申请/专利权人：兰州交通大学

申请日：2023-12-12

公开（公告）日：2024-04-23

公开（公告）号：CN117436371B

主分类号：G06F30/28

分类号：G06F30/28;G06F30/23;G06F17/11;G06F119/14

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.23#授权;2024.02.09#实质审查的生效;2024.01.23#公开

摘要：本发明涉及高速列车空气动力学与列车风阻制动领域，具体涉及装配风阻制动装置高速列车风阻制动效果评估方法。以中国标准动车组车体流线型外形和基础制动系统配置为参考，装配不同数量的备选风阻制动装置样机，建立雷诺时均列车空气动力学湍流计算模型，仿真计算不同工况下装配风阻制动装置高速列车气动特性；基于列车制动运行方程，提出适用于风阻制动问题的直接积分法解算方法，将列车在某一初速度工况下单纯依靠风阻制动装置进行制动停车，与列车惰行至停车的制动效果作对比解算，同时采用分段累计法给出风阻制动配合常用制动与紧急制动的制动距离和制动时分评估方法和指标，可对风阻制动装置制动收益和制动效率进行科学的理论评估。

主权项：1.装配风阻制动装置高速列车风阻制动效果评估方法，其特征在于：所述方法以CR400系中国标准动车组车体流线型外形和基础制动系统配置为参考，装配不同数量的备选风阻制动装置样机，建立雷诺时均列车空气动力学湍流计算模型，仿真计算不同工况下装配风阻制动装置高速列车气动特性；基于列车制动运行方程，提出适用于风阻制动问题的直接积分法解算方法，将列车在某一初速度工况下单纯依靠风阻制动装置进行制动停车，与列车惰行至停车的制动效果作对比解算，同时采用分段累计法给出风阻制动配合常用制动与紧急制动的制动距离和制动时分评估方法和指标；装配风阻制动装置高速列车风阻制动效果评估方法包括以下步骤：1风阻制动装置制动效果标准评估工况确定：11被测试风阻制动装置选定：被测试风阻制动装置的风阻制动板为于列车车顶横向对称设置的单块式矩形板状结构，基于中国现行高速铁路技术标准体系限界条件内，在列车车顶有效空间选择风阻制动装置的安装高度和宽度，其中所述风阻制动装置的风阻制动板外形尺寸在纵向投影面内，所述风阻制动板的投影长度尺寸≤1500mm，所述风阻制动板的投影高度尺寸≤450mm；12设定风阻制动装置的标准布局工况：被测试风阻制动装置的适用车型标准8编组以CR400系动力分散式中国标准动车组车体流线型外形和基础制动系统配置为参考，选用布设1套、2套、4套、8套风阻制动装置布设方案；13计算模型设定：基于标准大气压下瞬态、可压缩、非定常的模拟空气流场，建立雷诺时均列车空气动力学湍流计算模型，采用有限差分法、有限元法和有限体积法中任一种数值计算方法进行求解，模拟环境选用高速铁路设计时速≥350kmh的长大平直道；2风阻制动装置干涉系数评估：21风阻制动装置纵向干涉系数解算：直接干涉系数为：式中：Cd0为单套风阻制动板在车顶时的阻力系数，评估计算时取1套风阻制动装置的布设工况；Cd1i为迎风向从前往后第i套风阻制动板的直接干涉系数；Ad为风阻制动装置纵向投影面积；n为布置套数；Fd为气动阻力；ρ为空气密度；v为列车模拟运行速度；22干涉系数评判指标：步骤21所述直接干涉系数应≤5.5，不满足则返回至步骤1进行布置套数和所述风阻制动板的空间尺寸调整优化设计；3风阻制动装置气动阻力系数评估：31风阻制动装置气动阻力系数解算：装配风阻制动装置的高速列车整车阻力系数的工程解算公式为： 式中：CD为整车气动阻力系数；CDt、CDw分别为装配风阻制动装置列车头车和尾车气动阻力系数；C′Dz、C″Dz分别为未装配和装配风阻制动装置中间车气动阻力系数；N为列车编组数；n为风阻制动装置安装套数；v为列车模拟运行速度；32气动阻力系数评判指标：步骤31所述整车气动阻力系数应大于0.5，不满足则返回至步骤1进行布置套数和所述风阻制动板的空间尺寸调整优化设计；4单一风阻制动效果评估：41确定适配高速列车单位基本阻力公式：确定所述风阻制动装置适配动车组的实测基本阻力经验公式：ω0＝a+bv+cv2，式中：ω0为单位基本阻力，单位为NkN；a、b、c为实测系数；42风阻制动装置气动阻力计算：根据步骤1所述的制动效果标准评估工况、标准布局工况和计算模型，分别以小于50kmh的速度梯度计算初速度为0～450kmh的风阻制动力；43修正风阻制动装置阻力公式：根据步骤42的计算数据修正所述风阻制动装置的气动阻力数学形式为：Fω＝ev2，式中：Fω为风阻制动装置单位阻力，单位为NkN；e为拟合系数；v为列车模拟运行速度；44惰行试验停车和风阻制动停车工况下高速列车制动单位合力计算： 45制动距离计算：采用直接积分的方法，根据制动距离进行计算，包括风阻制动距离S1和惰行试验停车距离S22个计算案例，式中：cp为制动单位合力，NkN；ξ为制动加速度系数，计算取动力分散式高速列车γ＝0.1；S为制动距离；t为制动时间；46制动距离评判指标：以初速度350kmh为判据时，装配风阻制动装置的高速列车所述风阻制动距离S1应小于25km，较未装配风阻制动装置惰行试验停车距离S2缩减量应大于14％，不满足则返回至步骤1进行布置套数和所述风阻制动板的空间尺寸调整优化设计；47制动时间计算：采用直接积分的方法，根据制动时间进行计算，包括风阻制动时间t1和惰行试验停车距离t22个计算案例；48制动时间评判指标：所述风阻制动时间t1评估根据高速运行速度区间内有效制动时间指标，采用装配风阻制动装置高速列车从初速度400kmh制动至200kmh工况时，区间制动时间应＜110min，小于所述风阻制动时间t1的10％，不满足则返回至步骤1进行布置套数和所述风阻制动板的空间尺寸调整优化设计；5联合风阻制动效果评估：风阻制动与基础制动系统联合制动时，设定分段速度间隔，采用分段累计法进行装配风阻制动装置高速列车制动距离和制动时分的计算；51联合制动距离解算：制动距离S＝Se+Sk，其中：Se为有效制动距离；Sk为空走距离；有效制动距离空走距离Sk＝vw·tk，其中：vw为制动初速度；tk为空走时间；v1、v2为任意计算区间的初速度和末速度；52常用联合制动计算及评判指标：选用中国标准动车组7N等级作为常用联合制动效果计算工况，叠加装配8套风阻制动装置的高速列车风阻制动阻力；其中在400kmh初速度联合制动时，制动减速度应增大约55％；不满足则返回至步骤1进行布置套数和所述风阻制动板的空间尺寸调整优化设计；53紧急联合制动计算及减速度评判指标：选用中国标准动车组紧急制动UB作为常用联合制动效果计算工况，叠加装配8套风阻制动装置的高速列车风阻制动阻力；在速度300～350kmh范围内，考核制动减速度指标应＞0.45ms2；不满足则返回至步骤1进行布置套数和所述风阻制动板的空间尺寸调整优化设计；54紧急联合制动距离评判指标满足下表： 如不满足则返回至步骤1进行布置套数和所述风阻制动板的空间尺寸调整优化设计。

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