高速列车空气动力学动模型试验.doc

高速列车空气动力学动模型试验T约翰逊摘 要AEA技术轨道动模型试验台是一个用来研究与评价高速列车在明线和隧道通过发射方式使列车模型沿150m长的测试轨道运行的装置,最高速度为305km/h。两平行轨道允许两列列车模型同时相向发射,以此来模拟列车交会效应。该装置适用于明线上的空气压力、隧道压力波,以及轨道间和平台上滑流空气速度的测量。本文简要介绍了建造该试验台的原因,以及为了确保模型测试结果能够代表实车情况所需的技术要求,描述了该试验装置的工作原理,并且提供一些以前用该装置已经完成的研究案例插图。概述了该试验平台被引入研究铁路新的空气动力学要求的实用性。最后,介绍了该试验台未来在加快高速列车空气动力学领域发展的能力。关键词:空气动力学,建模,测试,高速列车,压力,空气速度,隧道引言在20世纪80年代初,英国铁路研究组织认为需要一个移动的模型试验装置来研究铁路隧道空气动力学。原因是实车测试花费很大(现在依然是),需要复杂的规划,并且测试周期很长,属于劳动力密集型。此外,环境条件是不可控的,比如在恶劣的天气条件下,往往会使一天的测试失效,或者至少会对分析结果增加不确定性。最后,对于已经造好的列车和建好的基础设施的测试是有限的,限制了研究“可能性”设计潜力。尽管英国铁路组织在列车空气动力学方面所做的研究成果正在快速增加,但是完全排除实车测试的必要性只依靠理论研究和数值计算依然不能够充分研究空气动力学问题。建立铁路空气动力学模型试验的技术要求:模型试验的雷诺数和马赫数必须足够的接近实车标准,以确保模型试验结果能代表实车情况。雷诺数确保了比例效应不重要,当列车进入隧道时,马赫数确保了压力波,表现在同一阶段作为其全尺寸当量。根据英国铁路研究人员丰富的风洞试验经验,众所周知,如果模型比例大于1/30时,雷诺数的影响将是很小的。列车马赫数,(即列车速度除以在空气中的声速),如果模型使用实车速度,那么其马赫数和实车也是相符合的(忽略外界对声速的影响)。最后,该试验装置列车模型比例为1/25(如果需要,可以更大),行驶速度为200km/h。最初的试验台是1988年建立的一个单一的发射轨道。动模型(MMR)的发展始于1991年,最初欧洲和英国都是通过提高列车速度来推动其发展。MMR一个主要的扩展能力1992年完成的可以研究列车通过2个不同的分离轨道的二次发射轨道。达利和约翰逊在1999年对MMR未来的发展进行了详细的报道。虽然日本和荷兰(达利和约翰逊,1999)在铁路隧道空气动力学研究上有其它动模型,但MMR动模型在一些方面的作用却是不可替代的。一些试验装置使用轴对称的列车模型,正确地代表了正在研究的列车空气断流面的变化,这些列车被沿代表典型隧道的管道中心线发射。该试验装置被用来研究铁路隧道内的压力波现象。通过比较,MMR已经真实详细地模拟了列车模型在隧道底部安装的轨道上运行情况,如同真的一样。这使得可以准确地捕捉列车设计细节的效果,同时还可以模拟列车和地面之间的正确关系。此外,MMR实验装置不仅可以用于铁路隧道空气动力学的研究,也可用于列车在明线运行时所产生的空气动力现象的研究。MMR结构概述MMR由两个总长度150m的平行轨道发射轨道组成。在建立了一条轨道间距更宽的第三条轨道后,就可以允许配置模型沿它发射。有一个长度50m的中心试验段,试验段的一端有一个加速段和一个制动