摘要：为解决高寒高速列车转向架防积雪难题,采用基于Realizable k-ε湍流模型的非定常雷诺时均方法(URANS)和离散相模型(DPM)研究下斜导流防积雪结构对三车编组高速列车转向架区域内风雪运动特性的影响。研究结果表明:安装下斜导流防积雪结构有效降低了列车底部高速气流的流向动能,抑制了转向架下方气流的垂向速度波动幅值,降低了转向架上游剪切层的发生位置。相比于5.14°下斜导流结构,10°下斜导流结构显著改善了转向架区域内的空气流动趋势,明显削弱了车底大量雪粒对转向架主要部件迎风面的冲击作用,抑制了雪粒在转向架中部和后端板附近的上扬爬升运动,将高速列车转向架2、3、4、5、6表面积雪质量分别降低了52.6%、45.3%、41.8%、37.6%、31.8%。相比于原始工况,5.14°、10°下斜导流防积雪结构将高速列车所有转向架积雪总质量分别降低了20.6%、41.5%。

摘要：人机共驾阶段人类驾驶员对驾驶环境保持较高的风险感知水平是保证及时有效、稳定安全接管的核心。本研究通过开展风险感知模拟驾驶试验,获取了驾驶员在典型汽车-动力两轮车碰撞场景下的驾驶行为及脑电响应数据。从驾驶行为层面以制动TTC(time to collision)和平均加速度为评价指标,利用分位数回归构建了驾驶员风险感知量化模型,通过独立样本检验发现驾驶经验、碰撞场景类型对驾驶员风险感知存在显著影响。在脑电响应层面,通过双独立样本检验及FDR校正发现Alpha频段与驾驶员风险感知显著相关。此外,提出了驾驶员风险感知神经机理,包括视觉感知与认知加工两个阶段。研究结果有助于提升人机共驾汽车的安全性。

摘要：随着高速列车运行速度的不断提升,横风环境下列车运行安全问题日益凸显。为此,从控制气动升力角度提出一种非对称升力翼结构以期形成抗倾覆力矩,并采用数值模拟方法,对比分析原始车型、全展开升力翼车型和收缩迎风侧升力翼车型的气动载荷及列车周围流场结构,探究横风环境下该结构对列车横风气动性能的影响。研究结果表明:升力翼对高速列车气动载荷及周围流场影响显著;列车安装升力翼后主要改变了车顶和车体背风侧表面压力分布以及车顶、车体背风侧和尾流区域的速度分布;车体顶部由于受到非对称升力翼压力面影响,在升力翼下方车顶区域形成了低速高压区且向车体背风侧延伸;同时,车体背风侧表面压力升高,在升力翼下游车体背风侧空间区域,由流动分离导致的漩涡结构发生了明显改变;相比于原始车型,收缩迎风侧升力翼车型(模型Ⅱ和模型Ⅲ)均可减小列车横向力和倾覆力矩;模型Ⅲ效果最显著,3车编组列车横向力和倾覆力矩分别减少13.19%和11.86%。

摘要：为了保证电力机车在川藏铁路运行过程中司机室内有良好的空气品质,通过调研雅安至林芝段沿线海拔、温度及隧道热害情况,分析人体对空气成分的耐受性,建立司机室空气品质仿真模型,研究了机车运行过程中司机室内O_(2)和CO_(2)质量比的动态变化特性。结果表明:该路段部分隧道存在热害及有毒有害气体问题;人体对空气成分的耐受性要求为司机室内CO_(2)质量百分比不应超过0.23%,以及O_(2)质量百分比应控制在21.5%~25.4%;司机室下方的O_(2)质量百分比高于司机头部上方,司机前方的O_(2)质量百分比较低。人员头部上方区域的O_(2)质量百分比大多都在19%以下,室内前端的CO_(2)质量百分比达到0.28%以上;机车以160 km/h的时速运行在热害及有毒气体隧道内关闭新风系统,而在其他路段将新风量从常规的25 m3/(h·人)增加到40 m^(3)/(h·人),可使司机室内O_(2)和CO_(2)质量百分比均满足室内环境要求;当车速一定时,随着新风量的提高,司机室内环境会有较好的改善;当新风量一定时,随着机车时速的增加,司机室内所需满足空气环境要求的新风量将会减少。研究结果可为川藏铁路机车设计提供参考依据。

摘要：随着高速列车运营速度的不断提升,应对更高速列车安全制动及紧急停车问题日益凸显。针对这一问题,就流线型头部及等截面车身位置布置风阻制动板,采用基于SSTk-ω湍流模型的RANS方法研究了风阻制动板高度、开口设计及开口制动板位置、高度与开口协同等因素对列车气动特性的影响,并通过风阻制动列车风洞试验验证了数值模拟方法的正确性。结果表明风阻制动板影响了列车表面压力分布特性,诱发气流强分离现象。此外,风阻制动板增强了整车压差阻力,进而增强列车气动阻力。增高的风阻制动板会扩大压力分布范围,导致板后回流区分布范围增加,其所受气动阻力得到增加。风阻制动板的开口设计及开口制动板位置的变化带来的影响并不显著,但开口设计能够强化后方增高的风阻制动板所受气动阻力。合理增高制动板对于整车的气动增阻效果最为明显,最大增阻效果为原始高速列车所受气动阻力的422.91%。相比于单纯的开口设计及开口制动板位置的变化,采用开口设计与增高协同布置能够具有较好的气动增阻表现,增阻效果为420.67%。

摘要：转向架的复杂机械结构及非流线化外形对高速列车气动性能产生不利影响,优化列车转向架底部流场结构,降低转向架的气动阻力占比,是进一步降低高速列车气动阻力的重要手段。为此,参考现有高速列车转向架结构设计2种转向架底部包覆板,并建立3种转向架包覆方案:方案一为带倾角包覆板+全包围裙板;方案二为平直包覆板+全包围裙板;方案三作为对照组未安装底部包覆板。基于k−ω方程湍流模型,探究不同包覆方案下高速列车气动阻力变化规律,对比分析3种方案对转向架及整车气动阻力、转向架舱内压力分布以及列车底部流动特性的影响,并通过全尺寸转向架风洞试验验证数值仿真的可靠性。研究结果表明:转向架包覆板有效减弱了气流对转向架零部件以及转向架舱后端板的冲击,使得转向架舱内压力分布更均匀,进而降低了转向架气动阻力;方案一和方案二分别使头车阻力系数降低17.3%和22.2%,整车阻力系数降低11.6%和12.9%;与方案二相比,方案一中包覆板两端的倾角能够引导气流进入转向架舱内部,加速舱内的流动循环,有利于牵引电机、轴盘等转向架零部件与外部空气的换热。研究结果可为进一步优化转向架包覆板设计方案、降低列车气动阻力提供参考。

摘要：为保障高速列车在大风环境下的行车安全,提出一种安装于列车背风侧、改善列车横风气动性能的新型气囊结构外形,以三车编组高速列车为基准,建立4种不同气囊−列车模型即气囊列车(模型Ⅰ)、增加气囊横向宽度(模型Ⅱ、Ⅲ)、增加气囊垂向宽度(模型Ⅳ)。基于三维稳态SST k-ω双方程湍流模型,研究不同气囊模型作用下高速列车横风气动性能。研究结果表明:列车背风侧气囊改变了背风侧车体表面压力分布,列车横向力系数降低、升力系数增大,使得列车倾覆力矩系数减小,高速列车横风气动性能显著提升;随气囊横向宽度增加,列车横向力系数逐渐降低,而升力系数逐渐增大,模型Ⅲ的横风气动性能较优。相较于原始列车模型,模型Ⅲ的横向力系数减小7.09%,升力系数增加12.78%,模型Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的倾覆力矩系数分别降低8.43%、11.05%、13.15%;改变气囊垂向宽度对高速列车横风气动特性影响较小,模型Ⅳ倾覆力矩系数降低8.78%,与模型Ⅰ的优化效果相近。

摘要：横风作用下高速列车气动横向力和倾覆力矩显著增加,气动性能显著恶化,列车脱轨、倾覆可能性增大,严重影响列车运行安全。受电弓作为高速列车核心的外突部件,直接受到横风的影响,因此改善受电弓区域的横风气动性能显得尤为重要。以鞘翅目生物形态为原型,构建受电弓仿生导流罩几何外形,并以8车编组高速列车为基准,建立4种不同的计算模型:原始模型(模型Ⅰ)、仅受电弓Ⅰ加装导流罩(模型Ⅱ)、仅受电弓Ⅱ加装导流罩(模型Ⅲ)、受电弓Ⅰ和Ⅱ均加装导流罩(模型Ⅳ)。基于三维稳态SST k-ω双方程湍流模型,分析不同方案下高速列车整车以及受电弓区域的横风气动性能。研究结果表明:安装受电弓导流罩后,气流更为平顺地越过受电弓区域,阻滞效应减小,下游车体顶部和受电弓Ⅱ(升弓)区域的气流速度有所增加,同时造成列车背风侧的流场结构改变。相比原始模型(模型Ⅰ),导流罩模型(模型Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ)均可减小列车气动横向力和倾覆力矩,其中模型Ⅱ和模型Ⅲ的横向力分别减少9.65%、4.18%,倾覆力矩分别减少11.47%、4.37%;受电弓Ⅰ与受电弓Ⅱ均被包裹的模型Ⅳ效果最为显著,8车编组列车横向力和倾覆力矩分别减少11.39、16.81%。研究成果可为横风环境下新一代高速列车受电弓区域优化设计提供参考。

摘要：在长期的高速列车运营过程中,极易形成前后车辆的不同形式偏置,造成列车气动性能改变,甚至可能引发行车平稳性问题,极大影响乘坐舒适性和安全性。以高速列车尾车作为研究对象,探究尾车上下偏置时,高速列车尾部流场变化以及气动特性。基于SST k-ω双方程湍流模型,采用数值仿真方法研究了350 km/h高速列车尾车无偏置、尾车下降20 mm、尾车下降40 mm、尾车下降60 mm、尾车上升20 mm、尾车上升40 mm以及尾车上升60 mm 7种工况下列车的气动性能,分析高速列车气动阻力的变化规律,揭示了不同垂向位移下高速列车尾部流场特性以及列车表面压力分布情况。研究结果表明:高速列车尾部垂向位移对列车整体气动阻力影响较小,但对高速列车气动阻力分布以及流场特性造成一定影响。当尾车偏置位移达到60 mm时,列车车体气动阻力相对于无偏置工况分别降低了-1.11%和2.64%,转向架气动阻力相对无偏置情况下分别降低了11.35%和-17.43%。此外,尾车偏置对列车近尾流区域流场结构有一定影响,尾车鼻锥下方排障器周围漩涡结构由双漩涡结构向单漩涡结构转变;鼻尖处漩涡结构随着尾车高度下降而增大,随着尾车高度上升而逐渐变小。本研究结果丰富了列车尾部偏置情况下的相关研究,对列车检修以及CR450高速列车设计等具有重要指导意义。

摘要：为明确在排雪横截面不变时某型出口欧洲动车组的排雪特性与排障面板几何构型之间的关联关系,指导积雪加载条件下排障面板拓扑构型设计,运用光滑粒子流体力学方法构建动车组冲击轨道松软积雪数值模型,开展不同前角和张角排障面板在冲击积雪过程中飞雪运动形态、排雪阻力和能耗功率分析。研究结果表明,被排除积雪在空中的飞扬形态与排障面板前角与张角密切相关,调整排障面板前角与张角可调整飞雪z方向的飞扬高度和x方向的速度,从而避免空中飞扬的积雪阻挡司机视线,保障动车组安全运行;排障面板前角对动车组x方向排雪阻力影响较小,但可改变z方向排雪阻力的大小和方向;排障面板张角增大会导致x方向排雪阻力增大,z方向排雪阻力先增大后减小;动车组排雪能耗、功率与排障面板前角关联性较小,与排障面板张角呈正相关关系,减小排障面板张角可有效减小排雪能耗和功率,达到减载降负和节能效果。