不同侧滑角对高速列车-翼板气动特性影响OA
Aerodynamic characteristics of high-speed train-winglet at variable yaw angles
为提升大风环境下高速列车运行安全性,本文提出在列车背风侧加装翼板的气动流动控制策略,探究该策略在不同侧滑角条件下的控制效果及适应能力.结合高速铁路限速标准与典型风场环境特征,选取8.8°、13.5°、24.2°和42.0°这4种侧滑角,构建高速列车-翼板组合模型,采用数值仿真方法对列车气动响应开展研究,分析翼板对列车周围流场结构、侧向气动力和倾覆力矩的影响机制,以及在不同侧滑角条件下对列车抗倾覆性能的提升作用.研究表明,翼板能显著改善背风侧低压大尺度漩涡结构,优化流场分布并诱导出小尺度漩涡,加速能量耗散,使背风侧压力分布更均匀,横向压力变化明显减小.同时,车顶流动加速与车底流动减速的耦合作用产生作用点偏向列车背风侧的升力,形成抗倾覆力矩.在所选侧滑角工况下,列车侧向力分别降低14.0%、20.8%、23.3%和25.3%,倾覆力矩分别降低21.8%、32.5%、34.5%和34.4%.侧滑角的增大虽加剧背风侧漩涡结构发展,形成能量更高、尺度更大的不稳定区域,但也为能量耗散提供了更大空间,使得翼板在大侧滑角条件下的控制效果更为显著.尽管不同侧滑角下的改善幅度存在差异,但其整体表现出良好的工程适应性与抗倾覆提升能力.基于翼板的流动控制技术可有效增强列车抗风性能,为高速列车气动外形设计、抗横风结构布置及运行安全控制提供重要依据.
To improve the operational safety of high-speed trains in strong wind environments,this paper proposed an aerodynamic flow control strategy involving the installation of winglets on the leeward side of the train,aiming to explore the control effect and adaptability of this strategy under different yaw angles.Combining the speed limit standards for high-speed railways and the characteristics of typical wind field environments,four yaw angles(8.8°,13.5°,24.2°,and 42.0°)were selected.A combined model of high-speed train and winglets was constructed.Numerical simulation methods were used to study the aerodynamic response of the train.The influence mechanism of the winglets on the flow field structure around the train,lateral aerodynamic forces,and overturning moments was analyzed,as well as their role in enhancing the anti-overturning performance of the train under different yaw angles.The research shows that the winglets can significantly improve the low-pressure large-scale vortex structure on the leeward side,optimize the flow field distribution,induce small-scale vortices,accelerate energy dissipation,make the pressure distribution on the leeward side more uniform,and significantly reduce the transverse pressure gradient.Meanwhile,the coupling effect of the accelerated flow on the roof and the decelerated flow at the bottom of the train generates lift with its point of action towards the leeward side of the train,forming an anti-overturning moment.Under the selected yaw angles,the lateral force of the train is reduced by 14.0%,20.8%,23.3%,and 25.3%respectively.The overturning moment is reduced by 21.8%,32.5%,34.5%,and 34.4%respectively.Although an increase in the yaw angle intensifies the development of the vortex structure on the leeward side,forming an unstable region with higher energy and larger scale,it also provides more space for energy dissipation,making the control effect of the winglets more significant under large yaw angles.Despite differences in the improvement range under different yaw angles,the winglets overall exhibit good engineering adaptability and the ability to enhance anti-overturning performance.The flow control technology based on winglet can effectively enhance the wind resistance performance of trains.The results can provide an important basis for the aerodynamic shape design of high-speed trains,the arrangement of crosswind-resistant structures,and the control of operational safety.
黄凤仪;许澳;刘堂红;张洁
中南大学 空气动力学铁路行业重点实验室,湖南 长沙 410075||中南大学 重载快捷大功率电力机车全国重点实验室,湖南 长沙 410075||中南大学 交通运输工程学院,轨道交通安全教育部重点实验室,湖南 长沙 410075||中南大学 轨道交通列车安全保障技术国家地方联合工程研究中心,湖南 长沙 410075中南大学 空气动力学铁路行业重点实验室,湖南 长沙 410075||中南大学 重载快捷大功率电力机车全国重点实验室,湖南 长沙 410075||中南大学 交通运输工程学院,轨道交通安全教育部重点实验室,湖南 长沙 410075||中南大学 轨道交通列车安全保障技术国家地方联合工程研究中心,湖南 长沙 410075中南大学 空气动力学铁路行业重点实验室,湖南 长沙 410075||中南大学 重载快捷大功率电力机车全国重点实验室,湖南 长沙 410075||中南大学 交通运输工程学院,轨道交通安全教育部重点实验室,湖南 长沙 410075||中南大学 轨道交通列车安全保障技术国家地方联合工程研究中心,湖南 长沙 410075中南大学 空气动力学铁路行业重点实验室,湖南 长沙 410075||中南大学 重载快捷大功率电力机车全国重点实验室,湖南 长沙 410075||中南大学 交通运输工程学院,轨道交通安全教育部重点实验室,湖南 长沙 410075||中南大学 轨道交通列车安全保障技术国家地方联合工程研究中心,湖南 长沙 410075
交通工程
高速列车横风侧滑角流动控制背风侧漩涡
high-speed traincrosswindyaw angleflow controlleeward vortex
《铁道科学与工程学报》 2026 (5)
2071-2084,14
国家重点研发计划课题(2020YFA0710903)中南大学研究生自主创新项目(2025ZZTS0623)国家留学基金管理委员会资助项目(202406370145)中南大学高性能计算中心资助课题
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