采用基于SST κ-ω湍流模型的延迟分离涡方法,对横风下升弓和降弓状态下高速列车受电弓运行进行了模拟,并对受电弓及各部分构件附近的非定常流场结构、气动力特性进行了研究。数值计算所得气动力系数与风洞试验结果进行比较,二者吻合较好,最大相差在10%以下。分析结果表明降弓状态下弓头、上框架、下臂杆所引起的旋涡和基座所引起的旋涡融合在一起,使受电弓的非定常气动特性更加明显;降弓状态下基座附近的涡量强度比升弓状态更大,降弓状态下上框架和下臂杆位于弓头和基座所形成的空腔内,受到的压力减小,气动力系数也大幅度减小。

基于三维定常不可压缩N-S方程和k-ε两方程湍流模型,采用有限体积法,对1 600和2 800 mm升弓高度下受电弓不同时速的气动力进行数值模拟,得到受电弓在开口运行时的气动抬升力.计算结果表明受电弓在工作高度2 800 mm时仿真结果与风洞试验结果较为一致,误差保持在10%以内.受电弓由工作高度2800降低至1 600 mm,受电弓各部件气动升、阻力基本都随着工作高度减小而绝对值减小,降幅基本保持在20 N以内.整弓的气动抬升力随着工作高度的减小而减小,降幅基本保持在60%以内.同一高度下整弓的气动抬升力都随着速度的增加而逐渐增大,工作高度2 800 mm时速度每增加40 km/h,气动抬升力增加约30 N;工作高度1 600 mm时速度每增加40 km/h,气动抬升力增加保持在10 N以内.

受电弓气动与噪声性能对高速列车非常重要,为此开展了圆柱和扭转柱杆件受电弓气动与噪声仿真分析。与圆柱杆件相比,扭转柱杆件受电弓虽然平均阻力稍有增大,但其平均和脉动升力大幅度降低,从气动力角度来看对改善受电弓运行稳定性和受流质量有积极作用。通过对受电弓尾迹流场开展聚类分析发现,圆柱杆件和扭转柱杆件受电弓尾迹流场均存在三条闭环转换路径。与圆柱杆件相比,扭转柱杆件的第二条转换路径稍短,但第三条转换路径稍长。当下臂杆由圆柱变为扭转柱时,在高度方向将由单一的旋涡向多个正负交替旋涡转变。扭转柱杆件受电弓消除圆柱杆件受电弓的峰值噪声,总声压级减少了1.5 dB,改善了受电弓气动噪声性能。

受电弓是关系动车组运行安全的重要设备.文中以CRH380AL型动车组为例,基于动车组四级检修规程并结合现车实际检修经验,对受电弓的四级检修工艺进行了研究.

介绍高速列车受电弓在北京空气动力研究所FD-09低速风洞进行空气动力特性的测量结果.试件为实物,分原型弓和改型弓.试验时速为80～300km.测量结果表明,改型弓阻力较原型弓平均低19%,同时表明,弓头阻力占受电弓总气动阻力的14%～21%.因此,受电弓和弓头结构外形设计必须考虑气动性能.利用不同高度和斜度档板(围裙)方案,可以有效降低受电弓气动阻力和气动噪音,但列车总阻力将可能增加.