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Aerodynamic design for China new high-speed trains

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Science China(Technological Sciences) 2012年第7期55卷 1923-1928页

作者： YANG guoWei guo dilong YAO ShuanBao LIU ChengHui LHO of Institute of Mechanics Chinese Academy of SciencesBeijing 100190China

High-speed trains have very complex running environments,which contain single-train running in open air,two-trains passing by in open air,single-train running in tunnel and two-trains passing by in *** the environment wind appears,crosswind effects must be *** design of high-speed trains mainly aims at the drag,lift,moment,impulse pressure waves,aerodynamic noise,*** typical running *** the paper,the aerodynamic design processes of CRH380A and 380B are introduced and the aerodynamic performances of different designs are analyzed and *** tunnel experiments and running tests indicate that the new generation of high-speed trains have excellent aerodynamic performances.

关键词： aerodynamic design CFD wind-tunnel test high-speed train CRH380

Three-dimensional aerodynamic optimization design of high-speed train nose based on GA-GRNN

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Science China(Technological Sciences) 2012年第11期55卷 3118-3130页

作者： YAO ShuanBao guo dilong YANG guoWei Key Laboratory for Hydrodynamics and Ocean Engineering Institute of Mechanics Chinese Academy of SciencesBeijing 100190China

With the speed upgrade of the high-speed train,the aerodynamic drag becomes one of the key factors to restrain the train speed and energy *** order to reduce the aerodynamic drag of train head,a new parametric approach called local shape function(LSF) was adopted based on the free form surface deformation(FFD) method and a new efficient optimization method based on the response surface method(RSM) of *** optimization results show that the parametric method can control the large deformation with a few design parameters,and can ensure the deformation zones smoothness and smooth transition of different deformation *** the same sample points for training,GA-GRNN performs better than GRNN to get the global optimal *** an example,the aerodynamic drag for a simplified shape with head + one carriage + tail train is reduced by 8.7%.The proposed optimization method is efficient for the engineering design of high-speed train.

关键词： aerodynamic drag GA-GRNN parametric high-speed trains

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Effects of bottom deflectors on aerodynamic drag reduction of a high-speed train

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Acta Mechanica Sinica 2022年第5期38卷 27-41,I0001页

作者： Wen Liu Zhanling Ji dilong guo guowei Yang Gaowei Zhou Kunhua Ren CRRC Industrial Academy Corporation Limited Beijing 100070China Institute of Mechanics Chinese Academy of SciencesBeijing 100190China School of Engineering Science University of Chinese Academy of SciencesBeijing 100049China

Inspired by the fact that bogies and bottom equipment generally contribute a great deal of aerodynamic drag to high-speed trains,this paper puts forward a simple method of mounting some small deflectors before and/or after the bogie cabins to optimize the underbody flow and reduce the aerodynamic drag of high-speed *** flow fields of the high-speed train models with and without bottom deflectors are numerically studied by the IDDES *** effectiveness and further mechanism of the bottom deflectors on aerodynamic drag reduction are *** is demonstrated that the bottom deflectors could guide the underbody flow to the ground and prevent it from hitting on the bogies and bottom equipment of the train,resulting in a significant aerodynamic drag reduction ***,the effects of different mounting locations of bottom deflectors on drag reduction are discussed as well,and an optimal mounting configuration with a drag reduction effect of up to about 12%is finally ***,the mounted deflector is also proved capable of significantly reducing the interference range of the underbody flow and reducing the slipstream of the train,which possesses a higher guarantee for the safety of railway workers and passengers waiting on the *** work provides a new idea for aerodynamic drag reduction of high-speed trains,and is of great significance in energy conservation and consumption reduction.

关键词： High-speed train Drag reduction Bottom deflector Bogie Flow control

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长编组高速列车的列车风动模型实验研究

力学学报 2021年第1期53卷 105-114页

作者：郭易郭迪龙杨国伟刘雯中国科学院力学研究所流固耦合系统力学重点实验室北京100190 中国科学院大学工程科学学院北京100190

列车风是高速列车运行时诱导产生的气流流动,是列车空气动力学重要的研究内容和保证列车运行安全的重要方面.本文利用缩尺比例为1:8的八编组高速列车模型进行了列车风的动模型实验,测试了明线运行状态下列车周围的流动参数,突破了短编... 详细信息

列车风是高速列车运行时诱导产生的气流流动,是列车空气动力学重要的研究内容和保证列车运行安全的重要方面.本文利用缩尺比例为1:8的八编组高速列车模型进行了列车风的动模型实验,测试了明线运行状态下列车周围的流动参数,突破了短编组列车风动模型测试所带来的局限性.列车风系综平均曲线和标准差曲线说明:列车头部会引起稳定的列车风,在车身和车尾处的列车风具有非常明显的非定常特征.列车风所反映的车身周围的气流扰动在第二节车厢开始显现,列车风速振荡上升,在第七节车厢达到局部最大值.转向架舱和车厢间风挡间隙的气流干扰并没有在列车风曲线上表现出来.利用本征正交分解法分析列车风尾迹区的实验结果,发现列车风的扰动能量集中于近尾迹区,次之是车身发展区.以各次实验结果中列车风的峰值位置距离车尾远近为条件,对列车风实验结果进行条件平均分析,表明列车尾涡生成时与列车风探针间的相对位置关系会影响列车风尾迹区的峰值形态.

关键词：高速列车列车风八编组列车模型本征正交分解法条件平均

基于POD分解的高速列车尾流动力学特性研究

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铁道学报 2020年第9期42卷 49-57页

作者：刘雯郭迪龙张子健杨国伟中国科学院力学研究所北京100190 中国科学院大学工程科学学院北京100049

高速列车尾流场是复杂的湍流区域,强度不同的旋涡迅速地生成和脱落,对乘客乘坐舒适性和列车运行稳定性、安全性造成重大影响。以CRH380A三编组列车为研究对象,采用IDDES方法对200~450 km/h速度范围内高速列车尾涡的动力学特性进行了研究... 详细信息

高速列车尾流场是复杂的湍流区域,强度不同的旋涡迅速地生成和脱落,对乘客乘坐舒适性和列车运行稳定性、安全性造成重大影响。以CRH380A三编组列车为研究对象,采用IDDES方法对200~450 km/h速度范围内高速列车尾涡的动力学特性进行了研究;通过POD方法对尾流区的强非定常流动进行了降阶分析,基于能量排序得到了流场演化过程中的重要相干结构和主要规律,并分析了各阶POD模态在尾流场演化中的物理内涵。通过对不同速度下的模态结构数量、模态频率等特性的对比分析发现,尾涡脱落的无量纲频率St≈0.15,这确立了高速列车尾涡脱落频率与运行速度的线性关系。研究结果证明了POD方法在列车复杂尾流场研究中的有效性,并为尾车气动外形优化设计提供了参考依据。

关键词：高速列车尾涡 POD IDDES

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高超声速再入钝头体表面热流计算

北京航空航天大学学报 2006年第12期32卷 1395-1398页

作者：康宏琳阎超李亭鹤郭迪龙北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100083 中国科学院力学研究所北京100080

基于跟踪流线的轴对称比拟法,采用纯工程算法、Euler数值计算与边界层内工程算法相结合的方法,对高超声速再入钝头体的表面热流进行了计算,并将计算结果与风洞实验数据进行了对比,两者吻合较好,验证了两种工程算法在计算高超声速飞行器... 详细信息

基于跟踪流线的轴对称比拟法,采用纯工程算法、Euler数值计算与边界层内工程算法相结合的方法,对高超声速再入钝头体的表面热流进行了计算,并将计算结果与风洞实验数据进行了对比,两者吻合较好,验证了两种工程算法在计算高超声速飞行器热环境方面的正确性.将两种工程算法与数值求解N-S方程进行对比,表明工程算法在迎风面的热流计算方面有较高的精度,节约了计算时间,很好地满足高超声速飞行器概念研究和设计的需要.

关键词：热流高超声速数值计算工程算法

高速铁路腔室耗能型风屏障气动冲击力的动模型试验研究

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机械工程学报 2019年第18期55卷 78-85页

作者：毛军柳润东郗艳红郭迪龙赵萌北京交通大学土木建筑工程学院北京100044 中国科学院力学研究所北京100190 内蒙古工业大学能源与动力工程学院呼和浩特010051

高速铁路沿线的防风屏障因经常受到列车风和横风的气动冲击作用,其自身结构稳定性十分重要。利用高速列车动模型平台进行列车运动对腔室耗能型风屏障产生气动冲击的1∶8缩尺模型试验。测试了不同车型的列车以不同车速通过风屏障区域时,... 详细信息

高速铁路沿线的防风屏障因经常受到列车风和横风的气动冲击作用,其自身结构稳定性十分重要。利用高速列车动模型平台进行列车运动对腔室耗能型风屏障产生气动冲击的1∶8缩尺模型试验。测试了不同车型的列车以不同车速通过风屏障区域时,在风障不同位置处产生的气动压力,并分析气动压力的变化规律。研究结果表明:高速列车通过风障区域时,对风障各部分均形成了"正-负-负-正"的脉动压力;随着列车车速的增加,气动冲击压力幅值增大,头车波和尾车波换向时间减小,压力变化率增大;压力极值及变化率与车速的二次方相关,不同车速下的压力系数几乎相等;风障不同高度处压力波的变化趋势相同,但幅值不同,在列车鼻锥高度区域出现最大值;不同车型的列车在相同车速下对风障气动冲击作用趋势相同,但幅值不同,钝体头型列车的气动压力大于子弹头型列车的;随着风障距轨道中心线距离增大,列车脉动压力逐渐减小,其中头车波峰减小最为明显,与安装间距近似成线性关系。

关键词：高速列车动模型试验风屏障脉动压力

高速磁浮列车过隧道诱导的隧道出口列车风研究

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实验流体力学 2023年第1期37卷 53-63页

作者：成炯豪郭易郭迪龙纪占玲毛军刘雯中国科学院力学研究所流固耦合系统力学重点实验室北京100190 中国科学院大学工程科学学院北京100049 北京交通大学土木建筑工程学院北京100044 中车工业研究院有限公司北京100070

高速磁浮列车进入隧道时,产生的压缩波会在隧道出口诱导气流形成伴随速度。以高速磁浮列车为研究对象,采用三维、可压缩、非定常的计算方法对不同列车运行速度和隧道阻塞比下列车通过隧道的过程进行了计算,分析了隧道出口附近压缩波诱... 详细信息

高速磁浮列车进入隧道时,产生的压缩波会在隧道出口诱导气流形成伴随速度。以高速磁浮列车为研究对象,采用三维、可压缩、非定常的计算方法对不同列车运行速度和隧道阻塞比下列车通过隧道的过程进行了计算,分析了隧道出口附近压缩波诱导的列车风特性,给出了列车运行速度和隧道阻塞比对列车风速度的影响规律。结果表明:隧道出口内,压缩波诱导形成的列车风速度变化趋势与峰值在纵向(列车运行方向)上基本保持不变;隧道出口外,列车风峰值速度在纵向25 m范围内逐渐降低,在横向(垂直于列车运行方向)5 m范围内基本保持不变;随着列车运行速度和隧道阻塞比增大,隧道出口内外的列车风峰值速度均明显增大,列车运行速度600 km/h、隧道阻塞比17.04%时,隧道出口外轨道中心线上纵向5 m处列车风峰值速度高达56 m/s。本文结论可为铁路隧道列车风防护及高速磁浮列车安全运行提供参考。

关键词：磁浮列车隧道效应压缩波列车风

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风挡缝宽对高速列车气动性能的影响

铁道学报 2017年第3期39卷 19-24页

作者：张业孙振旭郭迪龙杨国伟尚克明中国科学院力学研究所北京100190 中车青岛四方机车车辆股份有限公司技术中心山东青岛266111

以3节车厢组成的EMU列车1∶8缩比简化外形为基础,在速度为65m/s条件下,对全封闭原始外风挡,平整外风挡缩比后间距缝隙分别为5、7、9mm,半包外风挡,以及5 mm缝隙前移27 mm工况下的6种外风挡形式对列车各车厢气动性能的影响进行了研究,并... 详细信息

以3节车厢组成的EMU列车1∶8缩比简化外形为基础,在速度为65m/s条件下,对全封闭原始外风挡,平整外风挡缩比后间距缝隙分别为5、7、9mm,半包外风挡,以及5 mm缝隙前移27 mm工况下的6种外风挡形式对列车各车厢气动性能的影响进行了研究,并对列车各组成部分的气动力特性进行了统计和归类,给出不同外风挡缝宽条件下各部件对列车总气动力的贡献,详细分析风挡内部的压力和速度特性随缝宽的变化规律,为高速列车局部减阻优化设计提供了决策依据。

关键词：高速列车车厢间缝隙风挡流动控制空气动力学