气动外形技术发展与展望

气动外形技术发展与展望

刘洋

中车青岛四方机车车辆股份有限公司，山东青岛， 266111

摘要：在我国铁路高速发展的背景下，伴随着动车组列车的运行速度不断提升，列车空气动力学问题也越来越严重，列车气动性能对动车组列车运行安全性的影响也越来越突出。本文主要阐述动车组气动外形技术的发展，同时对今后技术发展进行展望，以供相关从业者进行探讨。

关键词：动车组；气动外形；技术发展

1.引言

轨道交通列车大多拥有靓丽的外观，流线型的车头形状更是妙不可言，车体外形也具有非常良好的气动性能。良好的动车组列车外形设计是保障动车组列车优秀气动性能的基础，更是保证列车运行安全性及提高机车牵引效率的关键因素。在我国铁路高速发展的背景下，伴随着动车组列车的运行速度不断提升，列车空气动力学问题也越来越严重，列车气动性能对动车组列车运行安全性的影响也越来越突出，对于动车组气动外形技术发展的研究具有十分重要的意义。

2.轨道车辆列车外形

目前，与列车空气动力学性能有关的气动外形有流线型头型、车身截面外形、以及车体表面光滑情况等。轨道交通车辆的头型大体分四类，分别为：扁宽型、椭球形、梭形及钝体型，具体如图1所示。

图1头部外形图

3.气动外形技术面临的难题

随着高速动车组运行速度的不断提高，列车与空气之间的相互作用变得越来越显著，需要开展人、车、隧、环境耦合的空气动力理论、评估、设计和制造一体化设计技术研究，突破气动效应、隧道效应、交会效应、大风效应、地面效应和尺度效应的制约，攻克结构空间、线路条件、制造工艺约束的气动外形多目标循环优化设计难题，实现高速动车组综合气动性能的逐步提升。

高速列车气动性能涉及多个方面，需要解决不同气动性能与设计参数之间的匹配问题，同时需要考虑到空间结构对外形设计的限制，并需要兼顾民族文化传统的要求。高速列车的气动设计是在一定的限制条件下，系统分析气动性能指标与设计变量的相关性,遵循设计目标最优化的原则，采用仿真和试验相结合的方法开展设计。高速动车组气动性能指标与气动外形设计变量之间的关系错综复杂，且不同气动性能指标之间可能会存在相互矛盾，为高速动车组气动外形设计带来巨大的困难。

4.气动外形技术发展

高速动车组气动外形设计主要从流线型头型设计和表面平顺化设计两个方面展开，综合提升列车气动性能。通过气动设计技术分析，总结前期气动设计经验，同时借鉴其他车型的成功经验，根据顶层指标的新要求，提出高速动车组气动外形设计思路和建议。

针对流线型头型设计（图2），建立了高速动车组谱系化外形多目标循环优化设计技术体系，通过系统优化，得到几十种备选方案，综合气动性能优良，满足设计要求。外形特征分明，文化内涵丰富，可作为系列高速动车组备选方案。

图2复兴号动车组流线型车头

在表面平顺化设计方面，针对不同部位的特点，结合前期研究成果，提出多种气动外形设计方案，通过仿真优化、风洞试验及动模型试验方法，综合分析评估，确定表面平顺化气动设计方案。通过长期的气动外形设计技术探索，解决了中国高速动车组面临的大量气动设计关键技术问题，满足不同速度、不同运用环境的安全可靠、节能环保、舒适性等方面的需求。

5.气动外形技术展望

我国应深化车体边界层机理研究，准确揭示其流场机理和脉动规律。发展烟、火、风、沙、雪等多相流仿真及试验技术，提高灾害及恶劣环境安全性。建立完善的地面效应理论与试验方法，探明其持续与非周期性变化特征，及随速度变化规律。深入研究相似准则，提高风洞及动模型试验准确度。优化测试技术，提高模型及线路试验精度。

6.结束语

高速动车组列车已经在轨道交通业拥有举足轻重的地位，随着中国铁路建设的快速发展，高铁动车组列车的开行数量也在逐年增加。为实现高速铁路安全、经济、舒适、便捷、低能耗和满足环境保护的要求，必须对轨道交通列车外形与气动效应关系开展深入研究。本文主要阐述动车组气动外形技术的发展，同时对今后技术发展进行展望，以供相关从业者进行探讨。从业人员更好的从事外形与气动性能关系研究，提升轨道交通列车外形设计制造水平，才能保障高速轨道交通列车安全可靠运行。

参考文献：

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