建立了高速列车组包括头车、中间车、尾车及外部空间在内的气动噪声计算物理模型，从声学理论出发，结合列车实际运行的边界条件，运用以稳态结果作为初始值进行瞬态计算，预测了高速列车气动噪声，并对采用直接瞬态法计算气动噪声的可行性进行了分析计算．研究结果表明气动噪声分布于很宽的频带内，无明显的主频，属于宽频噪声．在低频中气动噪声能量较大，在高频上能量较小．以稳态结果作为初始值的计算方法能准确地预测高速列车的气动噪声特性，同时节省计算时间；直接瞬态计算的气动噪声结果没有明显的规律，反映不出列车的气动噪声特性．

基于空气动力学数值模拟方法,针对高速动车组列车前端区域及其内部进行数值仿真,同时考虑开闭罩处的缝隙及前端内部流场对列车气动性能的影响。研究结果表明:列车内部的车钩、开闭机构等部件表面压力变化较小,而列车外部压力变化较大,在排障器间隙及表面部分区域出现小范围的高压区,同时在外形曲率变化较大的区域出现较大涡流。在考虑开闭罩处的缝隙及其内部流场后,列车气动阻力系数均有所增加,其中头车阻力系数增加6.6%,中间车及尾车受影响较小。

以某型号高速列车为基础,针对3种不同设计形式的外风挡结构,包括有缝隙外风挡、无缝隙外风挡和底部拆除外风挡,对列车明线运行时外风挡周围流场分布和外风挡所受的气动载荷的仿真分析研究.计算结果表明:外风挡附近的压力急剧变化,随列车运行速度增加,外风挡受到气动载荷增加.对于有缝外风挡和底部拆除外风挡方案,外风挡受到拉伸拱形胶囊向胶囊外部的拉力,而对于无缝隙外风挡,外风挡受到挤压拱形胶囊向胶囊内部的压力.无缝隙外风挡与有缝隙外风挡方案相比,外风挡受到压差减小;底部拆除外风挡方案与有缝隙外风挡相比,使外风挡胶囊受到压差也明显减小.通过空气动力学线路试验证实仿真分析计算得到外风挡压差与试验结果相差不大,因此仿真分析结果可以用来指导外风挡设计.

采用NURBS曲面设计方法完成对某型高速列车头车的三维数字化设计建模，基于三维定常不可压的黏性流场N-S及k-ε着方程湍流模型，利用有限体积数值模拟方法分析计算出列车的速度阻力函数关系，同时针对列车在不同风向角的强侧风环境中运行时压力场和速度场做了进一步研究。研究发现:在无风明线上运行时列车所受空气阻力与运行速度的平方成正比，侧风运行时随着风向角的扩大空气阻力系数呈现先增大后逐渐下降的变化趋势。流场分布结构复杂不规律，当侧风情况较为严重时正压区主要分布在迎风侧，负压区主要分布在背风侧和车顶部位，且负压表现更为强烈，列车前端滞止点向迎风侧发生偏移，致使迎风侧与背风侧产生巨大压差。

基于工程仿生学理论,提出一种高速列车头型的设计方法,选取自然界中速度较快的几种典型动物为仿生对象,对生物体进行工程化仿生建模,从复杂的三维几何中,提取主要的特征线并忽略次要特征,得到基于仿生形态的高速列车头型,并与CRH型动车组进行基本气动性能的比较。研究结果表明,高速列车以350 km/h在明线下运行时,海豚型列车所受的阻力最小,其次是蜂鸟型,二者的运行阻力均小于CRH型,而大白鲨型列车的阻力最大;分析了各仿生设计列车纵向截面积随距鼻尖长度变化的关系,线性趋势程度由高到低排序:海豚型>蜂鸟型>CRH型>大白鲨型,而列车的阻力系数刚好与该顺序相反,说明头型截面积沿长度方向的线性变化程度越高,其气动阻力越小。

基于空气动力学数值模拟方法,针对列车不同部位的转向架和转向架结构表面的气动阻力分布进行分析,对高速动车组列车整车气动效应进行数值仿真。研究结果表明:转向架流场区域在靠近来流端的上部会形成部分死水区,该区域流场与外部质量交换较小,转向架结构表面在来流方向上游会形成一个正压区,在下游方向的转向架结构表面会形成小范围的负压区。列车头车转向架气动阻力明显高于中间车和尾车,其中列车头车I位转向架受到的气动阻力最大,其次是头车II位端转向架,列车的中间车和尾车转向架阻力分布较为均匀,均为头车转向架阻力的60%左右。

为研究在半堤半堑过渡段上行驶的高速列车在横风下的气动特性，以3编组高速列车作为研究对象，结合SSTk-ω两方湍流方程，采用流体仿真软件Fluent对行驶速度分别为250，300km/h和350km/h，横风风速分别为15，20，25m/s下半堤半堑路况上高速列车的气动特性进行了仿真研究。研究结果表明，在相同风速与相同车速下，头车受到的侧向力和倾覆力矩最大，中间车受到的气动升力最大;随着车速与风速的增大，各列车的气动特性值均有不同程度的增大;风速对列车侧向力和倾覆力矩的影响大于车速的影响。

采用数值计算的方法,并在线路实车试验验证其合理性的基础上,研究不同车间风挡内倾角度的变化(0°、2°、4°、6°、8°)对高速列车车间风挡块的气动力以及表面测点压力的影响。研究结果表明:两侧风挡所受侧向力对称性较好,不同内倾角度,背风侧两侧风挡所受侧向力方向均指向外侧,呈现“外推”状态;迎风侧两侧风挡,0°、2°、4°所受侧向力方向指向外侧,呈现“外推”状态,而6°、8°所受侧向力方向指向内侧,呈现“内压”状态;风挡区域复杂的流动导致两侧风挡所受侧向力与内倾角度并不是线性关系。相对于原风挡,除个别测点外,风挡内倾2°、4°、6°、8°各测点的压力值均增大;内倾6°、8°方案风挡区域各测点的压力值均为正压。研究结论为指导高速列车车间风挡的气动设计提供了指导。

针对高速列车轴箱内置转向架抗侧滚刚度不足的问题,设计一种液压抗侧滚装置,在不增加一系垂向刚度的同时能显著提高车辆抗侧滚刚度。该装置在轮对两侧安装垂向液压缸,左右液压缸之间通过交叉管路连接以实现抵抗构架侧滚的功能。采用Zielke模型模拟管路流动,考虑油液压缩性建立非线性模型,开展特性仿真研究。结果表明:油腔结构参数对静态特性影响较大,交叉管路直径和长度对动态特性影响较大;重车工况下该装置能提供大于1.5 MN·m/rad的等效侧滚刚度,而等效垂向刚度仅为0.2 MN/m;在20 Hz以后的动态刚度显著增大,需设置合适的橡胶节点刚度以减少高频振动传递。

为验证照明灯具布置方案的合理性,在DIALux软件中建立了动车组客室灯光模型,对灯具的排布方式和车内照度进行了仿真,为高速列车车内照明设计方案提供了技术依据。