運行速度對列車氣動力的影響研究

楊宇生，李東君

（吉林鐵道職業技術學院，吉林 吉林 132200）

1 研究意義

隨著社會的不斷發展，高鐵的速度不斷提升，風馳電掣的高速列車給人們帶來很大的方便。在車速不斷提高的同時，列車所受的氣動力也不斷變大，給高速列車帶來安全隱患，我國每年都有因為速度太快導致的鐵路事故，特別在一些環境惡劣的地區，地形復雜，風速較大，當車速較快時，列車所受的氣動力也較大，容易發生脫軌事故，所以研究車速對高速列車氣動力的影響特別有意義[1]。

2 建立高速列車動力學模型

高速列車的流線型可以簡化計算步驟，具有良好的空氣動力學性能。高速列車的流線外形是一個比較復雜的三維立體曲面，車頂有受電弓、避雷器等造型復雜的用電設備，車下有導向的走行部，兩個車輛連接部位有車鉤、風擋，造型復雜，建模時要簡化列車模型[2]，模型如圖1。高速列車在高架橋上運行，流場周圍是有變化的，距離列車越遠，流場越大，結果變化越不明顯，所以要選擇合理的流場大小[3]，建立好的流場如圖2所示。

圖1 高速列車模型

圖2 流場模型

3 結果分析

利用流體動力學軟件計算，給定入口車速，在風速不變的條件下，分析比較不同車速對高速列車氣動力的影響，得到如下結果。

圖3 橫向力隨車速變化圖

圖4 升力隨車速變化圖

由圖3可得，當高速列車運行速度為200km/h時，列車的橫向力最小，頭車所受的橫向力最大為80kN，尾車受到的橫向力最小為10kN，車速不斷變大，列車所受的橫向力也在不斷增加，安全性降低，當車速達到350km/h時，列車所受的橫向力最大為180kN。在相同車速下，頭車的橫向力最多比尾車大183%，同一列車，頭車和尾車的橫向力相差較大。

由圖4可得，列車的升力和車速沒有線性關系。中間車的升力最大，并且隨著風速的增大而增大，尾車的升力最小，受風速影響不大，相同風速下，中間車的升力最多比尾車多900%，同一列車，頭中間車和尾車升力相差較大。

4 結語

綜上所述，列車的運行速度對高速列車的氣動力影響較大，速度越高，列車的氣動力越大，運行安全性越低，所以在發展高速鐵路時，要合理掌握速度與安全的關系，不能只一味追求速度而忽略人民的生命財產安全。