一種動車組氣動力估算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種估算方法，特別設(shè)及一種動車組氣動力估算方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 高速列車空氣動力學的研究方法主要包括線路試驗、風桐試驗、動模型試驗和數(shù) 值計算方法，研究內(nèi)容主要集中在車體表面的壓力和列車所受的氣動力。與風桐試驗方法 相比，線路試驗和動模型試驗?zāi)軌蚋玫姆从沉熊囍車恼鎸嵙鲌?，當采用運兩種試驗方 法研究列車空氣動力學問題時，車體表面的壓力可W通過傳感器直接測量得到試驗數(shù)據(jù)， 而列車受到的氣動力很難直接測量，動模型試驗可W通過設(shè)計移動天平解決運一問題，但 移動天平設(shè)計的技術(shù)難度大，且造價很高，國內(nèi)外尚未見到相關(guān)的試驗技術(shù)；對于線路試 驗，采用目前的技術(shù)難W直接測量列車所受的六分量氣動力。
[0003] 目前為止，應(yīng)用較廣的氣動力估算方法主要有牛頓流模型、切錐法、D址lem-Buck 法等，但運些方法主要應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域，高速列車周圍的流場是顯著的低速、高雷諾 數(shù)、非定常流場，難W直接借鑒現(xiàn)有的氣動力估算方法。
[0004] 已有氣動力實車測試計算方法是根據(jù)壓力測點直接計算列車所受的氣動力，當壓 力測點的數(shù)量較少時，難W得到準確測試結(jié)果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明主要目的在于解決上述問題和不足，提供一種可用于動車組線路試驗和動 模型試驗的氣動力估算方法。
[0006] 另一目的在于能夠基于少量的壓力測點得到車體表面的壓力分布，提高估算精 度。
[0007] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：
[0008] 一種動車組氣動力估算方法，在車廂上設(shè)置多個壓力測點，并測得每個壓力測點 的壓力，采用徑向基函數(shù)插值法得到車廂表面壓力分布，之后采用數(shù)值積分法得到車廂的 氣動壓差力。
[0009] 如上述基本方案，采用了徑向基函數(shù)插值技術(shù)能夠根據(jù)較少的壓力測點，快速得 到車體表面的壓力分布，同時采用高精度的插值算法，也能夠提高氣動力的估算精度。
[0010] 為進一步提高估算精度，可采取的改進措施是，將車廂的氣動壓差力、車廂表面的 氣動摩擦力和各部件的氣動力代數(shù)相加得到車廂的氣動力估算值。
[0011] 各部件的氣動力包括轉(zhuǎn)向架的氣動力、風擋的氣動力和受電弓的氣動力。
[0012] 在對車廂的氣動力估算時，考慮到摩擦力和關(guān)鍵部件對車廂氣動力的影響，引入 車廂表面的氣動摩擦力和各部件的氣動力，從而進一步提高車廂氣動力估算值的精確度。
[0013] 針對車廂表面的氣動摩擦力，可通過如下方式獲得：
[0014] 根據(jù)車廂的縮放比例，確定車廂表面摩擦系數(shù)，采用平板邊界層摩擦力計算公式 得到車廂表面的氣動摩擦力。
[0015] 所述平板邊界層摩擦力估算公式為：
[0016]
[0017] 其中，j = 1，2,3, Fs3為氣動摩擦阻力，F(xiàn)s2為氣動摩擦側(cè)向力，F(xiàn)si為氣動摩擦升 力，Cf為摩擦系數(shù)，P為空氣的密度，U為來流速度，m為車體表面離散單元的個數(shù)，Si為第 i個單元的面積，η為第i個單元的單位法矢量。
[0018] 針對關(guān)鍵部件的氣動力，可通過如下方式獲得：
[0019] 通過風桐試驗測試不同型號的各部件對列車氣動力的影響，根據(jù)具體試驗結(jié)果給 出各部件的氣動力修正系數(shù)。
[0020] 風桐試驗無法單獨測量風擋、轉(zhuǎn)向架和受電弓等部件的氣動力，此時需要借助數(shù) 值計算方法獲取各部件具體的氣動力值，從而修正由試驗數(shù)據(jù)得到的氣動力修正系數(shù)。
[0021] 通過數(shù)值計算獲取各部件的氣動力值，并用計算結(jié)果修正所述氣動力修正系數(shù)得 到安裝在車廂上的部件的氣動力。
[0022] 數(shù)值計算方法是：首先對計算區(qū)域進行空間網(wǎng)格離散，然后采用有限體積法求解 Ξ維定常不可壓縮雷諾平均N-S方程，端流模型采用K- ω SST模型，在壁面處使用標準壁面 函數(shù)。
[0023] 對于壓力測點的選取，可采用的優(yōu)化方案是，根據(jù)徑向基函數(shù)插值法得到最優(yōu)控 制點，在車廂上對應(yīng)的位置設(shè)置多個壓力測試點。
[0024] 綜上內(nèi)容，本發(fā)明所述的一種動車組氣動力估算方法，可用于動車組線路試驗和 動模型試驗。采用了徑向基函數(shù)插值技術(shù)能夠根據(jù)較少的壓力測點，快速得到車體表面的 壓力分布，提高氣動力的估算精度。并且引入了表面摩擦力和關(guān)鍵部件的氣動力進行修正， 進一步提高了估算精度。
【附圖說明】
[00巧]圖1是本發(fā)明流程圖。
【具體實施方式】
[00%] 下面結(jié)合附圖與【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細描述：
[0027] 本發(fā)明所述的一種動車組氣動力估算方法，主要針對于動車組線路試驗和動模型 試驗的氣動力估算方法，具體方法如下：
[0028] 確定需要估算氣動力的車廂及車廂上安裝的關(guān)鍵部件，給出列車的運行速度和運 行環(huán)境，如明線運行、隧道運行等。關(guān)鍵部件主要指轉(zhuǎn)向架、風擋和受電弓。
[0029] 根據(jù)徑向基函數(shù)插值法得到的最優(yōu)控制點，在車廂上對應(yīng)的位置設(shè)置多個壓力測 試點，并在規(guī)定的運行工況和環(huán)境下測得各點的壓力。
[0030] 采用徑向基函數(shù)插值法得到車廂表面壓力分布，之后采用數(shù)值積分法得到車廂的 氣動壓差力。
[0031] 根據(jù)車廂的縮放比例，確定車廂表面摩擦系數(shù)，采用平板邊界層摩擦力計算公式 得到車廂表面的氣動摩擦力。
[0032] 所述平板邊界層摩擦力估算公式為：
[0033]
[0034] 其中，j = 1，2, 3, Fs3為氣動摩擦阻力，F(xiàn) s2為氣動摩擦側(cè)向力，F(xiàn) si為氣動摩擦升 力，Cf為摩擦系數(shù)，P為空氣的密度，U為來流速度，m為車體表面離散單元的個數(shù)，Si為第 i個單元的面積，η為第i個單元的單位法矢量。
[0035] 針對關(guān)鍵部件的氣動力，可通過如下方式獲得：
[0036] 通過風桐試驗測試不同型號的各部件對列車氣動力的影響，根據(jù)具體試驗結(jié)果給 出各部件的氣動力修正系數(shù)。
[0037] 風桐試驗無法單獨測量風擋、轉(zhuǎn)向架和受電弓等部件的氣動力，此時需要借助數(shù) 值計算方法獲取各部件具體的氣動力值，從而修正由試驗數(shù)據(jù)得到的氣動力修正系數(shù)。
[0038] 通過數(shù)值計算獲取各部件的氣動力值，并用計算結(jié)果修正所述氣動力修正系數(shù)得 到安裝在車廂上的部件的氣動力。
[0039] 數(shù)值計算方法是：首先對計算區(qū)域進行空間網(wǎng)格離散，然后采用有限體積法求解 Ξ維定常不可壓縮雷諾平均N-S方程，端流模型采用K- ω SST模型，在壁面處使用標準壁面 函數(shù)。
[0040] 將車廂的氣動壓差力、車廂表面的氣動摩擦力和各部件的氣動力代數(shù)相加得到車 廂的氣動力估算值。
[0041] 如上所述，結(jié)合附圖所給出的方案內(nèi)容，可W衍生出類似的技術(shù)方案。但凡是未脫 離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對W上實施例所作的任何簡單修改、等 同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種動車組氣動力估算方法，其特征在于：在車廂上設(shè)置多個壓力測點，并測得每 個壓力測點的壓力，采用徑向基函數(shù)插值法得到車廂表面壓力分布，之后采用數(shù)值積分法 得到車廂的氣動壓差力。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的動車組氣動力估算方法，其特征在于：將車廂的氣動壓差力、 車廂表面的氣動摩擦力和各部件的氣動力代數(shù)相加得到車廂的氣動力估算值。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的動車組氣動力估算方法，其特征在于：根據(jù)車廂的縮放比例， 確定車廂表面摩擦系數(shù)，采用平板邊界層摩擦力計算公式得到車廂表面的氣動摩擦力。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的動車組氣動力估算方法，其特征在于：所述平板邊界層摩擦 力估算公式為，其中，j = 1，2,3, Fs3為氣動摩擦阻力，F(xiàn)s2為氣動摩擦側(cè)向力，F(xiàn)sl為氣動摩擦升力，Cf 為摩擦系數(shù)，P為空氣的密度，u為來流速度，m為車體表面離散單元的個數(shù)，Si為第i個 單元的面積，η為第i個單元的單位法矢量。5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的動車組氣動力估算方法，其特征在于：通過風洞試驗測試不 同型號的各部件對列車氣動力的影響，根據(jù)具體試驗結(jié)果給出各部件的氣動力修正系數(shù)， 通過數(shù)值計算獲取各部件的氣動力值，并用計算結(jié)果修正所述氣動力修正系數(shù)得到安裝在 車廂上的部件的氣動力。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的動車組氣動力估算方法，其特征在于：所述數(shù)值計算方法是， 首先對計算區(qū)域進行空間網(wǎng)格離散，然后采用有限體積法求解三維定常不可壓縮雷諾平均 N-S方程，湍流模型采用Κ- ω SST模型，在壁面處使用標準壁面函數(shù)。7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的動車組氣動力估算方法，其特征在于：各部件的氣動力包括 轉(zhuǎn)向架的氣動力、風擋的氣動力和受電弓的氣動力。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的動車組氣動力估算方法，其特征在于：根據(jù)徑向基函數(shù)插值 法得到最優(yōu)控制點，在車廂上對應(yīng)的位置設(shè)置多個壓力測試點。
【專利摘要】本發(fā)明一種動車組氣動力估算方法，在車廂上設(shè)置多個壓力測點，并測得每個壓力測點的壓力，采用徑向基函數(shù)插值法得到車廂表面壓力分布，之后采用數(shù)值積分法得到車廂的氣動壓差力。本發(fā)明可用于動車組線路試驗和動模型試驗。采用了徑向基函數(shù)插值技術(shù)能夠根據(jù)較少的壓力測點，快速得到車體表面的壓力分布，提高氣動力的估算精度。并且引入了表面摩擦力和關(guān)鍵部件的氣動力進行修正，進一步提高了估算精度。
【IPC分類】G06F19/00
【公開號】CN105447302
【申請?zhí)枴緾N201510727083
【發(fā)明人】姚拴寶, 陳大偉, 林鵬, 韓運動, 劉韶慶
【申請人】中車青島四方機車車輛股份有限公司
【公開日】2016年3月30日
【申請日】2015年10月30日