轮对旋转对高速列车气动性能的影响

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５０·　交通工程技术　笏２０１６年第８期第４３卷　
轮对旋转对高速列车气动性能的影响　
游守庆，张继业，李田　
（西南交通大学牵引动力国家重点实验室，四川成都６１００３１）　
摘要：转向架作为高速列车气动阻力的一个重要来源，其周围流场结构较为复杂。基于三维定常可压缩　
Ⅳ一　方程和　一￡两方程湍流模型．建立了高速列车空气动力学模型，采用有限体积法对时速为３５０　ｋｍ／ｈ　
的高速列车转向架空气动力学性能进行了数值模拟。研究了转向架周边流场结构和转向架阻力分布特性，　
结果表明：由于轮对的旋转，转向架轮对附近会产生较多的涡流，流场结构变得更复杂；考虑轮对旋转　
后转向架总阻力会有所增加，且分布规律也会发生一定的变化。　
关键词：高速列车；空气动力学；转向架；流场　
中图分类号：Ｕ２６０．３３１＋．１　文献标志码：Ａ　ｄｏｉ：１０．３９６９￣．ｉｓｓｎ．１００６．０３１６．２０１６．０８．０１０　
文章编号：１００６—０３１６（２０１６）０８—００５０—０５　

Ｔｈｅ　Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｒｏｔａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｗｈｅｅｌｓｅｔ　ｏｎ　ｔｈｅ　Ｈｉｇｈ—Ｓｐｅｅｄ　Ｔｒａｉｎ　Ａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｓ　
ＹＯＵ　Ｓｈｏｕｑｉｎｇ，ＺＨＡＮＧ　Ｊｉｙｅ，ＬＩ　Ｔｉａｎ　
（Ｔｒａｃｔｉｏｎ　Ｐｏｗｅｒ　Ｓｔａｔｅ　Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ，ＳｏｕｔｈＷｅｓｔ　Ｊｉａｏｔｏｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ　６１００３１，Ｃｈｉｎａ）　
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂｏｇｉｅ　ｉｓ　ａｎ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｓｏｕｒｃｅ　ｏｆ　ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄ　ｔｒａｉｎ　ａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃ　ｄｒａｇ．Ｉｔｓ　ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ　ｆｌｏｗ　ｆｉｅｌｄ　ｉｓ　
ｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄ．Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｔｈｒｅｅ　ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ　ｓｔｅａｄｙ　ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｂｌｅ　Ｎ—Ｓ　ｅｑｕａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｔｕｒｂｕｌｅｎｔ　ｍｏｄｅｌ　ｏｆ　—ｓ　
ｔｗｏ　ｅｑｕａｔｉｏｎ，ａｎ　ａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｓ　ｍｏｄｅｌ　ｏｆ　ｔｒａｉｎ　ｗａｓ　ｂｕｉｌｔ．Ｔｈｅ　ａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｓ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ｈｉｇｈ—ｓｐｅｅｄ　ｔｒａｉｎ　ｒｕｎｎｉｎｇ　
ａｔ　３５０　ｋｍ／ｈ　ｗｅｒｅ　ｎｕｍｅｒｉｃａｌｌｙ　ｓｉｍｕｌａｔｅｄ　ｂｙ　ｕｓｉｎｇ　ｆｉｎｉｔｅ　ｖｏｌｕｍｅ　ｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅ　ｆｌｏｗ　ｆｉｌｅｄ　ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ　ｔｈｅ　ｂｏｇｉｅ　
ａｎｄ　ｔｈｅ　ｂｏｇｉｅ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｗｅｒｅ　ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｎｅａｒｂｙ　ｔｈｅ　ｗｈｅｅｌｓｅｔ　ｐｒｏｄｕｃｅｄ　
ａ　ｌｏｔ　ｏｆ　ｖｏｒｔｅｘ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｆｌｏｗ　ｆｉｅｌｄ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｂｅｃｏｍｅｓ　ｍｏｒｅ　ｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄ　ｄｕｅ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｒｏｔａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｗｈｅｅｌｓｅｔ；Ｂｏｇｉｅ　
ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｗｉｌｌ　ｂｅ　ｉｎｃｒｅａｓｅｄ　ａｎｄ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｗｉｌｌ　ｂｅ　ｃｈａｎｇｅｄ　ａｆｔｅｒ　ｔｈｅ　ｒｏｔａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｗｈｅｅｌｓｅｔ　
ｗａｓ　ｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ．　
Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｈｉｇｈ—ｓｐｅｅｄ　ｔｒａｉｎ；ａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｓ；ｂｏｇｉｅ；ｆｌｏｗ　ｆｉｌｅｄ　

随着列车运行速度的逐渐提高，列车空气　
动力学问题运来越显著。研究结果…表明，当　列车速度达到２００　ｋｒｎ／ｈ和３００　ｋｍ／ｈ时，空气阻　力所占比例将分别占７０％和８５％左右。转向架　作为高速列车气动阻力的一个重要来源，其流　场特性受到越来越多的关注。Ｒａｇｈｕｎａｔｈａｎ等ｌ２】　研究了ＩＣＥ车底结构对气动阻力的影响，该研　究未对转向架区域流场进行分析；杨志刚等Ｌ３　Ｊ　通过分析国外某型号高速列车转向架及周边裙　板对整车气动性能的影响，发现在车底安装裙　
板有利于减小列车气动阻力；郗艳红等Ｉ４Ｊ对　
ＣＲＨ３进行了侧风效应模拟，分析了转向架对　
列车运行安全性的影响；郑循皓等【５　Ｊ基于粘性　
流体力学理论，用三维可压粘性流模型对转向　
架及高速列车周围流场进行了数值模拟；韩运　
动等ｆ６］通过实测与数值模拟研究了高速列车转　

收稿日期：２０１６—０２—２９　
作者简介：游守庆（１９８９一），男，四川内江人，硕士，主要研究方向为列车空气动力学。　
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５４·　交通工程技术　树２０１６年第８期第４３卷　
由以上各图可以看出转向架阻力变化主要　
是由于轮对旋转后轮对自身阻力变化引起的。　在转向阻力构成上，头车一位端和中间车一位　端阻力主要是由轮对、构架、变速器和电机等　迎风面大的部件产生。尾车一位端阻力较小，　且阻力分布与头车一位端有较大区别，枕梁占　转向架阻力比例最大。考虑轮对旋转后转向架　阻力分布与不考虑轮对旋转时有所差异。以头　车一位端为例，数值上差异最大的是轮对的阻　力，阻力值从５２４　Ｎ增大到５６４　Ｎ，增幅为７．６３％。　由以上分析可知，在工程实践中对转向架　做减阻优化时应该要考虑轮对旋转对转向架阻　力分布的影响，以更好的指导转向架优化位置。　３结论　（１）在对列车进行空气动力学计算时，如　果主要是对列车整车阻力进行分析则可以不考　虑轮对旋转对整车阻力的影响；　（２）由于轮对旋转产生了较多的涡流，因　此在研究降雪及沙尘等的沉积问题时应该考虑　轮对旋转对转向架区域流产的影响；　
（３）在对转向架做气动优化时，应考虑轮　
对旋转对转向架阻力分布的影响，以提高优化　
的准确度。　

参考文献：　
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［２］ＲＡＧＨＵＮＡＴＨＡＮ　ＲＳ，　Ｍ　Ｈ　Ｄ，ＳＥＴＯＧＵＣＨＩＴ．Ａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｓ　
ｏｆｈｉｇｈ—ｓｐｅｅｄ　ｒａｉｌｗａｙ　ｔｒａｉｎ［Ｊ］．Ｐｒｏｇｒｅｓｓ　ｉｎ　Ａｅｒｏｓｐａｃｅ　Ｓｃｉｎｅｎｃｅｓ，２００２　
３８（６／７）：４６９．５１４．　
［３］杨志刚，高拮，陈羽，等．裙板安装队高速列车气动性能影响　
的数值分析【Ｊ］．计算机辅助工程，２０１０，１９（３）：１６—２１．　
［４］郗艳红，毛军，高亮，杨国伟，等．横风作用下高速列车转向架　
非定常空气动力特性［Ｊ】．中南大学学报，２０１４，４５（５）：１７０５—１７１４．　
［５］郑循皓，张继业，张卫华，等．高速列车转向架空气阻力的数　
值模拟［Ｊ１．交通运输工程学报，２０１１，１１（２）：４５—５１．　
［６］韩运动，姚松，陈大伟，梁习锋，等．高速列车转向架舱内流　
场实车测试与数值模拟［Ｊ】ｌ交通运输工程学报，２０１５，１５（６）：　
５１—６Ｏ．　
［７］李田．高速列车流固耦合计算方法及动力学性能研究［Ｄ］．成　

都：西南交通大学，２０１２．　

（上接第３５页）　
重　

４结束语　
５　１０　１５　２Ｏ　２５　３Ｏ　３５　
绝对角度位置／。　

图４仿真结果曲线　

介绍了剪叉式升降平台的受力分析和仿真　
分析，尤其介绍了用ＡＭＥＳｉｍ进行机液系统联　
合仿真的方法。用仿真结果验证了理论分析的　
正确性。从仿真结果上看，仿真分析具有更高　

的效率和准确性，具有较高的工程应用价值。　
参考文献：　
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机构的设计【Ｊ］．起重运输机械，２０１３（６）：５１．５５．　
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压系统仿真【Ｊ］．机床与液压，２０１０（２４）：６１—６３，６８．　
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［７］雷杰，谢宇晖，姜昆鹏，蒋大伟，陈冬冬．液压升降平台的设　
计计算与仿真【Ｊ］．机械工程师，２０１５（１０）：ｌ０４—１０６．　
【８】许卫宝，王扬彬，徐兵．基于ＡＭＥＳＩＭ的液压升降平台蓄能器　
组参数优化ｆＪ］．机床与液压，２００８（４）：１５４—１５６．　

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