基于伴随方法的高速列车头型气动优化

作     者：张亮 张继业 李田 ZHANG Liang;ZHANG Jiye;LI Tian

作者机构：西南交通大学牵引动力国家重点实验室成都610031 

出 版 物：《机械工程学报》 (Journal of Mechanical Engineering)

年 卷 期：2017年第53卷第22期

页      面：152-159页

核心收录：

学科分类：082304[工学-载运工具运用工程] 08[工学] 080204[工学-车辆工程] 0802[工学-机械工程] 0823[工学-交通运输工程] 

基　　金：国家自然科学基金(51475394 51605397) 牵引动力国家重点实验室自主研究课题(2016TPL_T02)资助项目 

主　　题：外形优化 气动力 高速列车 伴随方法 网格变形 

摘      要：为改善高速列车明线运行时的气动性能,基于伴随方法和径向基函数网格变形技术,开展高速列车头型气动优化设计。采用径向基函数网格变形技术,避免列车头型优化过程中的网格重复生成,提高头型优化的效率。通过伴随方法求解目标函数对列车头型的敏感度,无须定义任何的头型设计变量,避免人为指定设计变量对优化结果的影响。将网格变形技术、伴随方法及计算流体动力学(Computational fluid dynamic,CFD)方法相结合,构建高速列车头型优化设计流程,选取整车气动阻力和尾车气动升力为优化目标,对高速列车头型进行多目标气动优化设计。结果表明:伴随方法可以有效地应用于高速列车的头型优化;优化后,在满足约束条件的情况下,列车的整车气动阻力减小2.83%,尾车气动升力减小25.86%;气动阻力减小主要位于头尾车流线型部位,中间车和头尾车车体气动阻力基本保持不变;尾车气动升力减小主要位于流线型部位,尾车车体向下的升力绝对值也有所减小。