轨道动力学发展概况(打印)
高速列车横风效应及气动安全控制动力学
高速列车横风效应及气动安全控制动力学1. 引言1.1 概述高速列车是现代交通领域的重要组成部分，以其快速、高效、安全的特点受到广大乘客的欢迎。
然而，在高速列车运行过程中，会面临各种风险因素，其中之一就是横风效应。
横风效应指的是列车在经过桥梁、隧道或其他开阔区域时受到侧向风力的作用所引起的动态响应问题。
1.2 研究背景随着高铁建设进一步推进，高速列车在我国铁路网中所占比例越来越大。
然而，在特定地理环境和天气条件下，如山区、河谷和海岸线等地区，强大的侧风可能对高速列车行车安全带来威胁。
因此，研究高速列车横风效应及相关的气动安全控制动力学显得尤为重要。
1.3 目的与意义本文旨在深入探讨高速列车横风效应及其对行车安全性能产生的影响，并了解气动力学安全控制技术在减轻这些影响方面的应用。
通过对横风效应现象的描述与分析，我们可以更好地了解其机理，并在此基础上提出有效的控制方法和技术手段，从而提高高速列车行车安全性能，并为相关领域的研究和实践提供参考和借鉴。
总之，研究高速列车横风效应及气动安全控制动力学对于确保高速列车行车安全、推动交通事业发展具有重要意义。
本文将从定义与原因、影响因素、风险评估等方面进行深入分析，并结合国内外研究现状和发展趋势，最终给出结论与展望部分所述的前景展望和探索方向建议。
2. 高速列车横风效应2.1 定义与原因高速列车横风效应指的是列车在高速行驶时遇到侧风所引起的一系列气动力学效应。
在高速铁路运营中，以及特殊地理条件下，如开放地区、大型桥梁等情况下，横向侧风对列车的运行安全和稳定性带来了重大挑战。
侧风主要由大气层的非均匀垂直温度分布、地表的粗糙程度、山脉等自然条件导致。
当高速列车经过这些地区或受到这些影响时，会遭受到来自侧面的风压力，从而对列车产生偏移力和倾覆力。
2.2 影响因素高速列车横风效应受多种因素影响，以下是一些主要因素：- 列车速度：随着列车速度增加, 横风效应也越明显。
- 侧面积和形状：不同类型的列车具有不同形状的外壳和窗户，在不同角度下暴露给侧面风将导致不同程度的横风效应。
基于stk的航天器轨道动力学仿真教学方法研究
基于stk的航天器轨道动力学仿真教学方法研究近年来，随着航天技术的进步，航天器轨道动力学变得越来越重要。
受航天器轨道动力学的影响，这种技术的掌握对卫星运行下台有着重要的意义，也是航天工程师队伍建设的重要内容。
那么，如何培养具备良好的航天器轨道动力学素质的航天工程师，自然成为了当前问题的热点和研究重点。
STK（Systems Tool Kit）是面向航天器动力学建模仿真的核心软件，它可以帮助教师在授课中搭建虚拟的太空环境，使学生以视觉的形式感受航天器轨道动力学的变化和演变，它为更好地理解航天器轨道动力学提供了可视化的模拟工具，进而辅助教学和研究。
基于STK的航天器轨道动力学仿真教学，在提高学生的学习效果和掌握航天器轨道动力学知识方面，取得了显著成效。
例如，学生可以通过仿真分析，准确计算航天器运行时的位置、速度、加速度和力矩等参数，了解航天器动力学的规律性，从而为实际的航天器控制提供参考。
此外，教师也可以利用STK工具进行试验，以确定最优轨道飞行方式，有效地控制航天器飞行轨迹，并减少可能出现的潜在危险，达到安全运行的目的。
学生可以通过模拟及实操，掌握有效的航天器轨道动力学仿真技术，为实践提供技能支持，为航天领域的发展和创新提供贡献。
另外，由于STK仿真系统提供了较强的可视化界面，学生可以更加直观地看到航天器的轨道演变过程，更加准确地理解它的运行原理，进而掌握动力学的技术知识。
此外，学生还可以利用STK下的一些工具对航天器轨道动力学进行测试，以确定它们在不同轨道条件下的表现，加深对航天器动力学的理解。
所以，基于STK的航天器轨道动力学仿真教学方法不仅可以更好地提高学生的学习效果，而且可以有效提高学生掌握航天器轨道动力学的素质，它对促进航天领域的创新和发展，以及为航天工程师队伍的建设提供有效的技术支持具有重要的意义。
因此，为了更好地发挥STK的优势，推动航天器轨道动力学仿真教学的发展，未来可以考虑围绕以下几方面展开相关研究：首先，开发更多更先进的仿真模拟，以增强学生对航天器轨道动力学的理解。
轨道动力学中的时间与空间变换
— 黄良伟
清华大学自动化系 2008.10.16
Email: hlw08@
2010年9月21日
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目录 1. 历法 2. 时间纪法 3. 时间系统 4. 岁差，章动与极移 岁差， 5. 空间坐标变换 6. 综合例子
2010年9月21日
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5.3瞬时平天球坐标系 瞬时平天球坐标系(MT)与瞬时天球坐标系 与瞬时天球坐标系(CT)的变 瞬时平天球坐标系 与瞬时天球坐标系 的变 换 ●瞬时天球坐标系(CT)由真天级与真春分点确定。CT 与MT的差异为章动的影响. ● MT->CT方向余弦阵：NR= Cx ( ε )Cz ( Ψ )Cx (ε )
2010年9月21日
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5.4瞬时天球坐标系 瞬时天球坐标系(CT)与瞬时地球坐标系 与瞬时地球坐标系(ET)的变换 瞬时天球坐标系 与瞬时地球坐标系 的变换 ●瞬时地球坐标系(ET)与瞬时天球坐标系(CT)Z轴重合，X轴 夹角为GAST。 ●CT->ET方向余弦阵：ER=Cz(GAST)
2010年9月21日
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2. 时间纪法 ●年月日 年月日纪法（YMD）。 ●儒略日 儒略日（Julian day，JD）纪法。是指由儒 略历公元前4713年1月1日12时开始所经过的天 数。 ●约简儒略日 约简儒略日(Modified Julian Date): MJD=JD2400000.5。 ●不同的时间系统均有YMD年月日与JD儒略日 计法。
2010年9月21日
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3.3 协调世界时 协调世界时(UTC) 协调世界时是以原子时秒长为基础，在时刻上尽量接 近于UT1世界时的一种时间计量系统。从1972年起规定 UTC与UT1差保持在0.9s之内。因此在年中或年底对UTC 可能有1s的调整，叫做跳秒(leap second)(润秒)。 例如：北京时间2006年1月1日7时59分59秒（UTC）时 会加一秒. ●UTC与TAI转换算法易于编程实现. ●UTC与UT1的转换查表(UT1-UTC)插值实现.
高速铁路关键技术(钱清泉)
各种交通方式对环境的影响
交通方式 大气 环境 有影响 水环境 土壤、地面 状况 有影响 躁声 城市生态 城市景观 隐性 污染 有影响
道路交通
有影响
有影响
有影响
有影响
水运交通
有影响
有影响
无影响
有影响
有影响
无影响
有影响
轻轨交通
无影响
无影响
有影响
有影响
有影响
无影响
无影响
航空 管道
2018/3/5
有影响 无影响
2018/3/5
36
4.3道岔
道岔是铁路轨道连接的重要设备，直接关系到铁路运输的 效率和行车安全。 道岔的性能直接影响铁路运输能力及旅客列车在该路段的 行车速度及旅客乘坐舒适度。
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4.3高速道岔主要性能指标
A
直向
侧向 速度
B
C
旅客的
舒适性
安全性
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4.3高速铁路道岔关键技术
2018/3/5
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4.1.2隧道工挖技术
注重施工方法选择的多样性 利用辅助坑道实现长隧短打 合理确定开挖进度指标
特长隧道：TBM法 中长或短隧道：矿山法 特长大断面隧道：宜采 用小直径TBM(直径3～ 4 m)加钻爆法扩大
高速铁路特长、长 隧道较多，为了工 期和消防救援以及 维护管理的需要,需 要通过辅助坑道来 实现长隧短打
无影响 无影响
无影响 有影响
6
有影响 有影响
有影响 无影响
无影响 无影响
有影响 有影响
一、我国交通运输发展的重要性
不同交通方式的能耗与污染对比
3
专门论述轨道动力学程序设计的首部著作 《高速铁路轨道动力学程序设计》出版发行
专门论述轨道动力学程序设计的首部著作《高速铁路轨道动
力学程序设计》出版发行
佚名
【期刊名称】《城市轨道交通研究》
【年(卷),期】2024(27)4
【摘要】雷晓燕教授撰写的专著《高速铁路轨道动力学程序设计》,日前已由科学出版社出版发行。
该书为科学出版社“高速铁路轨道工程丛书”的首部专著,也是专门论述轨道动力学程序设计的首部著作。
高速铁路轨道动力学属现代铁路轨道工程中的基础前沿学科,涉及高速列车-轨道耦合系统动力学理论、模型、算法及程序设计。
【总页数】1页(PI0011)
【正文语种】中文
【中图分类】TP3
【相关文献】
1.基于车辆-轨道耦合动力学的400 km/h高速铁路线路平面参数设计研究
2.400 km/h高速铁路无砟轨道列车竖向设计荷载动力学研究
3.我国铁路大系统动力学研究的首部专著──评《车辆──轨道耦合动力学》
4.精调高速铁路无砟轨道几何状态对车辆动力学性能影响分析
5.多动力作用下高速铁路轨道桥梁结构体系动力学及关键技术研究——中国铁道学会科学技术奖特等奖（十一）
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高速铁路无砟轨道关键设计参数动力学研究
Ａｂｓｒ ｃ ｔ ａ ｔ：Ｔｈｅ ｋ ｙ ｄ ｓｇ ｒ ｍｅｅ ｓ ｆｒ ｂ ｌ ｓｌ ｓ ｒ ｃ ｆ ｈｇ ｓ ｅ ｄ ｒ ｉ ｙ ｗｅ ｅ ａ ａｙ ｅ ｓｎｇ ｅ ｅ ｉｎ ｐａ ａ ｔｒ ｏ ａｌ ｔｅ ｓ ｔａ ｋ ｏ ｉｈ—ｐ ｅ ａｌ ｒ ｎ ｌ ｚ ｄ ｕ ｉ ａ ｗａ
基础 ． 文 通 过 对 列 车 一 路 系 统 的 动 力 学 分 本 线
析 ， 出 了无 砟轨 道关键 设计 参数 的合 理取 值或 限 提 值标 准 ， 展现 了无 砟轨 道再 创新 中 的部 分成 果 ．
程、 西、 郑 武广 等客运 专 线． 内在 前期 理论 和试验 国 研究 的基 础上 ， 在遂 渝线 无砟 轨道 综合试 验 段开 展
荷 载之一 ， 包括设 计轮 重 、 疲劳 检算轮 重．
（ ）设计 轮重 １ 设计 轮重是 考虑 了因车轮 扁疤 、 轨焊缝 不平 钢 顺 等使轮 轨动力 作用增 大而采 用 的设计 荷载 ． 通常 根 据车轮 扁疤 和钢轨焊缝 不平顺 的动 力学分析 ， 确
Ｐ（ ｏ １ ＋ ． ）
率 应 分 别 控 制 在 波长 的 １０ ０１５ ０ ０ ３ｍ ／ 以下 ． ． ％ 、．％ 及 ． ｍ ｍ
关键词 ： 高路铁路 ； 无砟 轨道 ； 列车一 线路耦合动力学 ； 计参数 设
中 图分 类号 ： ２ ３ ２ Ｕ １． 文献标识码 ： Ａ
国内外高速铁路隧道特点与发展概况
11.12.2020
国内外高速铁路隧道特点 和发展概况
▪ 2、高速铁路隧道特点
高速铁路隧道与一般铁路隧道相比有较多的不同， 高速铁路隧道的特点主要是与空气动力学相关方 面的，它涉及到隧道的洞口形状、隧道及列车的 横断面积、列车头部形状、车辆密封性、隧道结 构的耐久性、洞内设施及轨道道床类型等一系列 的问题。
▪ 隧道净空断面积为64m2。
11.12.2020
国内外高速铁路隧道特点 和发展概况
直线隧道标准断面
曲线隧道标准断面
11.12.2020
国内外高速铁路隧道特点 和发展概况
11.12.2020
国内外高速铁路隧道特点 和发展概况
▪ （3）设计情况 1）支护 新干线修建初期采用支护的原则是： 1.除特殊地质条件外，支护一律采用钢支撑； 2.钢支撑采用旧钢轨制作； 3.标准钢支撑由4构件构成。
▪ 1、东海道新干线隧道
东海道新干线是日本第一条高速铁路，全长 515.4km，1959年4月20日正式开工，于1964 年10月1日正式开通运营，设计列车运营速度为 270km/h，有隧道67座，总长度约68.5km。
11.12.2020
国内外高速铁路隧道特点 和发展概况
▪ （1）地质情况
天童川以东为洪积层，第三纪地层和新期火山岩类，以 软石为主；断层发育显著，伴有大量涌水，特别是以新 丹那隧道为中心的火山岩地区，除断层和地下水之外， 还存在着由于热水溶液而产生的变质岩等不良地质。
国内外高速铁路隧道特点和发展概况
11.12.2020
国内外高速铁路隧道特点 和发展概况
▪ 高速铁路定义：
高速行车是铁路现代化的重要标志，高速铁路是一个具 有国际性和时代性的概念。1970年5月，日本在第71号 法律《全国新干线铁路整备法》中规定：“列车在主要 区间能以200km/h以上速度运行的干线铁道称为高速 铁路”。这是世界上第一个以国家法律条文的形式给高
车辆-轨道-路基垂向耦合模型研究综述
车辆-轨道-路基垂向耦合模型研究综述周广新;周颖【摘要】我国有关高速铁路动力学问题的研究已基本采用耦合动力学方法,而不再是传统的孤立系统动力学分析方法.为方便相关领域科研人员熟悉各种耦合动力学模型以解决高速铁路运营中的实际问题及指导施工,首先从轮轨动力、轨道模型、车辆模型及路基参振四个方面回顾了车辆-轨道-路基垂向耦合模型的发展历史,从模型实际应用及模型与有限元软件结合和试验验证两个方面介绍了车辆-轨道-路基垂向耦合模型的发展现状,总结了车辆-轨道-路基垂向耦合模型的发展趋势,通过归纳整理,指出有限元软件中纳入车辆系统、建立创新的“两半车”模型将是车辆-轨道-路基垂向耦合模型新的发展方向.【期刊名称】《结构工程师》【年(卷),期】2015(031)006【总页数】10页(P190-199)【关键词】高速铁路;动力响应;垂向耦合模型;综述【作者】周广新;周颖【作者单位】同济大学土木工程防灾国家重点实验室,上海200092;同济大学土木工程防灾国家重点实验室,上海200092【正文语种】中文State-of-the-art of the Vehicle-track-subgrade Model ofVertical Coupled SystemAbstract The research on the dynamic response of high-speed railway in our country has already been studied by the method of coupling dynamics, and no longer the traditional method of independent system dynamics.Aiming at providing reference for related scholars to have a good grasp of various coupling dynamics models to solve existing practical problems and efficiently guide the construction of high-speed railway, this paper reviewed the development history of the vehicle-track-subgrade model of vertical coupled systems, including the wheel/rail dynamic interaction, the improvement of track model and vehicle model and the participation of subgrade in vibration. The state of the art of the vehicle-track-subgrade model of vertical coupled systems, including the practical application and the combination with finite element software and test technique, was introduced. It is pointed out that modeling of vehicle system in finite element software and development of innovative “two-halves vehicle” model will be the t rends of the vehicle-track-subgrade model of vertical coupled system.Keywords high-speed railway, dynamic response, vertical coupled model, state-of-the-art铁路是我国主要运输方式,在国民经济中起着非常重要的作用,是国民经济发展的先导[1]。
卫星轨道动力学数值计算
卫星轨道动⼒学数值计算⽬录1星历计算的时间和坐标系统 (2)1.1 有关的时间系统与坐标系统 (2)1.1.1 时间系统及其换算 (2)1.1.2 坐标系统及其换算 (4)1.2 计算单位和有关常数 (7)2 轨道动⼒学计算的基本数学模型 (12)2.1 ⼆体问题 (12)2.2 地球⾮球形引⼒摄动 (12)2.3 ⽇、⽉摄动 (15)2.4 太阳直接辐射压摄动 (16)2.5 地球固体潮摄动 (19)2.6 ⼤⽓阻⼒摄动 (19)2.7 Y轴偏差加速度摄动 (20)2.8 巡航姿态控制动⼒摄动 (20)2.9 其它摄动影响 (21)附录：⽇⽉位置计算 (21)3 轨道计算⽅法 (24)3.1 Runge_Kutta积分法 (24)3.2 Adams_Cowell积分 (25)3.3 轨道计算 (27)3.4 星历的快速插值 (28)4 轨道根数与位置⽮量、速度⽮量的关系 (32)4.1 由位置⽮量和速度⽮量计算轨道根数 (32)4.2 由轨道根数计算位置⽮量和速度⽮量 (33)1星历计算的时间和坐标系统1.1 有关的时间系统与坐标系统轨道计算过程重要涉及到不同的时间系统和坐标系统，下⾯将空间战场环境系统中所涉及到的时间系统和坐标系统进⾏定义，并说明各系统之间的相互关系。
⼀般情况下，仿真系统采⽤的是TDT 时间系统和J2000地⼼惯性坐标系。
1.1.1 时间系统及其换算在轨道计算中，时间是独⽴变量。
但是，在计算不同的物理量时，却使⽤不同的时间系统。
例如：在计算恒星时⽤世界时UT1；定位解算时采⽤GPS 时GPST ；岁差和章动量的计算采⽤TDB 时等。
所以必须清楚各时间系统的定义和各时间系统之间的转换，下⾯给出各种时间系统的定义及它们之间的转换公式。
格林尼治恒星时格林尼治恒星时为春分点对格林尼治平天⽂⼦午⾯的时⾓。
由于岁差、章动原因，它由格林尼治真恒星时（GAST ）和平恒星时（GMST ）之分。
城市轨道车辆技术发展趋势及展望ppt课件
瑞士碳纤维车体 车体减重20%-25%
法国TGV碳纤维双层车 车体减重25%29
3 城市轨道车辆技术发展趋势
（2）高效能——综合节能技术运用 轨道车辆无触网解决方案
车载储能：电池、超级电容、飞轮 车载供能：燃料电池 地面供电：APS、PRIMOVE、TRAMWAVE
新能源利用
阿尔斯通 APS
地面轨道
地下铁道
多制式互通
…模式
基础型
车型
模式域 33
第三部分
城轨车辆技术展望
1. 城市轨道车辆技术展望 2. 丹阳市交通模式建议 3. 丹阳市轨道交通产业发展建议
34
1 城市轨道车辆技术发展
（1）地铁、轻轨
高品质
系统防灾减灾、运量提升 减震降噪、综合舒适度提升
高效能
能量的降耗、回收和综合利用 新型高效牵引驱动
市中心有轨电车 为主、地铁为辅
7
2 国外城轨交通现状
（2）典型城市轨道交通发展
城市
国内生产总值 城区人口 （亿美元） （万）
交通模式 （含已规划）
法国 尼斯
400-500
34.48
有轨电车
已建线路 (含在建)
交通模式承担情 况
有轨电车：8.7km
有轨电车为主
法国
克莱蒙 费朗
231.1
14.1
劳尔胶轮系统
胶轮系统：15.7km
胶轮系统为主
土耳其 萨姆松
31-40
72.5
有轨电车
有轨电车：16km
有轨电车为主
8
3 国内城轨交通现状
（1）国内城轨交通发展
自1971年我国第1条城轨交通线北京地铁1号线开通以来，到2014年末， 全国城市轨交运营里程将超过3100km，共有87条运营线路，提前一年实现“ 十二五”规划的3000km运营里程目标。预计明年将有40个城市建设轨道交通 ，总在建里程近4000km。 地铁运营为主城轨交通体系
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简要发展历史
一、国外情况
1）20世纪40年代，铁木辛柯和沙湖年慈开始探讨单自由度集总参数轨道模型分析正
弦及余弦荷载作用下的轨道位移响应问题。
2）六、七十年代，佐藤裕和佐藤吉彦曾经采用集总参数模型和连续弹性基础梁模型研
究了轨道的动力效应。其中比较有代表的是所渭Sato“半车一轨道”模型。
3）美国Ahlbee曾提出与Sato模型相仿的“半车一轨道”集总参数模型，所不同的是
轨道部分增加了一个基础参振量，并且考虑了钢轨接头因轮轨冲击变形而引起的刚度削弱影
响。
4)20世纪70年代，英国Derby铁路研究中心以轨道不平顺作为激励源并将机车车辆和
轨道的相互关系引入模型中。
5）Lyon和Jenkins等(1972)建立了低接头轨道动力分析模型，并由此定义了高频冲击力
P1和低频响应力P2，并推荐了简化计算公式。
6）1979年Newton对该模型作了局部改进，以Timoshenko梁代替Euler梁描述钢轨，
从而可以考虑梁的剪切变形和截面旋转惯性对轮轨垂向力的影响。
7）在此基础上，英国Derby中心的研究入员进一步采用了弹性点支承连续梁模拟轨道，
并考虑了轨枕的振动影响。
8）Clark(1982)等为研究车辆在波浪型磨耗钢轨上行驶的动态效应，采用了弹性点支撑
连续梁模拟轨道，并单独考虑轨枕的振动影响，使模拟更趋于实际。
9）加拿大Cai和瑞典Nielsen等为研究车辆与轨道相互动力作用问题，采用了“转向架
一轨道"分布参数模型，轨道为二层离散支撑连续梁，并用此模型分析了车轮擦伤引起的轮
轨冲击作用问题。
10）早在1926年Carter即开始研究机车动轮与钢轨间的蠕滑现象，给出了切向力与蠕
滑率间变化的关系式，用来分析机车沿平直轨道运行时的稳定性问题。
11）60年代和70年代，Kalker的蠕滑理论研究已能针对轮轨间同时存在蠕滑和回旋的
普遍情况，确定作用于车轮接触面上的蠕滑力和蠕滑力矩，并且开发了避开弹性力学的椭圆
函数为系数而形式上更易于应用的“Kalker’’系数cii和蠕滑系数Fij。可以综合地分析轮
轨间蠕滑和回旋对车辆横向稳定性、曲线通过和对轨道不平顺的响应问题。
二、国内情况
1）周宏业和叶翔(1963)采用单自由度集总参数轮轨碰撞模型计算轮轨冲击力；
2）徐实儒(1985)采用了这一模型并做了相应的改进：
3）吴章江(1982)提出了包含摩擦阻尼力的轮轨集总参数三自由度模型来计算轮轨冲击
力。
4）20世纪80年代后，李定清(1984)采用阻尼和弹簧系统来等效轨下基础，
5）陈道兴(1984)在其基础上又建立了包括车辆悬架、轮轨接触、轨道支撑弹性非线性
影响的轮轨动力分析模型。
6)张丁盛又从研究挚板隔振的角度出发，考虑轨下挚板和道床的影响，建立了轮轨系统
的有限元模型，分析了秘板的减振效果。
7)20世纪90年代，翟婉明从车辆一轨道耦合动力学角度出发，以轨道不平顺为激励源
应用大系统的思想，综合考虑机车车辆、轨道线路及轮轨界面三个方面的影响，研究轨道结
构的动力响应。
8)
近10年来，国内众多铁路科研单位陆续开展了车辆—轨道耦合动力学领
域的理论与应用研究。
上述各种模型中，都是依据各自目的和模拟侧重点不同，形式种类各不相同。若按轨道
模型参数来分，有分布参数模型与集总参数模型两大类；若按车辆模型化划分，则有整车、
半车和轮对模型三种。在各类模型中又有多种不同形式，如分布参数模型中出现了弹性基础
梁模型和弹性点支承梁模型，Euler梁模型与Timoshenko梁模型等等。下图给出了模型分类
的基本描述及其相互关系。
轮轨动力分析模型分类框图
轨道动力学的发展中存在的主要问题
通过对轮轨相互作用问题国内外研究现状的总结与分析，我们发现尚存在如
下6个方面的问题：
列车—轨道系统空间振动方程的建立问题
列车—轨道系统横向振动激振源的确定问题
列车—轨道系统横向振动随机分析问题
基于Hertz接触理论的轮轨垂向力的计算问题
高速列车—无碴轨道系统空间振动分析理论问题
高速铁路无碴轨道关键动力学设计参数的确定问题