新型轨道交通车辆的设计和性能研究
轨道列车空气动力学性能研究与分析
轨道列车空气动力学性能研究与分析轨道列车作为现代交通工具的重要组成部分，其空气动力学性能的研究与分析对于提高列车的运行效率、安全性和舒适性具有重要意义。
本文将对轨道列车的空气动力学性能进行深入探讨，包括气动力学特性、阻力与风噪声的产生机理和控制手段等方面。
首先，我们来了解轨道列车的气动力学特性。
轨道列车在高速运行的过程中，会遇到气动力学效应的限制和影响。
气动力学主要涉及列车与空气之间的相互作用，主要表现为气动阻力、气动升力、气动不稳定性等。
气动阻力是指随着列车速度增加，由于列车与空气之间的摩擦而产生的阻碍某物体运动的力。
而气动升力是指在一定的高度和速度下，由于空气的上升和下降运动产生的力。
此外，气动不稳定性会在列车的高速行驶中产生剧烈震动，影响乘客的乘车舒适性和列车的行驶稳定性。
针对轨道列车的气动力学特性，研究人员通过大量的实验和仿真计算，不断优化列车的外形设计和结构，以降低气动阻力、提高运行效率。
一种常见的设计方法是利用流体力学分析软件对列车外形进行优化。
通过改变列车的前后端形状、减小车身侧面投影面积、改善底部流场等手段，可以有效降低气动阻力，提高列车的能效。
此外，列车机车头部的设计也起到了重要的作用。
采用气动优化的机车头部设计减小了空气流动的阻力，进一步降低了气动阻力。
除了气动力学特性，轨道列车的空气动力学性能研究还需要关注阻力与风噪声的产生机理和控制手段。
阻力是列车运行过程中造成能量损耗的主要因素，其中包括气动阻力、摩擦阻力和辐射阻力等。
减小阻力可以降低列车运行过程中的能量消耗，提高能效。
为了降低气动阻力，研究人员采用了一系列的措施，如采用小阻力车体设计、减小车体侧面投影面积、改变车体几何形状等。
风噪声是轨道列车运行过程中一个重要的噪声源，对乘客的舒适性和周围环境的影响较大。
风噪声的产生主要来自列车与周围空气流动之间的相互作用。
研究人员通过在列车车体上装置风噪声控制装置、调整车厢窗户的设计等手段，来减小风噪声对乘客的干扰。
标准B型地铁车辆的耐碰撞性能研究
关 键 词 ： 轨 车 辆 ； 限元 模 拟 ； 撞 ； 撞要 求 城 有 碰 碰
Ｓｔ ｄｙ ｏ ｈ ｔ ｎｄ ｒ Ｂ－ｔ ｐ ｅ ｒ ｅ ｃ ｅ’ ｏ ｌｓｏ ｒ ｏ ｍ ａ ｅ ｕ ｆｔ ｅ ｓ ａ ａ ｄ ｙ ｅ ｍ ｔ ｏ ｖ ｈｉｌ Ｓ ｃ ｌ ｉ ｎ ｐｅ ｆ ｒ ｎｃ ｉ
拟研 究． 分析 车体 在 碰 撞 过 程 中 的 塑性 变形 程 度 以及 撞 击 力 ， 度 和 加 速 度 等 参数 的 变 化 。得 出该 车 在 １ｋ ／的速 度 下 速 ５ ｍｈ
的 动 能 可 由 车钩 完全 吸 收 ． 车体 与 防爬 器 不 参 与 能 量 的 吸 收 过 程 ， ２ ｍ ｈ 速 度 下 只 有 车 体 前 端 发 生 塑 性 变形 ， 室 在 ５ｋ ／的 客
要求 ，本 文对 此车在 整备 状态 下 （ ｗ０ 即Ａ 工况 下 ）分别 在
１ ｍｈ ５ｋ ／的速度 条件下撞击刚性墙的工况进行模 拟研 ５ｋ ／和２ ｍ ｈ
究。
１ 车钩 装 置 等 效 模 型 的 建 立 ． １
保 护系统等 。 目前 ，对 城轨车辆被动安 全性的评估 已成 为一
１ ５
技术研 发
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垒
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根据仿真计算 ， 车钩的这种简化模拟的方法可 以很真实地
表现车钩的吸能情况 以及力学行为， 因此这种模拟车钩的方法
段 为车钩吸收碰撞能量的过程 ， 童五 霉王 ＇Ｐ王 Ｉ■－ ‘ Ｉ－ 撞击力恒定不变 。头车继续 向 前运动 ， 防爬器开始接触到刚性墙 。在 防爬器接触刚性墙 的一 瞬间撞击力 比较大 ， 但是很快的就 降到５０ｋ 左右 ， 比图４ ０ Ｎ 对 和 图５ 可知 ， 瞬时增 大的撞击力对防爬器做功很小 。 由计算结果 可进一步得出 ， １ｋ ／速度条件下头车 的动 在 ５ ｍｈ
倾情助力中国高速动车组的发展——记西南交通大学牵引动力国家重点实验室动力学与强度研究团队
封底故事Backcover Story倾情助力中国高速动车组的发展——记西南交通大学牵引动力国家重点实验室动力学与强度研究团队 王 军到2020年年底，中国已有3700组动车组奔跑在38000公里的高铁线路上，并保持着商业运行最高时速350公里的世界纪录，日臻成熟的中国高铁正以前所未有的速度和广度走向世界。
中国高铁经历了从“跟跑”“并跑”再到“领跑”的过程。
作为“高铁梦”的牵引者之一，坐落于成都市西北角的西南交通大学牵引动力国家重点实验室的创新故事与助推中国高铁及轨道交通产业的飞速发展休戚相关。
走入实验室，机车车辆滚动振动试验台、牵引传动试验台、高频激振试验台和疲劳试验台的轰鸣声不绝于耳，犹如一首首高铁研发的交响曲。
这里有针对机车车辆动力学和结构可靠性的理论分析平台、台架试验到线路试验完整的测试系统，几乎每一种奔驰在高铁线上的动车组车型都要在这里进行仿真和台架试验，模拟动车组真实运行环境，评估其高速运行性能和安全可靠性，为高铁安全运行保驾护航。
从“和谐号”动车组走向“复兴号”动车组殊为不易，这背后是实验室多个科研劲旅的艰辛付出，动力学与强度研究团队（以下简称“动强组”）就是其中一个。
我国高速动车组经历了引进、消化、吸收再创新的发展过程，而走行部即转向架是动车组的核心，决定了动车组能否高速平稳和安全可靠运行，在引进、消化、吸收阶段，动强组是转向架技术的“接盘侠”，在再创新阶段，动强组则是中坚力量，为中车各企业的轨道车辆转向架尤其是高速转向架创新研发提供了重要技术支持。
助力“复兴号”跑出最高速2017年6月26日，由中国铁路总公司牵头组织研制、具有完全自主知识产权、达到世界先进水平的中国标准动车组“复兴号”由北京南站和上海虹桥站双向首高速列车滚振试验发。
2012年年底开始研发、2014年完成方案设计、2015年下线、2017年正式亮相，“复兴号”的诞生充满艰辛，西南交大的多个科研团队曾深度参与其中。
磁悬浮列车控制系统设计与研究
磁悬浮列车控制系统设计与研究随着人们对快速、高效、安全和环保交通方式的需求不断增加，磁悬浮列车作为一种新型交通工具，备受关注。
磁悬浮列车以其独特的悬浮原理和高速性能，在城市交通领域具有广阔的发展前景。
而磁悬浮列车的控制系统设计则是实现其高速、稳定、安全运行的关键。
磁悬浮列车控制系统的设计需要兼顾控制精度、安全性和实时性等方面的要求。
在设计过程中，可以借鉴并改进现有的轨道交通控制系统，同时结合磁悬浮列车的特点进行优化。
首先，磁悬浮列车的控制系统需要保证列车的悬浮稳定性。
通过精确控制电磁悬浮装置的工作状态和力的大小，使列车能够准确悬浮在轨道上，并保持与轨道的恰当间隙。
这需要控制系统能够实时感知列车和轨道之间的距离，通过反馈控制手段保持稳定的悬浮状态。
此外，还需要设计迎角与轻重受力的调节机制，以保证列车在高速运行过程中的稳定性。
其次，磁悬浮列车的控制系统需要保证列车的运行安全性。
在设计阶段，要兼顾对列车运行状况进行全方位监测和处理的能力。
通过传感器的布置，监测列车的速度、位置、电磁悬浮力、轨道电流等参数，并将这些数据传输到控制中心。
控制中心利用这些数据进行运行状态的分析判断，并及时采取措施以保证列车的安全运行。
同时，还需要设计并配置车辆故障诊断系统，及时发现并处理车辆故障，最大限度地减少故障对列车运行的影响。
此外，磁悬浮列车的控制系统还需要具备快速响应能力。
由于磁悬浮列车的速度较快，控制系统对列车的指令需要及时传达，并能够在有限的时间内实现响应。
为此，可以采用高性能的通信系统，通过信号传输线路的建设，使控制指令能够迅速传输到各个控制单元，从而实现列车控制的实时性。
磁悬浮列车控制系统设计中还需要考虑节能环保方面的要求。
通过对列车动力系统和能量回收系统的设计，可以实现能量的高效利用，减少对环境的污染。
对于磁悬浮列车来说，能量的回收和再利用是非常重要的环保设计。
通过设计和安装能量回收装置，如利用列车制动过程中产生的能量进行电能储存，使电能得到充分利用，从而减少能源的消耗，提高列车的运行效率和环境友好性。
智能轨道列车综述
• 166•为了更好地推广智能轨道列车，文章通过文献资料整理，综述了目前智能轨道列车相关研究内容。
首先，文章整理了智轨列车参数，并且将智轨列车参数与地铁，有轨电车的参数进行对比；其次，分析智轨列车的优缺点；最后从适应性分析、转向系统、自动循迹、智能优化四个方面整理了智轨列车的研究进展。
为了促进城市公共交通发展，缓解城市运输压力，中车株洲所自主研发了智能轨道快运系统ART （Autonomous rail Rapid Tran-sit ，以下称“智轨列车”）。
该系统2010年首次提出概念，2011年实现仿真平搭建，2016年底完成了工程样车的研制，2018年顺利通过了三个月的试运行阶段，目前在宜宾市，哈尔滨市，韶山市等多个城市投入实际运行。
智轨列车是融合了现代有轨列车和公共汽车各自优势的新型交通工具，其不需要传统轨道交通使用的铁轨，能够在既有城市公路上正常运行。
1 智轨列车参数智轨列车为100％低地板车辆，车辆物理尺寸：长度31640 mm ，宽度2650 mm ，车门间距9.06 m 。
车辆主要性能参数：设计结构速度为80 km/h ，最高运行速度为70 km/h ；正线能适应最小平面曲线半径20 m 的路段条件；最大爬坡能力130‰；最大车速直行动态偏差0.15 m ，转弯最大动态偏差0.35 m ，最大载客人数307人。
为了便于直观了解智轨列车相关参数，下面将智轨列车与地铁，有轨列车进行比较，具体如表1所示。
根据表1可以看出，智轨列车主要承担中运量的运输，在爬坡能力以及最小转弯半径上更有优势。
同时，智轨列车为双车头设计，不需要掉头即可反向运行，运行更为灵活，能够很好地适应城市路段。
2 智轨列车优缺点分析2.1 优点分析（1）资金投入成本低无需铺设钢轨，对于原本道路建设改变小；整车车辆小，单轴承承载低，无需对既有路面和桥梁进行结构加强；可借助现有的道路交通管理系统，无需大批量改造运输道路的信号系统；纯电动车，不需要像传统电车一样铺设电网，节省了供电网络建设成本。
《新型城市轨道交通》索轨交通
1 新型城市轨道交通主讲刘景军2010年3月上海工程技术大学城市轨道交通学院新型城市轨道交通:新型城市轨道交通第四讲1、 索轨交通概述2、 索轨交通发展简史3、 索轨交通的主要优缺点4、 索轨交通系统的组成1、索轨交通概述索轨交通(Cable Rail Transit)是在普通缆车索道基础上，经过技术 改造和创 新开发形成的一种悬索式新型城市轨道交通，也称空中轨道交通(Aerometro )或空中客车(Aerobus )。
索轨交通在一般线路上轨道采用柔性复合索轨，每条索轨由两根并列的缆索上部覆盖槽形铝合金轨道板构成，车辆 的橡胶走行轮行驶于轨道板面上。
在转弯区段、道岔段和车站段，索轨则改 用钢型材焊接成的刚性轨道，即硬轨。
在曲线段采用硬轨可平衡离心力，增编组运行，能具有与一般城市轨道交通相近的运行速度及载客量， 故被人们纳入了城市轨道交通序列。
索轨交通与普通缆车相比，外 形虽相似，但其技术内涵及功能和在城市交通中所能起到的作用， 是普通缆车索道远不能与之相比的。
加车辆行驶的平稳度和轨道 的耐磨能力。
车站区段采用刚性硬轨是保证车辆在 站内平稳停靠。
、索轨交通概述索轨交通车辆的转向架置于车体顶部，车辆 悬挂于索轨下方行驶。
车辆自身带有牵引动力系统，可采用多节车1、索轨交通概述索轨交通可用于城市平原和各类地形特殊的地区，但曾采用或准备采用这种交通型式的城市，多用于地形复杂及跨越河、湖' 丘陵等地形障碍较大的地方。
2、索轨交通的发展简史20世纪60年代索轨交通由瑞士人哈德缪勒(Gerhard Muller)博士发明。
索轨交通系统的实际研究工作始于1966年，缪勒博士为完善其发明，于1969年又在瑞士斯麦尼康(Smerikon )建了一条0.6km的试验线，用每辆可载40人的车辆于其上试验运行。
试验线路运行半年结束后，便拆除卖给了加拿大，安装在魁北克市一座公园内。
线路由一座小山出发，跨越临近一处湖泊后和一个停车场联接，作为期间短途客运工具。
第01章 轨道交通车辆设计概述
5. 车辆主要技术经济指标，并与国内外同类产品的比较;
6. 新技术新结构及关键性零部件的先期试验计划，试验结构的设 计，试验大纲编制，并进行必要的性能试验，
7. 材料的主要规格，以及标准化的综合要求等。
• 机械制图、机械原理、机械零件、工程材料、机械强度、 电工学、电控与微机控制技术、液压技术。
• 车辆构造、车辆系统动力学、车辆强度设计、车身美工与 造型、车辆制造工艺与维修。
3、发展趋势
动车组设计技术在近百年中也经历了由经验设计 发展到以科学实验和技术分析为基础的分析设计阶段， 进而自上世纪60年代中期在设计中引入电子计算机后 又形成了计算机辅助设计(CAD)等新方法、并使设计 逐步实现半自动化和自动化的演变。
卫生及给水设备等)
5.材质要求，
6.其他要求。
3、车辆设计
（1）车辆设计原则 （2）车辆设计类型 （3）车辆设计任务
（1）车辆设计原则
车辆是铁路运输的基本工具，设计制造出更多更好的车辆以适应铁 路运输的要求，是铁道车辆生产部门的重要任务。
车辆设计是车辆生产的第一道工序，车辆设计应贯彻下述原则: 1.要求运用安全、经济合理、技术先进。 2.做到保证使用、方便修造、美观舒适， 3.积极采用和发展“三新”，即新技术、新工艺、新材料。 4.必须重视产品的“三化”，即标准化、通用化、系列化工作 5.在保证可靠性的前提下尽可能轻量化。 6.设计要在有关标准和法规的指导行进行。
车辆设计图纸和技术文件直接表达了产品的技术水平和对产品的 质量要求，规定了产品的性能和使用维修条件，是组织车辆生产的主 要依据之一。
4、车辆试制、试验和鉴定任务
轨道交通装备智能化技术的研究及应用
引言2008年以来，随着京津城际、武广、京沪等客运专线的开通．中国逐步拥有全世界运营速度最快、里程最长的高速铁路网。
与此同时．城轨车辆正在迅速增加，如北京、上海、深圳、广州、天津、长沙、武汉、无锡等近30个城市已经或者正在修建城市轨道交通，随着轨道车辆的增多以及运行速度的提升，用户对设备的可靠性、可用性、可维护性、安全性(RAMS)和生命周期成本( LCC)的要求也越来越高，因此很有必要提高轨道交通装备的智能化水平。
轨道交通装备智能化的技术源头可追溯到上世纪70年代后期，微处理逐步应用到机车车辆单个设备的控制上，譬如西门子、BBC在80年代初把8086微处理器应用于机车的传动控制；南车株洲电力机车研究所有限公司在80年代前期开展了z80单板机控制静止劈相机的研究、试验。
随着需要协同控制的对象增多，产生了基于串行通信的层次化列车通信网络，并于1999年6月发展为IEC 61375列车通信网络标准。
到目前为止，轨道交通车载电气设备的控制、状态监视、故障报警大部分都基于列车通信网络WTB/MVB进行。
自进入本世纪之后，随着现场总线网络、列车骨干网(Ethernet Train Backbone，ETB)、列车编组网(Ethrmt Consist Netwok. ECN)、无线通信、物联网等诸多技术的应用，轨道交通装备智能化正在加速发展。
1.轨道交通装备智能化的定义轨道变通装备的发展经历了如图1所示的微机化、网络化、智能化发展历程。
轨道变通装备智能化是将现有牵引控制、辅助电源、制动、ATC、机务信息、旅客信息等系统的设备运营状态，通过标准化的网络组成一个统一的感知、识别、交流、诊断与决策的开放式系统，以支撑列车智能控制、智能监测诊断、智能维护、智能安全和智能旅客服务等功能，提升列车运行性能、安全性、乘客舒适度，提高列车运营维护和运营管理水平，降低列车的能源消耗，满足国民经济对轨道交通越来越高的要求。
图1 轨道交通装备的微机化、网络化、智能化发展轨道变通装备智能化涉及传感器信信号处理、通信、数据库、人工智能、分布式计算等多项技术。
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新型轨道交通车辆的设计和性能研究随着城市化进程的加快和经济的快速发展，城市交通问题面临
日益严重的挑战。
轨道交通作为城市公共交通的主力，具备速度快、环保、承载能力强等优势，受到了越来越多城市的青睐。
为
了满足未来城市轨道交通的需求，新型轨道交通车辆的设计和性
能研究显得尤为重要。
一、新型轨道交通车辆设计
1. 轻量化设计
轻量化设计是提升轨道交通车辆性能的重要手段，可降低能耗、提高加速度和运行速度等。
轻量化设计的关键在于选用轻量化材
料并优化构造。
材料方面，高强度钢板、铝合金和复合材料等都
是常用材料。
构造方面，采用结构复杂、表面光滑的外壳以减少
阻力，同时适当减轻车身结构，提高车辆整体强度。
2. 低噪音设计
轨道交通车辆的噪音主要来自轮轨动力学噪声和车辆结构声，
其中轮轨动力学噪声是无法消除的。
因此，车辆结构声成为减少
轨道交通噪声的关键。
低噪音设计要从车辆研发初期开始，采用
吸音材料、减振器等措施，并优化车辆结构和降低电力系统噪声
等方式来降低噪音。
3. 智能化设计
智能化设计包括传感器、通信与控制等技术的应用，提高车辆
自身的智能化水平，增强车辆的安全性能和智能化服务功能。
传
感器包括车体姿态传感器、车轮传感器等，用于检测车辆运行状态；通信技术可以使车辆间或车辆与调度中心之间实现信息交换，提高运营效率；而控制系统可以控制车辆的加速度和制动系统，
提高行车平稳性。
二、新型轨道交通车辆性能研究
1. 制动性能
轨道交通车辆的制动性能影响着其安全性和运营效率。
因此，
在设计新型轨道交通车辆时，制动性能的研究至关重要。
制动系
统要求既能满足高速运行时的制动需求，又能满足低速行驶和停
车制动等需求。
制动系统的选型、布置等也需要进行全面的试验
和验证。
2. 噪音与振动性能
噪音与振动是轨道交通车辆中重要的环境因素之一，直接影响
乘客的舒适感。
针对车辆噪音和振动等问题，需加强材料和结构
的优化设计，并采用减噪、减振等技术。
例如，车辆悬挂系统、
车体与轮对之间的接触、材料和结构等方面进行优化，以实现最
佳的噪音和振动控制效果。
3. 能源管理性能
能源管理性能意味着能够充分利用车辆能源，实现低能耗和高效能的目标。
在新型轨道交通车辆的设计中，能源管理应是一个重点考虑的因素。
车辆的能源消耗主要包括空调制冷、车辆制动能量回收和车辆牵引能量等方面。
为了提高能源管理性能，可采取诸如能量回收和再利用、动力电池减重等措施。
结语：
新型轨道交通车辆的设计和性能研究是一项长期的任务，需要紧密结合实际需求和科学技术，借助先进的材料、制造工艺和智能技术不断提升轨道交通车辆的性能，真正实现快速、舒适、安全、环保的城市公共交通出行体验。