時速500公里條件下的高速列車基礎力學問題研究畢業(yè)論文

1、項目名稱：時速500公里條件下的高速列車基礎力學問題研究首席科學家：xxx 中國科學院力學研究所起止年限：依托部門：鐵道部 中國科學院二、預期目標(一) 總體目標本項目圍繞時速500公里條件下的列車動力學行為，開展前沿探索性研究工作，旨在從整個高速列車運行速度域的全局來認識高速列車關鍵力學問題，延拓在不同速度域其力學問題的一般規(guī)律，掌握在超高速運行條件下高速列車及其耦合作用力學特性，揭示相互作用機制和影響規(guī)律，探究高速列車運動中的臨界問題和極限問題；探究輪軌關系、弓網關系和流固耦合關系等關鍵力學行為對高速列車運行安全性、平穩(wěn)性和舒適性的影響。以此來提升高速列車技術水平和儲備，取得突破性和創(chuàng)造性

2、的研究成果，引領世界高速列車關鍵力學問題的研究。1、 拓展對更高速度條件下高速列車運行的關鍵力學問題的認識。依托時速500公里高速試驗列車，在時速500公里條件下，探明高速列車氣動效應特性和規(guī)律；探索復雜輪軌滾動接觸行為、輪軌黏著機理；發(fā)現弓網滑動和跳動接觸動態(tài)行為特征、弓網接觸斑形貌、接觸振動和氣流作用對導電、發(fā)熱和微弧產生的影響規(guī)律；分析不同環(huán)境工況下的列車的流固耦合動力學特性；探討列車整體結構模態(tài)和局部振動模態(tài)的優(yōu)化匹配。通過這些研究，進一步發(fā)展既有的相關理論、認知程度、研究內容和研究方法，從而在整個高速列車運行速度域的全局來認識高速列車關鍵力學問題，取得突破性和創(chuàng)造性的研究成果，引領世

3、界高速列車基礎力學問題的研究。同時，揭示關鍵力學行為對高速列車運行安全性、平穩(wěn)性、乘客舒適性及環(huán)境友好性的影響。2、 全面提升我國高速列車基礎研究的能力和水平。在研究體系方面，以高速列車系統(tǒng)動力學理論為代表，從時速350公里拓展到時速500公里；在研究手段方面，構建由仿真分析、地面試驗和線路試驗組成的綜合研究體系，建設支撐基礎研究、代表當今世界先進水平、1：1的試驗裝備與系統(tǒng)；在研究策略方面，將基礎研究方向與工程實踐需求緊密結合，互為支撐，相互推動，形成具有現實性與引領性的研究成果，同時在此創(chuàng)新研究的平臺上，促進研究人員與工程技術人員的研究能力與實踐能力迅速成長，培養(yǎng)出一支年輕的、高水平的專業(yè)

4、研究團隊。在研究成果方面，將在國內外核心學術期刊發(fā)表論文200篇以上，其中sci、ei收錄論文120篇以上，有重要國際影響的論文50篇以上，出版著作3-5部，申請發(fā)明專利15項，申請軟件登記5項，培養(yǎng)博士后與博士生65名。3、 為地面高速運載工具的技術發(fā)展提供有益的借鑒。本項目所開展的研究考慮了復雜車底和線路形貌的地面效應、氣動擾動下的流固耦合列車動力學行為、車體結構振動等，此類成果不僅拓展了空氣動力學的研究范圍，而且對于高速磁懸浮列車的氣動行為，及其車體結構設計提供借鑒和參考。高速輪軌黏著極限和超高速列車的理論速度極限，對未來真空管軌超高速交通方式的研究有積極的參考意義。(二) 五年預期目標

5、第一年度：1. 基于可壓縮流動模型，針對非定常流動，開發(fā)高速列車空氣動力學數值仿真方法，包含：非定常雷諾平均模擬（urans）、脫體渦模擬（les）及大渦模擬（les）等方法。根據時速500公里試驗列車和試驗線路條件，確定試驗方案。2. 初步完成時速500公里條件下的含輪軌剛柔模型的車輛軌道耦合大系統(tǒng)動力學數值模型、輪軌滾動接觸行為理論模型、輪軌黏著理論模型、黏著控制理論模型建模。完成時速500公里條件下的輪軌黏著試驗裝置、高能束流非均勻改性配套裝置的方案設計、加工和調試。3. 揭示非等波速鏈型結構懸索波動傳播、波動分散和波動匯合的振動規(guī)律；提出考慮接觸網和受電弓空間運動、系統(tǒng)的彈性作用和高速

6、氣流擾動的弓網耦合模型的建模和仿真方法；分析弓網電弧發(fā)展的規(guī)律以及每一階段的宏觀與微觀特性，建立描述弓網電弧的動態(tài)方程和弓網電弧時空分布模型，揭示弓網電弧產生、發(fā)展及熄滅規(guī)律；4. 研究時速500公里條件下，利用系統(tǒng)動力學分析給出的邊界條件與線路試驗測量的振動數據進行列車部件振動分析方法，揭示氣動力非均勻分布對部件振動特征的影響機理，建立氣動力與車輛振動耦合作用下列車關鍵部件振動分析模型與方法。5. 在時速500公里條件下，建立列車、線路（軌道或橋梁）、弓網耦合系統(tǒng)的流固耦合動力學模型，研究其準確建模方法；研究高速列車動力載荷的等效簡化模型與方法。第二年度：1. 開展時速500公里實車線路試驗

7、，通過列車速度系列變化，測得列車阻力、升力和橫向擾動力與速度的關系曲線，分析在時速500公里條件下高速列車的氣動阻力特性， 探索耦合條件下氣動技術極限速度。2. 完善與輪軌接觸相關的理論模型并發(fā)展相應的數值程序，進行部分工況的輪軌接觸行為仿真；完成試驗構件設計加工，調試試驗裝置，進行部分工況黏著特性試驗，探索耦合條件下輪軌技術極限速度。3. 完善并建立接觸網的波動理論，提出準確的接觸網波速表達形式；揭示弓網高速滑動和跳動接觸行為，以及快速變化的接觸網電壓與負荷等因素對電弧的影響規(guī)律，探索耦合條件下弓網技術極限速度。4. 研究列車、線路和弓網各子系統(tǒng)間的耦合關系及其表征方法；研究高速輪軌系統(tǒng)各種

8、不平順激擾的描述方法；研究車體結構整體模態(tài)和局部模態(tài)特征及其頻率范圍；研究列車高速運行時的氣動激擾對列車（含受電弓）作用關系。第三年度：1. 時速500公里條件下的列車整車氣動行為機理研究。通過時速500公里高速試驗列車線路試驗，結合動模型試驗和數值模擬結果，分析復雜地面效應下高速列車表面分離渦流結構、大長細比列車表面邊界層發(fā)展不穩(wěn)定性等關鍵空氣動力學特征。2. 完善數值仿真程序，全面開展時速500公里條件下的運行狀態(tài)輪軌滾、滑、跳接觸行為和黏著特性的數值仿真。借助于車輛軌道耦合動力學模型，完成不同速度等級運營條件下輪軌不平順度安全閾值。完成輪軌黏著理論模型試驗驗證和輪軌表面高能束流非均勻改性

9、試驗研究及黏著控制試驗。3. 分析不同波速利用率下的弓網振動特性，提出接觸網波速的最佳利用率和利用極限；辨識強氣流擾動條件下弓網耦合振動和運動軌跡的演變規(guī)律；揭示高速運行條件下強氣流對弓網電弧的影響規(guī)律。4. 研究內部結構與車體結構諧振、共振及多耦合振動特性，給出避免乘坐舒適度惡化與避免整車出現亞諧波共振、超諧波共振、組合共振、內共振等非線性現象的模態(tài)控制策略與方法。5. 研究列車高速運行的輪對陀螺效應，車輪、轉向架和車體慣量對運動穩(wěn)定性的影響；掌握高速列車蛇行運動失穩(wěn)特性（包括失穩(wěn)頻率和振動幅值）對運行平穩(wěn)性和安全性的影響規(guī)律；分析高速鐵路地面和高架線路的軌道穩(wěn)定性特性。研究整車動力學響應分

10、析方法。第四年度：1. 通過時速500公里試驗列車線路試驗和數值模擬，分析時速500公里條件下的列車非定常流動及其導致的列車表面壓力周期性變化，研究列車各車廂氣動升力和橫向力大小、方向隨速度增加的變化規(guī)律。2. 完善理論分析，得到500km/h條件下輪軌黏著理論和試驗曲線；全面開展時速500公里條件下的輪軌黏著試驗、輪軌接觸表面形貌高能束流非均勻改性試驗及黏著控制試驗的實驗結果分析。3. 確定多弓受流狀態(tài)下的接觸網波動特征，揭示復雜波動源下接觸網振動波的傳播規(guī)律和干涉機制；揭示接觸網不平順、弓網設計參數和弓網接觸副廓型對弓網耦合振動及接觸壓力的影響規(guī)律；揭示弓網動態(tài)接觸壓力、接觸副廓型、弓網接

11、觸斑形貌等對接觸電阻的影響規(guī)律；4. 將各種激擾在動力學模型中綜合考慮，發(fā)展流固耦合動力學分析模型，研究時速500公里條件下的高速列車整車動力學響應特征。研究車體結構在復雜氣動激擾力作用下局部結構顫振、屈曲特性。第五年度：1. 綜合分析線路實驗、動模型實驗和數值仿真等研究結果，分析時速500公里條件下的列車氣動效應特征，建立列車隨速度變化的氣動效應綜合分析體系；建立氣動效應對高速列車運行安全性、平穩(wěn)性、舒適性及環(huán)境友好性的影響關系。2. 完成高速輪軌接觸行為和高速輪軌黏著的數值仿真。深入進行高速輪軌黏著試驗研究，得到考慮更多因素黏著規(guī)律曲線、動態(tài)安全/脫軌準則。優(yōu)化高能束流非均勻改性輪軌表面接

12、觸形貌試驗研究和黏著控制方法。3. 分析受電弓雙向運行的氣流差異、明線和隧道的氣流差異，以及不同氣流特征對弓網耦合振動和受流質量的影響規(guī)律；掌握弓網帶弧受流的工作機理，研究電弧與接觸電阻之間的互相影響，進而揭示高速條件下弓網受流質量的影響因素及規(guī)律。4. 在時速500公里條件下，研究車體在各種激擾下的振動規(guī)律，揭示局部結構顫振、屈曲發(fā)生條件和機理，探討可能造成的結構破壞程度，給出車體結構和局部結構在顫振、共振及屈曲條件下的極限承載能力，建立車體振動與車體結構自身安全性和乘坐舒適性的關系。5. 建立包括多種因素的列車平穩(wěn)性統(tǒng)一分析方法。應用整車臺架試驗、風洞模擬試驗和高速列車線路動力學試驗，進行

13、理論模型的試驗驗證。預測高速條件下整車流固耦合動力學響應、輪軌作用力及脫軌可能性。探索多因素耦合作用對高速列車脫軌安全性的影響規(guī)律。6. 探索大系統(tǒng)耦合條件下高速列車的技術極限速度三、研究方案(一) 學術思路時速500公里高速列車關鍵力學問題的研究是高速列車基礎研究的發(fā)展和延續(xù)，同時充分體現科學問題研究的一般規(guī)律，結合高速鐵路發(fā)展這一現在和將來的重大需求為背景，借助于我國自主研發(fā)即將下線的時速500公里試驗列車，認識在高速特別是超高速運行條件下列車動態(tài)特性和關鍵力學行為，在此基礎上發(fā)現高速列車力學行為規(guī)律，并揭示超高速輪軌、弓網等相互作用機制，最終確定輪軌黏著、受電弓受流的波速利用率、蛇行失穩(wěn)

14、速度等所逼近的極限、氣動阻力隨列車速度的變化規(guī)律以及以保證列車動力學性能和安全性的軌道和接觸網不平順限制、氣動升力、橫向力和傾覆力矩的限制，從此來認識高速列車在正常運行條件下的理論速度極限。揭示這些關鍵力學行為和特征對高速列車運行安全性、平穩(wěn)性、舒適性及周圍環(huán)境的影響。研究獲得的成果不僅將填補世界在超高速速度段的高速列車的基本動力學行為和力學特征，極大地提高人們對高速列車的認知能力；同時將豐富高速列車流固耦合動力學、輪軌關系、弓網關系及列車空氣動力學的理論體系，完善現有高速列車的設計和計算方法，并為高速鐵路的相關技術規(guī)范和技術標準制定提供支持。具體學術思路見圖1。認識行為 振動 噪聲行為探索高

15、速列車安全運行的技術速度極限500km/h高速試驗列車大型試驗平臺200 300 400（已知） 500（安全、平穩(wěn)、友好？） （km/h）豐富動力學、輪軌和弓網理論體系改進和完善高速列車分析設計方法支撐高速列車安全規(guī)范和標準的制定作用關系 環(huán)境的 耦合的 變量的揭示規(guī)律 輪軌 弓網 流固確定極限 黏著 受流 失穩(wěn)圖1 本項目研究的學術思路(二) 技術路線1、基于兩個前提。一是深入研究國外在高速試驗和基礎研究領域所取得的系列成果，學習借鑒國外先進研究方法和手段，博采眾長，為我所用；二是進一步深化研究在京津城際高速鐵路、武廣和鄭西客運專線進行的科學試驗所取得的突破性研究成果，鞏固基礎，乘勢而上。

16、2、借助三個條件。一是依托時速500公里高速試驗列車和近300公里長的試驗線路；二是國內一流的實驗條件和裝備；三是國內一流的科研機構、高等院校和創(chuàng)新研究團隊。3、把握三個關鍵。按照科學研究的基本規(guī)律，一是充分認識并準確描述時速500公里的高速列車運動行為與特征；二是運用現代相關理論與方法，研究凝練內在規(guī)律；三是探索在近似極限速度下的高速列車運行安全性、平穩(wěn)性、舒適性和對環(huán)境的影響。4、形成閉環(huán)研究體系。堅持基礎理論研究和科學試驗研究相結合，將“試驗-建模-驗證-仿真-再試驗-模型修正-再驗證-再仿真”作為本項目的核心技術路線；將考慮復雜耦合作用的整車動力學行為與列車運行安全性、平穩(wěn)性、舒適性和

17、周圍環(huán)境的影響關系研究作為本項目的研究重點。本項目的具體技術路線見圖2。高速氣動效應弓網關系列車流固耦合關系結構振動特性 500km/h試驗列車 室內高速試驗臺架 動模型試驗裝置列車、受電弓剛柔混合非線性模型輪軌滾動接觸模型弓網滑動模型列車氣動理論模型氣動力接觸力輪軌力輪軌關系試驗裝置理論模型和數值仿真動力學特征耦合動力學行為對列車運行安全性、平穩(wěn)性、舒適性和技術速度極限的影響圖2 本項目研究的技術路線(三) 創(chuàng)新點與特色1. 特色在項目設置特色方面，本項目緊密結合高速鐵路發(fā)展的國家戰(zhàn)略需求，以引領高速列車基礎研究為目標，研究高速列車在時速500公里條件下力學行為特征以及這些力學行為特征對高速

18、列車運行安全性、平穩(wěn)性和舒適性的影響，針對其中的關鍵力學問題，開展基礎研究。項目針對性強，研究目的明確，而且基礎研究和應用十分緊密。在技術路線特色方面，本項目依托具有實際運營環(huán)境的500km/h高速試驗列車創(chuàng)新研究平臺，長期開展在時速500公里條件下的線路試驗，以獲得不同速度域的高速列車力學行為規(guī)律為依據，發(fā)展在時速500公里條件下的相關力學模型，采用基礎理論研究和科學試驗研究相結合，進行模型的驗證。從而走一條“試驗-建模-驗證-仿真-再試驗-模型修正-再驗證-再仿真”的閉環(huán)技術路線，通過試驗和仿真研究的相互支撐，系統(tǒng)研究高速列車關鍵力學問題的內在規(guī)律及其對列車運行安全性的影響機制。在研究內容

19、特色方面，本項目針對列車在時速500公里條件下運動行為的研究，認識現象、總結規(guī)律、探索極限。研究的具體內容緊扣影響高速列車運行性能、安全性和舒適性的關鍵力學問題，包括涉及支撐、導向和牽引制動的輪軌接觸力學問題；涉及受流的弓網耦合振動；涉及運行阻力、列車運動姿態(tài)及流固耦合等氣動效應；涉及振動、噪音和舒適性的結構振動等基礎力學問題。研究核心是認識時速500公里條件下列車特殊流場、線路激擾和系統(tǒng)流固耦合振動行為、揭示其產生機理和規(guī)律，最終建立符合時速500公里條件下列車運行特征的理論模型及對列車運行安全性的影響關系。2. 創(chuàng)新點(1)以實際運營環(huán)境下的500km/h高速試驗列車為平臺，結合數值仿真和

20、動模型實驗，開展時速500公里條件下的耦合動力學行為研究，獲得不同速度域內的高速列車的運動行為、特性和規(guī)律及對列車運行安全性、平穩(wěn)性和舒適性的影響機制。(2)考慮具有復雜形狀的車底與線路之間地面氣動效應的列車空氣動力學，獲得在時速500公里條件下列車氣動力特性隨速度的變化規(guī)律及氣動安全邊界。(3)首次在時速500公里條件下考慮車體、構架和輪對運動慣量和輪對陀螺效應對高速列車非線性穩(wěn)定性的影響機理和規(guī)律，提出保證運行安全性和穩(wěn)定性的車體-構架、構架-輪對約束條件。(4)建立時速500公里條件下輪軌滾動接觸行為理論模型和黏著計算方法，獲得輪軌黏著趨近極限，探索輪軌關系對列車運行安全的影響。(5)首

21、次開展高能束流對材料表面非均勻改性處理表面形貌對黏著系數穩(wěn)定性和輪軌噪聲的影響，探索提高列車運行安全性的控制方法。(6)建立時速500公里條件下，考慮高速滑動效應、弓網接觸區(qū)空間形貌、機電特征以及高速氣流作用的弓網理論分析模型及弓網安全利用極限。(7)建立時速500公里條件下的列車流固耦合振動特性，車體振動對列車運行安全可靠性的影響。(8)以列車流固耦合行為為特征，研究列車從頭車到尾車的振動傳遞，研究尾車在尾端開放條件的車輛運動行為。研究線路特別是高架線路振動波傳遞對列車振動的影響，揭示各種影響因素耦合作用的高速列車安全運行速度限值。(9)以耦合振動行為為衡量指標，探索大系統(tǒng)耦合條件下高速列車

22、的技術極限速度。(四) 取得重大突破的可行性分析1、取得如下重大突破：(1) 揭示時速500公里條件下，具有復雜形狀的車底與線路之間地面氣動效應的列車整車及關鍵部件氣流的流動規(guī)律。(2) 獲得時速500公里條件下的高速列車氣動力特性和作用規(guī)律及氣動效應安全閾值。(3) 時速500公里條件下的列車高頻剛柔耦合大系統(tǒng)非線性模型建立和數值方法及耦合力學行為對列車運行安全性和穩(wěn)定性的影響規(guī)律。(4) 時速500公里條件下的列車輪軌滾動接觸行為分析模型和數值分析方法及輪軌安全理論速度極限。(5) 時速500公里條件下的輪軌黏著關系曲線的建立，以及通過輪軌接觸表面形貌的激光改性，有效地控制或提高輪軌黏著效

23、果，提高列車運行安全速度極限。(6) 在時速500公里條件下，考慮了氣流擾動的滑動-跳動弓網接觸耦合振動模型及數值方法，探索弓網利用極限。(7) 在時速500公里條件下，探索車體等復雜系統(tǒng)在惡劣環(huán)境激擾下振動規(guī)律及對列車運行安全可靠性的影響。(8) 在時速500公里條件下，揭示車輛零部件慣性對列車臨界失穩(wěn)速度的影響規(guī)律。(9) 預測大系統(tǒng)耦合條件下高速列車的技術極限速度。2、可行性分析加快發(fā)展高速鐵路是國家重大戰(zhàn)略需求，在我國迅速地從高速鐵路技術大國向強國邁進的戰(zhàn)略機遇期，我們不僅要進一步豐富發(fā)展高速列車基礎研究體系，支撐高速列車技術的可持續(xù)研發(fā)，還必須在前瞻性、引領性的基礎研究領域具有權威性

24、的話語權，搶占世界高速列車技術的制高點。本項目就是基于上述需求與目標提出的，其研究實現的可行性主要依據以下四個方面：（1）2004年以來，我國高速列車技術發(fā)展取得重大進展，以京津城際高速鐵路、武廣客運專線和鄭西客運專線等近4000公里、運營時速達到350公里的高速鐵路順利開通運營為標志，中國鐵路已全面系統(tǒng)地掌握了當今世界最先進的高速鐵路技術，并在國內構建了系統(tǒng)完整的設計制造體系和產業(yè)鏈，關鍵技術與主要配套技術全面實現國產化。（2）在京津城際高速鐵路、武廣客運專線和鄭西客運專線開展了大量高速列車科學試驗，在350公里條件下重點研究了耦合條件下的高速列車系統(tǒng)動力學行為，以及地面效應、隧道效應、振動

25、與模態(tài)噪音關系等，獲取了大量的試驗數據，驗證了試驗方法，保證了350公里條件下高速列車運行的安全性、平穩(wěn)性和舒適性，取得了一些階段性研究成果。（3）在前期積累的基礎上，依托國家重大工程和產業(yè)拉動，高速列車基礎研究體系與平臺建設得到了迅速發(fā)展；特別是在國家科技重大支撐項目的支持下，通過科技部與鐵道部共同簽署的中國高速列車自主創(chuàng)新聯合行動計劃，高速列車基礎研究能力得到迅速提升，一方面，陸續(xù)建成了一批國家級的實驗室，如軌道交通國家實驗室（籌）、高速列車系統(tǒng)集成技術國家工程實驗室、牽引傳動國家重點實驗室等，并在此平臺上構建了代表當今世界先進水平的試驗系統(tǒng)，如時速600公里高速列車滾振試驗臺、1：1的鋁

26、合金車體模態(tài)和疲勞分析試驗臺、1：1高速轉向架動力參數響應分析試驗臺、模型比例1：10、試驗速度500公里的動模型實驗系統(tǒng)等。另一方面，在產學研用相結合的創(chuàng)新聯盟推動下，國內一流科研機構與團隊已深度參與高速列車自主創(chuàng)新；特別是在鐵道部與中國科學院共建的“先進軌道交通力學研究中心”平臺上，匯聚了包括空氣動力學、車輛工程、流固耦合力學、結構動力學、鐵路工程、滾動接觸力學、車輛動力學等多學科領域的專家團隊和產業(yè)資源。（4）鐵道部正在研發(fā)的時速500公里高速試驗列車將于2011年上半年下線，京滬線近300公里長的試驗段也將同步建成。鐵道部將提供這一世界一流的試驗平臺，為開展相關基礎研究服務。上述條件為

27、實現時速500公里條件下基礎力學問題的研究目標奠定了堅實的基礎。(五) 組織方式本項目將以“中國科學院先進軌道交通力學研究中心”為主體，并聯合國內相關高校與研究機構，形成創(chuàng)新研究的聯合體，完成項目規(guī)定的各項研究任務。2009年5月，在中國科學院力學所成立了“中國科學院先進軌道交通力學研究中心”，該中心由中國科學院與鐵道部聯合共建，重點開展軌道交通力學的戰(zhàn)略規(guī)劃、基礎理論、引領性技術研究，為我國引領世界軌道交通技術發(fā)展提供戰(zhàn)略性、基礎性與前瞻性支撐。在“中國科學院先進軌道交通力學研究中心”平臺上，匯聚了國內一流的科研資源和產業(yè)資源，其中包括：中國科學院力學所、中國鐵道科學研究院、高速列車系統(tǒng)集成

28、技術國家工程實驗室、軌道交通國家實驗室（籌）、西南交通大學、北京交通大學，以及南車青島四方機車車輛股份有限公司、長春軌道客車股份有限公司、唐山軌道客車有限責任公司等高速列車核心骨干企業(yè)。同時，鐵道部對“中國科學院先進軌道交通力學研究中心”給予了全力支持，將為開展相關研究工作提供高速列車、高速線路及行業(yè)部門協(xié)調等必要的研究環(huán)境與條件。對于本項目的管理模式，將按照科技部與鐵道部共同簽署的中國高速列車自主創(chuàng)新聯合行動計劃的總體要求和973項目管理的有關規(guī)定，建立統(tǒng)一管理、高效協(xié)作的運作機制，實行項目首席科學家負責制和課題責任專家逐級負責制，嚴格按照研究目標和計劃節(jié)點倒逼進度，確保項目研究工作順利進行

29、。本項目是國家的重大戰(zhàn)略需求，其先進性、引領性研究成果是占據未來高速列車市場競爭絕對優(yōu)勢的基礎，因此該項目的成果與知識產權將統(tǒng)一組織安排。四、年度計劃年度研究內容預期目標第一年6. 分析由氣流-車-輪-軌-弓網-線-環(huán)境等多狀態(tài)參數耦合作用情況下高速列車關鍵力學問題研究的理論、實驗與技術策略。7. 基于可壓縮流動模型，針對非定常流動，開發(fā)高速列車空氣動力學數值仿真方法，包含：非定常雷諾平均模擬（urans）、脫體渦模擬（les）及大渦模擬（les）等方法。根據時速500公里試驗列車和試驗線路條件，確定試驗方案。8. 初步完成時速500公里條件下的含輪軌剛柔模型的車輛軌道耦合大系統(tǒng)動力學數值模型

30、、輪軌滾動接觸行為理論模型、輪軌黏著理論模型、黏著控制理論模型建模。完成時速500公里條件下的輪軌黏著試驗裝置、高能束流非均勻改性配套裝置的方案設計、加工和調試。9. 揭示非等波速鏈型結構懸索波動傳播、波動分散和波動匯合的振動規(guī)律；提出考慮接觸網和受電弓空間運動、系統(tǒng)的彈性作用和高速氣流擾動的弓網耦合模型的建模和仿真方法；分析弓網電弧發(fā)展的規(guī)律以及每一階段的宏觀與微觀特性，建立描述弓網電弧的動態(tài)方程和弓網電弧時空分布模型，揭示弓網電弧產生、發(fā)展及熄滅規(guī)律；10. 研究時速500公里條件下，利用系統(tǒng)動力學分析給出的邊界條件與線路試驗測量的振動數據進行列車部件振動分析方法，揭示氣動力非均勻分布對部

31、件振動特征的影響機理，建立氣動力與車輛振動耦合作用下列車關鍵部件振動分析模型與方法。11. 在時速500公里條件下，建立列車、線路（軌道或橋梁）、弓網耦合系統(tǒng)的流固耦合動力學模型，研究其準確建模方法；研究高速列車動力載荷的等效簡化模型與方法。1. 形成國內高速列車速度提升主要制約因素研究分析報告，高速列車既有成果的總結分析報告；形成以了解輪軌、弓網、流固三個耦合激勵源為主線，表征這三方面耦合振動特性為目標的實驗任務，并通過實驗來驗證圍繞這三個因素建立的高速列車極速極限速度理論模型。2. 完成依托京滬先導段科學試驗研究的試驗方案；形成求解高速列車技術極限速度前期研究的理論分析研究報告。3. 建立

32、能夠精確模擬高速列車底部流動的數值方法。分析單車和兩車交會壓力波形成機理，提煉壓力波影響要素。掌握高速列車多尺度幾何特性對氣動阻力的影響機理。4. 建立時速500公里條件下的含輪軌剛柔模型的車輛軌道耦合大系統(tǒng)動力學數值模型、輪軌滾動接觸行為理論模型、輪軌黏著理論模型、黏著控制理論模型建模。5. 建立列車、線路（軌道或橋梁）、弓網耦合系統(tǒng)的流固耦合動力學模型，研究其準確建模方法；研究高速列車動力載荷的等效簡化模型與方法。6. 建立描述弓網電弧的動態(tài)方程和弓網電弧時空分布模型，揭示弓網電弧產生、發(fā)展及熄滅規(guī)律。7. 發(fā)表學術論文10篇；培養(yǎng)碩士研究生10名。第二年5. 開展時速500公里實車線路試

33、驗，通過列車速度系列變化，測得列車阻力、升力和橫向擾動力與速度的關系曲線，分析在時速500公里條件下高速列車的氣動阻力特性， 探索耦合條件下氣動技術極限速度。6. 完善與輪軌接觸相關的理論模型并發(fā)展相應的數值程序，進行部分工況的輪軌接觸行為仿真；完成試驗構件設計加工，調試試驗裝置，進行部分工況黏著特性試驗，探索耦合條件下輪軌技術極限速度。7. 完善并建立接觸網的波動理論，提出準確的接觸網波速表達形式；揭示弓網高速滑動和跳動接觸行為，以及快速變化的接觸網電壓與負荷等因素對電弧的影響規(guī)律，探索耦合條件下弓網技術極限速度。8. 研究列車、線路和弓網各子系統(tǒng)間的耦合關系及其表征方法；研究高速輪軌系統(tǒng)各

34、種不平順激擾的描述方法；研究車體結構整體模態(tài)和局部模態(tài)特征及其頻率范圍；研究列車高速運行時的氣動激擾對列車（含受電弓）作用關系。1. 通過實驗確定不同速度條件下列車運行阻力與速度的關系，揭示氣動升力和側向力大小、方向隨速度增加的變化規(guī)律。通過實驗得到氣動載荷、輪軌振動與輪軌作用力、弓網振動在100-500公里范圍內的特征。2. 建立數值模擬復雜地面效應下高速列車底部流動的精確數值算法。確定高速列車隧道壓力波的主要影響因素，歸納出阻塞比、舒適性三者之間的關系。建立復雜氣流激擾下氣動載荷與車體振動及局部振動特性的關系。3. 完成時速500公里條件下， 考慮滾動/滑動、接觸/分離特征的輪軌三維彈性滾

35、動接觸模型。初步確定接觸疲勞對輪軌材料表層組織結構的影響規(guī)律。完成高能束流非均勻改性裝置改造，使其能夠加工處理時速500公里列車輪對。4. 構建輪對、構架振動規(guī)律和頻譜特征。初步提出列車、線路等各子系統(tǒng)間的耦合關系及其表征方法，高速輪軌系統(tǒng)各種不平順激擾的描述方法。5. 掌握計及車體振動時弓網耦合系統(tǒng)的隨機振動特性;確定弓網系統(tǒng)的高速氣流特征;探明快速變化的接觸網電壓與負荷等因素對電弧的影響; 形成受電弓風洞試驗報告。6. 提出求解高速列車技術極限速度的試驗手段和理論方法；完成京滬先導段科學試驗關鍵參數與指標極值分布及規(guī)律研究分析報告；細化為驗證高速列車技術極限速度理論模型需從黏著、輪軌、氣動

36、、弓網關系等方面需要進一步進行的試驗研究。7. 發(fā)表學術論文20篇；培養(yǎng)碩士研究生10名，博士生5名。第三年6. 時速500公里條件下的列車整車氣動行為機理研究。通過時速500公里高速試驗列車線路試驗，結合動模型試驗和數值模擬結果，分析復雜地面效應下高速列車表面分離渦流結構、大長細比列車表面邊界層發(fā)展不穩(wěn)定性等關鍵空氣動力學特征。7. 完善數值仿真程序，全面開展時速500公里條件下的運行狀態(tài)輪軌滾、滑、跳接觸行為和黏著特性的數值仿真。借助于車輛軌道耦合動力學模型，完成不同速度等級運營條件下輪軌不平順度安全閾值。完成輪軌黏著理論模型試驗驗證和輪軌表面高能束流非均勻改性試驗研究及黏著控制試驗。8.

37、 分析不同波速利用率下的弓網振動特性，提出接觸網波速的最佳利用率和利用極限；辨識強氣流擾動條件下弓網耦合振動和運動軌跡的演變規(guī)律；揭示高速運行條件下強氣流對弓網電弧的影響規(guī)律。9. 研究內部結構與車體結構諧振、共振及多耦合振動特性，給出避免乘坐舒適度惡化與避免整車出現亞諧波共振、超諧波共振、組合共振、內共振等非線性現象的模態(tài)控制策略與方法。10. 研究列車高速運行的輪對陀螺效應，車輪、轉向架和車體慣量對運動穩(wěn)定性的影響；掌握高速列車蛇行運動失穩(wěn)特性（包括失穩(wěn)頻率和振動幅值）對運行平穩(wěn)性和安全性的影響規(guī)律；分析高速鐵路地面和高架線路的軌道穩(wěn)定性特性。研究整車動力學響應分析方法。1. 剖析實驗數據

38、，解耦氣動載荷、輪軌振動與輪軌作用力、弓網振動在不同速度段對整車振動的影響。2. 掌握高速列車與地面復雜形貌下的氣流的流動現象以及渦流狀態(tài)，揭示單車通過隧道和隧道內交會等情形下，不同時刻隧道內氣動參數的分布與變化規(guī)律及壓縮波與膨脹波的傳播。3. 建立強側風隧道交匯等強氣流激擾下氣動載荷與車體振動及局部振動特性的關系；掌握高速列車蛇行運動失穩(wěn)特性（包括失穩(wěn)頻率和振動幅值）對運行平穩(wěn)性和安全性的影響規(guī)律；4. 發(fā)現超高速運行條件下輪軌接觸點軌跡/斑和輪軌蠕滑率/力的變化規(guī)律。輪軌表面粗糙度和輪軌材料的表面性能對輪軌黏著特性的影響規(guī)律曲線。單節(jié)車多輪對黏著同步控制策略和制動極限值。通過輪軌表面高能束

39、流非均勻改性1:1臺架試驗研究，為線路實驗提供依據。5. 完成基于輪軌振動與載荷演化得到的高速列車運行穩(wěn)定性及運行平穩(wěn)性研究報告。完善利用輪軌激勵邊界條件與實車測量振動數據高速列車進行運行模態(tài)分析的方法；給出運行速度對列車動力響應的影響規(guī)律。6. 通過實驗中的弓網振動特性，揭示接觸網波速的最佳利用率和利用極限；確定接觸網不平順、車體振動對弓網隨機振動特性的影響規(guī)律；給出合理的弓網流固耦合方式和加載方法；辨識非線性吊弦對弓網耦合振動特性的影響比重；建立強氣流場下電弧動態(tài)模型，揭示弓網電弧在不同氣流場下的形貌特征及等離子狀態(tài)；形成受電弓氣動特性試驗研究報告；形成接觸網振動及波動傳播試驗研究報告。7

40、. 建立單一因素（氣動、輪軌、弓網）決定的高速列車極限速度模型。構建各因素耦合條件下，滿足系統(tǒng)整體性能的高速列車技術極限速度研究模型。8. 發(fā)表學術論文30篇；培養(yǎng)碩士研究生20名，博士生10名。第四年5. 通過時速500公里試驗列車線路試驗和數值模擬，分析時速500公里條件下的列車非定常流動及其導致的列車表面壓力周期性變化，研究列車各車廂氣動升力和橫向力大小、方向隨速度增加的變化規(guī)律。6. 完善理論分析，得到500km/h條件下輪軌黏著理論和試驗曲線；全面開展時速500公里條件下的輪軌黏著試驗、輪軌接觸表面形貌高能束流非均勻改性試驗及黏著控制試驗的實驗結果分析。7. 確定多弓受流狀態(tài)下的接觸

41、網波動特征，揭示復雜波動源下接觸網振動波的傳播規(guī)律和干涉機制；揭示接觸網不平順、弓網設計參數和弓網接觸副廓型對弓網耦合振動及接觸壓力的影響規(guī)律；揭示弓網動態(tài)接觸壓力、接觸副廓型、弓網接觸斑形貌等對接觸電阻的影響規(guī)律；8. 將各種激擾在動力學模型中綜合考慮，發(fā)展流固耦合動力學分析模型，研究時速500公里條件下的高速列車整車動力學響應特征。研究車體結構在復雜氣動激擾力作用下局部結構顫振、屈曲特性。1. 建立氣動載荷、輪軌振動與輪軌作用力、弓網振動對整車平穩(wěn)性及舒適性的影響的理論模型。2. 揭示列車各車廂氣動升力和橫向力大小、方向隨速度增加的變化規(guī)律。確定單列車通過隧道和隧道內兩列車交會等情形下，不

42、同列車和隧道參數對流場結構與氣動參數的分布和變化規(guī)律的影響。3. 獲取輪軌氣動等多種激擾下車體結構振動及局部振動規(guī)律，闡明各激擾對振動的影響范圍；揭示時速500公里條件下的高速列車整車動力學演化規(guī)律。 4. 確定出時速500km條件下輪軌粗糙度安全容限，輪軌模態(tài)和噪聲輻射規(guī)律；超高速運行條件下，輪軌黏著特性曲線；三維條件下輪軌黏著特性曲線理論和試驗結果對比；多節(jié)車黏著控制和安全制動極限初步策略；探索輪式列車的速度極限。5. 揭示復雜波動源下接觸網振動波的傳播規(guī)律和干涉機制；確定軌道-車體-弓網系統(tǒng)間振動傳遞規(guī)律；揭示弓網設計參數、接觸副廓型對弓網接觸特性的影響規(guī)律；找出弓網接觸壓力、接觸副廓型

43、、弓網接觸斑形貌與接觸電阻的關系；形成弓網受流性能線路試驗研究報告6. 提出在耦合條件下基于輪軌、弓網、流固三大耦合關系的高速列車技術極限速度的分析報告及理論模型。7. 發(fā)表學術論文50篇；培養(yǎng)碩士研究生30名，博士研究生15名；申請專利1-2項。第五年7. 綜合分析線路實驗、動模型實驗和數值仿真等研究結果，分析時速500公里條件下的列車氣動效應特征，建立列車隨速度變化的氣動效應綜合分析體系；建立氣動效應對高速列車運行安全性、平穩(wěn)性、舒適性及環(huán)境友好性的影響關系。8. 完成高速輪軌接觸行為和高速輪軌黏著的數值仿真。深入進行高速輪軌黏著試驗研究，得到考慮更多因素黏著規(guī)律曲線、動態(tài)安全/脫軌準則。

44、優(yōu)化高能束流非均勻改性輪軌表面接觸形貌試驗研究和黏著控制方法。9. 分析受電弓雙向運行的氣流差異、明線和隧道的氣流差異，以及不同氣流特征對弓網耦合振動和受流質量的影響規(guī)律；掌握弓網帶弧受流的工作機理，研究電弧與接觸電阻之間的互相影響，進而揭示高速條件下弓網受流質量的影響因素及規(guī)律。10. 在時速500公里條件下，研究車體在各種激擾下的振動規(guī)律，揭示局部結構顫振、屈曲發(fā)生條件和機理，探討可能造成的結構破壞程度，給出車體結構和局部結構在顫振、共振及屈曲條件下的極限承載能力，建立車體振動與車體結構自身安全性和乘坐舒適性的關系。11. 建立包括多種因素的列車平穩(wěn)性統(tǒng)一分析方法。應用整車臺架試驗、風洞模

45、擬試驗和高速列車線路動力學試驗，進行理論模型的試驗驗證。預測高速條件下整車流固耦合動力學響應、輪軌作用力及脫軌可能性。探索多因素耦合作用對高速列車脫軌安全性的影響規(guī)律。12. 探索大系統(tǒng)耦合條件下高速列車的技術極限速度1. 建立高速列車從時速100公里到500公里這一范圍內氣動載荷、輪軌振動與輪軌作用力、以及弓網振動特性的數據庫，建立圍繞時速500公里列車所得到的綜合實驗報告、論文數據庫。完善在氣動載荷、輪軌振動與輪軌作用力、弓網振動耦合作用下的技術極限速度模型。2. 建立氣動效應對高速列車運行安全性、平穩(wěn)性、舒適性及環(huán)境友好性的影響評估關系。數值研究探尋高速列車氣動阻力隨速度的突變點，研究和

46、辨識高速列車的氣動阻力分布，為高速列車減阻設計提供依據。揭示列車速度、阻塞比、列車長度、隧道長度、線間距、車內外壓差、氣動里等參數之間的影響關系及主次關系。3. 揭示局部結構顫振、屈曲發(fā)生條件和機理；給出車體結構和局部結構在顫振、共振及屈曲條件下的極限承載能力；建立車體振動與車體結構自身安全性和乘坐舒適性的關系；揭示氣動激擾下的高速列車臨界速度。4. 揭示輪軌材料表面特性對輪軌高速滾動接觸行為影響，建立高速輪軌黏著理論；完成高速輪軌黏著試驗，輪軌界面激光毛化增黏研究，輪軌黏著最佳控制研究并形成相應報告；5. 形成考慮多種因素的列車運行安全性、平穩(wěn)性、舒適性的分析方法；揭示車體在各種激擾下的振動

47、規(guī)律，部結構疲勞發(fā)生條件和機理；完善相關列車動力響應與穩(wěn)定性分析模型與方法。6. 識別不同氣流特征對弓網接觸特性及受流質量的影響規(guī)律；掌握弓網帶弧受流的工作機理，進而揭示高速條件下弓網受流質量的影響因素及規(guī)律；完成高速滑動、跳動下電弧本體及周邊環(huán)境溫度場計算；揭示各種影響因素對弓網受流質量的影響規(guī)律。7. 形成高速列車技術極限速度的分析方法和安全邊界設定原則，形成技術規(guī)范；完成耦合條件下高速列車技術極限手段的研究成果報告。8. 發(fā)表學術論文70篇；培養(yǎng)碩士研究生10名，博士研究生10名；申請專利3-5項。一、研究內容(一) 擬解決的關鍵科學問題在最高時速500公里條件下開展運營環(huán)境下的基礎理論

48、研究是當今世界高速鐵路界尚未深入探索的領域，一些傳統(tǒng)認識的力學現象與行為，在此條件下會有怎樣的變化和特性，它的近似極限狀態(tài)又是如何？這些力學現象和行為對列車運行的安全性、平穩(wěn)性與舒適性影響又是如何？是各高速列車技術發(fā)達國家普遍關注的重大基礎命題，也是這一領域研究的制高點。本項目將在高速列車再創(chuàng)新取得系列成果基礎上，依托時速500公里高速試驗列車這一世界一流的試驗平臺，組織國內高水平的研究單位和優(yōu)勢企業(yè)，開展時速500公里條件下的高速列車關鍵力學問題研究，揭示其影響因素和規(guī)律，探索高速列車系統(tǒng)運行的臨界點和極限值，從更高的視野來認識和延拓高速列車基礎力學問題在不同速度域的一般規(guī)律及其對高速列車運

49、行安全性、平穩(wěn)性和舒適性的影響；提升我國高速列車的基礎理論水平，搶占制高點，成為高速列車技術的領跑者，同時為我國更高運營速度高速列車的研制提供理論基礎儲備。為此，本項目擬圍繞以下四個基礎科學問題開展研究：1、 時速500公里條件下高速列車流固耦合關系列車在貼近地面的高湍流度環(huán)境中運行，受到地面效應的明顯影響。尤其是列車高速運行時，車體底部與軌道間流場結構隨速度增加產生非定常演變，導致地面效應極為復雜，而復雜地面效應誘導的強氣動激擾對車體結構、弓網、整車動力學等均會產生很大影響，進而危害列車運行安全性和乘坐舒適性。高速列車本身外型特征是長細比很大，且運行環(huán)境復雜，尤其在雨雪沙以及強側風等惡劣氣候

50、環(huán)境下，使得高速列車表面湍流邊界層的發(fā)展極不穩(wěn)定，導致高速列車氣動力特性和列車擺動現象發(fā)生明顯變化，進而影響列車運行安全性。隨著運行速度的提高，高速列車氣動噪聲急劇增大，成為高速列車主要噪聲源，影響鐵路周圍環(huán)境和車內乘客乘坐舒適性。因此，采用數值仿真、動模型試驗、實車線路試驗等方法，研究時速500公里時復雜氣動效應下的高速列車流場、氣動力及尾車擺動等隨列車速度變化的特性和規(guī)律，以及高速列車氣動效應與運行安全性的關系等亟待解決的關鍵基礎科學問題，研究成果可為高速列車運行安全性、乘坐舒適性和節(jié)能環(huán)保性提供堅實的理論保障。隨著列車運行速度的提高，氣流擾動增強，聲振耦合關系更加復雜，不僅對高速列車的非

51、線性運動穩(wěn)定性帶來更加復雜的影響，同時還有對高速列車運行姿態(tài)和乘坐舒適性的影響。研究時速500公里條件下，不同氣流激擾形式作用的車輛結構振動規(guī)律，探明結構模態(tài)與振動、動應力及噪聲之間的映射關系，是車體振動研究新的復雜命題。探索各種復雜因素對高速列車運行安全性的影響規(guī)律，準確預測高速列車運動姿態(tài)，為提高列車安全性和乘坐舒適性提供理論依據。2、 時速500公里條件下高速列車輪軌關系列車在高速運行時，輪軌的低黏著和強激擾振動是輪軌滾動的基本特征。車輪滾動伴以頻繁的滑動和跳動現象是對傳統(tǒng)輪軌滾動接觸的理論挑戰(zhàn)。過去假設輪對運動時輪軌永遠處于接觸狀態(tài)的擬靜態(tài)輪對脫軌安全準則不再適用，需要研究輪對超高速運

52、行條件下，各種潛在不規(guī)則因素激發(fā)輪軌頻繁分離/接觸行為和動態(tài)脫軌安全判據；研究輪軌頻繁分離/接觸導致列車整體黏著效果下降而引起的列車牽引力和制動力下降，輪軌擦傷以及安全問題；研究掌握輪軌接觸斑表面形貌對輪軌滾滑接觸的影響規(guī)律，探明第三介質對輪軌黏著與接觸振動的影響，確定時速500公里條件下的輪軌間的黏著特性和黏著極限；高速列車高速運行，線路不平順激擾加劇，氣流擾動增強，聲振耦合關系復雜，研究輪對周長、無砟軌道板長、鋼軌定長、橋跨長度等的周期激擾對列車振動的影響，研究更高速度條件下高速列車輪軌噪聲的產生和傳播特性，是基于輪軌動力學分析列車運行安全性、平穩(wěn)性和舒適性的基礎。3、 時速500公里條件

53、下高速列車弓網關系隨著最高運行時速的不斷提升，受電弓運行速度逼近接觸網的波動速度，接觸網波動使得弓網耦合振動發(fā)生突變，弓網滑動向滑跳運動轉化，弓網電噪聲明顯增大，以至于傳統(tǒng)的弓網理論無法表征其新的運動行為。研究不同類型接觸網的波動特征和弓網耦合振動行為，探究弓網在高速滑動和跳動接觸行為下弓網電接觸特性和燃弧規(guī)律，是解決高速受流問題的基礎，也是亟待研究的科學問題。4、 探索大系統(tǒng)耦合條件下高速列車技術極限速度高速列車技術極限速度是衡量高速列車發(fā)展水平的重要標志。耦合條件下氣動技術極限速度、耦合條件下輪軌技術極限速度以及耦合條件下弓網技術極限速度任何一個都不代表整車實際極限速度。為此，需要在以上三

54、個因素決定的技術極限速度基礎上，通過進一步的理論和實驗，考慮三方面的優(yōu)化匹配，探索大系統(tǒng)耦合條件下高速列車技術極限速度。(二) 主要研究內容圍繞本項目的研究目標，依托運營環(huán)境下的500km/h高速試驗列車試驗平臺，在凝煉影響高速列車運行安全性、平穩(wěn)性和舒適性的關鍵基礎科學問題的基礎上，開展如下研究：1. 時速500公里條件下高速列車氣動效應研究（1）復雜地面效應下高速列車底部流場特性及演變機理研究復雜地面效應下高速列車的底部流場十分復雜。首先，其底部存在轉向架等外形復雜的部件，導致氣流發(fā)生復雜的分離流動，甚至產生非定常效應；其次，車輪前行時的旋轉運動對流經列車底部的空氣產生強誘導作用，加劇了底

55、部流場里的旋渦流動；再者，在地面復雜形貌的影響下，高速列車底部與地面的氣動相互作用，對底部氣流產生強烈的氣動激擾。三種效應疊加在一起，使得空氣流經列車底部時產生復雜的旋渦流動，且隨列車速度的提高流場變化更為劇烈。本課題試驗研究通過時速500公里高速試驗列車實車線路試驗，測取底板、轉向架區(qū)域、裙板、部分線路等處的壓力分布。數值研究建立能夠精確模擬高速列車底部流動的數值方法，對復雜地面效應下高速列車底部流動開展非定常數值模擬，捕捉底部旋渦的產生與演變特性，研究不同車速下列車底部旋轉與非旋轉部件對底部流動的干擾機理。綜合分析試驗結果和數值計算結果，掌握高速列車與地面復雜形貌下的氣流的流動現象以及渦流

56、狀態(tài)，探明地面效應作用下的特殊渦流的形成機制，揭示車體底部與軌道間流場結構隨速度增加產生的非定常演變規(guī)律，探討其對列車氣動力特性的非定常影響。（2）高速列車氣動力分布特性研究時速500公里高速列車的氣動力特性研究對高速列車節(jié)能減阻設計、進一步提高列車運行速度有重要意義，也具有一定挑戰(zhàn)。一方面，高速列車的氣動外形比較復雜，其本身具有長、寬、高尺度的銳變特征，又存在轉向架、弓網等外形復雜的部件。另一方面，高速列車行駛在地面高湍流度的大氣環(huán)境內，受到各種干擾，如地面軌道和建筑物的干擾、列車不同部件間的相互干擾等。這些特點使得高速列車的氣動力變化的有其特殊的規(guī)律和機理。本課題數值模擬方面，建立多尺度復

57、雜幾何外形的高質量網格生成方法和精確數值模擬方法，研究高速列車的多尺度特性對壓差阻力和摩擦阻力的影響機理。對不同車速下高速列車的氣動阻力開展參數研究，確定列車氣動阻力與速度的關系。試驗研究方面，在動模型試驗平臺研究時速500公里條件下列車氣動力的試驗方法，測得不同速度條件下高速列車模型的氣動力力。通過線路實車試驗測得不同速度條件下時速500公里高速試驗列車的總阻力。總結試驗和數值模擬結果，確定時速500公里條件下的列車運行阻力與速度的關系，研究高速列車全速度域的氣動阻力特性，探索氣動升力和側向力大小、方向隨速度增加的變化規(guī)律，為在時速500公里條件下減小列車氣動阻力、控制氣動升力、側向力和氣動

58、載荷，進而保證高速列車安全運行提供理論支撐。（3）高速列車尾部復雜流場特性和產生機理研究高速列車是運行在地面軌道上的、外形細長的運動物體，氣流沿列車表面的發(fā)展受到列車表面凸起物（如受電弓）、表面不平順（如車間間隙、轉向架區(qū)域等）、線路旁設備（如車站、建筑物等）、地面條件等的影響，到列車尾部流場和旋渦發(fā)展的非常復雜，流場非線性發(fā)展和旋渦脫落產生非定常氣動升力、側向力和氣動干擾力等，造成列車尾擺等現象，嚴重時影響列車運行穩(wěn)定和安全。本課題在高速列車數值仿真、時速500公里高速試驗列車線路試驗、動模型試驗研究的基礎上，研究高速列車外型大長細比特征下的高速氣流在高速列車表面湍流邊界層的發(fā)展機理，探討高速列車表面湍