验地板上，天平感受到的气动力信号经通放器放大和A/D转换，由计算机数据采集处理系统适时显示和分析。测压试验内容：模型压力分布测量通常又叫侧压实验，其目的是测量车辆模型及部件等表面的压力分布，为车辆及其部件结构强度计算提供压力载荷；为研究车辆流动性能提供数据，是验证数值计算方法是否准确的一个重要手段。

8、动模型试验装置分类：浅水槽模型试验装置、沿钢丝滑行动模型试验装置、大型动模型试验装置

9、压力传感器有差压和绝压两种。低压室压力是大气压或真空。采用恒温密封瓶法。

10、列车表面空气压强垂直于列车表面，并以指向作用面方向为其正向。

11、列车空气阻力主要由三部分组成：一是头部及尾部压力差所引起的阻力，成为“压差阻力”；二是由于空气粘性而引起的作用于车体表面的剪切应力所造成的阻力，成为“摩擦阻力”；三是干扰车辆光滑表面的突出物所引起的阻力，成为“干扰阻力”。

系数分类：无因次空气阻力系数、无因次压差阻力系数、无因次表面摩擦阻力系数

12、会车压力波幅值的影响因素：

1）随着会车列车速度的大幅度提高，会车引起的压力波的强度将急剧增大。

2）会车压力波幅值随着头部长细比的增大而近似线性地显著减小。

3）会车压力波幅值随会车列车内侧墙间距增大而显著减小，但减小的幅度随会车内侧距离增大而逐渐减小

4）会车压力幅值随会车长度增大而近似呈线性地明显增大

5）经验计算公式表明，会车压力波近似地与（u1+u2/8）^2（u1为通过车速度，u2为观测

车速度）成正比。

13、隧道微气压波：高速列车驶入隧道产生压力波，在隧道内以声速传播到达隧道口时，一部分压力波以脉冲波的形式向外放射，同时产生爆破声，造成了隧道口附近的环境问题，这种波成为隧道微气压波。

14、压力波对旅客的影响：高速列车在会车时，特别是在隧道内会车时，车体表面将受到正负数千帕的瞬时压力变化。压力波动传递到车厢内，旅客会感到不舒适，轻者压迫耳膜，重则头晕恶心，甚至造成耳膜破裂。

15、目前气压变化环境下人体舒适度（车厢内空气压力允许变化率标准）评价有两种方法：一种是从压力变化幅值和压力变化率两个指标来进行评估，如日本、德国等；另一种是考核某一时间段内的压力变化幅值，如英国、美国等，这一时间段是根据人耳对外界气压变化完成自我调整所需时间来确定的，考虑了人体生理的需求，因此，已被大多数国家所采用。我国尚未制定该标准。

16、车辆密封性要求：1）整车落成后的密封性能要求达到车内外压力差从3600Pa降至1350Pa 的时间大于18s；2）车体结构的内外压力差从3600Pa降至1350Pa须大于36s；3）组成后的车窗、车门、风挡应能在 4000Pa的气动载荷的作用下保持良好的密封性，对空调通风装置、供排水和卫生系统等也有一定密封性要求。

17、列车头型对列车气动性能的影响：1）列车流线型头部长度越长，既有利于降低列车交会空气压力波，又能有效地减小列车空气阻力，同时还能改善列车其他空气空里性能；2）列车流线型头部长度一定时，在无横风情况下，头车阻力：椭球形为最小，扁宽形为最大；尾车阻力：扁梭形为最小，鼓宽形为最大；列车总阻力：以头车为椭球形而尾车扁梭形为最小。在横风作用下，扁宽形头车阻力较小，椭球形头车阻力较大；3）列车交会压力波：以扁宽形为最小，椭球形为最大，扁梭形和鼓宽形车头介于中间。变前窗部位水平过渡曲线对列车交会波幅值影响较小；减小鼻尖部位水平过渡曲线的曲率半径（即扁形鼻尖）可以有效地降低列车交会压力波。

18、列车流线型头部形状需要通过外形控制参数与控制型线来实现，控制参数包括流线型头部长度、宽度、倾斜度等；控制型线主要有纵向、横向、水平剖面最大轮廓线，又分为主控制型线和辅助控制型线，主控制型线包括纵向对称面最大控制型线、俯视最大控制型线和车体截面外廓型线。

19.空气动力学主要是研究不同运行环境下列车的流动现象及对列车作用影响规律的科学。

20.空气的压缩性；马赫数〈0.3时不考虑压缩性

21.空气弹性模数E；压强增量与空气单位比容增量之比

22.空气比容；是单位空气质量所占有的容积，即Cv=1/p，

23.常见车辆风洞试验准则与要求；1），实验风洞应产生足够均匀的流查