为了优化列车高速运行时受电弓周围的气动性能,降低受电弓在高速运行时受到的空气阻力,设计了椭球面、导动面、双拱曲面3种不同头型的导流罩,并设定列车为稳态运行,基于RANS法对不同头型导流罩的高速列车进行了数值模拟,通过计算,对比分析了不同头型导流罩的受电弓气动阻力,研究结果表明在受电弓区域设置导流罩后,改善了受电弓下部的流场结构,减小了受电弓前后的压差阻力,进而减小了受电弓的气动阻力;椭球面、导动面、双拱曲面导流罩分别减小了受电弓气动阻力的31.89%、37.46%、43.94%。因此,双拱曲面导流罩对受电弓的减阻效果最显著。

针对高速列车不断提速导致气动噪声急剧增加产生的环境噪声污染问题,通过建立复兴号高速列车受电弓气动噪声分析模型,利用RNG k-ε模型、大涡模拟及FW-H声类比法对复兴号受电弓进行气动噪声源特性、远场噪声传播规律、频域分布规律进行研究。数值模拟结果表明整车最大噪声源部位为受电弓的弓头;受电弓的远场气动噪声在其质心指向弓头方向最大,远场气动噪声与传播距离的对数线性相关;受电弓气动噪声的频域较宽,分布在25~6000 Hz范围内,主频在145~315 Hz之间。根据研究结果,对主要噪声源即受电弓弓头进行仿生降噪研究,考虑高速列车双向运行特性,在碳滑板和圆杆上施加前后对称椭球状凸起结构,当碳滑板凸起60 mm、圆杆凸起10.5 mm时,降噪效果最明显,在7.5 m远处整车总声压级降低了2.56 dBA。

随着高速列车运行速度的不断提高,受电弓气动噪声也愈加严重。针对这一问题,文中采用LES大涡模拟、边界层噪声源模型和FW-H声类比法,通过建立某型号受电弓局部1∶1气动噪声分析模型进行数值模拟。文中研究了受电弓各部位的气动噪声贡献量,还探究了针对较大噪声位置空腔采用射流降噪方法的降噪效果。结果表明,当网格总数为4323万个时,数值模拟精确度满足要求。受电弓空腔上游和空腔中部绝缘子是气动噪声的主要来源。在射流降噪前后,空腔内部气动噪声均为宽频带噪声,主要能量集中在0~4500 Hz。对250 kmh-1行驶速度下的空腔进行主动射流降噪,距列车25 m远处的垂向监测点声压级最小值为81.65 dB,比降噪前降低了2.64 dB。

受电弓作为高速列车主要噪声源之一,是一个包含许多部件的复杂结构。为研究受电弓气动噪声的主要噪声源以及远场气动噪声特性,基于计算流体力学开源软件OpenFOAM,采用大涡模拟结合K-FWH方程的联合方法,探究受电弓在250、300、350 km/h等不同速度下运行时的流场及气动噪声特性。通过模拟受电弓在不同速度以及不同开口状态下的运动,得到受电弓的频谱特性以及噪声源分布规律。结果表明,高速列车受电弓引发的远场气动噪声主要是低频和中频噪声,并且噪声频谱具有明显的主频。而远场噪声指向性方面,受电弓产生气动噪声具有偶极子特性,噪声主要向尾流斜上方传播。受电弓不同开口方向,所诱发的噪声声压级并不相同,闭口状态诱发的声压级更大。研究结果能为日后降低高速列车受电弓气动噪声的研究以及工程降噪问题提供理论参考。

随着绿色环保的现代轨道交通设计理念发展,受电弓减阻成为制约高速列车提速的关键问题之一。高速列车运行时,受电弓暴露于流线型车体之外,是列车气动阻力的主要来源之一,随着列车速度的提高,受电弓的减阻问题亟待解决。本文针对某型高速受电弓,基于计算流体动力学仿真技术,分析了整弓气动阻力分布,确定滑板与底座的压差阻力是气动阻力的主要来源,提出了滑板流线型减阻外壳与底座包裹流线型减阻外壳的优化方案,并与原模型对比验证了减阻效果。计算表明,减阻模型在350 km/h运行时,整弓气动阻力在开口、闭口时分别降低25.13%与24.19%。

建立受电弓-接触网-列车模型,通过雷诺时均方法研究了横风对受电弓各杆件气动特性的影响。通过改变横风风速、风向角,分析了受电弓的流线、表面压力和涡量等分布,探讨了受电弓各部件阻力系数、升力系数和侧向力系数,对比了各部件与受电弓总作用力系数的关系。研究表明对于受电弓的滑板、上臂杆及下臂杆部分,其阻力、侧向力系数均随风向角和横风风速的增大呈现出逐渐增大的趋势;滑板阻力系数最大,下臂杆阻力最小;上、下臂杆升力系数为负值,与受电弓相比作用力方向相反。在各杆件中滑板所受气动力占总气动力份额最大。受电弓上部构件受横风和风向角产生的影响显著,其结果对受电弓各杆件气动特性的研究及应用具有重要意义和价值。

针对高速列车气动噪声越来越大的问题,本文以高速列车某车型为参考建立1∶1受电弓区域局部模型,基于宽频带噪声源模型、LES大涡模拟及FW-H声学模型,运用弓头仿生降噪和底部空腔主动射流降噪的整体降噪措施,采用数值模拟法研究高速列车受电弓区域的降噪效果。结果表明受电弓弓头和底部空腔是气动噪声的主要来源;降噪后,主要噪声源的声功率级都有了较大降幅,其中弓头和空腔部位分别降低了15.28 d B和16.92 d B;中高楼层住宅处的降噪效果更佳,最大声压级降低位置在距地面18 m高处(距受电弓25 m远处),降低了4.94 d BA;远场声压级在低频区域降噪效果更为显著,特别是在800 Hz位置声压级降幅最大,降低了8.21 d BA。

针对高速列车气动噪声越来越大的问题,本文以高速列车某车型为参考建立11受电弓区域局部模型,基于宽频带噪声源模型、LES大涡模拟及FW-H声学模型,运用弓头仿生降噪和底部空腔主动射流降噪的整体降噪措施,采用数值模拟法研究高速列车受电弓区域的降噪效果。结果表明受电弓弓头和底部空腔是气动噪声的主要来源;降噪后,主要噪声源的声功率级都有了较大降幅,其中弓头和空腔部位分别降低了15.28 d B和16.92 d B;中高楼层住宅处的降噪效果更佳,最大声压级降低位置在距地面18 m高处(距受电弓25 m远处),降低了4.94 d BA;远场声压级在低频区域降噪效果更为显著,特别是在800 Hz位置声压级降幅最大,降低了8.21 d BA。

针对高速受电弓检修现状,文章提出了一种基于液压传动的受电弓压力检测工装。该装置是针对动车组检修作业时受电弓升弓压力的检测工装,可将受电弓升弓压力值转换为油液的压力值和流量大小,其油路以定量泵为动力源,液压缸为执行元件,辅以换向阀、溢流阀等控制组件,具备油液监控功能,实现了对受电弓压力的精确检测。

利用最优化设计方法，以SS7受电弓为研究对象，对提供受电弓框架阻尼的液压减振器的安装位置进行了优化设计，用该方法确定的框架减振机构，能保证液压减振器发挥理想的阻尼作用。