随着列车速度的提升,气动噪声问题愈发突出,而受电弓引发的气动噪声占有较高比例,因此提出一种射流主动降噪方法。通过建立3节车编组的整车模型,采取定常SSTk-w湍流模型和宽频带噪声模型进行仿真,分析高速列车受电弓气动噪声声源及流场特性;基于LES和FW-H声学比拟理论分析研究气动噪声特性。数值计算结果表明,顺向射流降噪效果显著,逆向射流降噪效果不明显。在列车速度350km/h下,施加顺向射流的标准监测点平均总声压级降幅达6.04d B,数值算例结果验证了本文提出的射流主动降噪的有效性。

为改善高速弓网系统的受流质量,研究不同滑板间距的受电弓滑板非定常气动特性。基于计算流体动力学理论,建立受电弓空气动力学模型;通过有限体积法求解三维瞬态不可压缩Navier-Stokes方程和湍流模型;采用分离涡模拟方法分析不同滑板间距的受电弓滑板非定常气动力的时域特性。研究结果表明:受电弓前滑板和上框架尾流区流场对后滑板流场和气动力产生影响;随着滑板间距增大,前滑板尾流对后滑板流场结构的影响逐渐减小,后滑板周围流场结构与前滑板周围流场逐渐相似,流场紊乱程度减小;后滑板升力呈现由负升力向正升力过渡的变化趋势,且波动范围较大。

以某高速列车受电弓为研究对象,探讨其在350km/h速度下的气动噪声特性。采用延迟脱体涡模拟(DDES)和声学有限元(FEM)相结合的方法,分析带导流罩受电弓在升起和下降状态下,近场和远场气动噪声空间分布规律和频谱特性,研究流场计算时不同建模方式对诱发噪声幅值和指向性的影响以及壁板的反射和散射作用对噪声频谱特性的影响。结果表明:1)在本文选取的受电弓外形和开口方向下,降弓和导流罩诱发噪声略大于升弓和导流罩诱发噪声;2)导流罩在低于300Hz的低频区诱发噪声比例较大,而受电弓在300Hz后诱发噪声影响较大;导流罩诱发噪声在升弓情形时所占比例相对较大;3)在指向性上,导流罩诱发噪声在受电弓前部贡献较大,受电弓诱发噪声在后部区域贡献较大;在列车正上方区域,弓体诱发噪声大于导流罩诱发噪声,是主要的气动噪声源。

受电弓是高速列车上主要的气动噪声源,而受电弓气动噪声又是宽频噪声,其气动噪声的声压级和频率可能达到多大的水平目前还没有定论。利用斯特劳哈尔数和圆柱绕流数值计算,依据受电弓杆件最小直径估算了其峰值计算频率。基于Lighthill声类比理论的混合方法,计算分析了某高速列车受电弓的表面偶极子声源大小及分布,并以此为基础,计算了受电弓的远场气动噪声。计算结果表明:支撑滑板、转轴是受电弓的主要气动噪声源;随列车运行速度的提高,受电弓远场气动噪声增大,最大声压级所对应的频率值增大;受电弓宽频噪声的高声压级频段持续到接近3000Hz,与车体的气动噪声相比,其高声压级持续的频段更宽。

针对高速列车气动噪声的影响越来越明显的问题,基于Lighthill声学理论,应用宽频带噪声源模型、LES大涡模拟和FW-H声学模型对某型高速列车气动噪声进行数值模拟,分析某型高速列车的主要气动噪声声源及远场气动噪声特性,并以受电弓为主要气动噪声源进行降噪研究,主要考虑对受电弓上声功率最大的碳滑板进行低噪声外形优化。基于以上分析,得到优化后的受电弓与原有受电弓相比具有明显的降噪效果,最大声压级减小4dB左右,且其具有更好的空气动力学特性,阻力也减小不少,达到低噪声外形优化的目标。研究表明了通过优化受电弓外形来降噪的方法具有可行性,如果对列车其它部件也进行优化,那么整体的噪声能大大降低。

随着列车速度的大幅提升,气动噪声问题愈发凸显;受电弓噪声在整车噪声中占较高位置,为研究高速列车受电弓气动噪声特性,通过Lighthill声学理论的宽频噪声模型对高速列车气动噪声源进行识别,利用定常SST k-w湍流方法分析高速列车受电弓的流场特性;基于大涡模拟与FW-H声学比拟理论计算高速列车受电弓远场气动噪声;数值算例结果表明,受电弓部位的碳滑板、弓头为受电弓主要噪声源;以轨道中心线为对称线,远场气动噪声监测点的声压级及频谱特性表现出较高的对称性;在同一列车运行速度下,监测点声压级随离轨道中心线距离增大而减小,列车以不同速度运行时,其声压级降低的幅值相差较小;高速列车远场气动噪声为宽频噪声,主要能量集中在500～5 000Hz;提出一种射流降噪方法,在350km/h速度下,监测点总声压级值降低了15.2dB。

基于超高速运行条件,通过建立单臂受电弓模型,在横风条件下采用分离涡模拟方法研究受电弓在不同工况下的非定常气动特性,分析其三维绕流场的涡量、流线、压力以及受电弓气动力、力矩系数的时程变化规律及频域特性,探讨了该型受电弓在高速与超高速运行时绕流特性的差异。结果表明:由于超高速运行导致受电弓气动荷载平均值和振幅增大、振荡周期减小以及对应频谱变宽,由非定常升力和横风的作用引起的俯仰力矩和侧偏力矩的作用显著,导致受电弓在垂直方向的振动加剧,故结构相对紧凑的单臂受电弓有利于减小纵向振动;但其底架高度较高,在相同的升弓角度下上臂与下臂的空间夹角减小,导致上臂与下臂连接处出现范围较大的低速尾流,小尺度分离涡的结构及分布复杂,研究结果对横风作用下受电弓气动特性研究及应用具有重要意义和价值。

以国内受电弓制造商研制的新型高速受电弓为研究对象,通过风洞试验对新型高速受电弓的空气动力学性能从气动抬升力和气动总阻力两个方面进行研究,同时结合两种试验数据对该新型高速受电弓的气动抬升力性能进行分析,通过数据拟合得出气动抬升力与风速的关系式,最后通过线路运行试验进行了验证。

为研究高速列车受电弓安放位置和受电弓导流罩嵌入车体高低对气动噪声的影响,基于计算声学理论,建立高速列车气动噪声模型。高速列车模型采用四节编组,包括头车、两节中间车和尾车。受电弓分别安放于02车一位端、02车二位端和03车一位端,并考虑受电弓的开/闭口方式。研究结果表明:沿列车长度方向,受电弓分别安放在02车一位端、02车二位端、03车一位端的受电弓导流罩区域的气动噪声最大声压级呈减少趋势,且这种减小趋势与受电弓开闭口方式无关;受电弓导流罩安放在同一位置时,受电弓以闭口方式运行的受电弓导流罩区域声压级均小于开口方式,最大声压级相差1.1 dBA;采用dlz3模型(受电弓导流罩与车顶表面平齐)的气动噪声性能最优,最大声压级减小2.3 dBA。

本研究通过延迟分离涡模拟(DDES)方法研究了不同的受电弓参数和列车长度对高速列车气动阻力的影响,其中列车的几何形状选择带有受电弓的高速列车和具有3、5、8、10、12、16和17辆车不同编组数的高速列车,数值计算结果通过风洞试验得到验证,其数值计算结果与风洞试验结果相差3.6%。分析了编组数以及受电弓的位置、数量和结构对高速列车周围流场和尾涡流的影响,中间车的空气阻力沿空气流动方向逐渐减小,而受电弓的空气阻力随其向后移动而减小,其中第一个受电弓的空气阻力减小得十分明显,随着受电弓数量的增加,其对后面车辆的空气阻力减小的影响更加明显。本文还提出了带有受电弓的高速列车气动阻力的工程应用公式。对于10车和17车编组的列车,应用公式和仿真结果之间的总空气阻力差异分别为1.2%和0.4%。本研究中提出的工程应用公式可以很...