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侧风环境下减阻装置对重型货车气动特性的影响

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公路交通科技 2022年第1期39卷 136-145页

作者：许建民莫靖宇龚晓岩郑庆杰厦门理工学院机械与汽车工程学院福建厦门361024 福建省客车及特种车辆研发协同创新中心福建厦门361024

为了获得侧风环境下减阻装置对重型货车气动特性的影响,采用计算流体动力学方法研究了货车原始模型和加装封闭式仿生导流罩、尾部减阻装置、仿生非光滑表面3种新型气动减阻装置货车模型分别在无侧风和有侧风的11种工况下行驶的气动特性... 详细信息

为了获得侧风环境下减阻装置对重型货车气动特性的影响,采用计算流体动力学方法研究了货车原始模型和加装封闭式仿生导流罩、尾部减阻装置、仿生非光滑表面3种新型气动减阻装置货车模型分别在无侧风和有侧风的11种工况下行驶的气动特性。结果表明:在无侧风和有侧风环境下,受海狮头部形状启发设计的封闭式仿生导流罩对货车具有显著的减阻效果,当横摆角为6°时导流罩模型相对于货车原始模型的减阻率为27.9%,但同时会增大货车的侧向力系数。尾部减阻装置在无侧风和有侧风环境下均具有较好的气动减阻效果,这是因为尾部减阻装置可以改善货车的尾部气流状态,而且该尾部减阻装置还能减少货车所受的侧向力,进而可以增加货车在侧风环境下的行驶稳定性和安全性;在有侧风环境下,非光滑表面结构的减阻效果有限,而且会增大货车所受侧向力。复合减阻装置在所有侧风工况下均具有显著的减阻效果,当横摆角为12°时,复合减阻装置具有最佳的减阻效果,其减阻率为68.8%;在横摆角位于0°~30°之间时,复合减阻装置的平均减阻率达到了37.3%。在侧风工况下,复合减阻装置会增大货车所受的侧向力,且横摆角增大,侧向力系数也急剧增大。

关键词：汽车工程复合减阻装置计算流体动力学重型货车侧风环境

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侧风环境下的乘用车操纵稳定性研究

侧风环境下的乘用车操纵稳定性研究

作者：吕佳琪吉林大学

学位级别：硕士

高行驶速度是各大汽车企业及研究机构追求的一大目标，也是衡量一辆汽车动力性能好坏的重要指标。而现实的行驶环境复杂多变，可能给汽车的行驶造成不容忽视的影响。强劲侧风导致车体失衡造成事故的案例屡有发生，在车速逐渐提高的今天... 详细信息

高行驶速度是各大汽车企业及研究机构追求的一大目标，也是衡量一辆汽车动力性能好坏的重要指标。而现实的行驶环境复杂多变，可能给汽车的行驶造成不容忽视的影响。强劲侧风导致车体失衡造成事故的案例屡有发生，在车速逐渐提高的今天，如何在保证高速行驶的条件下使车体更加稳定成为重要的研究课题。本文以侧风环境下乘用车的操纵稳定性为研究对象，应用虚拟样机技术完成对整车模型的仿真。利用虚拟样机平台即可实现对产品性能的预估，对出现的问题提前做出调整，以提高产品性能。与以往的实车风洞试验方法相比，该方法具有研究周期短、工作效率高、成本节约、试验环境安全可靠等优点。文中列举了作用于汽车的气动力，并对侧向风产生的原因作出简要介绍。针对侧风环境中，对汽车操纵稳定性影响较大的气动侧向力和横摆力矩着重研究。以Adams/Car为平台，建立具有二自由度的多体动力学整车模型，包括前、后悬架系统，转向系统、轮胎等子系统。为其设定平整路面直行、前轮角阶跃输入下行驶、不平整路面直行等不同的工况进行仿真试验。通过修改风压中心的位置、行驶速度、作用阵风类型等条件、观察以上参数变化下，整车的操纵稳定性特点。主要选取汽车的侧向加速度、侧向位移及横摆角速度等指标作为研究对象。通过对比试验结果，总结了各参数对汽车操纵稳定性的影响。利用Adams/Insight模块，选取模型中一些重要部件的硬点及性能参数为设计变量进行DOE试验，试验结果将各点对整车操纵稳定性的影响按从大到小的顺序排列。通过分析试验结果，归纳得到其中影响值较大的几个参数，可作为后期工作中整车优化设计的依据。最后，在总结前人及本文研究工作的基础上，提出了可提高汽车在侧风环境中操纵稳定性的几种途径，为汽车的设计优化提供了有意义的参考。

关键词： Adams 虚拟样机侧风环境操纵稳定性 DOE

侧风环境下厢式运输车气动特性和操作稳定性研究

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侧风环境下厢式运输车气动特性和操作稳定性研究

作者：张立轩燕山大学

学位级别：硕士

随着经济的发展,人们生活需求不断提高,物流运输在社会中起着至关重要的作用。道路的修建和贯通使货物运送更加便利,厢式运输车的发展极为迅速,但其本身也存在很多结构问题需不断优化。厢式运输车的外形决定了在侧风环境中行驶时车身会... 详细信息

随着经济的发展,人们生活需求不断提高,物流运输在社会中起着至关重要的作用。道路的修建和贯通使货物运送更加便利,厢式运输车的发展极为迅速,但其本身也存在很多结构问题需不断优化。厢式运输车的外形决定了在侧风环境中行驶时车身会受到较强的气流影响,产生较大行驶阻力和侧向风力,影响车辆的燃油消耗和行驶安全性能。本文以校企合作单位研制生产的厢式运输车为基础,结合生产设计需求,对车体在侧风环境中行驶状态下所受到的正向阻力和侧向偏移值进行研究,旨在改善该车气动特性并增强操作稳定性。首先研究了厢式运输车在自然环境中行驶时的空气动力学相关问题,分析车体各向受力状态,确定影响车辆行驶的主要受力因素,为后续研究提供依据。根据车身原结构建立了数值仿真模型,使用数值仿真软件对数学模型进行模拟风洞试验,并采用车体缩比模型进行试验验证,确定了仿真结果准确可靠。在此基础上对影响车体正向受力和侧向受力的因素进行了分析,确定了车体结构的优化方向。根据厢式运输车车体结构建立多体动力学仿真模型,结合前文数值仿真得出的数据进行动力学仿真,计算一定时间内的车体极限偏移值,对该车模型在高速行驶的状态下进行操作稳定性分析。以导流罩参数和尾板角度为设计参数,正向阻力和侧向偏移值为优化目标,通过试验设计在集成优化软件Isight建立的近似模型基础上,运用遗传算法进行多目标优化研究,同时取得较低的正向阻力和侧向偏移值,改善了厢式运输车的气动特性和操作稳定性。

关键词：侧风环境厢式运输车气动特性操做稳定性优化设计

侧风环境下高速铁路接触网腕臂系统受力特性研究

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电气技术 2022年第9期23卷 29-34,39页

作者：杨红梅四川铁道职业学院成都611937

随着我国铁路建设向西南、西北等复杂艰险山区大力推进,强风对接触网腕臂系统的影响愈发受到关注。本文研究侧风环境下腕臂系统的定常气动特性,采用计算流体动力学方法,建立腕臂空气动力学模型;采用雷诺时均方法对不同风速下的腕臂气动... 详细信息

随着我国铁路建设向西南、西北等复杂艰险山区大力推进,强风对接触网腕臂系统的影响愈发受到关注。本文研究侧风环境下腕臂系统的定常气动特性,采用计算流体动力学方法,建立腕臂空气动力学模型;采用雷诺时均方法对不同风速下的腕臂气动特性进行模拟,获得腕臂气动力系数值;最后对腕臂系统各构件的应力和位移进行详细分析,得到不同载荷叠加类型下的系统关键受力位置。研究结果可为接触网腕臂选型和结构参数优化提供参考。

关键词：高速铁路接触网腕臂系统侧风环境受力特性

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侧风下孤立尾桨的气动特性和抗侧风优化

航空学报 2023年第10期44卷 60-76页

作者：孙钰锟王珑王同光钱耀如郑全伟南京航空航天大学江苏省风力机设计高技术研究重点实验室南京210016 南京工程学院能源研究院南京211167

尾桨涡环严重危害了直升机飞行安全,为探讨涡环对桨盘附近诱导速度场的影响和解释桨叶拉力非定常脉动的原因,构建了一套基于非定常雷诺平均Navier-Stokes方程的尾桨涡环数值计算方法,并结合叶素动量理论和圆线涡环模型进行气动分析。同... 详细信息

尾桨涡环严重危害了直升机飞行安全,为探讨涡环对桨盘附近诱导速度场的影响和解释桨叶拉力非定常脉动的原因,构建了一套基于非定常雷诺平均Navier-Stokes方程的尾桨涡环数值计算方法,并结合叶素动量理论和圆线涡环模型进行气动分析。同时,为解决当前翼型优化中广泛使用的冻结湍流黏性假设存在的固有缺陷,建立了一套全湍流连续伴随的翼型优化框架,获得的翼型用于尾桨设计以提高尾桨抗侧风能力。结果表明,桨盘附近诱导速度场对侧风入流速度十分敏感,在典型涡环状态下,14.65 m/s侧风导致涡环的涡强增大且不断改变,引发翼剖面的有效攻角随桨盘附近风速动态减小,进而尾桨拉力下降至原有的58.5%并伴有高频脉动。全湍流连续伴随在最优外形的获取上则要领先于冻结湍流黏性假设,最佳翼型获得的尾桨相较于原始尾桨的拉力提高了10.9%,悬停效率提高了3.9%,扩大了尾桨进入涡环的临界侧风速度。

关键词：侧风环境尾桨涡环尾桨抗侧风翼型优化全湍流伴随

挡风墙尾涡与高速列车壁湍流涡干涉机理大涡模拟研究

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挡风墙尾涡与高速列车壁湍流涡干涉机理大涡模拟研究

作者：孔令康兰州交通大学

学位级别：硕士

自兰新铁路开通以来,发生了多起列车被大风吹翻的事故,据初步统计,截至本世纪初,全国共发生多起强风导致列车抛锚坠落事故,严重损害旅客生命财产安全,给国家造成重大经济损失。为防止强风对线路和列车的危害,采取了优化线路方案选择、... 详细信息

自兰新铁路开通以来,发生了多起列车被大风吹翻的事故,据初步统计,截至本世纪初,全国共发生多起强风导致列车抛锚坠落事故,严重损害旅客生命财产安全,给国家造成重大经济损失。为防止强风对线路和列车的危害,采取了优化线路方案选择、设置防风屏障、建立强风监测预警系统、限制列车速度等措施根据国外的经验和研究成果得到了很好的结果。高速列车在挡风墙后运行的空气动力学特性的特性相当复杂,安装挡风装置后,当气流通过挡板时可以显著降低其对列车的影响。因此,研究挡风墙尾涡和高速列车壁湍流涡干涉,对高速列车经由大风区在挡风墙后的安全行驶尤为重要。为了更好的进行数值模拟,所以必须要去除高速列车模型上的额外部分。在充分论证的基础上,对网格进行划分,以确定边界条件。最后,根据实际情况和具体情况进行仿真。经过数值计算后得出的结论主要有:首先,得出侧风下高速列车在挡风墙后运行形成了长条状的涡,当侧风经过挡风墙时会在列车的两侧同时形成负压涡,侧风会影响列车运行时形成的涡的对称分布,使列车尾涡由沿列车运行方向平直分布转变为斜向分布挡风墙能够减少列车受到的侧风的影响。其次,侧风情况下整车的阻力系数由无风情况下的0.27变成0.65,升力系数由-0.0037变成-0.17。这表明了侧风情况下列车的阻力会明显增大,这会导致行进困难,能耗增加,同时列车的升力系数表示列车受到大,加剧轮对与钢轨之间的摩擦,减少了高速列车的使用寿命。最后,得出了侧风下挡风墙尾涡与高速列车壁湍流涡的干涉机理,并分析了挡风墙与高速列车的流场特性,计算出挡风墙尾涡与高速列车壁湍流的基本涡旋结构,并初步地得出了挡风墙尾涡与高速列车壁湍流的涡干涉机理,为后面的研究打下了坚实的基础。

关键词：挡风墙侧风环境高速列车大涡模拟涡旋结构

基于垂向积分的侧风作用下列车风荷载数值模拟

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兰州交通大学学报 2023年第3期42卷 85-91页

作者：孟高阳孟建军李德仓刘洋吕德芳兰州交通大学机电工程学院兰州730070 兰州交通大学机电技术研究所兰州730070 甘肃省物流及运输装备信息化工程技术研究中心兰州730070 甘肃省物流与运输装备行业技术中心兰州730070

针对侧风环境下列车所受风荷载问题,基于风场数值模拟方法,结合风沿高程变化的特点,利用垂向积分法建立了一种新的风荷载数值模拟方法,并利用该方法分别计算了列车在三种路基高度下,受侧风作用所产生的横向风荷载、垂向风荷载以及侧滚... 详细信息

针对侧风环境下列车所受风荷载问题,基于风场数值模拟方法,结合风沿高程变化的特点,利用垂向积分法建立了一种新的风荷载数值模拟方法,并利用该方法分别计算了列车在三种路基高度下,受侧风作用所产生的横向风荷载、垂向风荷载以及侧滚力矩。计算结果表明,列车所受风荷载主要与列车运行时速、风速、列车车体基本尺寸、转向架与车体连接位置、路基高度等因素相关,相同工况下,车体长度与高度对列车所受风荷载的影响最大。

关键词：侧风环境列车风荷载垂向积分