(中車長春軌道客車股份有限公司車體研發部,130062,長春∥第一作者,助理工程師)
加裝轉向架裙板對動車組氣動載荷的影響
李天亮 孫 健 徐博雅 王 晶
(中車長春軌道客車股份有限公司車體研發部,130062,長春∥第一作者,助理工程師)
某型動車組在最高時速(250km/h)運行時受空氣動力載荷影響明顯。為了研究加裝轉向架區域裙板對動車組整車氣動載荷的影響,對該型動車組加裝與不加裝裙板的兩種情況進行了仿真計算。分析結果顯示,加裝裙板對改善動車組整車動力學性能有積極的作用。
動車組;轉向架裙板;氣動載荷;仿真計算
Author′saddressCRRC ChangChun Railway Vehicles Co.,Ltd.,130062,Changchun,China
氣動載荷對動車組列車運行時的動力學性能有很重要的影響,因此,可通過結構設計來優化動車組列車在運行時的空氣動力學性能,如在轉向架區域加裝裙板來提高列車的相關性能。為研究加裝裙板后對列車氣動載荷的影響,本文對該型動車組加裝與不加裝裙板這兩種情況進行了仿真計算。
加裝的裙板寬度(列車的豎向)為330mm,長度(列車的縱向)為3 600mm,厚度為5mm。無裙板列車外形如圖1所示,加裝裙板后列車外形如圖2所示。
動車組計算模型為3節車編組,與實車比例為1∶1,頭車、尾車和中間車(無受電弓)各一節,如圖3所示。
圖1 無裙板列車外形
圖2 加裝裙板后列車外形
圖3 3節車編組列車外形
(1)某型動車組加裝裙板情況下,頭車阻力系數由0.297變為0.259,減小了12.8%;中間車和尾車影響較小,整車阻力系數由0.550變為0.523,減少了4.99%。
(2)在動車組轉向架區域加裝裙板后,中間車的動力學性能沒有明顯變化,但頭車前端的鼻尖及凹槽內氣流得以進一步流動,列車的整車阻力系數得到了降低,這有助于整車空氣動力學性能的提高。
圖4、圖5分別為運行速度相同情況下加裝裙板前后整車表面壓力云圖。從圖中可以看出,兩種情況下整車表面壓力范圍及分布大體一致。對于列車頭車,運行過程中正對來流方向,鼻尖及凹槽內因氣流被滯止呈正壓區,且鼻尖處壓力在整個流場中最大。從此處向上及向兩側的正壓逐漸減小變為負壓,在車頭向車身過渡處的頂面與側面弧度處呈負壓,在中間車及尾車表面絕大部分呈負壓,車頂設備艙突起處呈正壓。加裝裙板后鼻尖處壓力最大值為3 218Pa,比未加裝裙板的值小。
圖4 無裙板整車表面壓力云圖
圖5 有裙板整車表面壓力云圖
表1為兩種情況下的阻力系數對比。從表1中可以看出,某型動車組加裝裙板情況下,頭車阻力系數由0.297變為0.259,減小了12.8%。中間車和尾車影響較小,整車阻力系數由0.550變為0.523,減少了4.99%。
表1 阻力系數對比
對于高速列車,重點關注尾車升力。仿真計算結果表明,某型動車組加裝裙板后,尾車升力由0.187變為0.206,增大了10.1%。
通過空氣動力學仿真分析計算可以得出以下結論:
[1] 黃艷藝.動車組空氣動力噪聲數值仿真研究[D].大連:大連交通大學,2012.
[2] 姚應峰.橫風作用下200km/h動車組安全性研究[D].成都:西南交通大學,2008.
[3] 張永昌.高速列車裙板氣動載荷仿真識別及結構響應分析[D].北京:北京交通大學,2012.
[4] 田紅旗.中國列車空氣動力學研究進展[J].交通運輸工程學報,2006,6(1):1.
Effect of EMU with Re-installed Bogie Fairing on the Aerodynamic Loads
LI Tianliang,SUN Jian,XU Boya,WANG Jing
One type of EMU is obviously effected by aerodynamic factors when it reaches the speed of 250 km/h.To stuy the effect of re-installed bogie fairing on EMU aerodynamic load,a simulation calculation is conducted to make comparison between EMU bogie with re-installed and without fairings,the result shows that the bogie with fairing plays an active role in improving the aerodynamic performance of the EMU train.
electric multiple unit(EMU);bogie fairing; aerodynamic load;simulation calculation
U270.33
10.16037/j.1007-869x.2017.02.022
2016-09-20)