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申请/专利权人：兰州交通大学

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，具体涉及高速列车运行线路区间风场环境与风阻制动控制适配性选择方法。通过列车风阻制动空气动力学模拟计算与多体动力学仿真计算，确定多种风环境不利工况下装配风阻制动装置高速列车随风向角变化的临界风速，通过收集铁路线路数据和沿线地形数据，并收集和处理气象观测数据，采用CFD方法构建运行线路风场信息与阵风模型，通过线路区间风场环境信息与临界风速比对，明确高速列车风阻制动线路区间运行控制方案，实现风阻制动控制数据与列车运行控制系统协同对接，可为速度400+kmh轮轨列车和高速磁浮列车风阻制动系统开发与应用提供有力参考和技术支撑。

主权项：1.高速列车运行线路区间风场环境与风阻制动控制适配性选择方法，其特征在于：所述方法通过列车风阻制动空气动力学模拟计算与多体动力学仿真计算，确定多种风环境不利工况下随风向角变化的临界风速，通过收集铁路线路数据和沿线地形数据，并收集和处理气象观测数据，采用CFD方法构建运行线路风场信息与阵风模型，通过线路区间风场环境信息与临界风速比对，给出列车风阻制动线路区间运行控制建议，相关数据对接列车运行控制系统；具体高速列车运行线路区间风场环境与风阻制动控制适配性选择方法包括以下步骤：1装配风阻制动装置高速列车线路区间风场环境运行安全速度阈值确定11高速列车风阻制动空气动力学模拟计算111列车空气动力学计算模型建立：风阻制动装置模型、高速列车模型根据运行和应用实际选择确定，其中所述风阻制动装置模型与所述高速列车模型安装布局在满足铁路建筑限界和车辆限界的基础上实现外观平滑过渡贴合，所述风阻制动装置模型与高速列车模型建立时可忽略全尺寸小于25mm的结构；计算域、边界条件、湍流模型的计算设置应满足中国行业标准TBT3503.1、TBT3503.2、TBT3503.3、TBT3503.4、TBT3503.5的有关规定；112计算工况选择：①运行线路为路基工况：所述路基为高度不小于6m的双线无砟轨道模型，采用长大空旷明线线路，线路长度不小于模型计算域总长；②运行线路为桥梁工况：所述桥梁为高度不小于15m的双线无砟轨道模型，所述桥梁全长不小于1km，采用长直线路模型，线路长度不小于模型计算域总长；③运行线路为隧道工况：所述隧道为全长不小于2km的双线隧道，采用长直线路模型，线路长度不小于模型计算域总长；④运行线路为包含其他特殊构造的工况；12高速列车风阻制动多体动力学仿真计算构建不同风向角的帽型阵风载荷作用下的装配风阻制动装置高速列车多体动力学模型，所述装配风阻制动装置高速列车多体动力学模型包含风阻制动装置的质量、开启过程中的转动惯量、重心位置；同时至少包含车体、转向架、轮对的质量、转动惯量、重心位置；考虑悬挂装置的位置及其垂向、横向和纵向刚度、垂向和横向阻尼；所述多体动力学模型还包括轮轨接触几何关系、轮轨蠕滑、一二系悬挂系统、横向缓冲器、抗蛇行减振器在内的非线性系统；其中计算采用满载状态下的列车动力学参数，轮对、构架、车体均视为刚体，不考虑钢轨的弹性变形，可考虑实测轨道不平顺激励；13临界风速确定：在步骤12的模型基础上计算获取不同工况下轮轨垂向力的时程曲线；通过轮轨垂向力的时程曲线计算倾覆系数，并进行2Hz低通滤波；确定最不利转向架和最大倾覆系数；根据所述最大倾覆系数反推确定不同工况下装配风阻制动装置高速列车临界风速；统计填写不同工况风模型不同风向角对应的风阻制动临界风速表，如下列速度-临界风速样表格式所示，所述速度-临界风速样表至少包含160kmh～对应本线实际最大运行车速的速度信息、10°～170°的风模型风向角信息，其中计算车速梯度不大于20kmh，计算风模型风向角梯度不大于10°； 2收集铁路线路数据和沿线地形数据：所述铁路线路数据包括铁路线路平面数据、线路横断面数据、线路设计速度，所述沿线地形数据包括线路沿线地貌信息；3收集和处理气象观测数据：分析沿线周围地区所有气象观测站的长期观测数据；4根据步骤3收集和处理的气象观测数据进行建模，采用CFD方法，计算运行线路特定点的平均风速分布和其转换系数；5构建阵风模型：建模得到运行线路任一点阵风因子，根据平均风速推导出阵风风速；所述阵风模型为帽型阵风模型；6线路区间风场环境信息与临界风速比对将步骤5得到的运行线路任一点阵风数据与步骤1计算得到的不同运行线路工况限界风速进行比对，形成如下所示里程-线路区间风场信息-列车运行信息样表，所述里程-线路区间风场信息-列车运行信息样表至少包含里程区间、风场类型、统计最不利风向角、最大风速、风阻制动最高安全速度、列车最高安全运行速度、设计列车运行速度信息； 7风阻制动运行控制信息区间确定根据步骤6所述里程-线路区间风场信息-列车运行信息样表数据，得出运行线路任一点阵风数据与对应不同运行线路工况限界风速对曲线，提取临近限界风速和超出限界风速的运行区间，给出风阻制动控制建议，绘制风阻制动控制线路区间图，相关数据对接列车运行控制系统。

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