运行速度对列车气动力的影响研究

杨宇生，李东君

（吉林铁道职业技术学院，吉林 吉林 132200）

1 研究意义

随着社会的不断发展，高铁的速度不断提升，风驰电掣的高速列车给人们带来很大的方便。在车速不断提高的同时，列车所受的气动力也不断变大，给高速列车带来安全隐患，我国每年都有因为速度太快导致的铁路事故，特别在一些环境恶劣的地区，地形复杂，风速较大，当车速较快时，列车所受的气动力也较大，容易发生脱轨事故，所以研究车速对高速列车气动力的影响特别有意义[1]。

2 建立高速列车动力学模型

高速列车的流线型可以简化计算步骤，具有良好的空气动力学性能。高速列车的流线外形是一个比较复杂的三维立体曲面，车顶有受电弓、避雷器等造型复杂的用电设备，车下有导向的走行部，两个车辆连接部位有车钩、风挡，造型复杂，建模时要简化列车模型[2]，模型如图1。高速列车在高架桥上运行，流场周围是有变化的，距离列车越远，流场越大，结果变化越不明显，所以要选择合理的流场大小[3]，建立好的流场如图2所示。

图1 高速列车模型

图2 流场模型

3 结果分析

利用流体动力学软件计算，给定入口车速，在风速不变的条件下，分析比较不同车速对高速列车气动力的影响，得到如下结果。

图3 横向力随车速变化图

图4 升力随车速变化图

由图3可得，当高速列车运行速度为200km/h时，列车的横向力最小，头车所受的横向力最大为80kN，尾车受到的横向力最小为10kN，车速不断变大，列车所受的横向力也在不断增加，安全性降低，当车速达到350km/h时，列车所受的横向力最大为180kN。在相同车速下，头车的横向力最多比尾车大183%，同一列车，头车和尾车的横向力相差较大。

由图4可得，列车的升力和车速没有线性关系。中间车的升力最大，并且随着风速的增大而增大，尾车的升力最小，受风速影响不大，相同风速下，中间车的升力最多比尾车多900%，同一列车，头中间车和尾车升力相差较大。

4 结语

综上所述，列车的运行速度对高速列车的气动力影响较大，速度越高，列车的气动力越大，运行安全性越低，所以在发展高速铁路时，要合理掌握速度与安全的关系，不能只一味追求速度而忽略人民的生命财产安全。