芻議中國列車動力學(xué)相關(guān)要點(diǎn)

劉渠海（南車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司,南昌　330000）

芻議中國列車動力學(xué)相關(guān)要點(diǎn)

劉渠海
（南車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司,南昌330000）

目前，隨著軌道交通的高速發(fā)展，中國高速列車運(yùn)營時速極快，很明顯，列車高速運(yùn)行對人類的影響在逐漸增大。在追求高速的同時也要了解列車動力學(xué)的相關(guān)技術(shù)，本文主要從列車各方面相關(guān)設(shè)計進(jìn)行分析，總結(jié)相關(guān)任務(wù)的方向，同時針對空氣動力學(xué)的指標(biāo)情況進(jìn)行分析，并且對降低空氣動力學(xué)效應(yīng)影響進(jìn)行詳細(xì)的闡述。

技術(shù)運(yùn)用；分析；措施

高速鐵路的飛速發(fā)展，勢必也會帶來很多技術(shù)難題，盡管中國的高速列車技術(shù)發(fā)展得很好并走到了國際的前端，但也存在著許多無法攻克的難關(guān)。高速風(fēng)洞在中國依舊處于空白狀態(tài)，因此，了解列車動力學(xué)的相關(guān)技術(shù)可以對高速列車空氣動力學(xué)進(jìn)行分析總結(jié)，為后期的列車動力學(xué)實(shí)驗(yàn)提供理論基礎(chǔ)。

1　空氣動力學(xué)在列車隧道中的效應(yīng)

（1）列車隧道空氣動力學(xué)的效應(yīng)。在列車隧道中，不管是空氣還是隧道的內(nèi)壁，都會對列車造成較大的摩擦力，這種阻力會在列車進(jìn)入隧道的時候把隧道里面的空氣從中間向兩邊分開，這時就會產(chǎn)生一定的壓力波動。壓力波動形成的原因很簡單，當(dāng)列車駛?cè)胨淼乐螅淼览锩嬖镜目諝庥捎趬毫蜁慌砰_，并且向列車的兩邊壓縮，但是又不能及時、流暢的形成繞流，在列車的尾部進(jìn)入隧道后，這些空氣就會產(chǎn)生負(fù)壓。壓力波動就隨之產(chǎn)生了。這種壓力是需要釋放的，通常會以聲波的方式進(jìn)行流動，當(dāng)這種以聲波運(yùn)行的壓力波動運(yùn)動到隧道口的時候，在隧道壁之間就會形成反射，使一部分壓力波動被反射回來，從而產(chǎn)生一種瞬間壓力，沒有被反射的就會形成脈沖，以輻射的方式進(jìn)行運(yùn)動。（2）造成的危害：1）這種危害可能有些人會深有體會，在乘坐列車進(jìn)入隧道的時候，耳朵會明顯的感覺到脹痛，這種情況就是因?yàn)榱熊囋诟咚傩械臅r候，穿過隧道，造成上述的瞬間壓力造成的，這種壓力就會使旅客的耳膜產(chǎn)生不適。2）在行車的過程當(dāng)中，不管是在任何地方，都會有一定的阻力，但是行駛至隧道的時候，阻力比平時要大很多，就會造成列車多耗能量的現(xiàn)象。3）列車在隧道中行駛遇到阻力，就要突破這一層阻力，列車的所作的功就會被轉(zhuǎn)化為熱量，從而使隧道里面的溫度升高。造成隧道安全問題。

2　高速列車的主要任務(wù)

在對列車高速運(yùn)行時分析中，空氣動力學(xué)相當(dāng)重要，空氣動力學(xué)統(tǒng)計數(shù)字的主要任務(wù)有：（1）各種行車工況下的脈動壓力；（2）由脈動壓力產(chǎn)生的空氣噪聲。

（1）在高速列車會車時，氣動壓力會隨著列車運(yùn)行速度的提高而增大，會車時產(chǎn)生的氣動壓力會對動車組造成很大的影響，例如：在會車的時候，對列車的車身和列車的車窗的硬度有較大影響，而且，車?yán)锩娉丝偷氖孢m度也會大大降低。在準(zhǔn)高速列車運(yùn)行初期，很多破窗事故就是因?yàn)闀噷?dǎo)致的。（2）高速列車流體分析的重要內(nèi)容是高速列車噪聲的氣動聲學(xué)數(shù)值分析，在列車高速行駛的過程中，列車的擋雪板、雨刷、集電部、艙門以及轉(zhuǎn)向架都會產(chǎn)生噪音，其中，集電部的噪音是最大的，最高值可達(dá)到一百二十DB左右。

3　分析動力學(xué)的技術(shù)方向

針對各種復(fù)雜情況需要發(fā)展動網(wǎng)格和滑移網(wǎng)格技術(shù)，例如：高速列車在會車時，有明線車、隧道會車，等速及不等速會車時，要研究這些工況就需要研究新的操作方法。在這之前，雖然已經(jīng)有科學(xué)家了對這些技術(shù)進(jìn)行了分析，但是還沒有切實(shí)的運(yùn)用到實(shí)際，在實(shí)際中，這些技術(shù)還是會受到很大的限制。

隨著中國的經(jīng)濟(jì)越來越發(fā)達(dá)，也是緊隨社會主義社會建設(shè)的大潮流，中國必須建立起自己的自主知識產(chǎn)權(quán)，在中國的大地上運(yùn)用自己的知識和技術(shù)打造出世界上跑得最快并且最安全的火車，開發(fā)出相應(yīng)的空氣動力學(xué)模塊，建設(shè)專有的數(shù)值風(fēng)洞，這對我國將來成為技術(shù)輸出大國的戰(zhàn)略具有深遠(yuǎn)的意義，對建立高速列車的數(shù)值風(fēng)洞也有深遠(yuǎn)的意義。

4　改善舒適度的相關(guān)措施

4.1列車舒適度

這里的舒適度不是一般意義上的舒適度，而是在針對列車在隧道中對人體的影響，降低這種影響對旅客身體上的干擾。列車在隧道中進(jìn)行高速運(yùn)行的時候，舒適度會隨著隧道中空氣的壓力變化而變化，當(dāng)隧道中的壓力達(dá)到一定的強(qiáng)度，列車外面的壓力就會轉(zhuǎn)移到列車的車廂內(nèi)部，這種壓力會使旅客的耳膜產(chǎn)生一定的不舒適感，所以，在這一問題上，需要研究者積極摸索，制定出一個舒適的數(shù)值，以適應(yīng)人體對這種壓力的反應(yīng)，提高旅客的舒適度。

4.2措施

（1）車輛方面的措施：1）增加車輛的密封性，在一定條件下，列車的封閉性越高，就會盡量的把壓力擋在列車的外面，列車內(nèi)部所承受的壓力也就越小，隨之舒適度也就越高。2）想要有效的在一定程度上降低列車內(nèi)部的瞬變壓力，改善列車的外形是一種不錯的方法，一般外形的改變主要考慮列車的車頭，在隧道空間不變的前提下，列車的面積越小，所產(chǎn)生的壓力也就越小，那么列車內(nèi)部所承受的壓力也就越小。（2）隧道構(gòu)造措施：首先，針對隧道構(gòu)造本身，可以在隧道建造的時候在隧道中建立緩沖段，此措施可以有效的減小壓力梯度，從而減少噪音度環(huán)境的污染；其次，在隧道中多增加一些斷面或者是擴(kuò)大其面積；再次在雙洞單線中設(shè)置一種橫洞也可以有效的減小風(fēng)道的壓力，這種風(fēng)道可減少對列車的空氣動力阻力；最后可以從溫度這方面入手，也就是說，設(shè)置隔熱，上文我們闡述過，列車在隧道中高速行駛所遇到的阻力，會使列車做的功轉(zhuǎn)化為熱能，從而提升隧道的溫度，針對這樣的情況，可以在建造隧道的時候，在保證隧道安全的情況下，盡量多的設(shè)置一些通風(fēng)口，有效的把隧道里面的熱量散發(fā)出來，這樣列車所產(chǎn)生的熱量就會被通風(fēng)口產(chǎn)生的風(fēng)所覆蓋。

5　結(jié)語

在對列車的技術(shù)和各類空氣動力學(xué)的充分了解，并對空氣動力學(xué)效應(yīng)對旅客的影響制定了一系列的措施之后，有助于提高我國列車的質(zhì)量，提高旅客的舒適度。也對阻塞比等相關(guān)的數(shù)值指標(biāo)進(jìn)行了研究分析，了解列車動力學(xué)的相關(guān)技術(shù)可以對高速列車空氣動力學(xué)進(jìn)行分析總結(jié)，為后期的列車動力學(xué)實(shí)驗(yàn)提供理論基礎(chǔ)。

[1]羅世輝,吳慶,杜志輝.基于縱向動力學(xué)的列車能量及能耗分析[C].2013年鐵路重載機(jī)車研討會論文集.2013.

[2]郗艷紅,毛軍,高亮等.橫風(fēng)作用下高速列車安全運(yùn)行速度限值的研究[J].鐵道學(xué)報,2012,34(06).

[3]崔濤,張衛(wèi)華,王琰.側(cè)風(fēng)環(huán)境下列車高速交會流固耦合振動安全性分析[J].振動與沖擊,2013,32(11).

[4]原亮明,陳澤深.新型獨(dú)立車輪動車組導(dǎo)向機(jī)理的研究[J].中國鐵道科學(xué),2002,23(03).

[5]羅世輝,吳慶,杜志輝.基于縱向動力學(xué)的列車能量及能耗分析[J].鐵道機(jī)車車輛,2013,33(02).